《電工與電子技術(shù)》項目二

電工與電子技術(shù)項目二音頻放大器的制作與調(diào)試簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三知識目標(biāo)了解電子器件中常用的半導(dǎo)體材料；了解本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體的區(qū)別；掌握P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體材料中哪個是多數(shù)載流子；掌握PN結(jié)的特性；了解晶體管的結(jié)構(gòu)；會簡單計算靜態(tài)工作點Q；掌握晶體管處在三種工作狀態(tài)的條件；掌握用萬用表檢測與判斷二極管和晶體管好壞的方法。項目二音頻放大器的制作與調(diào)試能力目標(biāo)能夠依據(jù)PN結(jié)的特性對二極管和晶體管的好壞進(jìn)行檢測；能夠用萬用表區(qū)分出晶體管的三個極；會使用面包板進(jìn)行簡單電路的搭接試驗。項目二音頻放大器的制作與調(diào)試任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試任務(wù)導(dǎo)入我們在電路中進(jìn)行電信號處理時，被處理的信號往往是一個微弱的小信號，為了便于對這個小信號進(jìn)行觀察、應(yīng)用，就需要把這個小信號放大。在電子器件中是否會有這樣一類器件可以實現(xiàn)這一功能呢？答案是肯定的。下面我們就一起來學(xué)習(xí)一下這類器件中很有代表性的一種——晶體管。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試知識準(zhǔn)備半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電子電路的基本器件，它們所用的材料是經(jīng)過特殊加工且性能可控的半導(dǎo)體晶體。物質(zhì)的導(dǎo)電性能決定于物質(zhì)內(nèi)部有沒有自由移動的電荷。常用的半導(dǎo)體材料——硅(Si)和鍺(Ge)均為四價元素，它們的最外層電子既不像導(dǎo)體那么容易掙脫原子核的束縛成為自由電子，也不像絕緣體那樣被原子核束縛得那么緊無法自由移動，因而，其導(dǎo)電性介于二者之間。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試本征半導(dǎo)體一、半導(dǎo)體1.任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試半導(dǎo)體在光照和熱輻射條件下，其導(dǎo)電性還有明顯的增強，因此，半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性。在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中，人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素時，導(dǎo)電性能具有可控性。這些特殊的性質(zhì)就決定了半導(dǎo)體可以制成各種電子器件。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)2.將純凈的半導(dǎo)體材料經(jīng)過一定的工藝過程制成單晶體，即為半導(dǎo)體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點陣，稱為晶格。由于相鄰原子間的距離很小，因此，相鄰兩個原子的一對最外層電子(價電子)不但各自圍繞自身所屬的原子核運動，而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子，這樣的化學(xué)鍵稱為共價鍵，如圖2-1所示。圖中標(biāo)有“+4”的圓圈表示除價電子外的正離子。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2-1本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖示任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試半導(dǎo)體中的兩種載流子3.晶體中的共價鍵具有很強的結(jié)合力，因此，在常溫下，僅有極少數(shù)的價電子由于熱運動(熱激發(fā))獲得足夠的能量，從而掙脫原子核的束縛成為自由電子。與此同時，在共價鍵中留下一個空位置，稱為空穴。原子因失掉一個價電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在半導(dǎo)體中，自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的，即自由電子與空穴數(shù)目相等，如圖2-2所示。這樣，若在半導(dǎo)體兩端外加一電場，則一方面自由電子將產(chǎn)生定向移動，形成電子電流；另一方面由于空穴的存在，價電子將按一定的方向依次填補空穴，也就是說空穴也產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2-2本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴運載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體只有一種載流子導(dǎo)電，即自由電子；而半導(dǎo)體有兩種載流子參與導(dǎo)電，即自由電子和空穴，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試本征半導(dǎo)體中載流子的濃度4.半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。自由電子在運動的過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定的溫度下，激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對，與復(fù)合的自由電子與空穴對數(shù)目相等，故達(dá)到動態(tài)平衡。換言之，在一定溫度下，半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，熱運動加劇，掙脫共價鍵束縛的自由電子增多，空穴也隨之增多，即載流子的濃度升高，因而必然使得導(dǎo)電性能增強。反之，若環(huán)境溫度降低，則載流子的濃度降低，因而導(dǎo)電性能變差?？梢?，半導(dǎo)體載流子的濃度與環(huán)境溫度有很密切的關(guān)系。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試雜質(zhì)半導(dǎo)體二、通過擴散工藝，在半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素，便可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。摻雜一般選用三價或五價的元素，不是任意的，如三價多選硼，五價多選磷。按摻入的雜質(zhì)元素不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體；控制摻入雜質(zhì)元素的濃度，就可控制雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試N型半導(dǎo)體1.在純凈的硅晶體中摻入五價元素(如磷)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。由于雜質(zhì)原子的最外層有5個價電子，所以除了提供4個電子與其周圍硅原子形成共價鍵外，還多出一個電子，如圖2-3所示，多出的電子不受原子核的束縛，成為自由電子。而雜質(zhì)原子因在晶格上，且又缺少電子，故變?yōu)椴荒芤苿拥恼x子。在N型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度大于空穴的濃度，故稱自由電子為多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴為少數(shù)載流子（簡稱少子）；由于雜質(zhì)原子可以提供電子，故稱為施主原子。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子(自由電子)的濃度就越高，導(dǎo)電性能也就越強。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2－3N型半導(dǎo)體任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試P型半導(dǎo)體1.在純凈的硅晶體中摻入三價元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半導(dǎo)體。由于雜質(zhì)原子的最外層有3個價電子，所以當(dāng)它們與周圍的硅原子形成共價鍵時，就產(chǎn)生了一個空位(空位為電中性)，當(dāng)硅原子的外層電子填補此空位時，其共價鍵中便產(chǎn)生一個空穴，如圖2-4所示，而雜質(zhì)原子成為不可移動的負(fù)離子。因而在P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電。與N型半導(dǎo)體相同，摻入的雜質(zhì)越多，空穴的濃度就越高，使得導(dǎo)電性能越強。因雜質(zhì)原子中的空位吸收電子，故稱為受主原子。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2-4P型半導(dǎo)體任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試從以上分析可知，由于摻入的雜質(zhì)使多子的數(shù)目大大增加，從而使多子與少子復(fù)合的機會大大增多。因此，對于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子的濃度越高，少子的濃度就越低。可以認(rèn)為，多子的濃度約等于所摻雜質(zhì)原子的濃度，因而它受溫度的影響很?。欢僮邮潜菊骷ぐl(fā)形成的，所以盡管其濃度很低，卻對溫度非常敏感，這將影響半導(dǎo)體器件的性能。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試PN結(jié)三、采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。任?wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試PN結(jié)的形成1.物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運動，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。當(dāng)把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起時，在它們的交界面，兩種載流子的濃度相差很大，因而P區(qū)的空穴必然向N區(qū)擴散，與此同時，N區(qū)的自由電子也必然向P區(qū)擴散，如圖2－5(a)所示。圖中P區(qū)標(biāo)有負(fù)號的小圓圈表示除空穴外的負(fù)離子(受主原子)，N區(qū)標(biāo)有正號的小圓圈表示除自由電子外的正離子(施主原子)。由于擴散到P區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合，而擴散到N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合，所以在交界面附近多子的濃度下降，P區(qū)由于獲得電子出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)由于失去電子出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動的，稱為空間電荷區(qū)，從而形成內(nèi)電場。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2－5PN結(jié)的形成任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試在電場力作用下，載流子的運動稱為漂移運動。當(dāng)空間電荷區(qū)形成后，在內(nèi)電場作用下，少子產(chǎn)生漂移運動，空穴從N區(qū)向P區(qū)運動，而自由電子從P區(qū)向N區(qū)運動。在無外電場和其他激發(fā)作用下，參與擴散運動的多子數(shù)目等于參與漂移運動的少子數(shù)目，從而達(dá)到動態(tài)平衡，形成PN結(jié)，如圖2-5(b)所示。此時，空間電荷區(qū)具有一定的寬度，電位差為Uho，電流為零。絕大部分空間電荷區(qū)內(nèi)自由電子和空穴都非常少，在分析PN結(jié)特性時常忽略載流子的作用，而只考慮離子區(qū)的電荷，這種方法稱為“耗盡層近似”，故也稱空間電荷區(qū)為耗盡層。如果在PN結(jié)的兩端外加電壓，就將破壞原來的平衡狀態(tài)或建立新的平衡。如果新的平衡不能建立，擴散電流不再等于漂移電流，因而PN結(jié)將有電流流過，否則沒有電流流過。當(dāng)外加電壓極性不同時，PN結(jié)表現(xiàn)出兩種截然不同的導(dǎo)電性能，即呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦?。任?wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試(1)PN結(jié)外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)電源的正極(或正極串聯(lián)電阻后)接到PN結(jié)的P端，且電源的負(fù)極(或負(fù)極串聯(lián)電阻后)接到PN結(jié)的N端時，稱PN結(jié)外加正向電壓，也稱正向接法或正向偏置。此時外電場將多數(shù)載流子推向空間電荷區(qū)，使其變窄，削弱了內(nèi)電場，破壞了原來的平衡，使擴散運動加劇，漂移運動減弱。由于電源的作用，擴散運動將源源不斷地進(jìn)行，從而形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通，如圖2-6所示。PN結(jié)導(dǎo)通時的結(jié)壓降只有零點幾伏，因而應(yīng)在它所在的回路中串聯(lián)一個電阻，以限制回路的電流，防止PN結(jié)因正向電流過大而損壞。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2－6PN結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試(2)PN結(jié)外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電源的正極(或正極串聯(lián)電阻后)接到PN結(jié)的N端，且電源的負(fù)極(或負(fù)極串聯(lián)電阻后)接到PN結(jié)的P端時，稱PN結(jié)外加反向電壓，也稱反向接法或反向偏置，如圖2-7所示。此時外電場使空間電荷區(qū)變寬，加強了內(nèi)電場，阻止擴散運動的進(jìn)行，而加劇漂移運動的進(jìn)行，形成反向電流，也稱為漂移電流。由于反向電壓使漂移電流與擴散電流形成新的平衡，兩個電流相互抵消，認(rèn)為PN結(jié)外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài)。任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試圖2－7PN結(jié)加反向電壓時截止任務(wù)一單管放大電路的制作與調(diào)試車外溫度傳感器3.將加在PN結(jié)兩端的電壓與流過PN結(jié)的電流之間的關(guān)系畫出i與u的關(guān)系曲線，如圖2－8所示，稱為PN結(jié)的伏安特性。其中，u>0的部分稱為正向特性，u<0的部分稱為反向特性。當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值U（BR）后，反向電流急劇增加，稱為反向擊穿。圖2－8PN結(jié)的伏安特性曲線二極管和晶體管的識別子任務(wù)1知識鏈接半導(dǎo)體二極管一、將PN結(jié)用外殼封裝起來，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極為陽極，由N區(qū)引出的電極為陰極，二極管常見的幾種外形如圖2－9所示。圖2－9二極管常見的幾種外形二極管和晶體管的識別子任務(wù)1二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)1.二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)如圖2－10(a)～圖2－10(c)所示，其符號如圖2－10(d)所示。圖2－10二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)及其符號二極管和晶體管的識別子任務(wù)1圖2-10(a)所示為點接觸型二極管，由一根金屬絲經(jīng)過特殊工藝與半導(dǎo)體表面相接形成PN結(jié)。圖2-10(b)所示的面接觸型二極管是采用合金法工藝制成的。其結(jié)面積大，能夠流過較大的電流，但其結(jié)電容大，因而只能在較低頻率下工作，一般僅作為整流管。圖2-10(c)所示的平面二極管是采用擴散法制成的。其結(jié)面積較大的可用于大功率整流，結(jié)面積較小的可作為脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)管。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1二極管的伏安特性2.由于二極管其實就是一個PN結(jié)，與PN結(jié)一樣，二極管也具有單向?qū)щ娦?。但是，由于二極管存在半導(dǎo)體電阻和引線電阻，所以當(dāng)外加正向電壓時，在電流相同的情況下，二極管的端電壓大于PN結(jié)上的壓降?；蛘哒f，在正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流要小于PN結(jié)的電流。在大電流情況下，這種影響更為明顯。另外，二極管表面漏電流的存在使外加反向電壓時的反向電流增大。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1在近似分析時，仍然用PN結(jié)的電流方程式來描述二極管的伏安特性。實測二極管的伏安特性時發(fā)現(xiàn)，只有在正向電壓足夠大時，正向電流才從零隨端電壓按指數(shù)規(guī)律增大。使二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓稱為開啟電壓UON，如圖2-11所示。當(dāng)二極管所加反向電壓的數(shù)值足夠大時，反向電流為IS。反向電壓太大將使二極管擊穿，不同型號二極管的擊穿電壓差別很大，從幾十伏到幾千伏不等。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1圖2－11二極管的伏安特性曲線二極管和晶體管的識別子任務(wù)1表2－1列出了兩種材料小功率二極管的開啟電壓、正向?qū)妷骸⒎聪蝻柡碗娏鞯臄?shù)量級。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1由于硅材料PN結(jié)平衡時二極管的伏安特性耗盡層電勢Uho比鍺材料的大，使得硅材料的UON比鍺材料的大。

在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移(圖2-11虛線所示)。在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降減小2～2.5mV；溫度每升高10℃，反向電流約增大一倍?？梢?，二極管的特性對溫度很敏感。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1二極管的主要參數(shù)3.為描述二極管的性能，常引用以下幾個主要參數(shù)：(1)最大整流電流IF。IF是二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。在規(guī)定散熱條件下，二極管正向平均電流若超過此值，則將因結(jié)溫過高而燒壞。(2)最高反向工作電壓UR。UR是二極管工作時允許外加的最大反向電壓，超過此值時，二極管有可能因反向擊穿而損壞。通常UR為擊穿電壓U（BR）的一半。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1(3)反向電流IR。IR是二極管未擊穿時的反向電流，IR越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?，IR對溫度非常敏感。(4)最高工作頻率fM。fM是二極管工作的上限截止頻率。超過此值時，由于結(jié)電容的作用，二極管將不能很好地體現(xiàn)單向?qū)щ娦?。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1應(yīng)當(dāng)指出，由于制造工藝所限，半導(dǎo)體器件的參數(shù)具有分散性，同一型號二極管的參數(shù)值也會有相當(dāng)大的差距，因而手冊上往往給出的是參數(shù)的上限值、下限值或范圍。此外，使用時應(yīng)特別注意手冊上每個參數(shù)的測試條件，當(dāng)使用條件與測試條件不同時，參數(shù)也會發(fā)生變化。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)二極管所用場合，按其承受的最高反向電壓、最大正向平均電流、工作頻率、環(huán)境溫度等條件，選擇滿足要求的二極管。穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，是一種由硅材料制成的面接觸型晶體二極管。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時工作在反向擊穿狀態(tài)。在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)(或者說在一定的功率損耗范圍內(nèi))，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源和限幅電路中。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1幾種特殊二極管二、穩(wěn)壓二極管1.二極管和晶體管的識別子任務(wù)1（1）穩(wěn)壓二極管的伏安特性。穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管相同，工作在正向時實際就是一個普通二極管，如圖2-12(a)所示。所不同的是，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向擊穿狀態(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到設(shè)定的狀態(tài)時，穩(wěn)壓管一定擊穿，這個預(yù)定的反向擊穿電壓可通過制造工藝確定。二極管反向擊穿后，二極管兩端的反向電壓基本不變，但電流會迅速增加，所以，在伏安特性線上表現(xiàn)出幾乎與縱軸平行的狀況。由于穩(wěn)壓管穩(wěn)壓狀態(tài)反向電流會迅速增加，使穩(wěn)壓管過熱可能燒壞管子，所以穩(wěn)壓管一般要加接串聯(lián)限流電阻并要解決好散熱問題，以防穩(wěn)壓管工作時損壞而失去穩(wěn)壓效果。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1穩(wěn)壓管的符號和等效電路如圖2－12(b)所示。在等效電路中，二極管VD1表示穩(wěn)壓管加正向電壓與雖加反向電壓但未擊穿時的情況，理想二極管VD2、電壓源UZ和電阻rd的串聯(lián)支路表示穩(wěn)壓管反向擊穿時的等效電路。圖2－12穩(wěn)壓管的伏安特性、符號和等效電路二極管和晶體管的識別子任務(wù)1(2)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)。①穩(wěn)定電壓UZ。UZ是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。②穩(wěn)定電流IZ。IZ是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時的參考電流，電流低于此值時穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不穩(wěn)壓，故也常將IZ記作IZmin

。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1③額定功耗PZm。PZm等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ與最大穩(wěn)定電流IZm(或記作IZmax)的乘積。④動態(tài)電阻rZ。rZ是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓變化量與其電流變化量之比，電流變化時UZ的變化越小，則穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性越好。⑤溫度系數(shù)a。a表示溫度每變化1℃時穩(wěn)壓值的變化量。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1發(fā)光二極管2.發(fā)光二極管發(fā)出的光包括可見光、不可見光、激光等不同類型，這里只對可見光發(fā)光二極管進(jìn)行簡單介紹。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1發(fā)光二極管因其驅(qū)動電壓低，功耗小，壽命長，可靠性高等優(yōu)點，廣泛用于顯示電路中。使用時，應(yīng)特別注意不要超過最大管功耗、最大正向電流和反向擊穿電壓等極限參數(shù)。發(fā)光二極管可以制成各種形狀，如長方形、圓形等，其外形及符號如圖2－13所示。發(fā)光二極管工作在正向?qū)顟B(tài)。圖2－13發(fā)光二極管的外形及符號二極管和晶體管的識別子任務(wù)1光電二極管3.光電二極管是一種將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕陌雽?dǎo)體器件。光電二極管工作在反向截止?fàn)顟B(tài)，由于工作在反向截止?fàn)顟B(tài)，所以并沒有電流流過二極管，當(dāng)有光照射時，由于半導(dǎo)體的熱敏性，則在PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生自由電子和空穴，使光照條件下的PN結(jié)上產(chǎn)生反向電流，取消光照則電流消失，這樣，光電二極管就可將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斔偷诫娐分校瑢崿F(xiàn)由光到電的轉(zhuǎn)換。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1圖2－14光電二極管的外形和符號二極管和晶體管的識別子任務(wù)1活動自己動手試一試，按圖2－15所示連接兩個電路并觀察現(xiàn)象，完成表2－2中各項的填寫。圖2－15連接電路圖二極管和晶體管的識別子任務(wù)1器件說明：E1、E2為電源；R1、R2為電阻；S1、S2為開關(guān)；VD1、VD2為二極管；L1、L2為燈泡?；顒咏Y(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦浴Ｔ谑褂弥羔樖饺f用表檢測PN結(jié)時，選用電阻擋可以不用調(diào)零，因為此時只是對PN結(jié)進(jìn)行定性測量，而不做定量分析。但一定要注意選擇合適的擋位。例如，若選擇×10k擋，可能會因萬用表對外輸出電壓過高，而把PN結(jié)擊穿；若選擇×10或×1擋位，則可能會因萬用表對外輸出的電流過大，而把PN結(jié)燒毀。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1使用指針式萬用表電阻擋測量PN結(jié)的小常識使用指針式萬用表電阻擋×1k或×100擋位，或使用數(shù)字式萬用表測通斷擋，分兩個方向分別測試發(fā)光二極管和普通二極管，觀察二極管及萬用表的現(xiàn)象。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1活動二極管和晶體管的識別子任務(wù)1半導(dǎo)體晶體管三、半導(dǎo)體晶體管又稱雙極型晶體管、晶體管、晶體三極管，以下簡稱晶體管。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1晶體管的結(jié)構(gòu)與符號1.晶體管的基本結(jié)構(gòu)是兩個反向接面的PN結(jié)，如圖2-16所示，有PNP和NPN兩種組合。三個接出來的端點依序稱為發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)，名稱來源與它們在三極管工作時的功能有關(guān)。圖2-16(a)和圖2-16(b)所示分別為NPN型與PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)和電路符號，發(fā)射極被特別標(biāo)出，箭頭所在的極為發(fā)射極。在未接外加偏壓時，兩個PN面都會形成耗盡層，分別稱為集電結(jié)與發(fā)射結(jié)，從而將中性的P型區(qū)和N型區(qū)隔開。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1圖2－16晶體管的結(jié)構(gòu)和電路符號二極管和晶體管的識別子任務(wù)1活動使用指針式萬用表電阻擋×1k或×100擋位，或使用數(shù)字式萬用表測通斷擋，把晶體管三個極之間兩兩正反向進(jìn)行測量，判斷出晶體管的好壞及結(jié)構(gòu)，并找出基極。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1晶體管的作用2.(1)晶體管的放大作用。晶體管具有電流放大作用，所以，晶體管是電流放大器件，此處僅以NPN型晶體管的共發(fā)射極接法(見圖2－17)為例來說明一下晶體管放大電路的基本機理。圖2－17共發(fā)射極晶體管放大電路二極管和晶體管的識別子任務(wù)1在圖2－17中，我們把從基極b流至發(fā)射極e的電流稱為基極電流IB；把從集電極c流至發(fā)射極e的電流稱為集電極電流IC。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極e上就用了一個箭頭來表示電流的方向，發(fā)射極電流用IE表示。依據(jù)基爾霍夫電流定律有IE=IB+IC

(2－1)二極管和晶體管的識別子任務(wù)1在實際制作過程中，要讓晶體管的集電極電流IC與基極電流IB具有一個恒定的比例關(guān)系β，且這一比例關(guān)系的恒定性將作為一只晶體管的質(zhì)量好壞的一個重要指標(biāo)。集電極電流受基極電流的控制，并且基極電流很小的變化就會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即基極電流變化被放大了β倍，所以把β稱為晶體管的電流放大倍數(shù)。β一般遠(yuǎn)大于1，達(dá)到幾十到幾百，由此可以看出，晶體管的電流放大作用的實質(zhì)是放大基極電流的變化量。這時，式(2-1)變?yōu)?/p>

IE=1+βIB

(2-2)二極管和晶體管的識別子任務(wù)1(2)晶體管的開關(guān)作用。晶體管除了有電流放大作用外，還可以當(dāng)成開關(guān)使用。在晶體管的輸出特性曲線(見圖2-18)上共有三個區(qū)域：放大區(qū)，即體現(xiàn)晶體管的電流放大作用；飽和區(qū)與截止區(qū)則可以體現(xiàn)晶體管的開關(guān)作用。圖2-18晶體管的輸出特性曲線二極管和晶體管的識別子任務(wù)1當(dāng)晶體管處于截止區(qū)時，晶體管上的基極與發(fā)射極間的PN結(jié)和基極與集電極間的PN結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)，且基極電流與集電極電流均為0；進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)后，晶體管的集電極與發(fā)射極之間的電流基本為0，可以理解為一個開關(guān)打開了。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1晶體管的特性曲線3.(1)輸入特性曲線。由輸入回路可寫出晶體管的輸入特性方程為實測的某NPN型硅晶體管的輸入特性曲線如圖2-19(b)所示，由圖可見，曲線的形狀與二極管的伏安特性類似，不過它與uCE有關(guān)，uCE=1V的輸入特性曲線比uCE=0V的曲線向右移動了一段距離，即uCE增大曲線向右移，但當(dāng)uCE＞1V后，曲線右移距離很小，可以近似認(rèn)為與uCE=1V的曲線重合，所以圖2-19(b)中只畫出兩條曲線。在實際使用中，uCE總是大于1V的。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1(2)輸出特性曲線。輸出回路的輸出特性方程為特性曲線如圖2-19（c）所示，晶體管的輸出特性曲線為截止區(qū)、飽和區(qū)和放大區(qū)三個區(qū)，每區(qū)各有其特點。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1圖2-19共發(fā)射極晶體管電路和輸入、輸出特性曲線二極管和晶體管的識別子任務(wù)1①截止區(qū)。iB≤0，iC=ICEO≈0，此時兩個PN結(jié)均反向偏置。ICEO為發(fā)射結(jié)的反向穿透電流。②放大區(qū)。iC=βiB+ICEO，此時發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，特性曲線比較平坦且等間距。iC受iB控制，iB一定時，iC不隨uCE變化而變化。③飽和區(qū)。uCE<uBE，uCB=uCE－uBE<0，此時，兩個PN結(jié)均正向偏置，iC不受iB控制,晶體管失去放大作用。曲線上升部分uCE很小，當(dāng)uCE=uBE時，達(dá)到臨界飽和狀態(tài)，深度飽和時，硅管uCE（SAT）=0.3V，鍺管uCE（SAT）=0.1V。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1(3)溫度對特性曲線的影響。①溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高1℃，uBE減小2~2.5mV；溫度每升高10℃，集電極、基極間反向飽和電流ICBO約增大1倍。②溫度升高，輸出特性曲線向上移，輸出特性曲線間距增大。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1晶體管的主要參數(shù)4.(1)電流放大系數(shù)。①共發(fā)射極電流放大系數(shù):β－(β)為直流(交流)電流放大系數(shù)，即β－=IC/IB

(β=ΔiC/ΔiB)

②共基極電流放大系數(shù):α=β/1+β，α<1，一般為0.98以上。(2)極間反向飽和電流：集電極、基極間反向飽和電流ICBO，集電極、發(fā)射極間反向飽和電流ICEO。ICBO、ICEO均隨溫度的升高而增大。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1(3)極限參數(shù)。①ICM：集電極最大允許電流，超過此值時β值明顯降低。②PCM：集電極最大允許功率損耗。③U（BR）CEO：基極開路時集電極、發(fā)射極間反向擊穿電壓。④U（BR）CBO：發(fā)射極開路時集電極、基極間反向擊穿電壓。⑤U（BR）EBO：集電極極開路時發(fā)射極、基極間反向擊穿電壓。

U（BR）CEO、U（BR）CBO和U（BR）EBO三者之間的關(guān)系如下：

U（BR）CBO>U（BR）CEO>U（BR）EBO二極管和晶體管的識別子任務(wù)1活動使用指針式萬用表電阻擋×1k或×100的擋位，找出晶體管的集電極與發(fā)射極。通過活動一判斷出晶體管的結(jié)構(gòu)與基極后，以NPN型晶體管為例，把紅、黑表筆分別放在另外兩個未知的電極上不動，然后用手指去接觸黑表筆與已知的基極(此時一定別讓身體的任何部位接觸到紅表筆)，記住指針的最大擺動位置；然后，把紅、黑表筆接觸的電極互換，再次用手指去接觸黑表筆與已知的基極?？辞昂髢纱文囊淮沃羔樀臄[動幅度大，幅度大的一次黑表筆接觸的那個電極是集電極。如果是PNP型晶體管，手指接觸的表筆相反，依然看指針擺動幅度，此時紅表筆接觸的是集電極。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1任務(wù)實施小組成員分工協(xié)作，對二極管和晶體管進(jìn)行識別和測量，并完成工作計劃單的填寫工作。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1小組成員分工協(xié)作，根據(jù)工作計劃單進(jìn)行任務(wù)實施，并完成任務(wù)實施單的填寫工作。二極管和晶體管的識別子任務(wù)1評價根據(jù)任務(wù)完成情況填寫考核評價表，見表2-3。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2放大電路的分析與靜態(tài)工作點的計算一、晶體管為非線性器件，對含有這些器件的電路進(jìn)行分析時，可采用適當(dāng)?shù)慕品椒?，按線性電路來處理。利用疊加定理可對電路中的交、直流分量分別進(jìn)行分析。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2圖解法1.分析方法（一）在輸入、輸出特性曲線上畫出交、直流負(fù)載線，求靜態(tài)工作點Q，分析動態(tài)波形及失真等。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2微變等效電路法2.根據(jù)發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降估算靜態(tài)工作點Q，再用等效電路法分析計算小信號交流通路的電路動態(tài)參數(shù)。設(shè)電量參數(shù)的表示符號為Bb。其中，B為主要符號，大寫表示該電量是與時間無關(guān)的量(直流、平均值、有效值)，小寫表示該電量是隨時間而變化的量(瞬時值)；b為下標(biāo)符號，大寫表示直流量或總電量(總最大值、總瞬時值)，小寫表示交流分量。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2電量參數(shù)的表示（二）單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2直流分析（三）只研究在直流電源作用下，電路中各直流量的大小稱為直流分析(靜態(tài)分析)，由此而確定的各極直流電壓和電流稱為直流工作點(靜態(tài)工作點)參量。晶體管靜態(tài)電路如圖2-20(a)所示，晶體管的輸入、輸出特性曲線如圖2-20(b)、圖2-20(c)所示。晶體管的共發(fā)射極電流放大倍數(shù)β為100。圖2-20圖示法直流分析單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2由圖2-20可求得

IBQ=VBB－UBEQ/Rb=3－0.7/115=20μA

ICQ=βIBQ=100×20=2mA

UCEQ=VCC－ICQ

Rc=5－2×1=3V

以上方程為直流分析中靜態(tài)工作點的計算公式。改變Rb與Rc的值會改變電路中的靜態(tài)工作點Q。一個放大電路靜態(tài)工作點選取的位置直接決定了放大電路的工作情況是否正常。靜態(tài)工作點選得太高，即IBQ值太大，會使電路的輸出信號產(chǎn)生飽和失真，反之則會產(chǎn)生截止失真。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2交流分析（四）當(dāng)外電路接入交流信號后，為了確定疊加在靜態(tài)工作點上的各交流量而進(jìn)行的分析，稱為交流分析(動態(tài)分析)。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2動態(tài)圖解分析1.晶體管電路動態(tài)工作時的電流、電壓可利用晶體管特性曲線通過作圖求得?，F(xiàn)通過例題來說明動態(tài)圖解的分析過程。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2回路的圖解2.根據(jù)VCC及Rc的值可在圖2-21(b)所示輸出特性曲線中作出直流負(fù)載線NM，它與iB=IBQ=30μA的輸出特性曲線相交于Q點，Q點便是集電極回路的直流工作點。由圖可知，其對應(yīng)的ICQ=3mA，UCEQ=3V。隨著基極電流的變化，負(fù)載線MN與輸出特性曲線簇的交點也隨之變化。按基極電流iB在不同時間的數(shù)值，找出相應(yīng)的輸出特性曲線及其與負(fù)載線MN的交點，便可畫出集電極電流iC和c、e極間電壓uCE的波形，如圖2-21(b)中③、④所示。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2圖2-21動態(tài)圖解分析單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2總結(jié)圖解法分析的優(yōu)點如下：（1）既能分析靜態(tài)的工作情況，又能分析動態(tài)的工作情況。（2）直觀形象。（3）適合分析具有特殊輸入／輸出特性的管子。（4）適合分析工作在大信號狀態(tài)下的放大電路。總結(jié)圖解法分析的缺點如下：（1）特性曲線存在誤差。（2）作圖麻煩。（3）無法分析復(fù)雜電路和高頻小放大信號。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2小結(jié)晶體管的輸出有三個狀態(tài)——放大、截止和飽和；可以完成兩種功能——放大信號、開關(guān)。放大狀態(tài)滿足的條件是發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏；截止?fàn)顟B(tài)滿足的條件是發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏；飽和狀態(tài)滿足的條件是發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2晶體管微變等效電路二、晶體管是一個非線性器件，為了更好地分析電路，當(dāng)晶體管工作的Q點處在近似線性區(qū)，輸入信號為微小變化的交流信號時，可以把晶體管組成的非線性電路變換成一個與原電路功能相同的線性電路來處理，如圖2-22所示。圖2-22晶體管微變等效電路單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2微變等效電路法求放大電路的重要參數(shù)三、放大倍數(shù)AuAi1.單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2輸入電阻Ri2.單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2輸出電阻Ro3.輸出電阻是放大電路輸入電壓ui=0，負(fù)載開路時輸出電壓與輸出電流的比值，在圖2-23中，Ro=RC。圖2-23共發(fā)射極放大電路及微變等效電路單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2微變等效電路法分析的優(yōu)點如下：(1)簡單方便。(2)適用于分析任何基本工作在線性范圍的簡單或復(fù)雜的電路。微變等效電路法分析的缺點如下：(1)只能解決交流分量的計算問題。(2)不能分析非線性失真。(3)不能分析最大輸出幅度。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2穩(wěn)定靜態(tài)工作點四、溫度對靜態(tài)工作點Q的影響1.在放大電路中，靜態(tài)工作點Q會受到很多因素的影響，但影響最大的是溫度的變化。由于半導(dǎo)體的熱敏性，所以晶體管是一個對溫度非常敏感的器件，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，器件的參數(shù)會受到很大的影響，在溫度變化中又以溫度升高對器件影響最大。當(dāng)溫度升高時電壓不變的情況下，基極電流增加，集電極電流比基極電流成倍增加，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓會下降。溫度每升高1℃，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓約減小2.2mV。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2分壓式偏置放大電路2.分壓式偏置放大電路又稱為固定偏置放大電路，如圖2-24所示。由于基極電流很小忽略不計時，Rb1、Rb2可近似看作單純的串聯(lián)電路，Rb1、Rb2的分壓結(jié)果可使基極電壓基本保持不變，這樣，當(dāng)溫度升高時，IB增加，IC也增加，使IE增加，由于Re的存在，使UE=IERe增加，從而引起發(fā)射結(jié)電壓UBE=UB-UE下降，UBE下降，可使增加的IB降下來，這樣就可以很好地穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2圖2-24分壓式偏置放大電路單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2晶體管單管放大電路的三種基本接法五、晶體管組成的基本放大電路有三種接法：共發(fā)射極接法、共集電極接法和共基極接法。(1)共發(fā)射極接法。信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極為輸入與輸出的公共端，如圖2-25(a)所示。(2)共集電極接法。信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極為輸入與輸出的公共端，如圖2-25(b)所示。(3)共基極接法。信號從發(fā)射極輸入，從集電極輸出，基極為輸入與輸出的公共端，如圖2-25(c)所示。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2圖2-25放大電路的三種接法單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2三種接法電路的具體分析方法，前面以共發(fā)射極接法為例做了詳細(xì)介紹，后兩種接法的分析方法參照前面的分析方法進(jìn)行，對于后兩種接法不做重點介紹。下面對三種接法的性能進(jìn)行比較性說明，見表2-4和表2-5。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2活動再次用指針式萬用表測量晶體管的三個極，區(qū)分出三個極分別是什么，畫出每一步測量的等效電路。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2任務(wù)實施小組成員分工協(xié)作，對單管放大電路的原理圖進(jìn)行繪制，并完成工作計劃單的填寫工作。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2小組成員分工協(xié)作，根據(jù)工作計劃單進(jìn)行任務(wù)實施，并完成任務(wù)實施單的填寫工作。單管放大電路的原理圖繪制子任務(wù)2評價根據(jù)任務(wù)完成情況填寫考核評價表，見表2-6。單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3實驗設(shè)備一、模擬電路實驗箱、萬用表。單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3讀懂電路原理圖二、共發(fā)射極單管固定偏置放大電路如圖2-26所示。圖2-26共發(fā)射極單管固定偏置放大電路單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3活動小組討論怎樣正確使用儀表，不同擋位的測量方法是什么？單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3(1)搭接電路，對照原理圖無誤后，經(jīng)教師檢查后通電。（2）觀察并測量電路參數(shù)變化對放大電路靜態(tài)工作點Q的影響，分別調(diào)節(jié)電位器Rp為最大值、最小值，測量靜態(tài)工作點UB、UC、Rb、Rc；計算IB、IC。將數(shù)據(jù)填入表2-7內(nèi)。單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3活動小組討論，并寫出電路圖（見圖2-26）中各器件的作用。單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3任務(wù)實施小組成員分工協(xié)作，對單管放大電路進(jìn)行制作與調(diào)試，并完成工作計劃單的填寫工作。單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3小組成員分工協(xié)作，根據(jù)工作計劃單進(jìn)行任務(wù)實施，并完成任務(wù)實施單的填寫工作。單管放大電路的制作與調(diào)試子任務(wù)3評價根據(jù)任務(wù)完成情況填寫考核評價表，見表2-8。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二任務(wù)導(dǎo)入通過以上學(xué)習(xí)，我們知道了要想把一個小的微弱電信號變成一個大的電信號，可以選擇晶體管對信號進(jìn)行放大。下面我們就通過一個具體的小實例看看晶體管的實際應(yīng)用。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二反饋一、反饋的定義（一）把放大電路輸出回路信號部分或全部通過一定形式的電路回送到輸入回路中，以增強或減弱輸入信號，這種信號的反送過程稱為反饋。增強輸入信號效應(yīng)的稱為正反饋，減弱輸入信號效應(yīng)的稱為負(fù)反饋。正反饋常用來產(chǎn)生振蕩信號；負(fù)反饋能穩(wěn)定放大電路，減少失真，因而廣泛應(yīng)用于放大器中。有反饋的放大電路稱為反饋放大電路。反饋放大電路的一般框圖如圖2-31所示。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二圖2-31反饋放大電路的一般框圖簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二正反饋與負(fù)反饋1.反饋的分類與判斷方法（二）(1)定義。①正反饋。引入的反饋信號增強了輸入信號的作用，使放大電路的放大倍數(shù)提高的反饋稱為正反饋。②負(fù)反饋。引入的反饋信號減弱了輸入信號的作用，使放大電路的放大倍數(shù)減小的反饋稱為負(fù)反饋。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二(2)判定方法。常用的判定方法是用瞬時極性法。先進(jìn)行電路狀態(tài)瞬時極性假定，然后按信號的傳輸方向確定電路中相關(guān)各點的瞬時極性，依據(jù)反饋送到輸入點的瞬時極性，確定是增強還是減弱了原來的輸入信號，若增強了則為正反饋；反之，則為負(fù)反饋。簡單的判定方法是：看反饋信號與輸入信號在輸入端是否是同一個點，若是同一個點，極性相同為正反饋，不同為負(fù)反饋；若不是同一個點，極性相同為負(fù)反饋，相反為正反饋。對于由運算放大器構(gòu)成的放大電路，反饋送到同相端為正反饋，送到反相端為負(fù)反饋。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二交流反饋與直流反饋2.(1)定義。①直流反饋。反饋信號是直流成分。②交流反饋。反饋信號是交流成分。(2)判定方法。畫交直流通路，在哪種通路中有反饋，則存在哪種反饋，若兩種通路中都有反饋，則為交直流反饋。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二電壓反饋與電流反饋3.(1)定義。①電壓反饋。反饋量取自于信號輸出端的電壓信號。②電流反饋。反饋量取自于信號輸出端的電流信號。(2)判定方法。使放大電路的輸出端交流短路，若反饋信號消失，則說明反饋信號取樣于輸出電壓，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則說明反饋信號取樣于輸出電流，則為電流反饋。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋4.(1)定義。①串聯(lián)反饋。反饋信號與輸入信號在輸入回路中彼此串聯(lián)。②并聯(lián)反饋。反饋信號與輸入信號在輸入回路中彼此并聯(lián)。(2)判定方法。反饋量加到非信號輸入端的是串聯(lián)反饋，反饋量加到信號輸入端的則為并聯(lián)反饋。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二負(fù)反饋對放大器性能的影響（三）負(fù)反饋可以使系統(tǒng)的輸出電壓或輸出電流穩(wěn)定。負(fù)反饋的類型不同，對放大電路或系統(tǒng)性能的影響也不同。負(fù)反饋主要從穩(wěn)定輸出信號，改善輸入、輸出電阻，穩(wěn)定放大倍數(shù)，改善輸出波形及展寬通頻帶五個方面對放大器性能進(jìn)行影響。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二穩(wěn)定放大倍數(shù)1.電源電壓的波動、負(fù)載的變化、環(huán)境溫度的變化等都能引起放大器的放大倍數(shù)變化。引入負(fù)反饋后，電壓反饋能穩(wěn)定輸出電壓，電流反饋能穩(wěn)定輸出電流，從而維持放大倍數(shù)的穩(wěn)定。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二改善輸出波形2.放大電路中引入負(fù)反饋后，負(fù)反饋信號與輸出信號相同的波形就會失真，與輸入信號相減后，減小了非線性失真，從而改善了輸出波形。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二展寬通頻帶3.通頻帶是指放大器按照不小于0.7Au的放大倍數(shù)來放大信號頻率的范圍。通頻帶一般越寬越好，電路中的非線性器件會影響通頻帶的寬度。對于一個具體的放大電路，超過一定頻率范圍的信號的放大倍數(shù)會下降。有、無反饋時的信號頻率與放大倍數(shù)、通頻帶的關(guān)系如圖2-32所示。圖2-32有、無反饋時的信號頻率與放大倍數(shù)、通頻帶的關(guān)系簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二穩(wěn)定輸出信號4.電壓負(fù)反饋可穩(wěn)定放大電路的輸出電壓，電流反饋可穩(wěn)定放大電路的輸出電流。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二改善輸入、輸出電阻5.并聯(lián)反饋可使放大電路的輸入電阻下降，串聯(lián)反饋可使輸入電阻增加；電壓反饋可使輸出電阻下降，電流反饋可使輸出電阻增加。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二器件識別與檢測二、電阻（一）電阻是一種兩端器件，其表面積太小而不足以用數(shù)字表示法表示，所以用色環(huán)標(biāo)示法來表示電阻的阻值、誤差和規(guī)格。電阻的色環(huán)主要分以下兩部分：（1）靠近電阻前端的一組用來表示阻值。三位有效數(shù)的電阻值用前四個色環(huán)來代表其阻值，其一般用于精密電阻的表示。（2）靠近電阻后端的一條色環(huán)用來代表誤差。第一部分的每條色環(huán)都是等距，自成一組，容易和第二部分的色環(huán)區(qū)分。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二四色環(huán)電阻1.四色環(huán)電阻的識別方法為：第一環(huán)、第二環(huán)分別代表兩位有效數(shù)的阻值；第三環(huán)代表倍率；第四環(huán)代表誤差。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二例2-2一個四色環(huán)電阻上的色環(huán)為棕、紅、紅、金，則其阻值為12×102

Ω=1.2kΩ，誤差為±5%。誤差表示電阻數(shù)值在標(biāo)準(zhǔn)值1200Ω上下波動5%×1200都是可以接受的，即該電阻阻值為1140～1260Ω都表示其為好的電阻。快速識別四色環(huán)電阻的關(guān)鍵在于根據(jù)第三環(huán)的顏色把阻值確定在某一數(shù)量級范圍內(nèi)，如是幾點幾k的還是幾十幾k的，再將前兩環(huán)讀出的數(shù)代入，這樣就可以很快地讀出阻值。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二五色環(huán)電阻2.如圖2-33所示，五色環(huán)電阻的識別方法為：第一環(huán)、第二環(huán)、第三環(huán)分別代表三位有效數(shù)的阻值；第四環(huán)代表倍率；第五環(huán)代表誤差。如果第五環(huán)為黑色，一般用來表示繞線電阻器;第五環(huán)如為白色，一般用來表示保險絲電阻器。如果電阻體只有中間一條黑色的色環(huán)，則代表此電阻為零歐姆電阻。圖2-33電阻色環(huán)讀數(shù)方法簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二活動讀出所給電阻的阻值，用萬用表進(jìn)行讀值正確性驗證。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二電容（二）電容是一種儲能器件。電容的容量表示法常見的有直標(biāo)法、數(shù)碼法，下面對其進(jìn)行簡單介紹。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二直標(biāo)法1.電容容量的常用單位有F(法拉)、μF(微法)、nF(納法)和pF(皮法或微微法)，其換算關(guān)系為1F=106μF=109nF=1012pF有時用大于1的兩位以上的數(shù)字表示單位為pF的電容，如101表示101pF；用小于1的數(shù)字表示單位為μF的電容，如0.1表示0.1μF。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二數(shù)碼法2.一般用三位數(shù)字來表示容量的大小，單位為pF。前兩位為有效數(shù)字，后一位表示倍率，即乘以10n，n為第三位數(shù)字。例如，223J代表22×103pF＝22000pF＝0.022μF，允許誤差為±5%,這種表示方法最為常見。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二活動讀出所給電容的容量。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二面包板（三）面包板(集成電路實驗板)是電路實驗中一種常用的具有多孔插座的插件板，在進(jìn)行電路實驗時，可以根據(jù)電路連接要求，在相應(yīng)孔內(nèi)插入電子元器件的引腳及導(dǎo)線等，使其與孔內(nèi)彈性接觸簧片接觸，由此連接成所需的實驗電路。圖2-34所示為SYB-118T型面包板平面圖，其為4行59列，每條金屬簧片上有5個插孔，因此插入這5個孔內(nèi)的導(dǎo)線就被金屬簧片連接在一起?；善g在電氣上彼此絕緣。插孔間及簧片間的距離均與雙列直插式(DIP)集成電路管腳的標(biāo)準(zhǔn)間距（2.54mm）相同，因而適于插入各種數(shù)字集成電路。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二圖2-34SYB

118T型面包板平面圖簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二圖2-34中字母A~E一列5個孔相互接在一起，F(xiàn)~J一列5個孔相互接在一起；X行與Y行是一橫排每5個緊臨孔相互接到一起。簡單門鈴的制作與調(diào)試任務(wù)二活動用萬用表驗證：相連的5個孔為一組，是互相短接的。簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1簡單電路原理分析一、如圖2-35所示是簡單門鈴的典型電路原理圖，晶體管VT1、VT2組成互補型多諧振蕩器。它的工作原理為：當(dāng)閉合開關(guān)S、電源E通過R1在VT1的基極上對地形成偏壓，使VT1、VT2導(dǎo)通，在VT2、揚聲器Y、開關(guān)S、電源E上形成回路，揚聲器Y兩端就建立了噪聲電壓。此能量又通過電阻R2、電容C正反饋到VT1的基極進(jìn)行放大補償，形成振蕩，揚聲器就發(fā)出連續(xù)的響聲。簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1圖2-35簡單門鈴的典型電路原理圖簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1電路原理圖二、活動畫出簡單門鈴的電路原理圖，并和小組成員討論電路的控制原理。簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1任務(wù)實施小組成員分工協(xié)作，對簡單門鈴電路的使用進(jìn)行識別和繪制，并完成工作計劃單的填寫工作。簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1小組成員分工協(xié)作，根據(jù)工作計劃單進(jìn)行任務(wù)實施，并完成任務(wù)實施單的填寫工作。簡單門鈴電路圖的認(rèn)識及繪制子任務(wù)1評價根據(jù)任務(wù)完成情況填寫考核評價表，見表2-10。簡單門鈴電路的器件識別與測量子任務(wù)2器件清單一、簡單門鈴電路的器件清單見表2-11。簡單門鈴電路的器件識別與測量子任務(wù)2器件說明二、晶體管VT1可用3DG201等任何型號的小功率NPN型硅三極管，β值為50～200；VT2可用3AX31B等小功率PNP型鍺三極管，β值大于30即可。R1、R2為1/8W的小型碳膜電阻器。C可用CT1型瓷介電容器。Y可用φ30、8Ω電動揚聲器。S為普通電鈴按鈕，安裝在室外門框上。電源E為兩節(jié)5號電池。簡單門鈴電路的器件識別與測量子任務(wù)2活動對照清單進(jìn)行器件的質(zhì)量檢測。(1)對照清單，把電阻找出后，按色環(huán)讀數(shù)，確認(rèn)與電路標(biāo)注一致，然后用萬用表電阻擋的合適擋位進(jìn)行測量，確認(rèn)電阻合格，以備使用。(2)對照清單，把電容找出后，按標(biāo)注讀數(shù)，確認(rèn)與電路標(biāo)注一致，以備使用。(3)對照清單，找到所需晶體管，用萬用表檢測合格后，以備使用。簡單門鈴電路的器件識別與測量子任務(wù)2任務(wù)實施小組成員分工協(xié)作，對簡單門鈴電路的器件進(jìn)行識別和測量，并完成工作計劃單的填寫工作。簡單門鈴電路的器件識別與測量子任務(wù)2小組成員分工協(xié)作，根據(jù)工作計劃單進(jìn)行任務(wù)實施，并完成任務(wù)實施單的填寫工作。簡單門鈴電路的器件識別與測量子任務(wù)2評價根據(jù)任務(wù)完成情況填寫考核評價表，見表2-12。簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3面包板上的合理規(guī)劃一、在面包板上要先規(guī)劃出器件的一個基本排列位置，器件間的位置既不要太緊密，也不要太松散，應(yīng)以每個器件插接方便又少用短接導(dǎo)線為好。簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3活動在一張紙上畫出面包板上器件對應(yīng)位置擺放圖。在面包板上規(guī)劃好器件排列位置后，使用鑷子與鉗子等工具，把器件引腳彎成合適的形狀，然后把引腳可靠地插接到面包板上規(guī)劃好的位置。注意不要讓不相關(guān)的器件引腳間發(fā)生短路情況。簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3細(xì)心裝配二、簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3完成后通電調(diào)試三、完成后的效果如圖2-36所示。圖2-36完成后的效果簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3任務(wù)實施小組成員分工協(xié)作，對簡單門鈴電路進(jìn)行裝配與調(diào)試，并完成工作計劃單的填寫工作。簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3小組成員分工協(xié)作，根據(jù)工作計劃單進(jìn)行任務(wù)實施，并完成任務(wù)實施單的填寫工作。簡單門鈴電路的裝配與調(diào)試子任務(wù)3評價根據(jù)任務(wù)完成情況填寫考核評價表，見表2-13。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三任務(wù)導(dǎo)入為了全面掌握之前學(xué)過的知識，下面對一個較大的晶體管放大電路進(jìn)行安裝與調(diào)試。通過這個電路的安裝與調(diào)試，學(xué)生可以通過更換不同的電阻改變電路的靜態(tài)工作點，使電路進(jìn)入不同的失真狀態(tài)，并查看電路的輸出情況。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三多級放大電路一、在放大電路中，由單獨一個晶體管進(jìn)行信號放大后，信號放大程度往往達(dá)不到需要的值，這時就需要采用多級放大電路。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三多級放大電路的耦合方式1.在多級放大電路中，前一級的輸出與后一級的輸入之間的連接方式稱為耦合。常用的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。(1)直接耦合。前后級之間采用直接連接或是對直流信號呈導(dǎo)通特性的電阻等器件進(jìn)行連接的方式稱為直接耦合，如圖2-37所示。直接耦合無耦合電容，具有良好的低頻特性，便于制作集成電路，但直接耦合的放大電路各級間靜態(tài)工作點會互相影響。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三圖2-37直接耦合音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三(2)阻容耦合。前后級之間采用電容耦合，與下一級的輸入電阻一起構(gòu)成阻容耦合，如圖2-38所示。圖2-38阻容耦合音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三(3)變壓器耦合。前后級之間采用變壓器方式來進(jìn)行信號傳遞的耦合方式稱為變壓器耦合，如圖2-39所示。圖2-39變壓器耦合音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三多級放大電路的分析方法及參數(shù)2.多級放大電路的分析方法與單級放大電路一樣，要先靜態(tài)分析后動態(tài)分析，因為只有靜態(tài)工作點Q合適，動態(tài)分析才有意義。靜態(tài)分析時，使輸入信號為0，求各級的電壓與電流，采用的方法與單級放大電路一樣。動態(tài)分析時，通常用等效電路法進(jìn)行參數(shù)計算，求得電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。在進(jìn)行參數(shù)求解的過程中，要注意前后級之間的相互影響，用電阻法求電壓放大倍數(shù)時，要把后級的輸入電阻作為前級的負(fù)載加以考慮；用開路電壓法求參數(shù)時，要把前級的開路電壓作為后級的信號源電壓加以考慮，前級的輸出阻抗作為后級的信號源內(nèi)阻加以考慮。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三多級放大電路的電壓放大倍數(shù)等于各級放大倍數(shù)的乘積，即

Au=Au1Au2…Aun

多級放大電路的輸入電阻等于第一級放大電路的輸入電阻，即

Ri=Ri

1

多級放大電路的輸出電阻等于最后一級放大電路的輸出電阻，即

Ro=Ron音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三場效應(yīng)晶體管二、場效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor，F(xiàn)ET)簡稱場效應(yīng)管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,故也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高(108~109Ω)、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三場效應(yīng)管的分類1.場效應(yīng)管分結(jié)型(見圖2-40)和絕緣柵型(見圖2-41)兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)因有PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)管(JGFET)則因柵極與其他電極完全絕緣而得名。目前，在絕緣柵型場效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是金屬M-氧化物O-半導(dǎo)體S型場效應(yīng)管，簡稱MOS管(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET)。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三圖2-40結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號圖2-41絕緣柵增強型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三按溝道導(dǎo)電載流子的不同，結(jié)型和絕緣柵型場效應(yīng)管各分N溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分，場效應(yīng)管又可分成耗盡型和增強型。結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的也有增強型的，如圖2-42所示。圖2-42場效應(yīng)管分類圖音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與工作原理2.(1)結(jié)構(gòu)。絕緣柵型場效應(yīng)管是在一塊P型硅片上擴散兩個高濃度的N型區(qū)，并分別從兩個N型區(qū)引出兩個電極：漏極和源極。或在N型硅片上擴散兩個高濃度的P型區(qū)，并從P型區(qū)上引出兩個電極：漏極和源極。在源區(qū)與漏區(qū)之間的襯底表面覆上一層很薄的絕緣層，再在絕緣層覆蓋一層金屬層，形成柵極G。因此，柵極與其他兩極之間是絕緣的，故輸入電阻很高。在分立元件中，常將襯底電極與源極S相連，而在集成電路中一般則不相連。音頻放大器的制作及調(diào)試任務(wù)三(2)原理。為解釋場效應(yīng)管的工作原理，我們先了解一下僅含有一個PN結(jié)的二極管的工作過程。如圖2-43所示，在二極管加上正向電壓(P端接正極，N端接負(fù)極)時，二極管導(dǎo)通，其PN結(jié)有電流通過。這是因為在P型半導(dǎo)體端為正電壓時，N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端，而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N