考研電路復(fù)習(xí)-節(jié)點電壓法的典型例題

主編：趙玉菊電子工業(yè)出版社全國高職高專院校規(guī)劃教材·精品與示范系列1.1.1焊接工具一．電烙鐵電烙鐵是焊接的主要工具之一。它主要有烙鐵頭和烙鐵芯構(gòu)成，烙鐵芯是由電阻絲和絕緣材料做成的，烙鐵芯是電烙鐵的熱源，將熱傳遞給烙鐵頭。烙鐵頭是用導(dǎo)熱良好的紫銅材料制造的，主要用來融化焊錫。常用電烙鐵的種類1.外熱式電烙鐵：烙鐵頭安裝在烙鐵芯內(nèi)。2.內(nèi)熱式電烙鐵：烙鐵芯安裝在烙鐵頭的里面。3.其他烙鐵〔1〕恒溫電烙鐵；〔2〕吸錫電烙鐵；〔3〕汽焊烙鐵。二．其它工具1.尖嘴鉗；2.偏口鉗；3.鑷子；4.小刀1.1.2焊料與焊劑一.焊料焊料是一種易熔金屬，它能使元器件引線與印制電路板的連接點連接在一起。手工焊接常用直徑為0.8mm焊錫絲，且多已參加助焊劑，使用起來很方便。二.焊劑1.助焊劑：通常使用松香作為助焊劑。2.阻焊劑：限制焊料只在需要的焊點上進行焊接，把不需要焊接的印制電路板的板面局部覆蓋起來。1.1.3焊接工藝一.焊接五步法準(zhǔn)備好電烙鐵以及鑷子、剪刀、斜口鉗、尖嘴鉗、焊料、焊劑等工具，按下述五步法進行焊接。1.準(zhǔn)備施焊：準(zhǔn)備好焊錫絲和烙鐵，將電烙鐵及焊件搪錫，左手握焊料，右手握電烙鐵。2.加熱焊件：將烙鐵接觸焊接點，加熱焊件各局部。3.熔化焊料：當(dāng)焊件加熱到能熔化焊料的溫度后將焊絲置于焊點，焊料開始熔化并潤濕焊點。4.移開焊錫：當(dāng)熔化一定量的焊錫后將焊錫絲移開。5.移開烙鐵：當(dāng)焊錫完全潤濕焊點后迅速移開烙鐵。三.印制電路板的焊接工藝1.焊前準(zhǔn)備熟悉所焊印制電路板的裝配圖，按圖紙配料，檢查元器件型號、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙要求，并做好裝配前元器件引線成型等準(zhǔn)備工作。2.焊接順序元器件裝焊順序依次為：電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其它元器件為先小后大。單元2：常用儀器、儀表

函數(shù)發(fā)生器

函數(shù)發(fā)生器是一種多功能的信號源，它可以輸出正弦波、方波或三角波等，輸出電壓的幅值和頻率都可以方便地調(diào)節(jié)。函數(shù)發(fā)生器采用恒流充放電原理來產(chǎn)生三角波和方波，改變充放電電流值，就可以得到不同頻率信號；當(dāng)充電與放電電流不相等時，原來的三角波可變成各種斜率的鋸齒波，同時方波就變成各種占空比的脈沖波。另外，將三角波通過波形變換電路，就能得到正弦波信號。

單元2：常用儀器、儀表萬用表使用本卷須知：1.在測量之前如不知被測電壓、電流范圍時，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于最高量程并逐檔調(diào)低。2.當(dāng)只在最高位顯示“1〞時，說明已過量程，應(yīng)將量程調(diào)高。3.測量完畢，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至交流750V平安檔位上，以防誤用歐姆檔〔或電流檔〕測電壓而損壞電表。單元2：常用儀器、儀表示波器單元3：常用電子元器件

電阻器1.電阻的作用：電阻的作用主要有：分壓、限流、偏置、濾波〔與電容器組合使用〕和阻抗匹配等。2.電阻的分類〔1〕按結(jié)構(gòu)分類：分為固定電阻和可變電阻兩大類。〔2〕按材料分類：分為碳膜電阻器、金屬膜電阻器、熱敏電阻器、實心碳膜電阻器、碳膜電位器、半可調(diào)式電阻器等。單元3：常用電子元器件

3.電阻的參數(shù)標(biāo)注方法兩種：一種是數(shù)標(biāo)法；另一種是色標(biāo)法?！?〕數(shù)標(biāo)法：數(shù)標(biāo)法是用阿拉伯?dāng)?shù)字在電阻器外表上直接標(biāo)出其阻值和允許誤差等級。如有一只電阻器上標(biāo)有“47KⅡ〞的字樣，表示它的標(biāo)稱值是47KΩ，允許誤差不超過±10%。〔2〕色標(biāo)法：色標(biāo)法是一種用顏色表示電阻器標(biāo)稱值和允許誤差的方法。單元電子3：常用元器件一般用四道色環(huán)或五道色環(huán)來表示，各種顏色代表不同的數(shù)字。四環(huán)電阻的四道色環(huán)，第一道環(huán)和第二道環(huán)分別表示電阻的第一位和第二位有效數(shù)字，第三道環(huán)表示10的乘方數(shù)〔10n，n為顏色所表示的數(shù)字〕，第四道環(huán)表示允許誤差〔假設(shè)無第四道色環(huán)，那么誤差為±20%〕。色環(huán)電阻的單位一律為Ω。單元電子3：常用元器件4.電阻器的檢測〔1〕檢測固定電阻器固定電阻器的質(zhì)量好壞比較容易鑒別。對于常用的碳膜、金屬膜電阻器等電阻器的阻值可以用普通萬用表的電阻擋，合理選擇量程直接測量，看其測量阻值與標(biāo)稱值是否一致，相差值是否在允許誤差的范圍之內(nèi)。單元電子3：常用元器件2.檢測電位器〔注意：使用指針式萬用表測量〕〔1〕檢測電位器固定端的阻值先測量電位器的總阻值是否與標(biāo)稱阻值相同。假設(shè)測得的阻值為無窮大或較標(biāo)稱阻值大，那么說明該電位器已開路或變值損壞?！?〕檢測電位器可變端的阻值將兩表筆分別接電位器中心頭與兩個固定端中的任一端，慢慢轉(zhuǎn)動電位器手柄，使其從一個極端位置旋轉(zhuǎn)至另一個極端位置，正常的電位器，萬用表表針指示的電阻值應(yīng)從標(biāo)稱阻值〔或0Ω〕連續(xù)變化至0Ω〔或標(biāo)稱阻值〕。整個旋轉(zhuǎn)過程中，表針應(yīng)平穩(wěn)變化，而不應(yīng)有任何跳動現(xiàn)象。單元3：常用電子元器件

電容器1.電容器的作用電容器在電路中起通交流、隔直流、貯能、旁路、耦合、濾波等作用。2.電容器的分類〔1〕按結(jié)構(gòu)分類：分為固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器三類?！?〕按介質(zhì)分類：電容器按介質(zhì)分為陶瓷電容器、云母電容器、紙介電容器、油質(zhì)電容器、碳膜電容器、薄膜電容器、電解電容器等。單元3：常用電子元器件

3.電容器容量和誤差的標(biāo)志方法?！?〕直標(biāo)法：將標(biāo)稱容量和誤差值直接標(biāo)在電容器上。如0.22uF±10%?！?〕文字符號法：將容量的整數(shù)局部和小數(shù)局部分別寫在容量單位標(biāo)志符合的前面和后面。例如：2.2pF寫為2p2,6800pF寫為6n8，0.01uF寫為10n等。〔3〕數(shù)碼標(biāo)注法：用三位數(shù)字表示電容器大小的標(biāo)注方法，稱為數(shù)碼標(biāo)注法。三位數(shù)字中前兩位數(shù)表示電容量值的第一、二位有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示前兩位有效數(shù)字后“0〞的個數(shù)，這樣得到的電容量單位是pF。單元3：常用電子元器件

4.電容器的檢測注意：使用指針式萬用表測量〔1〕無極性電容器的檢測對于電容量在0.1uF以上的無極性電容器，可以用萬用表的歐姆檔〔R×1KΩ〕來測量電容器的兩極。測量時假設(shè)表針向右微微擺動，然后再慢慢向左返回，那么說明此電容器正常；假設(shè)表針不動，說明此電容器已經(jīng)斷路。單元3：常用電子元器件

〔2〕電解電容器的檢測電解電容器的容量較大，兩極有正、負(fù)之分，長腳為正，短腳為負(fù)。檢測時，一般用萬用表的歐姆檔〔R×1KΩ〕，紅表筆接電容器的負(fù)極，黑表筆接電容器的正極，測量時表針首先向右偏轉(zhuǎn)，然后慢慢退回，待指針穩(wěn)定后得到的阻值是幾百KΩ以上，那么說明被測電容是好的。假設(shè)指針根本不向右偏轉(zhuǎn)，說明電容器內(nèi)部已斷路或電解質(zhì)已干涸而失去容量。單元3：常用電子元器件

電感器1.電感器的作用電感器的作用是通直流、阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。2.電感器的分類按電感形式分類：固定電感、可變電感。

按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按工作性質(zhì)分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

按繞線結(jié)構(gòu)分類：單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。單元3：常用電子元器件

3.電感器的檢測電感器的精確測量可通過高頻g表或電感表進行測量。假設(shè)不具備以上兩種儀表，那么可用萬用表歐姆檔測量線圈的直流電阻來判斷其好壞。假設(shè)被測電感器的阻值為零，那么說明電感器內(nèi)部繞組有短路故障；假設(shè)被測電感器阻值為無窮大，那么說明電感器的繞組或引出腳于繞組接點處發(fā)生了斷路故障。單元3：常用電子元器件

1.3.4半導(dǎo)體二極管一.半導(dǎo)體的根本知識1.本征半導(dǎo)體純潔的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。純硅和鍺都是四價元素.在本征硅和鍺的單晶中，由于原子排列的有序性，使得每個價電子為相鄰原子所共有，形成共價鍵結(jié)構(gòu)。絕對零度〔－273℃〕時，所有價電子都被束縛在共價鍵內(nèi)，晶體中沒有自由電子，所以半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。單元3：常用電子元器件

在室溫或光照下少數(shù)價電子可以獲得足夠的能量擺脫共價鍵的束縛稱為自由電子，同時在價鍵中留下一個空位，這個空位稱為空穴，如右圖所示，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的。自由電子和空穴在運動中相遇時會重新結(jié)合而成對消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。自由電子和空穴統(tǒng)稱為載流子。在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電，分別形成電子電流和空穴電流，這是與導(dǎo)體在導(dǎo)電機理上的不同之處。單元3：常用電子元器件

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體?！?〕N型半導(dǎo)體：在本征硅〔或鍺〕中摻入少量的五價元素，如磷，就得到N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中自由電子是多子，空穴是少子。雜質(zhì)原子那么成為不能移動的帶正電荷的離子〔又稱為空間電荷〕?！?〕P型半導(dǎo)體：在本征硅〔或鍺〕中摻入少量的三價元素，如硼，就得到P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子，雜質(zhì)原子那么成為不能移動的帶負(fù)電荷的離子。N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體均呈現(xiàn)電中性單元3：常用電子元器件

3.PN結(jié)的形成及特性〔1〕PN結(jié)的形成由濃度差產(chǎn)生的多子的運動稱為擴散運動。少子的運動為漂移運動。單元3：常用電子元器件〔2〕PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦訮N結(jié)正偏時，PN結(jié)變窄，內(nèi)電場削弱，呈現(xiàn)很小的電阻，形成較大的正向電流。PN結(jié)反偏時，PN結(jié)變寬，內(nèi)電場增強，呈現(xiàn)很大的電阻，反向電流近似為零。因此PN結(jié)正偏時導(dǎo)通，反偏時截至，具有單向?qū)щ娞匦?。單?：常用電子元器件

二.半導(dǎo)體二極管1.二極管的結(jié)構(gòu)、符合及類型單元3：常用電子元器件2.二極管的特性及參數(shù)〔1〕二極管的伏安特性特性曲線分為兩局部：正向特性;反向特性當(dāng)二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值〔稱為死區(qū)電壓〕時，這一區(qū)段二極管正向電流很小,幾乎等于零。單元3：常用電子元器件當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓以后，隨著電壓的升高，正向電流將迅速增大,二極管正向電阻變得很小，電流與電壓的關(guān)系根本上是一條指數(shù)曲線。當(dāng)二極管完全導(dǎo)通后，正向壓降根本維持不變，稱為二極管正向?qū)▔航礥D(on)。一般硅管的UD(on)約為0.6～0.8V，鍺管的UD(on)約為0.1～0.3V。當(dāng)在二極管上加上反向電壓時，反向電流的值很小。而且當(dāng)反向電壓超過零點幾伏后，反向電流不再隨著反向電壓而增大，即到達了飽和。單元3：常用電子元器件溫度對二極管的特性有顯著影響。當(dāng)溫度升高時，擴散運動加強，產(chǎn)生同一正向電流所需的電壓減小，故正向特性曲線向左移。當(dāng)溫度升高時，少數(shù)載流子數(shù)量增加，反向電流將隨之增加，故反向特性曲線向下移。〔2〕二極管的主要參數(shù)①最大整流電流IF。②最高反向工作電壓UR。③反向電流IR。④最高工作頻率fM。單元3：常用電子元器件3.晶體二極管的應(yīng)用〔1〕二極管整流電路單元3：常用電子元器件〔2〕鉗位圖中，假設(shè)A點UA=0，二極管VD可正向?qū)?，其壓降很小，故F點的電位也被鉗制在0V左右，即UF＝0。單元3：常用電子元器件例：二極管電路如圖所示，試判斷圖中的二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出A、O兩端電壓UAO。設(shè)二極管是理想的。解：圖〔a〕D處于正向偏置而導(dǎo)通，UAO＝--6V。單元3：常用電子元器件圖〔b〕：D對被反向偏置而截止，UAO＝-12V。圖〔c〕：D1、D2屬于共陰極連接。對D1有陽極電位為0V，D2的陽極電位為-15V，故D1優(yōu)先導(dǎo)通，此后使UA＝0V，故D2反偏而截止，UAO=0V。圖〔d〕：D1、D2屬于共陽極連接。對D1有陰極電位為0V，D2的陰極電位為-6V．故D2優(yōu)先導(dǎo)通，此后使UA＝-6V；D1反偏而截止，故UAO＝-6V。單元3：常用電子元器件〔3〕二極管限幅電路限幅電路也稱為削波電路。當(dāng)輸入信號電壓在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓也隨著輸入電壓相應(yīng)的變化；當(dāng)輸入電壓高于某一個數(shù)值時，輸出電壓保持不變，這就是限幅電路〔限制輸出信號幅度的電路稱為限幅電路〕。常用于波形變換和整形電路。單元3：常用電子元器件例：圖(a)為一正負(fù)對稱限幅電路，設(shè)輸入電壓ui=10sinωt(V),Us1=Us2=5V。試畫出輸出電壓uo的波形。單元3：常用電子元器件解：當(dāng)-Us2<ui<Us1時，VD1、VD2都處于反向偏置而截止，因此i=0,uo=ui。當(dāng)ui>Us1時，VD1處于正向偏置而導(dǎo)通，使輸出電壓保持在Us1。當(dāng)ui<-Us2時，VD2處于正向偏置而導(dǎo)通，輸出電壓保持在-Us2。所以輸出電壓uo被限制在+Us1與-Us2之間，即|uo|≤5V。輸入、輸出波形如圖(b)所示單元3：常用電子元器件〔4〕二極管開關(guān)電路在開關(guān)電路中，利用二極管的單向?qū)щ娦允蛊涑蔀橐粋€較理想的電子開關(guān)，廣泛應(yīng)用于電腦、電視機、通信設(shè)備、家用音響、影碟機、儀器儀表、控制電路及各類高頻電路中。例：二極管開關(guān)電路如下圖。當(dāng)u1和u2為0V或5V時，求u1和u2的值在不同組合情況下，輸出電壓uO的值。設(shè)二極管是理想的。單元3：常用電子元器件解：當(dāng)u1＝0V和u2=5V時，D1為正向偏置，uO=0V(因二極管是理想的)，此時D2的陰極電位為5V，陽極為0V，處于反向偏置，故D2截止。以此類推，將u1和u2的其余三種組合及輸出電壓列于下表中。單元3：常用電子元器件4．特種二極管〔1〕穩(wěn)壓二極管從伏安特性曲線看到，穩(wěn)壓管正向偏壓時，其特性和普通二極管一樣；反向偏壓時，開始一段和二極管一樣，當(dāng)反向電壓大到一定數(shù)值時，反向電流突然上升，這一特性稱反向擊穿特性，比普通二極管陡直。利用反向擊穿區(qū)內(nèi)電流在很大范圍內(nèi)變化，而管子兩端的電壓卻變化很小的特性進行穩(wěn)壓。單元3：常用電子元器件〔2〕發(fā)光二極管發(fā)光二極管與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。?dāng)外加反偏電壓時，二極管截止，不發(fā)光；當(dāng)外加正偏電壓時導(dǎo)通，因流過正向電流而發(fā)光。發(fā)光二極管能發(fā)紅光、黃光、綠光、藍光及紫光等。單元3：常用電子元器件〔3〕光電二極管光電二極管也叫光敏二極管，是一種光接收器件，其PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)。5．二極管的檢測〔1〕普通二極管的測試①判別極性。將數(shù)字萬用表置于R×100或R×1K檔，兩表筆分別接二極管的兩個電極，假設(shè)測出的電阻值較小〔硅管為幾百~幾千歐，鍺管為100~1KΩ〕，說明二極管正向?qū)ǎ藭r紅表筆接的是二極管的正極，黑表筆接的是二極管的負(fù)極；假設(shè)測出的電阻值較大〔幾十至幾百千歐〕，說明二極管反向截至，此時黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的是二極管的負(fù)極。單元3：常用電子元器件②判別好壞。如果兩表筆對換位置測量的電阻值一個比較大，一個比較小，說明二極管是正常的；如果測量的兩個電阻值都很小，說明二極管內(nèi)部PN結(jié)擊穿或已短路；如果測量的兩個電阻值都很大，說明二極管內(nèi)部已斷路?！?〕穩(wěn)壓二極管的測試①判別極性。與普通二極管的判別方法相同。②判別好壞。將數(shù)字萬用表置于R×10K檔，黑表筆接二極管的“+〞極，紅表筆接的是二極管的“-〞極；假設(shè)此時的反向電阻很小，說明該穩(wěn)壓管正常。單元3：常用電子元器件1.3.5半導(dǎo)體三極管一.三極管的結(jié)構(gòu)與類型三極管的結(jié)構(gòu)：3個區(qū)+3個極+2個結(jié)類型：NPN型、PNP型符號中的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正向偏置時的電流方向。單元3：常用電子元器件二.三極管的電流分配與放大作用單元3：常用電子元器件

當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置電壓改變時，即基極電流改變時，發(fā)射區(qū)注入載流子數(shù)將跟隨改變，從而使集電極電流IC產(chǎn)生相應(yīng)的變化，由于IB<<IC，因此IB很小的變化就能引起IC較大的變化，這就是三極管的電流放大作用。單元3：常用電子元器件三.三極管的特性曲線1.輸入特性曲線iB=f〔uBE〕|uCE=常數(shù)曲線形狀與二極管的伏安特性相類似，只不過uCE=1V的輸入特性曲線比uCE=0的曲線向右移動了一段距離，即uCE增大，曲線向右移。單元3：常用電子元器件2．輸出特性曲線該曲線是指當(dāng)iB一定時,輸出回路中的iC與uCE之間的關(guān)系曲線,用函數(shù)式可表示為：iC=f〔uCE〕|iB=常數(shù)單元3：常用電子元器件輸出特性分為截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)三個區(qū)域?！?〕截止區(qū)：一般將iB≤０的區(qū)域稱為截止區(qū),在圖中為iB=0的一條曲線的以下局部。此時iC也近似為零。三極管工作在截止區(qū)時,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置?！?〕放大區(qū)：在iB＝０的特性曲線上方，各條輸出特性曲線近似平行于橫軸的曲線簇局部為放大區(qū)。uCE在1V以上，iC不隨著uCE變化，呈現(xiàn)恒流特性。在放大區(qū)iC的大小隨iB變化，iC≈βiB。此時，發(fā)射結(jié)處于正向偏置,集電結(jié)處于反向偏置。單元3：常用電子元器件〔3〕飽和區(qū)：曲線靠近縱軸附近,各條輸出特性曲線的上升局部屬于飽和區(qū)。在這個區(qū)域，不同iB值的各條特性曲線幾乎重疊在一起，即當(dāng)uCE較小時，管子的集電極電流iC根本上不隨基極電流iB而變化，這種現(xiàn)象稱為飽和。單元3：常用電子元器件例：測得某放大電路中BJT的三個電極A、B、C的對地電位分別為UA＝-9V，UB＝-6V，Uc＝-6.2V，試分析A、B、C中哪個是基極b、發(fā)射極e、集電極c，并說明此BJT是NPN管還是PNP管。解：由BJT的電極B的UB＝-6V，電極C的UC＝-6.2V，電極A的UA＝-9V，基極電位始終處于發(fā)射極和集電極的中間位置，故電極C是基極。又由于鍺BJT的|UBE|≈0.2V，硅BJT的|UBE|≈0.7V，根據(jù)BJT工作在放大區(qū)時，必須保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件可知，電極B是發(fā)射極，電極A是集電極，且此BJT為PNP管。單元3：常用電子元器件四.三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)：2.極間反向電流〔1〕集電極－基極反向飽和電流ICBO?！?〕集電極－發(fā)射極反向飽和電流ICEO。3.極限參數(shù)〔1〕集電極最大允許電流ICM?！?〕集電極—發(fā)射極間的擊穿電壓U〔BR〕CEO?！?〕集電極最大允許功率損耗PCM。單元3：常用電子元器件4.溫度對三極管的特性與參數(shù)的影響單元3：常用電子元器件五.三極管的檢測1.三極管極性和基極的判斷。將數(shù)字萬用表量程開關(guān)置于“〞擋位，用萬用表的紅表筆接三極管的某一管腳〔假設(shè)它是基極〕，用黑表筆分別接另外兩個管腳。如果顯示的兩個阻值都很小，說明這個三極管是NPN型的，紅表筆所接的管腳是NPN型管的基極；如果顯示的兩個阻值都很大，說明這個三極管是PNP型的，紅表筆所接的管腳是PNP型管的基極。如果兩個阻值一個很大，一個很小，說明紅表筆所接的管腳一定不是三極管的基極，這時要換另一個管腳重新檢測，直到出現(xiàn)上述特點，判斷出基極。單元3：常用電子元器件2.三極管的集電極和發(fā)射極的判斷。將數(shù)字萬用表量程開關(guān)置于“hFE〞擋位，將三極管按極性分別插入NPN型和PNP型三極管的插孔內(nèi)，已判斷出來的基極一定要插入相應(yīng)的基極插孔內(nèi)，如果萬用表顯示的數(shù)值較大，說明三極管的三個極和插孔旁標(biāo)注的三個極是對應(yīng)的，可以由此分辨三極管的發(fā)射極和集電極，顯示讀數(shù)為晶體三極管β的近似值；如果萬用表顯示的數(shù)值很小，說明三極管的發(fā)射極和集電極正好插反了。單元3：常用電子元器件1.3.6場效應(yīng)管場效應(yīng)管可以分為結(jié)型場效應(yīng)管〔JFET〕和絕緣柵型場效應(yīng)管〔IGFET〕或稱MOS型場效應(yīng)管兩大類。一.結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)及符號〔a〕N溝道結(jié)構(gòu)示意圖〔b〕N溝道符號〔c〕P溝道符號單元3：常用電子元器件2.工作原理(1)UGS對

ID的控制作用當(dāng)UGS＝０時，場效應(yīng)管兩側(cè)的PN結(jié)均處于零偏置，形成兩個耗盡層，此時耗盡層最薄，導(dǎo)電溝道最寬，溝道電阻最小。當(dāng)|UGS|值增大時，柵源之間反偏電壓增大，PN結(jié)的耗盡層增寬，導(dǎo)致導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。當(dāng)|UGS|值增大到使兩側(cè)耗盡層相遇時，導(dǎo)電溝道全部夾斷溝道電阻趨于無窮大。對應(yīng)的柵源電壓UGS稱為場效應(yīng)管的夾斷電壓，用UGS(off)來表示。分析可知，改變柵源電壓UGS的大小，可以有效的控制導(dǎo)電溝道的寬窄，也就能控制溝道電阻的大小。單元3：常用電子元器件單元3：常用電子元器件〔2〕UGS為一定值時，UDS對ID的控制作用當(dāng)UGS為一定值時，隨著UDS逐漸增加，產(chǎn)生了一個沿溝道的電位梯度，離源極愈遠，電位差愈大，加到該處PN結(jié)的反向電壓也愈大，耗盡層也愈向N型半導(dǎo)體中心擴展，使靠近漏極處的導(dǎo)電溝道比靠近源極處要窄，導(dǎo)電溝道呈楔形。當(dāng)UDS繼續(xù)增加，使漏柵間的電位差加大，靠近漏端電位差最大，耗盡層也最寬。當(dāng)兩耗盡層在A點相遇時，稱為預(yù)夾斷。當(dāng)在柵極和源極之間加一負(fù)電源UGS時，UGS愈負(fù)，耗盡層愈寬，溝道電阻愈大，相應(yīng)的ID就愈小。當(dāng)柵源電壓UGS負(fù)到夾斷電壓UGS(off)時，溝道全部被夾斷，溝道電阻趨于無窮大，ID＝0。單元3：常用電子元器件單元3：常用電子元器件3.場效應(yīng)管的特性曲線〔1〕轉(zhuǎn)移特性所謂轉(zhuǎn)移特性是在一定漏源電壓UDS下，柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制特性，即ID=f(UGS)|UDS=常數(shù)單元3：常用電子元器件〔2〕輸出特性輸出特性〔也叫漏極特性〕是指在柵源電壓UGS一定時，漏極電流ID與漏源電壓UDS之間的關(guān)系。即ID=f(UDS)|UGS=常數(shù)單元3：常用電子元器件二.絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極與漏極、源極及溝道是絕緣的，輸入電阻可高達1014Ω以上。這種場效應(yīng)管是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體組成的，故稱MOS管。MOS管可分為N溝道和P溝道兩種。按照工作方式不同可以分為增強型和耗盡型兩類。單元3：常用電子元器件1.N溝道增強型MOS場效應(yīng)管〔1〕結(jié)構(gòu)及符號單元3：常用電子元器件〔2〕工作原理將柵、源極短路〔即柵源電壓UGS＝0〕，漏、源極間將無電流。如果在柵、源極間加上一個正電源UGS，當(dāng)UGS增加超過某一臨界電壓UGS(th)時P型硅外表形成了一個N型薄層，通常把這個N型薄層稱為反型層。假設(shè)此時加上漏源電壓UDS，就會產(chǎn)生ID。單元3：常用電子元器件〔3〕特性曲線單元3：常用電子元器件2.N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和增強型根本相同，只是在制作這種管子時，預(yù)先在二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子。單元3：常用電子元器件Ｎ溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的特性曲線

單元3：常用電子元器件三.場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.開啟電壓UGS(th)。2.夾斷電壓UGS(off)。3.低頻跨導(dǎo)gm。4.漏源擊穿電壓U〔BR〕GS。5.最大耗散功率PDM。6.最大漏極電流IDM。單元3：常用電子元器件四.場效應(yīng)管的檢測結(jié)型場效應(yīng)管的管腳識別：判定柵極G：將萬用表撥至R×1k檔，用萬用表的負(fù)極任意接一電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個極，測其電阻。假設(shè)兩次測得的電阻值近似相等，那么負(fù)表筆所接觸的為柵極，另外兩電極為漏極和源極。假設(shè)兩次測出的電阻都很大，那么為N溝道；假設(shè)兩次測得的阻值都很小，那么為P溝道。判定源極S、漏極D：一般結(jié)型場效應(yīng)管的源極與漏極在制造工藝上是對稱的，所以，當(dāng)柵極G確定后，對于源極S、漏極D不一定要判別，這兩個極可以互換使用。

主編：趙玉菊工程2根本放大電路的仿真與實訓(xùn)

單元1根本放大電路單元2差動放大電路知識重點1．根本放大電路2．差動放大電路3．功率放大電路4．多級放大電路知識難點1．共射極放大電路2．電壓放大倍數(shù)3．共模擬制比4．交越失真和效率知識分布網(wǎng)絡(luò)基本放大電路放大電路的組成放大電路的主要性能指標(biāo)三種組態(tài)的放大電路共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路直流電源放大三極管交流耦合電容電阻放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻通頻帶與頻率失真最大輸出功率和效率2.輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負(fù)載。

1.放大電路主要用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。根本放大電路一般是指由一個三極管與相應(yīng)元件組成的三種根本組態(tài)放大電路。單元1根本放大電路2.1.1放大電路的組成和性能指標(biāo)放大電路的結(jié)構(gòu)示意框圖及實際電路見圖。圖2.1.1放大電路結(jié)構(gòu)示意圖和實際電路圖一、放大電路的組成放大電路的組成必須滿足以下原那么：〔1〕外加電壓保證晶體管工作在放大區(qū)；〔2〕輸入信號要能傳送到放大電路的輸入回路中；〔3〕輸出信號要能傳送到放大電路的輸出端。圖2.1.1放大電路結(jié)構(gòu)示意圖和實際電路圖圖示為單管共射極放大電路，電路中晶體管T起放大作用，是電路的核心。電源VCC同基極電阻Rb和集電極電阻RC配合，使晶體管工作于放大區(qū)，同時為晶體管提供適宜的基極電流。集電極電阻RC的另一個作用是將晶體管集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，送至輸出端。電容C1、C2稱為耦合電容，起隔離直流，傳送交流的作用。RL為電路負(fù)載電阻。功率放大倍數(shù)定義為

(2.3)電壓放大倍數(shù)定義為

(2.1)電流放大倍數(shù)定義為

(2.2)圖2.1.2放大倍數(shù)的定義二、放大電路的主要性能指標(biāo)〔一〕、放大倍數(shù)輸出信號的電壓和電流幅度得到了放大，所以輸出功率也會有所放大。對放大電路而言有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù),通常它們都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義式中各有關(guān)量如下圖。(二)、輸入電阻Ri輸入電阻是說明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)，Ri大放大電路從信號源吸取的電流小，反之那么大。Ri的定義見圖和式(2.4)(2.4)圖2.1.3輸入電阻的定義(三)、輸出電阻Ro輸出電阻是說明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro大說明放大電路帶負(fù)載的能力差，反之那么強。Ro的定義見式(2.5)。(2.5)圖2.1.4放大電路的輸出電阻(四)、通頻帶(2.6)相應(yīng)的頻率fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率。圖2.1.5通頻帶的定義

放大電路的增益A(f)是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A(f)下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的1/時，即放大電路只有設(shè)置了適宜的靜態(tài)工作點Q，才能不失真地放大交流信號。因此,設(shè)置直流偏置電路，是實現(xiàn)對交流信號放大的前提。放大電路中常見的直流偏置電路有以下幾種。2.1.2三種根本組態(tài)的放大電路

圖2.1.6三種組態(tài)放大電路

圖2.1.7固定偏置式放大電路

〔一〕、固定偏置式共發(fā)射極放大電路如下圖，+UCC經(jīng)電阻Rb為發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，經(jīng)電阻Rc為集電結(jié)提供反偏電壓。

一、共射極放大電路

對放大電路分析時，先進行靜態(tài)分析，再進行動態(tài)分析靜態(tài)工作點的分析方法有圖解法和工程近似法，這里只介紹工程近似法。

靜態(tài)工作點的估算靜態(tài)時直流電流流通的路徑稱為直流通路。畫直流通路的原那么是：電容視為開路；電感線圈視為短路。單管共射極放大電路的直流通路如圖2.1.7(b)所示。

圖2.1.7（a）放大電路（b）放大電路的直流通路（a）（b）

靜態(tài)工作點的估算（2.6）（2.7）（2.8）（2.9）（2.10）圖〔b〕放大電路的直流通路

電路的特點:固定偏置式電路結(jié)構(gòu)簡單,但靜態(tài)工作點不穩(wěn)定。例如當(dāng)IBQ固定時,溫度升高,β值增大,ICQ增大,UCEQ減小,使Q點變化。例：圖中UCC=10V，RB=250KΩ，RC=3KΩ，β=50，求放大電路的靜態(tài)工作點Q。所以，Q=｛IB=37.2μA，IC=1.86mA，UCE=4.42V｝。解：與溫度根本無關(guān)(二)、分壓式偏置共發(fā)射極放大電路

條件：I1≈I2>>IB調(diào)節(jié)過程：那么+UCCCERE＋

uS－RSuiC2+RCRB1RB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1分壓式偏置共發(fā)射極電壓放大器的分析靜態(tài)分析：(2.11)如果電路改為以下圖，靜態(tài)分析如下分壓式偏置共發(fā)射極電壓放大器的靜態(tài)分析靜態(tài)分析(2.11)例題：解：圖示電路，UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻?！?〕用估算法計算靜態(tài)工作點

〔三〕動態(tài)分析(放大電路性能指標(biāo)的估算)放大電路的動態(tài)分析是在畫出交流通路后,再在交流通路的根底上畫出小信號等效電路(微變等效電路),常用等效電路法來對放大電路根本性能指標(biāo)Au、ri、ro進行定量估算。1.放大電路的微變等效電路把圖所示交流通路中的三極管,用微變等效電路代換,那么可得到放大電路的微變等效電路,如下圖。下面我們以圖所示電路為例,總結(jié)畫放大電路微變等效電路的方法和步驟。(1〕畫出放大電路的交流通路如下圖。(2〕用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三極管,畫出放大電路的微變等效電路,如下圖。

圖2.1.8放大電路動態(tài)分析放大電路微變等效電路

圖2.1.8共射放大電路的微變等效電路(a)不考慮信號源內(nèi)阻的等效電路；(b)考慮信號源內(nèi)阻時的等效電路①電壓放大倍數(shù)式中RL'=RC//RL。當(dāng)RL=∞〔開路〕時（2.13）（2.14）2、固定偏置共發(fā)射極電壓放大器的動態(tài)分析②輸入電阻Ri輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流〔輸入電流〕的大小。為了減輕信號源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認(rèn)為是較低的，并不理想。（2.15）③輸出電阻對于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，說明放大器帶負(fù)載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。（2.16）

④源電壓放大倍數(shù)圖為考慮信號源內(nèi)阻時所畫出的微變等效電路,可以得出（2.17）

可求得考慮信號源內(nèi)時的源電壓放大倍數(shù)Aus

將式〔2.17〕代入式〔2.18〕得（2.18）（2.19）稱Aus為源電壓放大倍數(shù)。+UCCCERE＋

uS－RSuiC2+RCRB1RB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1其中：RB=RB1∥RB23、分壓式偏置共發(fā)射極電壓放大器的動態(tài)分析動態(tài)分析：發(fā)射極帶兩個電阻分壓偏置式共發(fā)射極放大器的動態(tài)分析動態(tài)分析：例：圖示電路〔接CE〕，UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50,試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：〔1〕用估算法計算靜態(tài)工作點〔2〕求電壓放大倍數(shù)〔3〕求輸入電阻和輸出電阻①共發(fā)射極根本放大電路的電壓放大倍數(shù)較大，輸出電壓和輸入電壓反相，應(yīng)用十分廣泛。②作為一個電壓放大器來說，共發(fā)射極電路的輸入電阻不夠大，僅約為rbe，使放大器得到的輸入電壓比信號源電壓衰減很多，導(dǎo)致源電壓放大倍數(shù)下降。③電路的輸出電阻相對較大，帶負(fù)載的能力不強。從上面的分析過程得出的公式典型例題的數(shù)據(jù)，可以得出這樣的結(jié)論：(一)、靜態(tài)分析二、共集電極放大電路－射極輸出器共集電極放大電路如下圖。由于輸出信號取自發(fā)射極，故常稱為“射極輸出器〞。

圖2.1.9共集電極放大電路

(a)共集電極放大電路；(b)直流通路（a）（b）靜態(tài)分析分析如下(2.20)(2.21)(2.22)(二)、動態(tài)分析

圖2.1.9共集電極放大電路(a)共集電極放大電路(b)直流通路(c)交流通路(b)微變等效電路(a)(b)①求電壓放大倍數(shù)輸入電壓輸出電壓電壓放大倍數(shù)(2.23)②求輸入電阻其中(2.24)③求輸出電阻其中(2.25)例：圖示電路，UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：〔1〕用估算法計算靜態(tài)工作點射極輸出器的特點①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高。③輸出電阻較低。圖2.1.10共基極放大電路〔a〕共基極放大電路電路圖〔b〕直流通路〔c〕交流通路三、共基極放大電路

〔一〕、共基極放大電路的組成與分析共基極放大電路如圖〔a〕所示。輸入電壓Ui加于發(fā)射極和基極之間，輸出電壓從集電極和基極之間取出，基極為輸入和輸出回路的公共端，所以叫共基極放大電路。1.靜態(tài)分析

圖2.1.10(b)的直流通路和分壓式射極偏置電路的直流通路相同，因此計算方法也相同，可以直接得出共基極放大電路的靜態(tài)數(shù)值為(2.26)(2.27)(2.28)(2.29)

共基極放大電路(簡稱共基放大電路)如圖2.1.11(a)所示,直流通路采用的是分壓偏置式,交流信號經(jīng)C1從發(fā)射極輸入,從集電極經(jīng)C2輸出,C1、C2為耦合電容,Cb為基極旁路電容,使基極交流接地,故稱為共基極放大器。交流通路如圖2.1.11(b)所示,微變等效電路入圖2.1.11(c)所示。2．共基極放大電路的動態(tài)性能(b)(c)圖2.1.11共基極放大電路〔a〕共基極放大電路〔b〕交流通路〔c〕微變等效電路

根據(jù)微變等效電路,同樣可分析得共基極放大電路的動態(tài)參數(shù):〔1〕放大倍數(shù)。

共基極放大電路的電壓放大倍數(shù)在數(shù)值上與共射極電路相同，但共基極放大電路的輸入與輸出是同相位的。(2.30)當(dāng)考慮Re時〔2〕輸入電阻。當(dāng)不考慮Re的并聯(lián)支路時(2.31)

3.共基極放大電路的特點及應(yīng)用

共基極放大電路的特點是輸入電阻很小，電壓放大倍數(shù)較高。這類電路主要用于高頻電壓放大電路?！?〕輸出電阻。微變等效電路中，電源為零，受控電流源開路，

ro≈Rc

(2.32)

四、三種根本放大電路的性能比較上述所講的三種組態(tài)放大電路是用三極管組成放大電路的根本形式,其他類型的單級放大電路歸根到底都是由這三種變化而來的。三種組態(tài)的根本放大電路的比較見下面附表。表：三極管放大電路三種根本組態(tài)的比較共發(fā)射極電路共集電極電路共基極電路電路形式Auriro單元2差動放大電路知識分布網(wǎng)絡(luò)單端輸入、雙端輸出雙直流電源完全對稱的共發(fā)射極電路兩個輸入端兩個輸出端單端輸入、單端輸出雙端輸入、單端輸出雙端輸入、雙端輸出差動放大電路的組成差動放大電路的輸入、輸出方式差動放大電路圖2.2.1(a)根本差動放大電路(b)典型根本差動放大電路一、根本差動放大電路圖為典型差動放大電路,它是由兩個完全對稱的共發(fā)射極電路組成的。2.2.1差動放大電路

圖2.2.2直流通路當(dāng)輸入信號為零時,放大電路的直流通路如下圖,由基極回路可得直流電壓方程式為二、差動放大電路靜態(tài)分析(2.33)

圖2.2.2直流通路(2.35)(2.36)(2.34)因為電路參數(shù)對稱，故V2管的靜態(tài)參數(shù)與V1管相同。靜態(tài)時，兩管集電極對地電位UCE1=UCE2〔不為0〕，而兩集電極之間電位差為零，即輸出電壓

Uo=UCE1-UCE2=0〔2.37〕1、差模輸入信號在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、相位相反的信號,即ui1=--ui2時,這種輸入方式稱為差模輸入,所輸入的信號稱為差模輸入信號。差模輸入信號用uid來表示。差模輸入電路如下圖,由圖可得三、差動電路的動態(tài)性能分析〔一〕、輸入信號的類型

圖2.2.3差摸輸入電路（2.38）2、共模輸入信號共模輸入信號常用uic來表示。共模輸入電路如下圖,由圖可得

圖2.2.4共摸輸入電路（2.39）

(二)、差動電路的動態(tài)分析(差模輸入)

由圖可以看出,當(dāng)從兩管集電極取電壓時,其差模電壓放大倍數(shù)表示為當(dāng)在兩個管子的集電極接上負(fù)載RL時,其中由電路可得差模輸入電阻為電路的兩集電極之間的差模輸出電阻為（2.40）（2.41）（2.42）（2.43）

實際應(yīng)用中,差動放大電路兩輸入信號中既有差模信號成分,又有無用的共模輸入成分,此時對于共模信號存在：差分放大電路對差模信號有良好的放大能力而對共模信號有較強的擬制能力，ＫＣＭＲ值越大，說明電路擬制共模信號的性能越好。四、衡量差動放大電路的性能指標(biāo)——共模抑制比(2.44)(2.45)(2.46)根據(jù)差動放大電路輸入輸出形式的不同，差動放大電路分為雙端輸入、雙端輸出，雙端輸入、單端輸出，單端輸入、單端輸出和單端輸入、雙端輸出四種形式。

1．單端輸入單端輸入可以看成是雙端輸入的一種特例：兩個輸入信號中的一個為0。

2．

單端輸出單端輸出的輸出信號可以取自差放管V1、V2任意一管的集電極與地之間的信號電壓。由于所取輸出端的位置不同，輸出信號與輸入信號之間的相位關(guān)系也就不同，圖分別給出了同相和反相兩種輸出方式。2.2.2差動放大電路的輸入、輸出形式圖2.2.5差動放大電路的兩種單端輸出形式〔a〕反相輸出形式;〔b〕同相輸出形式圖2.2.6雙端輸入、單端輸出差放電路

圖2.2.7單端輸入、雙端輸出差放電路1〕單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)Aud1因為單端輸出時，差動放大電路中非輸出管的輸出電壓未被利用，所以單端輸出時的電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出時的一半。假設(shè)帶上負(fù)載，由于外接負(fù)載電阻RL直接并聯(lián)于輸出管的集電極與地之間，因此交流等效負(fù)載電阻為R′L=Rc∥RL，由此可得單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)為

根據(jù)單端輸出位置的不同，差模電壓放大倍數(shù)可正可負(fù)。(2.47)2〕單端輸出時的共模電壓放大倍數(shù)Auc1因為單端輸出時，僅取一管的集電極電壓作為輸出，使兩管的零點漂移不能在輸出端互相抵消，所以共模抑制比相對較低。但由于有Re對共模信號的強烈抑制作用，因此其輸出零漂比普通的單管放大電路還是小得多。單端輸出時，射極電阻Re上流過兩倍的射極電流，根據(jù)帶射極電阻的單管共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，可得單端輸出時差動放大電路的共模電壓放大倍數(shù)為(2.48)3〕單端輸出時的共模抑制比由上面的公式可得單端輸出時的共模抑制比為4〕單端輸出時差動放大電路的輸出電阻由于僅從一管的集電極取輸出信號，因此輸出電阻是從一管的集電極和接地點之間看進去的等效電阻，它是雙端輸出時的一半，即

rod=Rc(2.50)

為便于比較差動放大電路四種輸入輸出形式的特點，將這四種接法電路的根本情況列于下表。(2.49)表差動放大電路的輸入輸出形式圖2.2.8單端輸入、單端輸出差放電路的仿真電路運用EWB仿真軟件對單端輸入、單端輸出的差放電路進行仿真。仿真電路如下圖。圖2.2.9單端輸入、單端輸出差放電路的仿真電路仿真結(jié)果如下圖，由結(jié)果可以看出兩輸出端電壓大小相等，相位相反。單元3功率放大電路

功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路交越失真放大電路組成乙類互補對稱功率放大電路電路組成工作原理功率和效率的估算特點和工作狀態(tài)分類功率放大電路的特點功率放大電路的分類知識分布網(wǎng)絡(luò)

2.3.1功率放大器的特點和分類一．電路特點功率放大器作為放大電路的輸出級,具有以下幾個特點:(1)由于功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率,因而輸出電壓和電流的幅度足夠大;(2)由于輸出信號幅度較大,使三極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿,因此輸出信號存在一定程度的失真;(3)功率放大器在輸出功率的同時,三極管消耗的能量亦較大,因此,不可無視管耗問題。

根據(jù)功率放大器在電路中的作用及特點,首先要求它輸出功率大、非線性失真小、效率高。其次,由于三極管工作在大信號狀態(tài),要求它的極限參數(shù)ICM、PCM、U〔BR〕CEO等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定余量,同時還要考慮三極管有良好的散熱功能,以降低結(jié)溫,確保三極管平安工作。圖2.3.1功率放大器工作狀態(tài)的分類〔a〕甲類;〔b〕乙類;〔c〕甲乙類二．功率放大器的分類根據(jù)放大器中三極管靜態(tài)工作點設(shè)置的不同,可分成甲類、乙類和甲乙類三種,如下圖。甲類放大器的工作點設(shè)置在放大區(qū)的中間,這種電路的優(yōu)點是在輸入信號的整個周期內(nèi)三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài),輸出信號失真較小〔前面討論的電壓放大器都工作在這種狀態(tài)〕,缺點是三極管有較大的靜態(tài)電流ICQ,這時管耗PC大,電路能量轉(zhuǎn)換效率低。乙類放大器的工作點設(shè)置在截止區(qū),這時,由于三極管的靜態(tài)電流ICQ=0,所以能量轉(zhuǎn)換效率高,它的缺點是只能對半個周期的輸入信號進行放大,非線性失真大。甲乙類放大電路的工作點設(shè)在放大區(qū)但接近截止區(qū),即三極管處于微導(dǎo)通狀態(tài),這樣可以有效克服乙類放大電路的失真問題,且能量轉(zhuǎn)換效率也較高,目前使用較廣泛。功率放大器的三種工作狀態(tài)iCICicIcm甲類IC≥IcmPo=UcmIcm/2信號越大，則η=Po/PE越高；最高可達50%；效率較低；但輸出不易失真；PE=UCCIC

；ICicIcmiC甲乙類IC<Icm

信號越大，輸出的失真越嚴(yán)重；但由于PE=UCCIC降低，所以η有所提高；icIcmiC乙類IC≈0

雖然輸出功率降低，但PE=UCCIC(IC≈0)很小，而且管耗PT變得很小，使得η有大幅度提高；乙類功放得最高效率可達78.5%；對輸入信號而言，輸出已經(jīng)完全失真；圖2.3.2雙電源乙類互補對稱功率放大器

2.3.2乙類互補對稱功率大電路

1.電路組成及工作原理圖是雙電源乙類互補功率放大電路。這類電路又稱無輸出電容的功率放大電路,簡稱OCL電路。V1為NPN型管,V2為PNP型管,兩管參數(shù)對稱。電路工作原理如下所述。1〕靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號ui=0時,兩三極管都工作在截止區(qū),此時IBQ、ICQ、IEQ均為零,負(fù)載上無電流通過,輸出電壓uo=0。2〕動態(tài)分析〔1〕當(dāng)輸入信號為正半周時,ui>0,三極管V1導(dǎo)通,V2截止,V1管的射極電流ie1經(jīng)＋ＵCC自上而下流過負(fù)載,在RL上形成正半周輸出電壓,uo>0?！?〕當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時,ui<0,三極管V2導(dǎo)通,V1截止,V2管的射極電流ie2經(jīng)－ＵCC自下而上流過負(fù)載,在RL上形成負(fù)半周輸出電壓,uo<0。2.功率和效率的估算1〕輸出功率Po假設(shè)忽略UCES,那么icIcmiC乙類IC≈02〕直流電流提供的功率PDC

由于兩個管子輪流工作半個周期，每個管子的集電極電流的平均值為因為每個電源只提供半個周期的電流，所以兩個電源供給的總功率為3〕效率4〕管耗PC

可求得當(dāng)Uom=0.63UCC

時,三極管消耗的功率最大,其值為每個管子的最大功耗為圖2.3.3交越失真波形〔a〕演示電路;〔b〕輸出波形3.交越失真及其消除1)電路演示演示電路如圖2.3.3(a)所示,在放大器的輸入端參加一個1000Hz正弦信號,用示波器觀察輸出端的信號波形,發(fā)現(xiàn)輸出波形在正、負(fù)半周的交界處發(fā)生了失真,觀察到的輸出波形如圖2.3.3(b)所示。uo

t理想輸出ui

tui

t

t實際輸出交越失真當(dāng)|ui|低于三極管死區(qū)電壓時，兩管均截止；輸出電流幾乎為零；只有當(dāng)|ui|高于死區(qū)電壓時，管子才會交替導(dǎo)通；這樣在uo

波形的銜接處產(chǎn)生了交越失真；ibubeQ

產(chǎn)生這種失真的原因是:在乙類互補對稱功率放大電路中,沒有施加偏置電壓,靜態(tài)工作點設(shè)置在零點,UBEQ=0,IBQ=0,ICQ=0,三極管工作在截止區(qū)。由于三極管存在死區(qū)電壓,當(dāng)輸入信號小于死區(qū)電壓時,三極管V1、V2仍不導(dǎo)通,輸出電壓uo為零,這樣在輸入信號正、負(fù)半周的交界處,無輸出信號,使輸出波形出現(xiàn)交越失真。

為了解決交越失真,可給三極管加適當(dāng)?shù)幕鶚O偏置電壓,使之工作在甲乙類工作狀態(tài)。甲乙類互補對稱功率放大電路

一、甲乙類雙電源互補對稱功率放大電路

為了解決交越失真,可給三極管加適當(dāng)?shù)幕鶚O偏置電壓,使之工作在甲乙類工作狀態(tài),如圖2.3.4所示。

圖2.3.4甲乙類互補對稱功率放大電路在上述互補對稱電路中，假設(shè)要求輸出較大功率，那么要求功放管采用中功率或大功率管。這就產(chǎn)生了如下問題。一是大功率的PNP和NPN兩種類型管子之間難以作到特性一致；二是輸出大功率時功放管的峰值電流很大，而功放管的β不會很大，因而要求其前置級有較大推動電流，這對于前級是電壓放大器的情況是難以作到的。為了解決上述問題，可采用復(fù)合管互補對稱電路。實際電路中，靜態(tài)電流通常取的很小，所以這種電路仍可以用乙類互補對稱功率放大電路的有關(guān)公式近似估算輸出功率和效率等指標(biāo)。互補對稱功率放大電路要求有一對特性相同的NPN型和PNP型功率管，在要求輸出功率較大時，往往很難找到這種配對的大功率管，一般采用復(fù)合管來解決這個問題。圖2.3.5甲乙類互補對稱功率放大電路〔a〕利用二極管進行偏置的電路〔b〕利用UBE擴大電路進行偏置的電路

-VEE+VCC-VEE+VCC(a)(b)運用EWB仿真軟件對乙類互補功率放大電路進行仿真。仿真電路如下圖，仿真結(jié)果如下圖，明顯觀察到輸出波形出現(xiàn)了交越失真現(xiàn)象。圖2.3.6甲乙類功率放大電路的仿真電路圖2.3.7乙類功率放大電路的仿真結(jié)果輸出波形輸入波形甲乙類互補功率放大電路的仿真電路如下圖，仿真結(jié)果如下圖，可以觀察到防止了輸出波形的交越失真。圖2.3.8甲乙類功率放大電路的仿真電路圖2.3.9甲乙類功率放大電路的仿真結(jié)果輸出波形輸入波形知識分布網(wǎng)絡(luò)單元4多級放大電路

多級放大電路多級放大電路的主要性能指標(biāo)放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻多級放大電路的耦合方式變壓器耦合阻容耦合直接耦合多級放大電路的組成輸入級中間級輸出級知識分布網(wǎng)絡(luò)單元4多級放大電路

多級放大電路集成運算放大器的主要性能指標(biāo)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電流共模擬制比集成運算放大器的組成輸入級中間級偏置電路輸出級

一．多級放大電路的組成多級放大電路的組成可用圖所示的框圖來表示。其中,輸入級與中間級的主要作用是實現(xiàn)電壓放大，輸出級的主要作用是功率放大,以推動負(fù)載工作。圖2.4.1多級放大電路的結(jié)構(gòu)框圖2.4.1多級放大電路的組成及性能指標(biāo)的估算前面講過的根本放大電路,其電壓放大倍數(shù)一般只能到達幾十～幾百。然而在實際工作中,放大電路所得到的信號往往都非常微弱,要將其放大到能推動負(fù)載工作的程度,僅通過單級放大電路放大,達不到實際要求,那么必須通過多個單級放大電路連續(xù)屢次放大,才可滿足實際要求。多級放大電路是由兩級或兩級以上的單級放大電路連接而成的。在多級放大電路中,我們把級與級之間的連接方式稱為耦合方式。而級與級之間耦合時,必須滿足:(1)耦合后,各級電路仍具有適宜的靜態(tài)工作點;(2)保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸過去;(3)耦合后,多級放大電路的性能指標(biāo)必須滿足實際的要求。為了滿足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合。

2.4.2耦合方式〔a〕阻容耦合〔b〕直接耦合〔c〕變壓器耦合我們把級與級之間通過電容連接的方式稱為阻容耦合方式。電路如下圖。

(2)缺點:因電容對交流信號具有一定的容抗,在信號傳輸過程中,會受到一定的衰減。尤其對于變化緩慢的信號容抗很大,不便于傳輸。此外,在集成電路中,制造大容量的電容很困難,所以這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成。

(1)優(yōu)點:因電容具有“隔直〞作用,所以各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立,互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來了很大的方便。此外,還具有體積小、重量輕等優(yōu)點。

為了防止電容對緩慢變化的信號在傳輸過程中帶來的不良影響,也可以把級與級之間直接用導(dǎo)線連接起來,這種連接方式稱為直接耦合。其電路如下圖。直接耦合的特點:(1)優(yōu)點:既可以放大交流信號,也可以放大直流和變化非常緩慢的信號;電路簡單,便于集成,所以集成電路中多采用這種耦合方式。

(2)缺點:存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題。我們把級與級之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合。其電路如下圖。變壓器耦合還具有阻抗變換作用，以到達阻抗匹配、獲得最大的輸出功率的目的。所以，變壓器耦合比較適用于功率放大電路。但變壓器耦合頻率特性差、體積和質(zhì)量大、本錢高、頻率特性差，因此隨著電子產(chǎn)品集成度的提高，已逐步被無變壓器的輸出電路所代替。只不過在高頻電路，特別是在選頻放大器中，還有相當(dāng)程度的應(yīng)用，比方收音機接收信號就是利用接收天線和耦合線圈來實現(xiàn)的。二．直接耦合存在的問題及解決方法直接耦合放大電路存在兩個問題：靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移。1．靜態(tài)工作點相互牽制直接耦合方式可省去級間耦合元件，信號傳輸?shù)膿p耗很小。它不僅能夠放大交流信號，而且還能放大變化十分緩慢的信號，但由于級間為直接耦合，所以前后級間的直流電位相互影響，使得多級放大電路的各級靜態(tài)工作點不能獨立，當(dāng)某一級的靜態(tài)工作點發(fā)生變化時，其前后級也將受到影響，常用提高后一級發(fā)射極電位的方法解決，即在后一級的三極管的發(fā)射極串聯(lián)電阻、二極管或穩(wěn)壓管。2．零點漂移現(xiàn)象把直接耦合放大電路的輸入端短接〔即ui=0〕，在輸出端uo也會偏離初始值，有一定數(shù)值的無規(guī)那么緩慢變化電壓輸出，這種現(xiàn)象稱為零點漂移，簡稱零漂。引起零點漂移的原因很多，如晶體管參數(shù)隨溫度的變化而變化，電源電壓的波動，電路參數(shù)的變化等，其中以溫度變化的影響最為嚴(yán)重，所以零點漂移也稱溫漂。在輸入信號較小時，零點漂移的電壓可能把有用信號電壓完全掩蓋，造成有用信號的失真，使人們無法識別是漂移電壓，還是有用信號電壓。解決零點漂移的方法有溫度補償、引入直流負(fù)反響、采用差分放大電路等。其中采用差分放大電路是解決零點漂移最有效的方法。

三、多級放大電路的性能指標(biāo)估算

1．電壓放大倍數(shù)

根據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義式在圖中,由于故因此可推廣到n級放大電路的電壓放大倍數(shù)為圖2.4.3多級放大電路的微變等效電路

3．輸出電阻多級放大電路的輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。計算時要注意:當(dāng)輸出級為共集電極放大電路時,要考慮其前級對輸出電阻的影響。

2．輸入電阻多級放大電路的輸入電阻,就是輸入級的輸入電阻。計算時要注意:當(dāng)輸入級為共集電極放大電路時,要考慮第二級的輸入電阻作為前級負(fù)載時對輸入電阻的影響。

例1:如下圖的兩級阻容耦合放大電路，β1=80，β2=60，三極管的輸入電阻分別為rbe1=3.7kΩ，rbe2=2.2kΩ，Rb1=100kΩ，Rb2=24kΩ，Rc1=15kΩ，Re1=5.1kΩ，Rb3=33kΩ，Rb4=6.8kΩ，Rc2=7.5kΩ，Re2=2kΩ,Ce1=Ce2=100μF，C1=C2=C3=47μF，UCC=20V，RL=5kΩ，信號源內(nèi)阻Rs=600Ω，設(shè)三極管的發(fā)射結(jié)壓降為0.7V。試求：〔1〕兩級放大電路的電壓放大倍數(shù)和源電壓放大倍數(shù)；〔2〕兩級放大電路的輸入電阻和輸出電阻。圖2.4.4多級放大電路圖2.4.5微變等效電路解〔1〕電壓放大倍數(shù)。微變等效電路如下圖。設(shè)第一、二級的電壓放大倍數(shù)分別為Au1和Au2，總的電壓放大倍數(shù)為Au=Au1Au2。式中:RL1=ri2=Rb3∥Rb4∥rbe2=33∥6.8∥2.2≈1.6kΩ所以式中,RL2=RL=5kΩ，所以故兩級放大電路總的電壓放大倍數(shù)為

Au=Au1Au2=(-31)(-82)=2542

這個結(jié)果說明，經(jīng)兩級共發(fā)射極放大電路放大后的輸出電壓與輸入電壓相位相同。

(2)輸入電阻和輸出電阻

ri=3.1kΩ

ro=ro2=Rc2=7.5kΩ從圖中可知放大器的輸入電阻為

ri=ri1=Rb1∥Rb2∥rbe1=100∥24∥3.7≈3.1kΩ

故源電壓放大倍數(shù)Aus為

2.4.2集成運放的組成及其符號

圖2.4.6集成運算放大器內(nèi)部組成原理框圖1．集成運放的組成及其符號集成運放內(nèi)部實際上是一個高增益的直接耦合放大器,其內(nèi)部組成原理框圖用圖2.4.6表示,

它由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路等四局部組成,符號見圖。

輸入級:輸入級是提高運算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵局部,要求其輸入電阻高,為了能減小零點漂移和抑制共模干擾信號,輸入級都采用具有恒流源的差動放大電路,也稱差動輸入級。中間級:中間級的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù),故而也稱電壓放大級。要求中間級本身具有較高的電壓增益。

圖2.4.7集成運放的符號

輸出級:輸出級的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要,同時還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻,以起到將放大級和負(fù)載隔離的作用。偏置電路:偏置電路的作用是為各級提供適宜的工作電流,一般由各種恒流源電路組成。圖2.4.8μA741內(nèi)部電路

2.模擬集成電路的型號命名方法我國半導(dǎo)體集成電路的型號命名按照GB3430—82,由五局部組成，如CF0741CT其各符號含義如下圖。圖2.4.9CF0741CT其各符號含義3.集成運算放大器外形及分類

常見的集成運算放大器有圓形、扁平型、雙列直插式等,有8管腳、14管腳等。

圖2.4.10集成運放外形結(jié)構(gòu)示意圖和引腳排列圖

2.4.11集成運放外形結(jié)構(gòu)示意圖各引腳名稱如下圖。

2.4.12集成運放實物照片集成運算放大器有四種分類方法。1〕按其用途分類集成運算放大器按其用途分為通用型及專用型兩大類。(1)通用型集成運算放大器(2)專用型集成運算放大器2〕按其供電電源分類集成運算放大器按其供電電源分類，可分為兩類。(1)雙電源集成運算放大器(2)單電源集成運算放大器這類運放采用特殊設(shè)計,在單電源下能實現(xiàn)零輸入、零輸出。交流放大時,失真較小。3〕按其制作工藝分類集成運算放大器按其制作工藝分類，可分為三類。(1)雙極型集成運算放大(2)單極型集成運算放大器(3)雙極－單極兼容型集成運算放大器4〕按運放級數(shù)分類按單片封裝中的運放級數(shù)分類，集成運放可分為四類。(1)單運放