《電子電路設(shè)計(jì)與制作》電子版教學(xué)設(shè)計(jì)（教材）

《電子電路設(shè)計(jì)與制作》

目錄模擬電子技術(shù)篇任務(wù)一直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作 2一、任務(wù)描述 2二、任務(wù)目標(biāo) 2三、任務(wù)分析 2四、相關(guān)知識(shí) 8五、任務(wù)實(shí)施 16六、任務(wù)評(píng)價(jià) 17七、任務(wù)擴(kuò)展 18任務(wù)二放大電路的設(shè)計(jì)與制作 21一、任務(wù)描述 21二、任務(wù)目標(biāo) 21三、任務(wù)分析 22四、相關(guān)知識(shí) 33五、任務(wù)實(shí)施 38六、任務(wù)評(píng)價(jià) 39七、任務(wù)擴(kuò)展 40任務(wù)三集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)與制作 42一、任務(wù)描述 42二、任務(wù)目標(biāo) 42三、任務(wù)分析 43四、相關(guān)知識(shí) 52五、任務(wù)實(shí)施 55六、任務(wù)評(píng)價(jià) 58七、任務(wù)擴(kuò)展 59任務(wù)四功率放大器的設(shè)計(jì)與制作 62一、任務(wù)描述 62二、任務(wù)目標(biāo) 63三、任務(wù)分析 63四、相關(guān)知識(shí) 64四、相關(guān)知識(shí) 68五、任務(wù)實(shí)施 72六、任務(wù)評(píng)價(jià) 73七、任務(wù)擴(kuò)展 74數(shù)字電子技術(shù)篇任務(wù)五聲光控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作 79一、任務(wù)描述 79二、任務(wù)目標(biāo) 79三、任務(wù)分析 79四、相關(guān)知識(shí) 84五、任務(wù)實(shí)施 94六、任務(wù)評(píng)價(jià) 98七、拓展任務(wù) 98任務(wù)六組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與制作 101一、任務(wù)描述 101二、任務(wù)目標(biāo) 101三、任務(wù)分析 101四、相關(guān)知識(shí) 104五、任務(wù)實(shí)施 106六、任務(wù)評(píng)價(jià) 108七、任務(wù)拓展 108任務(wù)七時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與制作 111一、任務(wù)描述 111二、任務(wù)目標(biāo) 111三、任務(wù)分析 111四、相關(guān)知識(shí) 116五、任務(wù)實(shí)施 121六、任務(wù)評(píng)價(jià) 123七、任務(wù)拓展 123任務(wù)八函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作 126一、任務(wù)描述 126二、任務(wù)目標(biāo) 126三、任務(wù)分析 126四、相關(guān)知識(shí) 131五、任務(wù)實(shí)施 133六、任務(wù)評(píng)價(jià) 135七、任務(wù)拓展 135任務(wù)九模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與制作 138一、任務(wù)描述 138二、任務(wù)目標(biāo) 138三、任務(wù)分析 138四、相關(guān)知識(shí) 140五、任務(wù)實(shí)施 144六、任務(wù)評(píng)價(jià) 147七、任務(wù)拓展 147附錄 150一、教學(xué)輔助：課堂實(shí)訓(xùn)報(bào)告 150二、創(chuàng)新拓展：全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題（摘選） 151模擬電子技術(shù)篇

任務(wù)一直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路--電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能?？梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。一、任務(wù)描述設(shè)計(jì)并制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，能夠?qū)?20V工頻交流電轉(zhuǎn)換成+5V穩(wěn)壓輸出的直流電壓裝置。電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓；降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）；脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過濾波、穩(wěn)壓電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分；濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載。二、任務(wù)目標(biāo)1.素質(zhì)目標(biāo)（1）構(gòu)建分析、設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路的能力。（2）樹立高尚的職業(yè)道德，增強(qiáng)科技創(chuàng)新的意識(shí)。（3）提升協(xié)同合作的團(tuán)隊(duì)精神。2.知識(shí)目標(biāo)（1）了解直流穩(wěn)壓電源的主要功能及應(yīng)用。（2）掌握直流穩(wěn)壓電源的組成原理及各部分作用。（3）熟悉變壓器、二極管、電容、集成穩(wěn)壓器的定義、作用及應(yīng)用。3.技能目標(biāo)（1）能夠根據(jù)任務(wù)描述設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路。（2）能夠正確選擇電源制作需要的元件。（3）制作完成電路的焊接與調(diào)試。（4）熟練使用不同種類的穩(wěn)壓電源。三、任務(wù)分析現(xiàn)實(shí)生活中由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。實(shí)訓(xùn)室常用的直流穩(wěn)壓電源如圖1-1所示。直流穩(wěn)壓電源的功能：（1）輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作。（2）輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作。（3）直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示。（4）對(duì)于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識(shí)別。（5）對(duì)于輸出電壓值和電流值有精準(zhǔn)要求的直流穩(wěn)壓電源，一般要用多圈電位器和電壓電流微調(diào)電位器，或者直接數(shù)字輸入。（6）要有完善的保護(hù)電路。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時(shí)不應(yīng)損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。直流穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)：（1）輸出顯示：輸出電壓電流LED顯示；（2）采用19英寸標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，可組合放置于各種工作臺(tái)面及機(jī)架；（3）體積小、重量輕、節(jié)能高效；（4）恒壓恒流：輸出恒壓恒流自動(dòng)切換，電壓電流值連續(xù)線性調(diào)節(jié)；（5）保護(hù)功能：過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過溫保護(hù)、欠壓保護(hù)、過載保護(hù)；（6）短路特性：本機(jī)工作狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間短路；（7）外接補(bǔ)償：本機(jī)可選外接補(bǔ)償，可降低因輸出回路較長(zhǎng)等造成的壓降；（8）過壓保護(hù)值：輸出過壓佑護(hù)值可調(diào)，保護(hù)后切斷輸出并鎖定，重新開機(jī)恢復(fù)；（9）通信功能：可選特殊數(shù)據(jù)接口，與其他設(shè)備數(shù)據(jù)連接控制，或與PLC連接；（選配）（10）外控功能：可選0-5V或4-20mA信號(hào)控制電源的輸出電壓和電流；（選配）（11）定時(shí)功能：可選定時(shí)開關(guān)機(jī)功能；常用的直流穩(wěn)壓電源：圖1-1實(shí)訓(xùn)室常用的直流穩(wěn)壓電源（一）直流穩(wěn)壓電源的組成部分直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。如圖1-2所示。圖1-2直流穩(wěn)壓電源的組成（1）電源變壓器：

將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓u2較小。

（2）整流電路：

將變壓器次級(jí)交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。

（3）濾波電路：

濾除脈動(dòng)電壓u3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。（4）穩(wěn)壓電路：

它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。（二）整流電路電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路、橋式整流電路三種，倍壓整流電路用于其它交流信號(hào)的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行整流。1.半波整流電路在單項(xiàng)電路中，半波整流電路是一種最簡(jiǎn)單的整流電路，半波整流電路原理圖及輸出波形如圖1-3所示。它由電源變壓器、整流二極管D和負(fù)載電阻RL組成。變壓器把市電電壓（220伏）變換為所需要的交變電壓u2，整流二極管D再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。圖1-3半波整流電路及輸出波形工作原理：在0～π時(shí)間內(nèi)，u2為正半周即變壓器A端為正B端為負(fù)。此時(shí)二極管承受正向電壓導(dǎo)通，u2通過它加在負(fù)載電阻RL上，在π～2π時(shí)間內(nèi)，u2為負(fù)半周，變壓器次級(jí)B端為正；A端為負(fù)。這時(shí)D承受反向電壓，不導(dǎo)通，RL上無電壓。此時(shí)輸出電壓的值為：222O45.0π2UUULL2LOL45.0RURUI二極管D的參數(shù)選擇：LL2LD45.0RUII2.全波整流電路全波整流是一種對(duì)交流整流的電路。在這種整流電路中，在半個(gè)周期內(nèi)，電流流過一個(gè)整流器件（比如晶體二極管），而在另一個(gè)半周內(nèi)，電流流經(jīng)第二個(gè)整流器件，并且兩個(gè)整流器件的連接能使流經(jīng)它們的電流以同一方向流過負(fù)載。全波整流整流前后的波形與半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的兩個(gè)半波，這就提高了整流器的效率，并使已整電流易于平滑。因此在整流器中廣泛地應(yīng)用著全波整流。在應(yīng)用全波整流器時(shí)其電源變壓器必須有中心抽頭。無論正半周或負(fù)半周，通過負(fù)載電阻R的電流方向總是相同的。最典型的全波整流電路是由四個(gè)二極管組成的整流橋，一般用于電源的整流。3.橋式整流電路橋式整流電路由電源變壓器、4個(gè)整流二極管D和負(fù)載電阻RL組成。在單項(xiàng)電路中，如圖1-4所示橋式整流電路及輸出波形。變壓器把市電電壓（220伏）變換為所需要的交變電壓u2，通過橋式整流再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。工作原理：u2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成u2、Dl、RL、D3通電回路，在RL上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，u2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成u2、D2、RL、D4通電回路，同樣在RL上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。此時(shí)輸出電壓的值為：二極管D1~D4的參數(shù)選擇：圖1-4橋式整流電路及輸出波形（三）濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。最常用的有以下幾種：1.電容濾波圖1-5單項(xiàng)橋式整流濾波電路工作原理：如圖1-5所示單項(xiàng)橋式整流濾波電路，接法：電容C與負(fù)載并聯(lián)，利用了電容器兩端電壓不能突變的原理來平滑輸出電壓，達(dá)到濾波的目的。在0～π期間，因u2的作用，D1、D3正偏導(dǎo)通，電容C充電，波形如下圖中Ob所示；在π/2～π期間，因u2<uC，D1、D3反偏截止，電容C通過負(fù)載放電，波形如下圖中cd所示；在π～3π/2期間，因u2>uC，D2、D4正偏導(dǎo)通，電容再次充電，波形如圖1-6單項(xiàng)橋式整流濾波輸出電壓波形中c-d。圖1-6單項(xiàng)橋式整流濾波輸出電壓波形2.其他幾種濾波LC濾波RC-π濾波LC-π濾波圖1-7其它幾種濾波方式LC濾波電路，根據(jù)電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，由電容C及電感L所組成的濾波電路的基本形式如圖1-7所示。因?yàn)殡娙萜鰿對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以C并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。RC-π型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級(jí)RC濾波電路組成的。若用S表示C1兩端電壓的脈動(dòng)系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動(dòng)系數(shù)S=(1/ωC2R)S。（四）穩(wěn)壓電路交流電經(jīng)過整流可以變成直流電，但是它的電壓是不穩(wěn)定的：供電電壓的變化或用電電流的變化，都能引起電源電壓的波動(dòng)。要獲得穩(wěn)定不變的直流電源，還必須再增加穩(wěn)壓電路。常用的穩(wěn)壓方式有以下幾種：1.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是利用反向狀態(tài)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的，因此、穩(wěn)壓管在電路中要反向連接。穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱為穩(wěn)定電壓，不同類型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也不一樣，某一型號(hào)的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在一定范圍。例如：2CW11的穩(wěn)壓值是3.2伏到4.5伏，其中某一只管子的穩(wěn)壓值可能是3.5伏，另一只管子則可能是4.2伏。在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管。圖1-8穩(wěn)壓電路常用的穩(wěn)壓電路如圖1-8所示，工作原理：當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，u2跟著增大，導(dǎo)致電容兩端的電壓UI升高，輸出電壓U0升高，穩(wěn)壓二極管與輸出并聯(lián)，所以UZ升高，即IZ升高，流過電阻R的電流IR升高，即UR升高，此時(shí)輸出電壓U0有降低回去。穩(wěn)壓二極管從而起到了穩(wěn)定電壓的作用。即：2.集成穩(wěn)壓器電路如圖1-9所示分別是集成穩(wěn)壓器78**、79**系列的輸出電路圖，78系列輸出為固定的正電壓，78系列輸出為固定的負(fù)電壓。圖1-9集成穩(wěn)壓器78、79系列輸出電路如圖1-10所示，是輸出為+5V的直流穩(wěn)壓電路圖：圖1-10輸出+5V的直流穩(wěn)壓電路圖四、相關(guān)知識(shí)（一）變壓器變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯），如圖1-11所示。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等，電子設(shè)計(jì)中常用的小功率變壓器如圖1-12所示。圖1-11小功率變壓器內(nèi)部圖1-12小功率變壓器變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí)。在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng)N2<N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱為降壓變壓器。初級(jí)次級(jí)電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系：U1/U2=N1/N2式中n稱為電壓比（圈數(shù)比），當(dāng)n>1時(shí)，則N1>N2，U1>U2，該變壓器為降壓變壓器。反之則為升壓變壓器。電子產(chǎn)品制作中常用的變壓器參數(shù)：初級(jí)電壓為220V或380V；次級(jí)電壓為9V、12V、24V；工作頻率：50/60Hz；大家在制作產(chǎn)品時(shí)可根據(jù)需要自己選擇。（二）二極管二極管又稱晶體二極管,簡(jiǎn)稱二極管，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。1.二極管的結(jié)構(gòu)二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，PN結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。陰極引線陽極引線陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅圖1-13點(diǎn)接觸型圖1-14平面型鋁合金小球N型硅陽極引線PN鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線圖1-15面接觸型圖1-16二極管的符號(hào)2.二極管的符號(hào)如圖1-16所示，常用的普通二極管的附號(hào)，陽極為正（+）極，陰極為負(fù)（-）極。3.二極管的特性二極管具有單項(xiàng)導(dǎo)電性，即加正向電壓導(dǎo)通，加反向電壓截止。對(duì)于硅二極來說，在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極??；當(dāng)電壓超過0.5V時(shí)，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓；當(dāng)電壓達(dá)到約0.7V時(shí)，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號(hào)UD表示。對(duì)于鍺二極管，開啟電壓為0.2V，導(dǎo)通電壓UD約為0.3V。在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過某個(gè)值時(shí)，電流開始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號(hào)UBR表示。不同型號(hào)的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。在二極管的兩端加上電壓，測(cè)量流過管子的電流，則I=f(U)之間的關(guān)系曲線為伏安特性。（1）正向特性當(dāng)正向電壓比較小時(shí)，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關(guān)，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大，正向特性曲線如圖1-17。圖1-17正向特性圖1-18反向特性（2）反向特性二極管加反向電壓，反向電流很小；當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大；這種現(xiàn)象稱擊穿，對(duì)應(yīng)電壓叫反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復(fù)正常。反向特性曲線如圖1-18。4.二極管的類別及用途表1-1常見的幾種二極管的種類、符號(hào)、用途及實(shí)物圖（1）整流二極管整流二極管的作用是將交流電源整流成脈動(dòng)直流電，它是利用二極管的單向?qū)щ娞匦怨ぷ鞯?。因?yàn)檎鞫O管正向工作電流較大，工藝上多采用面接觸結(jié)構(gòu)。南于這種結(jié)構(gòu)的二極管結(jié)電容較大，因此整流二極管工作頻率一般小于3kHz。選用整流二極管時(shí)，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向丁作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管(例如lN系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。（2）開關(guān)二極管由于半導(dǎo)體二極管存正向偏壓下導(dǎo)通電阻很小。而在施加反向偏壓截止時(shí)。截止電阻很大，存開關(guān)電路中利用半導(dǎo)體二極管的這種單向?qū)щ娞匦跃涂梢詫?duì)電流起接通和關(guān)斷的作用，故把用于這一目的的半導(dǎo)體二極管稱為開關(guān)二極管。開關(guān)二極管主要應(yīng)用于收錄機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等家用電器及電子設(shè)備有開關(guān)電路、檢波電路、高頻脈沖整流電路等。（3）穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管又名齊納二極管。穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿時(shí)電壓基本上不隨電流變化而變化的特點(diǎn)來達(dá)到穩(wěn)壓的目的，因?yàn)樗茉陔娐分衅鸱€(wěn)壓作用，故稱為穩(wěn)壓二極管(簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管)。穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分擋的，其穩(wěn)壓值就是擊穿電壓值。穩(wěn)壓二極管主要作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來得到較高的穩(wěn)壓值。（4）發(fā)光二極管發(fā)光二極管的英文簡(jiǎn)稱是LED，它是采用磷化鎵、磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成的、可以將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的器件。發(fā)光二極管除了具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦灾?，還可以將電能轉(zhuǎn)換為光能。給發(fā)光二極管外加正向電壓時(shí)，它也處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)正向電流流過管芯時(shí)，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，將電能轉(zhuǎn)換成光能。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色主要由制作管子的材料以及摻人雜質(zhì)的種類決定。目前常見的發(fā)光二極管發(fā)光顏色主要有藍(lán)色、綠色、黃色、紅色、橙色、白色等。其中白色發(fā)光二極管是新型產(chǎn)品，主要應(yīng)用在手機(jī)背光燈、液晶顯示器背光燈、照明等領(lǐng)域。發(fā)光二極管的工作電流通常為2～25mA。工作電壓(即正向壓降)隨著材料的不同而不同：普通綠色、黃色、紅色、橙色發(fā)光二極管的工作電壓約2v；白色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于2.4V；藍(lán)色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于3.3V。發(fā)光二極管的工作電流不能超過額定值太高，否則，有燒毀的危險(xiǎn)。故通常在發(fā)光二極管回路中串聯(lián)一個(gè)電阻R作為限流電阻。紅外發(fā)光二極管是一種特殊的發(fā)光二極管，其外形和發(fā)光二極管相似，只是它發(fā)出的是紅外光，在正常情況下人眼是看不見的。其工作電壓約1.4v，工作電流一般小于20mA。有些公司將兩個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管封裝在一起，使之成為雙色二極管(又名變色發(fā)光二極管)。這種發(fā)光二極管通常有三個(gè)引腳，其中一個(gè)是公共端。它可以發(fā)出三種顏色的光(其中一種是兩種顏色的混和色)，故通常作為不同工作狀態(tài)的指示器件。（5）變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管是利用反向偏壓來改變PN結(jié)電容量的特殊半導(dǎo)體器件。變?nèi)荻O管相當(dāng)于一個(gè)容量可變的電容器，它的兩個(gè)電極之間的PN結(jié)電容大小，隨加到變?nèi)荻O管兩端反向電壓大小的改變而變化。當(dāng)加到變?nèi)荻O管兩端的反向電壓增大時(shí)，變?nèi)荻O管的容量減小。由于變?nèi)荻O管具有這一特性，所以它主要用于電調(diào)諧回路(如彩色電視機(jī)的高頻頭)中，作為一個(gè)可以通過電壓控制的自動(dòng)微調(diào)電容器。選用變?nèi)荻O管時(shí)，應(yīng)著重考慮其工作頻率、最高反向工作電壓、最大正向電流和零偏壓結(jié)電容等參數(shù)是否符合應(yīng)用電路的要求，應(yīng)選用結(jié)電容變化大、高Q值、反向漏電流小的變?nèi)荻O管。5.二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IFM是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過的最大正向平均電流值，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因?yàn)殡娏魍ㄟ^管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為141度左右，鍺管為90度左右）時(shí)，就會(huì)使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。（2）最高反向工作電壓UdRM加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。（3）反向電流IdRM反向電流是指二極管在常溫（25℃）和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25℃時(shí)反向電流若為250uA，溫度升高到35℃，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75℃時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過熱而損壞。6.二極管的識(shí)別與檢測(cè)（1）用指針式萬用表檢測(cè)如圖1-19，指針式萬用表上，紅表筆是(表內(nèi)電源)負(fù)極，黑表筆是(表內(nèi)電源)正極。將萬用表的檔位調(diào)到電阻檔的R*100或R*1k擋分別對(duì)二極管的正反向電阻各測(cè)量一次并記錄出數(shù)據(jù)，測(cè)量時(shí)手不要接觸引腳。一般硅管正向電阻為幾千歐，鍺管正向電阻為幾百歐；反向電阻為幾百千歐。如果測(cè)得正反向電阻都是無窮大或零則二極管內(nèi)部斷路或短路。圖1-19指針式萬用表測(cè)量圖1-20數(shù)字式萬用表測(cè)量（2）用數(shù)字式萬用表檢測(cè)數(shù)字式萬用表上，紅表筆是(表內(nèi)電源)正極，黑表筆是(表內(nèi)電源)負(fù)極。將檔位調(diào)到如圖1-20所示進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)PN結(jié)完好，正偏時(shí)，顯示值為PN結(jié)兩端的正向電阻值。反偏時(shí)，顯示|.（說明阻值太大，選擇的檔位太小無法顯示）。（三）電容電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制等方面。電容器，通常簡(jiǎn)稱其容納電荷的本領(lǐng)為電容，用字母C表示。國(guó)際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上，造成電荷的累積儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的電荷量則稱為電容。1.電容的讀法（1）直標(biāo)法用數(shù)字和單位符號(hào)直接標(biāo)出。如1uF表示1微法，有些電容用“R”表示小數(shù)點(diǎn)，如R56表示0.56微法。（2）文字符號(hào)法用數(shù)字和文字符號(hào)有規(guī)律的組合來表示容量。如p10表示0.1pF、1p0表示1pF、6P8表示6.8pF、2u2表示2.2uF。（3）色標(biāo)法用色環(huán)或色點(diǎn)表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標(biāo)法與電阻相同。電容器偏差標(biāo)志符號(hào)：+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z。（4）數(shù)學(xué)計(jì)數(shù)法：如瓷介電容，標(biāo)值272，容量就是：27X100pf=2700pf.如果標(biāo)值473，即為47X1000pf=47000pf（后面的2、3，都表示10的多少次方）。又如：332=33X100pf=3300pf。2.電容的種類（1）按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。（2）按電解質(zhì)分類：有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質(zhì)電容器等。（3）按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。（4）按制造材料的不同可以分為：瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容，還有先進(jìn)的聚丙烯電容等等.（5）高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。（6）低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。（7）濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。（8）調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。（9）低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。電解電容陶瓷電容高壓瓷片電容器薄膜電容固態(tài)鋁電解電容器圖1-21幾種常見的電容3.電容器的作用（1）旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求（2）去耦可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈），這種電流相對(duì)于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作，這就是所謂的“耦合”。去耦電容就是起到一個(gè)“電池”的作用，滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾，在電路中進(jìn)一步減小電源與參考地之間的高頻干擾阻抗。將旁路電容和去耦電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實(shí)際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF等；而去耦合電容的容量一般較大，可能是10μF或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象，而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，防止干擾信號(hào)返回電源。（3）濾波通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中，大電容（1000μF）濾低頻，小電容（20pF）濾高頻。它把電壓的變動(dòng)轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。（4）儲(chǔ)能儲(chǔ)能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲(chǔ)的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。（四）集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器又叫集成穩(wěn)壓電路，將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓的集成電路，用分立元件組成的穩(wěn)壓電源，固有輸出功率大，適應(yīng)性較廣的優(yōu)點(diǎn)，但因體積大焊點(diǎn)多可靠性差而使其應(yīng)用范圍受到限制，近年來，集成穩(wěn)壓電源已得到廣泛應(yīng)用，其中小功率的穩(wěn)壓電源以三端式串聯(lián)型穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。集成穩(wěn)壓器按出線端子多少和使用情況大致可分為三端固定式、三端可調(diào)式、多端可調(diào)式及單片開關(guān)式等幾種。1.三端固定式三端固定式集成穩(wěn)壓器是將取樣電阻、補(bǔ)償電容、保護(hù)電路、大功率調(diào)整管等都集成在同一芯片上，使整個(gè)集成電路塊只有輸人、輸出和公共3個(gè)引出端，使用非常方便，因此獲得廣泛應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是輸出電壓固定，所以必須生產(chǎn)各種輸出電壓、電流規(guī)格的系列產(chǎn)品。7800系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，7900系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定負(fù)輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，如圖1-22所示。例如7805輸出正5V，7909輸出為負(fù)9V。圖1-227800系列、7900系列封裝及管腳2.三端可調(diào)式三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器只需外接兩只電阻即可獲得各種輸出電壓。如CW317為常用的三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，CW337為常用的三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器。如圖1-23所示。圖1-23CW317、CW337可調(diào)節(jié)集成穩(wěn)壓器管腳3.多端可調(diào)式多端可調(diào)式是早期集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品，其輸出功率小，引出端多，使用不太方便，但精度高，價(jià)格便宜。如CW3085、CW1511。

五、任務(wù)實(shí)施（一）制作（焊接）電路1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容制作一個(gè)輸出+5V的直流穩(wěn)壓輸出電路。2.工具、器材及設(shè)備電烙鐵、烙鐵架、焊錫、松香、鑷子、尖嘴鉗、斜口鉗、示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器。常用焊接工具如圖1-24所示，使用設(shè)備如圖1-25所示。電烙鐵、烙鐵架松香鑷子尖嘴鉗斜口鉗圖1-24焊接電路常用的幾種工具萬用表示波器函數(shù)發(fā)生器圖1-25測(cè)量?jī)x器3.元器件清單表1-2直流穩(wěn)壓電源元器件清單元器件名稱型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注變壓器輸入220V,輸出8V1個(gè)整流二極管IN40074個(gè)電解電容C12200uF/25v1個(gè)電解電容C3100uF/16v1個(gè)陶瓷電容C2、C40.1uF2個(gè)穩(wěn)壓器LM78051個(gè)4.焊接電路焊接電路如圖1-10，輸出+5V直流穩(wěn)壓電路。（二）調(diào)試電路1.觀察與測(cè)量整流電路的波形取交流輸入電壓（有效值）U2=8V，先不接濾波電容C1，用示波器觀察整流輸出電壓UI的波形，并用直流電壓表測(cè)出UI；然后接入濾波電容C1，再觀察整流、濾波輸出電壓UI的波形，并測(cè)出UI。2.觀察與測(cè)量濾波電路的波形將示波器的2個(gè)測(cè)量表放到C1的兩端，觀察并記錄UC的波形和電壓。3.觀察與測(cè)量輸出電壓U0的波形將示波器的2個(gè)測(cè)量表放到C4的兩端，觀察并記錄U0的波形和電壓。（三）記錄輸出結(jié)果、撰寫總結(jié)報(bào)告1.記錄輸出電壓值并填寫表格表1-3直流穩(wěn)壓電源測(cè)量點(diǎn)電壓測(cè)量電壓輸出值電壓波形備注變壓器輸出UI整流輸出UC1濾波輸出UC2穩(wěn)壓輸出U02.撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告六、任務(wù)評(píng)價(jià)對(duì)本任務(wù)的知識(shí)掌握與技能運(yùn)用情況進(jìn)行測(cè)評(píng)，并將結(jié)果填入表1-4內(nèi)。表1-4任務(wù)測(cè)評(píng)表基本素養(yǎng)（30分）序號(hào)測(cè)評(píng)內(nèi)容自我評(píng)價(jià)教師評(píng)價(jià)1無遲到、無早退、無曠課（10分）2團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力（10分）3安全規(guī)范操作（10分）知識(shí)掌握與技能運(yùn)用（70分）序號(hào)測(cè)評(píng)內(nèi)容自我評(píng)價(jià)教師評(píng)價(jià)1正確說出直流穩(wěn)壓電源的組成原理及各部分作用（10分）2正確設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路（10分）3正確使用變壓器、二極管、電容、集成穩(wěn)壓器（20分）4正確制作完成直流穩(wěn)壓電源，能夠輸出+5V電壓（20分）5正確使用實(shí)訓(xùn)室的穩(wěn)壓電源（10分）綜合評(píng)價(jià)七、任務(wù)擴(kuò)展（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解串聯(lián)式直流電源電路的原理結(jié)構(gòu)、性能。2.掌握使用串聯(lián)式集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)直流穩(wěn)定電源的方法。（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.采用串聯(lián)式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成可調(diào)直流穩(wěn)定電源電路。2.測(cè)量各項(xiàng)性能指標(biāo)，了解提高性能的方法。（三）實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)電路說明三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的典型產(chǎn)品有CW317(正電壓輸出)和CW337(負(fù)電壓輸出)。CW317內(nèi)部電路包括比較放大器(又稱誤差放大器)、偏置電路(圖中未畫)、恒流源電路、帶隙基準(zhǔn)電壓源、保護(hù)電路和調(diào)整器。它的公共端改接到輸出端，器件本身無接地端，所以消耗的電流均從輸出端流出。內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓(典型值1.25V接至誤差放大器的同相端和調(diào)整端(ADJ)之間，并由一個(gè)恒流特性很好的超級(jí)恒流源供電，提供50μA的恒流，該電流從ADJ端流出。特別情況下，若將ADJ端接地，CW317就構(gòu)成輸出電壓為1.25V的3端固定式穩(wěn)壓器。若在外部接上調(diào)節(jié)電阻R1、R2后，輸出電壓為：式中，VREF為基準(zhǔn)電壓。圖1-26LM317直流輸出可調(diào)電路圖1-26所示為CW317的典型應(yīng)用電路。圖中R1、RP構(gòu)成取樣電阻；C3用于濾除Rp兩端的紋波，使之不能經(jīng)放大后從輸出端輸出。VD6是保護(hù)二極管，一旦輸入或輸出發(fā)生短路故障，由VD6給C3提供泄放回路，避免C2經(jīng)過CW317內(nèi)部放電而損壞芯片。C4的作用是防止輸出端產(chǎn)生自激振蕩，VD1起輸入端短路保護(hù)作用。（四）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及所需元件表1-5可調(diào)直流穩(wěn)壓電源元器件清單元器件名稱型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注3端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器LM3171個(gè)二極管IN40022個(gè)二極管IN40074個(gè)電解電容47μF/25V1個(gè)電解電容100uF/25v1個(gè)電解電容1000μF/25V2個(gè)陶瓷電容0.33μF1個(gè)296多圈電位器2.2kΩ1個(gè)電阻200Ω、120Ω各1個(gè)導(dǎo)線若干（五）實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖1-27焊接好電路；2.接通電源，用萬用表測(cè)量LM317輸入端電壓，再測(cè)量輸出端電壓，調(diào)整電位器RP，使輸出端電壓為5V，計(jì)算此時(shí)RP的數(shù)值。3.調(diào)整電位器RP，使輸出端電壓為9V，計(jì)算R2的數(shù)值。4.在輸出端接入負(fù)載電阻（47Ω/2W），改變電容C1的數(shù)值（改為470uF），比較改變前后輸出電壓的波形。（六）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出實(shí)驗(yàn)曲線。2.撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。驗(yàn)證串聯(lián)式穩(wěn)壓電源的工作原理；分析反饋回路電阻與輸出直流電壓的關(guān)系；說明輸出濾波電容的作用。圖1-27LM317直流穩(wěn)壓可調(diào)電路實(shí)物圖

任務(wù)二放大電路的設(shè)計(jì)與制作放大電路能夠?qū)⒁粋€(gè)微弱的交流小信號(hào)（疊加在直流工作點(diǎn)上），通過一個(gè)裝置（核心為三極管、場(chǎng)效應(yīng)管），得到一個(gè)波形相似（不失真），但幅值卻大很多的交流大信號(hào)的輸出。放大器電路在不同時(shí)期在電子領(lǐng)域中有扮演著不同的角色：（1）放大器電路被首次用于中繼傳播設(shè)施。例如在舊式電話線路中：用弱電流控制外呼線路的電源電壓。（2）用于音頻廣播。范信達(dá)在1906年12月24日，首次把碳粒式麥克風(fēng)作為放大器，應(yīng)用于調(diào)頻廣播傳送裝置中，把聲音調(diào)制成射頻源。（3）在20世紀(jì)60年代，晶體管開始淘汰。當(dāng)時(shí)，一些大功率放大器或?qū)I(yè)級(jí)的音頻應(yīng)用（例如吉他放大器和高保真放大器）仍然會(huì)采用晶體管放大器電路。許多廣播發(fā)射站仍然使用真空管。（4）20世紀(jì)70年代開始，越來越多的晶體管被連接到一塊芯片上來制作集成電路。如今大量商業(yè)上通行的放大器都是基于集成電路的。一、任務(wù)描述設(shè)計(jì)并制作一個(gè)三極管單級(jí)放大器。以共發(fā)射極放大器為例，放大信號(hào)ui由三極管的基極輸入，被放大后的信號(hào)uo由集電極輸出，基極與發(fā)射極構(gòu)成輸入回路，集電極與發(fā)射極構(gòu)成輸出回路，發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端。共發(fā)射極放大器能夠放大信號(hào)的電壓又能放大信號(hào)的電流，而且輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相；輸入電阻與輸出電阻阻值適中，一般為幾千歐，電壓放大倍數(shù)一般在幾十、幾百倍，可用于電壓信號(hào)的放大，常被用作多級(jí)放大器的中間級(jí)。二、任務(wù)目標(biāo)1.素質(zhì)目標(biāo)（1）構(gòu)建分析、設(shè)計(jì)共發(fā)射極放大電路的能力。（2）養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)能力，形成嚴(yán)密的邏輯思維。（3）形成良好的工作方法、工作作風(fēng)和職業(yè)道德。2.知識(shí)目標(biāo)（1）了解放大電路的主要功能及應(yīng)用。（2）掌握晶體管放大電路的3種基本形式。（3）掌握共發(fā)射極放大電路的組成及各元器件的作用。（4）熟悉三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、分類、輸入輸出特性。3.技能目標(biāo)（1）能夠根據(jù)任務(wù)描述設(shè)計(jì)共發(fā)射極放大電路。（2）能夠正確選擇三極管類型并能檢測(cè)好壞。（3）制作完成電路的焊接與調(diào)試。（4）熟練使用示波器、信號(hào)發(fā)生器。三、任務(wù)分析放大電路是一種增加電信號(hào)幅度或功率的電子電路。應(yīng)用放大電路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化。現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎(chǔ)?，F(xiàn)代使用最廣的是以晶體管（雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管）放大電路為基礎(chǔ)的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特殊類型的真空管，如功率三極管或四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場(chǎng)放大管等。根據(jù)放大電路的作用可以將其分為：電壓放大電路、電流放大電路和功率放大電路。根據(jù)放大電路的組成元件可以分為晶體管放大電路和場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。晶體管放大電路的基本形式有三種：共射放大電路，共基放大電路和共集放大電路；場(chǎng)效應(yīng)管放大電路基本形式有兩種：共源放大電路，共漏放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需要相互組合使用。（一）共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路簡(jiǎn)稱共射電路，其原理電路如圖2-1所示。輸入端外接需要放大的信號(hào)源ui；輸出端外接負(fù)載RL。發(fā)射極為輸入信號(hào)ui和輸出信號(hào)uo的公共端。公共端通常稱為“地”（實(shí)際上并非真正接到大地），其電位為零，是電路中其他各點(diǎn)電位的參考點(diǎn)，用“⊥”表示。圖2-1共發(fā)射極放大電路圖2-2靜態(tài)直流通路1.電路的組成及各元件的作用（1）三極管為NPN管，具有放大功能，是放大電路的核心。（2）直流電源VCC使三極管工作在放大狀態(tài)，VCC一般為幾伏到幾十伏。（3）基極偏置電阻Rb它使發(fā)射結(jié)正向偏置，并向基極提供合適的基極電流（。Rb一般為幾十千歐至幾百千歐。（4）集電極負(fù)載電阻Rc它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成集-射極之間電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。Rc的值一般為幾千歐至幾十千歐。（5）耦合電容C1、C2又稱隔直電容，起通交流隔直流的作用。C1、C2一般為幾微法至幾十微法的電解電容器，在聯(lián)結(jié)電路時(shí)，應(yīng)注意電容器的極性，不能接錯(cuò)。2.放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)是指放大電路沒有交流輸入信號(hào)（ui=0）時(shí)的直流工作狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)，電路中只有直流電源VCC作用，三極管各極電流和極間電壓都是直流值，電容C1、C2相當(dāng)于開路，其等效電路如圖2-2所示，該電路稱為直流通路。對(duì)放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析的目的是為了合理設(shè)置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（用Q表示），即靜態(tài)時(shí)電路中的基極電流IBQ、集電極電流ICQ和集-射間電壓UCEQ的值，防止放大電路在放大交流輸入信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的非線性失真。根據(jù)圖2-7所示直流通路，可求得三極管的靜態(tài)值IBQ為三極管工作于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，這時(shí)UBEQ基本不變，對(duì)于硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。由于UBEQ一般比VCC小得多，式（7-3）可以寫成三極管具有電流放大能力，因此有：例2-1已知圖中UCC=10V，RB=250KΩ，RC=3KΩ，β=50，求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解：所以，Q=｛IB=37.2μA，IC=1.86mA，UCE=4.42V｝。由此可見，共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是由基極偏置電阻Rb決定的。因此，通過調(diào)節(jié)基極偏置電阻Rb可以使放大電路獲得一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。3.放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路在有輸入信號(hào)時(shí)（ui≠0）的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)時(shí)，在直流電壓VCC和輸入交流電壓信號(hào)ui的共同作用下，電路中的電流和電壓是由直流分量和交流分量的疊加而成脈動(dòng)直流信號(hào)。說明：由于放大電路是交、直流共存的電路，因而名稱、符號(hào)較多。為了便于分析，將放大電路中規(guī)定的電流和電壓符號(hào)列于表2-1。表2-1放大電路中電流和電壓的符號(hào)動(dòng)態(tài)時(shí)，為了分析交流信號(hào)的傳輸情況，通常需要先畫出交流電流所流經(jīng)的路徑，即交流通路，如圖2-8所示。此時(shí)，耦合電容C1、C2對(duì)交流的容抗很小，因而可視為短路；直流電源的內(nèi)阻很小，交流通過時(shí)的電壓降可忽略，因此直流電源也可視為短路。圖2-3動(dòng)態(tài)交流通路4．放大電路的性能指標(biāo)分析電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的三個(gè)主要性能指標(biāo)，分析這三個(gè)指標(biāo)最常用的方法是微變等效電路法，這是一種在小信號(hào)放大條件下，將非線性的三極管放大電路等效為線性電路進(jìn)行分析的方法。（1）三極管的微變等效電路按共發(fā)射極方式聯(lián)結(jié)的三極管交流通路如圖2-4所示。從輸入端B、E來看，由于在小信號(hào)輸入條件下，三極管的輸入特性近似為線性，ube和ib成正比，因此B、E間可用電阻rbe來等效；從輸出端C、E來看，集電極電流ic=βib，幾乎與uce無關(guān)，因此可用受控恒流源ic=βib來等效。圖2-4極管的微變等效電路rbe稱為三極管的輸入電阻，低頻小功率管的輸入電阻rbe可用下式估算由上式可見，rbe與靜態(tài)工作電流IE有關(guān)。當(dāng)?shù)皖l小功率管的靜態(tài)工作電流IC=1~2mA時(shí)，rbe約為1kΩ。（2）共射放大電路動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分析電壓放大倍數(shù)Au放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的重要指標(biāo)，可知共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為：式中Au——電壓放大倍數(shù)；RL′——交流負(fù)載等效電阻，RL′=RC//RL-（Ω）。共射放大電路的電壓放大倍數(shù)一般較大，通常為幾十倍至幾百倍。式中，負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。空載時(shí)，交流負(fù)載等效電阻RL′=RC，因此空載電壓放大倍數(shù)為：由于RC//RL<RC，因此Au<Au0，即放大電路接負(fù)載RL后，放大倍數(shù)下降。輸入電阻Ri輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。輸入電阻越大，放大電路的實(shí)際輸入電壓就越接近于所接信號(hào)源電壓。根據(jù)圖2-9所示電路，共射放大電路的輸入電阻為Ri=Rb//rbe通常，Rb為幾百千歐，rbe約為1千歐，Rb＞＞rbe，所以Ri≈rbe可見，共射放大電路的輸入電阻Ri較小，一般為幾百歐至幾千歐。輸出電阻Ro輸出電阻是從輸出端向放大電路看進(jìn)去的等效電阻。輸出電阻越小，放大電路接上負(fù)載后的輸出電壓下降越小，即放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。共射放大電路的輸出電阻Ro≈RC。由于RC一般為幾千歐至幾十千歐，因此共射放大電路輸出電阻Ro較大，電路的帶負(fù)載能力也較差。例2-2如圖2-5所示電路，已知，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，，試求：（1）RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)；（2）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；（3）輸出端開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)圖2-5基本放大電路解：先求靜態(tài)工作點(diǎn)：μA再求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻ΩkΩ（1）RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)為：RL斷開時(shí)的電壓放大倍數(shù)為：（2）輸入電阻Ri為：kΩ輸出電阻Ro為：kΩ（3）電壓放大倍數(shù)：5.放大電路非線性失真實(shí)踐表明，若靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置不當(dāng)，在放大電路中將會(huì)出現(xiàn)輸出電壓uo和輸入電壓ui波形不一致的現(xiàn)象，即非線性失真，如圖2-6所示為非線性失真波形圖。圖2-6非線性失真（1）飽和失真圖2-11中，若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在Q1點(diǎn)，則集電極電流ICQ1過大，接近飽和區(qū)。當(dāng)ib1按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q1點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，造成iC1的正半周和輸出電壓uo1的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變。這種由于三極管進(jìn)入飽和區(qū)工作而引起的失真稱為飽和失真。通過增大基極偏置電阻Rb，減小IBQ1，可將靜態(tài)工作點(diǎn)適當(dāng)下移，以消除飽和失真。（2）截止失真圖2-11中，若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在Q2點(diǎn)，則集電極電流ICQ2太小，接近截止區(qū)。由圖可見，此時(shí)iC2的負(fù)半周和輸出電壓uo2的正半周出現(xiàn)平頂畸變。這種由于三極管進(jìn)入截止區(qū)工作而引起的失真稱為截止失真。通過減小基極偏置電阻Rb，增大IBQ2，可將靜態(tài)工作點(diǎn)適當(dāng)上移，以消除截止失真。（二）射極輸出器1.電路結(jié)構(gòu)射極輸出器的電路結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，三極管的集電極直接接電源VCC，發(fā)射極接射極電阻Re。對(duì)交流信號(hào)而言，基極是信號(hào)的輸入端，發(fā)射極是輸出端，集電極相當(dāng)于接地，是輸入、輸出回路的公共端，故稱共集電極放大電路。由于信號(hào)從發(fā)射極輸出，所以又稱射極輸出器。圖2-7射極輸出器電路結(jié)構(gòu)2．射極輸出器的特點(diǎn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及如圖2-8計(jì)算機(jī)仿真電路（圖中kOhm表示千歐姆）可知，射極輸出器的輸出電壓與輸入電壓數(shù)值相近、相位相同，即輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)的變化而變化，這是射極輸出器最顯著的特點(diǎn)，因此又稱射極跟隨器。圖2-8射極輸出器仿真電路此外，射極輸出器還具有輸入電阻大（可達(dá)幾十千歐至幾百千歐）、輸出電阻?。ㄒ话銥閹讱W至幾百歐）的特點(diǎn)，因而多級(jí)放大電路、電子測(cè)量?jī)x器以及集成電路中得到廣泛的應(yīng)用。（三）功率放大電路1.功率放大電路的基本概念功率放大電路的任務(wù)是輸出足夠的功率，推動(dòng)負(fù)載工作，例如揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。功率放大電路和電壓放大電路都是利用三極管的放大作用將信號(hào)放大，不同的是功率放大電路以輸出足夠的功率為目的，工作在大信號(hào)狀態(tài)，而電壓放大電路的目的是輸出足夠大的電壓，工作在小信號(hào)狀態(tài)。功率放大電路應(yīng)滿足以下要求：（1）輸出功率足夠大為了獲得較大的輸出信號(hào)電壓和電流，往往要求三極管工作在極限狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮到三極管的極限參數(shù)PCM、ICM和U(BR)CEO。（2）效率高所謂效率是指功率放大電路向負(fù)載輸出的信號(hào)功率與直流電源提供的功率之比。功率放大電路在輸出信號(hào)功率的同時(shí)，晶體管本身也發(fā)熱損耗功率，稱為管耗。顯然，為了提高效率，應(yīng)盡量減小管子的功耗。（3）非線性失真小功率放大電路在大信號(hào)的工作狀態(tài)，很容易產(chǎn)生非線性失真，因此需要采取措施，減小非線性失真。2.互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路圖2-9雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路輸入波形b）電路結(jié)構(gòu)c）輸出波形（1）雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路簡(jiǎn)稱OCL電路，圖2-9b所示是它的基本電路組成。圖中，正、負(fù)電源的絕對(duì)值相同。V1管和V2管為參數(shù)特性對(duì)稱一致的NPN和PNP管，它們的基極連在一起作為輸入端，發(fā)射極連在一起直接接負(fù)載RL。顯然，V1管和V2管均為射極輸出器接法。工作原理如下。=1\*GB3①靜態(tài)工作分析由于V1管和V2管的基極都未加偏置電壓，因此靜態(tài)時(shí)，兩管都不導(dǎo)通，靜態(tài)電流為零，管子工作在截止區(qū)，電源不供給功率。由于電路對(duì)稱，因此發(fā)射極電位為零，負(fù)載上無電流。=2\*GB3②動(dòng)態(tài)工作分析設(shè)輸入信號(hào)為正弦電壓ui，如圖2-9（a）所示。在正半周時(shí)，V1管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，V2管發(fā)射結(jié)反偏截止，由+VCC提供的電流ic1經(jīng)V1管流向負(fù)載，在負(fù)載RL上獲得正半周輸出電壓uo。同理，在負(fù)半周時(shí)，V1管發(fā)射結(jié)反偏截止，V2管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，由-VCC提供的電流ic2從-VCC端經(jīng)負(fù)載流向V2管，在RL上獲得負(fù)半周輸出電壓uo?？梢?，在ui的整個(gè)周期內(nèi)，V1管和V2管輪流導(dǎo)通，相互補(bǔ)充，從而在RL上得到完整的輸出電壓uo，故稱為互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。由于V1管和V2管均為射極輸出器接法，因此uo≈ui，如圖2-9c所示。根據(jù)功率的定義，輸出功率為：式中，Uom為輸出電壓uo的峰值。理想條件（不計(jì)三極管飽和壓降和穿透電流）下，負(fù)載獲得最大輸出電壓時(shí)，其峰值接近電源電壓+VCC，故負(fù)載獲得的最大輸出功率Pom為：此時(shí)，功率放大電路的效率達(dá)到最大，約為78.5%。可以證明，功率三極管的最大管耗與最大輸出功率Pom的關(guān)系為因此，在選擇功率三極管時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：=3\*GB3③交越失真及其消除方法在上述電路中，V1管和V2管的基極都未加偏置電壓，靜態(tài)時(shí)UBE=0。由于三極管有一死區(qū)電壓，當(dāng)ui小于死區(qū)電壓時(shí)，兩管均不導(dǎo)通，輸出為零，只有當(dāng)ui增加到大于死區(qū)電壓時(shí)，管子才導(dǎo)通，因此，當(dāng)輸入正弦電壓ui時(shí)，在輸出電壓uo的正負(fù)半周交接處出現(xiàn)失真，如圖圖2-10a所示，這種失真稱為交越失真。圖2-10交越失真的消除交越失真b）消除交越失真的OCL電路為了消除交越失真，必須在V1管和V2管的基極設(shè)置偏置電壓。圖2-10b所示電路中，利用兩個(gè)二極管VD1和VD2的直流電壓降，作為V1管和V2管的基極偏置電壓，使V1管和V2管工作在微導(dǎo)通狀態(tài)，既可消除交越失真，又不會(huì)產(chǎn)生過多的管耗。（2）單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路簡(jiǎn)稱OTL電路，如圖2-11所示。與OCL電路不同的是，OTL電路為單電源供電，并且在它的發(fā)射極輸出端接有一幾百微法的大電容C。V3管組成共射電壓放大電路，作為功率輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)。圖2-11單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路實(shí)質(zhì)上是具有±電源的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。電容C上的電壓起著直流負(fù)電源的作用，作為V2管的直流供電電源。當(dāng)V1導(dǎo)通時(shí)，+VCC對(duì)C充電；當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，C放電。為使充、放電過程中，電容電壓保持不變，要求電容有足夠大的電容量，否則將使輸出電壓uo的正、負(fù)半周不對(duì)稱，產(chǎn)生失真?？梢宰C明，OTL電路的最大輸出功率為3.集成功率放大電路簡(jiǎn)介集成功率放大電路是將功率放大電路中的各個(gè)元件及其聯(lián)線制作在一塊半導(dǎo)體芯片上的整體。它具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在收錄機(jī)、電視機(jī)及伺服放大電路中獲得廣泛應(yīng)用。如圖2-12所示為音頻集成功率放大器LM386的管腳排列及典型應(yīng)用電路。圖2-12LM386集成功率放大電路引腳排列b）典型應(yīng)用電路（四）多級(jí)放大電路實(shí)際應(yīng)用中，放大電路的輸入信號(hào)都是很微弱的，一般為毫伏級(jí)或微伏級(jí)。為獲得推動(dòng)負(fù)載工作的足夠大的電壓和功率，需將輸入信號(hào)放大成千上萬倍。由于前述單級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)通常只有幾十倍，所以需要將多個(gè)單級(jí)放大電路聯(lián)結(jié)起來，組成多級(jí)放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行連續(xù)放大。1.多級(jí)放大電路的組成圖2-13多級(jí)放大電路組成框圖多級(jí)放大電路的組成框圖如圖2-13所示。多級(jí)放大電路中，輸入級(jí)用于接收輸入信號(hào)。為使輸入信號(hào)盡量不受信號(hào)源內(nèi)阻的影響，輸入級(jí)應(yīng)具有較高的輸入電阻，因而常采用高輸入電阻的放大電路，例如射極輸出器等。中間電壓放大級(jí)用于小信號(hào)電壓放大，要求有較高的電壓放大倍數(shù)。輸出級(jí)是大信號(hào)功率放大級(jí)，用以輸出負(fù)載需要的功率。2.多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式及特點(diǎn)在多級(jí)放大電路中，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)結(jié)方式稱為耦合。級(jí)間耦合時(shí)應(yīng)滿足以下要求：各級(jí)要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；信號(hào)能從前級(jí)順利傳送到后級(jí)；各級(jí)技術(shù)指標(biāo)能滿足要求。常見的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合以及光電耦合等。（1）阻容耦合阻容耦合多級(jí)放大電路如圖2-14所示。圖中，前級(jí)的輸出電阻通過電容C2（稱為耦合電容）與后級(jí)的輸入電阻相連，因而稱為阻容耦合。圖2-14阻容耦合多級(jí)放大電路阻容耦合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在多級(jí)分立元件交流放大電路中獲得廣泛應(yīng)用。但阻容耦合放大電路不能放大直流和緩變信號(hào)，并且集成電路中制造大電容也比較困難，使阻容耦合的應(yīng)用又具有很大的局限性。（2）變壓器耦合變壓器耦合多級(jí)放大電路如圖2-15所示。圖中，前級(jí)的輸出通過變壓器與后級(jí)的輸入端相連，因而稱為變壓器耦合。變壓器耦合的最大特點(diǎn)是能夠進(jìn)行阻抗變換，實(shí)現(xiàn)負(fù)載與放大電路之間的阻抗匹配，使負(fù)載獲得最大功率。圖2-15變壓器耦合多級(jí)放大電路由于變壓器具有體積大、笨重和頻率特性差的缺點(diǎn)，同時(shí)也不能放大直流和緩變信號(hào)，因此應(yīng)用較少。（3）直接耦合直接耦合多級(jí)放大電路如圖2-16所示。由圖可見，前級(jí)的輸出端直接與后級(jí)的輸入端相連，因而稱為直接耦合。圖2-16直接耦合多級(jí)放大電路直接耦合的多級(jí)放大電路具有良好的頻率特性，不但能放大交流，還能放大直流和緩變信號(hào)，所以又稱“直流放大電路”。但由于前級(jí)與后級(jí)直接相連，因此需要解決：①靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制可能導(dǎo)致的多級(jí)放大電路無法進(jìn)行正常線性放大的問題；②零點(diǎn)漂移問題。由于直接耦合無電容、無變壓器，因此在集成電路中得到廣泛應(yīng)用。（4）光電耦合光電耦合電路如圖2-17所示。圖中，方框內(nèi)是光電耦合器，它由發(fā)光二極管和光電晶體管封裝在同一管殼內(nèi)組成。前級(jí)輸出信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，光電晶體管接受光照后，產(chǎn)生光電流。光電流的大小隨輸入端信號(hào)的增加而增大。光電耦合器以光為媒介，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)從前級(jí)向后級(jí)傳輸，它的輸入端和輸出端在電氣上絕緣，具有抗干擾、隔噪聲等特點(diǎn)，已得到越來越廣泛的應(yīng)用。圖2-17光電耦合電路四、相關(guān)知識(shí)三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管。晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成輻值較大的電信號(hào)，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。（一）三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分類導(dǎo)體二極管內(nèi)部只有一個(gè)PN結(jié)，若在半導(dǎo)體二極管P型半導(dǎo)體的旁邊，再加上一塊N型半導(dǎo)體如圖2-28（a）所示。這種結(jié)構(gòu)的器件內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)，且N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體交錯(cuò)排列形成三個(gè)區(qū)，分別稱為發(fā)射區(qū)，基區(qū)和集電區(qū)。從三個(gè)區(qū)引出的引腳分別稱為發(fā)射極，基極和集電極，用符號(hào)e、b、c來表示。處在發(fā)射區(qū)和基區(qū)交界處的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)；處在基區(qū)和集電區(qū)交界處的PN結(jié)稱為集電結(jié)。具有這種結(jié)構(gòu)特性的器件稱為三極管。圖2-18（a）所示三極管的三個(gè)區(qū)分別由NPN型半導(dǎo)體材料組成，所以，這種結(jié)構(gòu)的三極管稱為NPN型三極管，圖2-18（b）是NPN型三極管的符號(hào)，符號(hào)中箭頭的指向表示發(fā)射結(jié)處在正向偏置時(shí)電流的流向。根據(jù)同樣的原理，也可以組成PNP型三極管。圖2-18三極管結(jié)構(gòu)圖及符例如“”符號(hào)時(shí)，因?yàn)樵摲?hào)的箭頭是由基極指向發(fā)射極的，說明當(dāng)發(fā)射結(jié)處在正向偏置時(shí)，電流是由基極流向發(fā)射極。根據(jù)前面所討論的內(nèi)容已知，當(dāng)PN結(jié)處在正向偏置時(shí)，電流是由P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體，由此可得，該三極管的基區(qū)是P型半導(dǎo)體，其它的兩個(gè)區(qū)都是N型半導(dǎo)體，所以該三極管為NPN型三極管。三極管按材料可分為硅三極管、鍺三極管；三極管按導(dǎo)電類型可分為PNP型和NPN型，鍺三極管多為PNP型，硅三極管多為NPN型；按工作頻率分為高頻(f/T>3MHz)、低頻(f/T<3MHz)和開關(guān)三極管；按功率又分為大功率(PC．>1W)、中功率′(PC在0.5～1W)和小功率(P，<0．5W)三極管（二）三極管的特性晶體管的伏安特性曲線是描述三極管的各端電流與兩個(gè)PN結(jié)外加電壓之間的關(guān)系的一種形式，其特點(diǎn)是能直觀、全面地反映晶體管的電氣性能的外部特性。如圖2-19由三極管組成的基本放大電路。晶體三極管為三端器件，在電路中要構(gòu)成四端網(wǎng)絡(luò)，它的每對(duì)端子均有兩個(gè)變量（端口電壓和電流），因此要在平面坐標(biāo)上表示晶體三極管的伏安特性，就必須采用兩組曲線，我們最常采用的是輸入特性曲線和輸出特性曲線。圖2-19基本放大電路1.輸入特性曲線輸入特性是指三極管輸入回路中，加在基極和發(fā)射極的電壓UBE與由它所產(chǎn)生的基極電流IB之間的關(guān)系。如圖2-20（a）所示。（1）UCE=0時(shí)相當(dāng)于集電極與發(fā)射極短路，此時(shí)IB和UBE的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)正向二極管并聯(lián)的伏安特性。因?yàn)榇藭r(shí)JE和JC均正偏，IB是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)分別向基區(qū)擴(kuò)散的電子電流之和。（2）UCE≥1V時(shí)，即：給集電結(jié)加上固定的反向電壓，集電結(jié)的吸引力加強(qiáng)！使得從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子絕大部分流向集電極形成Ic。同時(shí)，在相同的UBE值條件下，流向基極的電流IB減小，即特性曲線右移?？傊w管的輸入特性曲線與二極管的正向特性相似，因?yàn)閎、e間是正向偏置的PN結(jié)（放大模式下）。2.輸出特性曲線輸出特性通常是指在一定的基極電流IB控制下，三極管的集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE同集電極電流Ic的關(guān)系。如圖2-20（b）所示，我們所見的是共射輸出特性曲線表示以IB為參變量時(shí)，Ic和UCE間的關(guān)系：即Ic=f(UCE)|IB=常數(shù)實(shí)測(cè)的輸出特性曲線如圖所示：根據(jù)外加電壓的不同，整個(gè)曲線可劃分為四個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)。（a）輸入特性曲線（b）輸出特性曲線圖2-20三極管伏安特性曲線如圖2-20（b）晶體管工作在放大模式下，UBE>0.7V，UBC<0，此時(shí)特性曲線表現(xiàn)為近似水平的部分，而且變化均勻，它有兩個(gè)特點(diǎn)：①IC的大小受IB的控制；ΔIC>>ΔIB；②隨著UCE的增加，曲線有些上翹。此時(shí)：ΔIC>>ΔIB，管子在放大區(qū)具有很強(qiáng)的電流放大作用。結(jié)論：在放大區(qū)，UBE>0.7V，UBC<0，Je正偏，Jc反偏，Ic隨IB變化而變化，但與UCE的大小基本無關(guān)。此時(shí)ΔIc>>ΔIB，具有很強(qiáng)的電流放大作用！輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=βIB，且ΔIC=βΔIB飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCE<UBE，βIB>IC，UCE≈0.3V截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。即：UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO≈0（三）三極管的管腳識(shí)別1.目測(cè)法無論是NPN型或是PNP型的三極管,它們均包含三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個(gè)電極：發(fā)射極（e)、基極(b)和集電極(c)。同時(shí)在三個(gè)區(qū)的兩兩交界處形成兩個(gè)PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，因此共有四種三極管類型。它們對(duì)應(yīng)的型號(hào)分別為：3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。常見的三極管如圖2-21所示。圖2-21目測(cè)法辨別三極管引腳2.測(cè)量法（1）三極管類型和基極b的判別將萬用表置于R×100或R×1k擋，用黑表筆碰觸某一極，紅表筆分別碰觸另外兩極，若兩次測(cè)得的電阻都小（或都大），則黑表筆（或紅表筆）所接引腳為基極且為NPN型（或PNP型）。（2）發(fā)射極e和集電極c的判別若已判明三極管的基極和類型，任意假設(shè)另外兩個(gè)電極為e、c端。判別c、e時(shí)按圖2-22所示進(jìn)行。以PNP型管為例，將萬用表紅表筆假設(shè)接c端，黑表筆接e端，用潮濕的手指捏住基極b和假設(shè)的集電極c端，但兩極不能相碰（潮濕的手指代替圖中100k的電阻R）。（a）PNP型辨別集電極、發(fā)射極（b）PNP型辨別集電極、發(fā)射極圖2-22三極管集電極、發(fā)射極的檢測(cè)方法再將假設(shè)的c、e電極互換，重復(fù)上面步驟，比較兩次測(cè)得的電阻大小。測(cè)得電阻小的那次，紅表筆所接的引腳是集電極c，另一端是發(fā)射極e。（四）三極管的主要參數(shù)

三極管的參數(shù)反映了三極管各種性能的指標(biāo)，是分析三極管電路和選用三極管的依據(jù)。

1.電流放大系數(shù)（1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，它表示三極管在共射極連接時(shí)，某工作點(diǎn)處直流電流IC與IB的比值，當(dāng)忽略ICBO時(shí)。

（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)，它表示三極管共射極連接、且UCE恒定時(shí)，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，即。

（3）管子的值大小時(shí)，放大作用差；β值太大時(shí)，工作性能不穩(wěn)定。因此，一般選用為30～80的管子。

2.集-基反向飽和電流ICBO

ICBO是指發(fā)射極開路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時(shí)，所對(duì)應(yīng)的反向電流。它是少子的漂移電流。在一定溫度下，ICBO是一個(gè)常量。隨著溫度的升高ICBO將增大，它是三極管工作不穩(wěn)定的主要因素。在相同環(huán)境溫度下，硅管的ICBO比鍺管的ICBO小得多。

3.穿透電流ICEO

ICEO是指基極開路，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時(shí)的集電極電流。ICEO與ICBO的關(guān)系為：

該電流好象從集電極直通發(fā)射極一樣，故稱為穿透電流。ICEO和ICBO一樣，也是衡量三極管熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

4.最大允許集電極耗散功率PCM

PCM是指三極管集電結(jié)受熱而引起晶體管參數(shù)的變化不超過所規(guī)定的允許值時(shí)，集電極耗散的最大功率。當(dāng)實(shí)際功耗Pc大于PCM時(shí)，不僅使管子的參數(shù)發(fā)生變化，甚至還會(huì)燒壞管子。PCM可由下式計(jì)算：

PCM＝Ic*Vce

當(dāng)已知管子的PCM時(shí)，利用上式可以在輸出特性曲線上畫出PCM曲線。

5.最大允許集電極電流ICM

當(dāng)IC很大時(shí)，β值逐漸下降。一般規(guī)定在β值下降到額定值的2／3（或1／2）時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流為ICM當(dāng)IC＞ICM時(shí)，β值已減小到不實(shí)用的程度，且有燒毀管子的可能。

6.反向擊穿電壓BVCEO與BVCEO

BVCEO是指基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。

BVCBO是指發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極間的反向擊穿電壓。三極管的反向工作電壓應(yīng)小于擊穿電壓的（1／2～1／3），以保證管子安全可靠地工作。

三極管的3個(gè)極限參數(shù)PCM、ICM、BVCEO和前面講的臨界飽和線、截止線所包圍的區(qū)域，便是三極管安全工作的線性放大區(qū)。一般作放大用的三極管，均須工作于此區(qū)。五、任務(wù)實(shí)施（一）制作（焊接）電路1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容制作一個(gè)三極管單級(jí)放大器（如圖2-23）。2.工具、器材及設(shè)備電烙鐵、烙鐵架、焊錫、松香、鑷子、尖嘴鉗、斜口鉗、示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器。3.元器件清單表2-2三極管共射極單級(jí)放大器元器件名稱型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注三極管90131個(gè)輸出電阻5.1K1個(gè)電解電容C1、C210uF/25v2個(gè)電解電容Ce47uF/16v1個(gè)電阻Rb11、Rb1220K、10K2個(gè)電阻RC11、RC1251、1K2個(gè)電阻RC15.1K1個(gè)滑動(dòng)電阻RP100K1個(gè)4.焊接電路圖2-23三極管共射極單級(jí)放大器（二）調(diào)試電路1．根據(jù)最終原理圖焊接出來實(shí)物。2．進(jìn)行實(shí)物的測(cè)量與調(diào)試。3．實(shí)驗(yàn)記錄和調(diào)試。（四）記錄輸出結(jié)果、撰寫總結(jié)報(bào)告1.記錄輸出結(jié)果（1）在輸入信號(hào)幅值為Vpp=240mV時(shí)，輸出電壓隨輸入信號(hào)頻率變化的情況如下：表2-3輸出信號(hào)頻率變化表F(HZ)2060100120200300600700900Vpp(v)（2）輸入信號(hào)頻率為1khz時(shí)，改變輸入信號(hào)電壓幅值，觀察輸出電壓失真情況：表2-4輸出電壓記錄表Vi-pp(mv)5080110140170200230Vo-pp(v)2.撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告六、任務(wù)評(píng)價(jià)對(duì)本任務(wù)的知識(shí)掌握與技能運(yùn)用情況進(jìn)行測(cè)評(píng)，并將結(jié)果填入表2-5內(nèi)。表2-5任務(wù)測(cè)評(píng)表基本素養(yǎng)（30分）序號(hào)測(cè)評(píng)內(nèi)容自我評(píng)價(jià)教師評(píng)價(jià)1無遲到、無早退、無曠課（10分）2團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力（10分）3安全規(guī)范操作（10分）知識(shí)掌握與技能運(yùn)用（70分）序號(hào)測(cè)評(píng)內(nèi)容自我評(píng)價(jià)教師評(píng)價(jià)1正確說出晶體管放大電路的3種基本形式（10分）2正確說出共發(fā)射極放大電路的組成及各元器件的作用（10分）3正確說出三極管的分類及輸入輸出特性（10分）4正確畫出共發(fā)射極放大電路（10分）5正確制作完成共發(fā)射極放大電路，并調(diào)試出波形（20分）6正確使用示波器、信號(hào)發(fā)生器（10分）綜合評(píng)價(jià)七、任務(wù)擴(kuò)展（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解并掌握交替閃爍燈的工作原理。2．熟悉各元器件的參數(shù)及其功能。（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作并實(shí)現(xiàn)2路交替閃爍燈。（三）實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)電路說明工作原理：當(dāng)電源一接通，兩只三極管就要爭(zhēng)先導(dǎo)通，但由于元器件有差異，只有某一只管子最先導(dǎo)通。假如Q1最先導(dǎo)通，那么Q1集電極電壓下降，LED1被點(diǎn)亮，電容C2的左端接近零電壓，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以Q2基極也被拉到近似零電壓，使Q2截止，LED2不亮。隨著電源通過電阻R3對(duì)C2的充電，使三極管Q2基極電壓逐漸升高，當(dāng)超過0.6伏時(shí)，Q2由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，集電極電壓下降，LED2被點(diǎn)亮。與此同時(shí)三極管Q2集電極電壓的下降通過電容器C2的作用使三極管Q1的基極電壓也下跳，Q1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，LED1熄滅。如此循環(huán)，電路中兩只三極管便輪流導(dǎo)通和截止，兩只發(fā)光二極管就不停地循環(huán)發(fā)光。改變電容的容量可以改LED循環(huán)的速度。圖2-24交替閃爍燈（四）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及所需元件表2-6交替閃爍燈元器件清單元器件名稱型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注三極管90132個(gè)發(fā)光二極管紅發(fā)紅2個(gè)電解電容47μF/25V2個(gè)電阻10KΩ、470Ω各2個(gè)導(dǎo)線若干（五）實(shí)驗(yàn)步驟1．選擇元器件（如表2-5）。2．焊接電路（如圖2-24）。注：在連接電路的時(shí)候，要嚴(yán)格按照電路圖