電工電子第6章

第6章晶體管應(yīng)用電路實(shí)用汽車電工電子技術(shù)知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)1.掌握三相橋式整流電路的結(jié)構(gòu)和工作原理2.掌握共發(fā)射極單管放大電路的結(jié)構(gòu)和工作原理3.掌握集成運(yùn)算放大器的性能特點(diǎn)4.了解濾波電路的作用和穩(wěn)壓電路的原理5.了解靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入電阻、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)、負(fù)反饋的概念6.了解正弦波振蕩器的工作原理1.能夠正確連接整流與濾波電路2.能夠正確連接單管放大電路和功率放大電路電源變壓器:調(diào)整電壓大小，將交流電網(wǎng)電壓u1

變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷? 電壓u4。穩(wěn)壓電路:減弱電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化對(duì)電壓的影 響,保持輸出電壓u0的穩(wěn)定。直流電源整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo6.1晶體二極管整流電路u2>0時(shí)u2<0時(shí)輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2uou2D4D2D1D3RLuoABuo=u2uo=-u21.單相橋式整流電路負(fù)載電壓U0的平均值為:負(fù)載上的(平均)電流:uo整流電路中整流管的選擇：u2D4D2D1D3RLuoAB2.三相橋式整流電路六個(gè)二極管分為兩組：

V1、V3、V5三個(gè)二極管的負(fù)極連在一起，如圖中“A”點(diǎn)，稱為共負(fù)極組（也稱正極管）

V2、V4、V6三個(gè)二極管的正極連在一起，如圖中“B”點(diǎn)，稱為共正極組（也稱負(fù)極管）（1）在t1～t2時(shí)間內(nèi)，a相電位最高，b相電位最低，二極管V1和V4因承受正向電壓而導(dǎo)通，電流路徑為：a點(diǎn)→V1→“A”→RL→“B”→V4→b點(diǎn)工作原理（2）在t2～t3時(shí)間內(nèi)，a相電位仍為最高，c相電位最低，二極管V1和V6在正向電壓作用下而導(dǎo)通，電流路徑為：a點(diǎn)→V1→“A”→RL→“B”→V6→c點(diǎn)（3）在t3～t4時(shí)間內(nèi)，b相電位最高，c相電位最低，二極管V3和V6在正向電壓作用下而導(dǎo)通，電流路徑為：b點(diǎn)→V3→“A”→RL→“B”→V6→c點(diǎn)依此類推，便可得出二極管的導(dǎo)通順序，各組二極管的導(dǎo)通情況是每隔1/6周期交換一次，每只二極管持續(xù)導(dǎo)通1/3周期

在任何一個(gè)1/6周期內(nèi)，共正極組和共負(fù)極組中各有一個(gè)二極管導(dǎo)通，在共負(fù)極組中，哪個(gè)二極管的正極電位最高，哪個(gè)二極管就導(dǎo)通，其余兩個(gè)截止，在共正極組中，哪個(gè)二極管的負(fù)極電位最低，哪個(gè)二極管就導(dǎo)通，其余兩個(gè)截止三相整流波形結(jié)論負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流

UL=2.34U2

=IL=

=IV=×U2=2.45U2=1.05UL

URm

=

6.2濾波及穩(wěn)壓電路濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電 壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 濾掉電路輸出電壓中的交流成份，保留其 直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的濾波方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))6.2.1濾波電路

1.電容濾波電路（2）工作原理

u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，

uo=uC

。+Cici

–++–aDuoubRLio=uC

（3）工作波形二極管承受的最高反向電壓為

uoutOtO（1）電路結(jié)構(gòu)

2.電感濾波電路（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作波形6.2.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路（2）工作原理：當(dāng)電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓UO變化時(shí)，穩(wěn)壓過程如下：U1↗→U0↗→Iz↗→UR↗→U0↘（1）電路結(jié)構(gòu)：6.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（1）電路結(jié)構(gòu)：（2）工作原理：a.當(dāng)負(fù)載電阻RL不變，電源電壓升高而引起輸入電壓UI增大，導(dǎo)致穩(wěn)壓電路輸出電壓UO增大時(shí)，穩(wěn)壓過程如下：b.當(dāng)輸入電壓UI不變,負(fù)載電阻RL減小,導(dǎo)致穩(wěn)壓電路輸出電壓UO減小時(shí)，穩(wěn)壓過程如下：UI↗→UO↗→UBE↘→IB↘→IC↘→UCE↗→UO↘RL↘→IL↗→UO↘→UBE↗→IB↗→IC↗→UCE↘→UO↗6.2.4集成穩(wěn)壓器電路結(jié)構(gòu)：集成穩(wěn)壓器有三個(gè)接線端

管腳1為不穩(wěn)定電壓輸入端

管腳2為穩(wěn)定電壓輸出端

管腳3為公共端

6.3晶體管基本放大電路6.3.1

共發(fā)射極基本放大電路的結(jié)構(gòu)放大的實(shí)質(zhì)：用較小的信號(hào)去控制較大的信號(hào)。（1）晶體管V。放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。（5）電容Cl、C2。用來傳遞交流信號(hào)，起到耦合的作用。同時(shí)，又使放大電路和信號(hào)源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號(hào)的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。（4）集電極負(fù)載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。（3）偏置電阻RB。用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個(gè)合適的工作點(diǎn)，一般為幾十千歐到幾百千歐。（2）電源UCC和UBB。使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。共發(fā)射極放大電路的實(shí)用電路6.3.2

共發(fā)射極放大電路的工作原理靜態(tài)

是指無交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。直流通路：耦合電容可視為開路。圖中，已知UCC=12V,RB=300kΩ,RC=4kΩ,β=50,求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ

、ICQ和UCEQ。﹝解﹞：

=0.04mA

=40μAICQ=βIBQ=50×0.04=2mAUCEQ=UCC-ICQRC

=12-2×10-3×4×103=4V例6.1=IBQ≈動(dòng)態(tài)

是指有交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓隨輸入信號(hào)作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號(hào)ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含兩個(gè)分量。交流通路：（ui單獨(dú)作用下的電路）由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)于短路），直流電源UCC去掉（短接）若電路輸入的交流信號(hào)ui=Uimsinωt，電路中各電量將在原靜態(tài)值上疊加一個(gè)交流分量。波形如圖所示uBE

=UBE

+uiiB

=IB

+ibiC

=IC

+icuCE

=UCC

-iCRC（1）放大器中的各個(gè)量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。（3）靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適，會(huì)對(duì)放大電路的性能造成影響。若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q'進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q"進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。從以上分析過程，可得出如下幾個(gè)重要結(jié)論：6.4放大電路的分析方法圖解法估算法微變等效電路法應(yīng)用數(shù)學(xué)方程式，通過近似計(jì)算來分析放大器性能的方法

估算靜態(tài)工作點(diǎn)

2.估算輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)（1）晶體管輸入電阻rberbe=300Ω+（1+β）26mV/IE（mA）≈（2）放大器的輸入電阻riri=RB∥rbe≈rbe

（3）放大器的輸出電阻roro

≈RC

（4）電壓放大倍數(shù)Au

放大電路未帶負(fù)載時(shí)

Au

=Au

=上述電路中

Au

=例6.2在上例圖中，已知rbe=1kΩ，RL=4kΩ，其它參數(shù)與例6.1一致，求放大電路的ri、ro、Au

。﹝解﹞：

ri=RB∥rbe≈rbe=1kΩro

≈RC=4kΩ由RL′=RC

∥RL

=2kΩ=-50×=-100

Au

=若放大電路未帶負(fù)載，則有Au

==-50×=-200溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度升高UBE減小ICBO增大β增大IC增大6.5分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路1.電路結(jié)構(gòu)條件：I2>>IB，則與溫度基本無關(guān)。調(diào)節(jié)過程如下：2.工作原理（1）靜態(tài)分析（2）動(dòng)態(tài)分析3.電路分析6.6多級(jí)放大器和負(fù)反饋放大器單級(jí)放大電路的放大能力總是有限的，往往不能滿足要求，這就要采用由多個(gè)單級(jí)放大器組成的多級(jí)放大電路。使得信號(hào)逐級(jí)連續(xù)放大到需要的程度，在多級(jí)放大電路中，級(jí)與級(jí)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

變壓器耦合

6.6.1

阻容耦合多級(jí)放大電路優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問題。各極之間通過耦合電容及下級(jí)輸入電阻連接缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。阻容耦合多級(jí)放大電路分析（1）靜態(tài)分析：各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。（2）動(dòng)態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。注意：計(jì)算前級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)必須把后級(jí)的輸入電阻考慮到前級(jí)的負(fù)載電阻之中。如計(jì)算第一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，其負(fù)載電阻就是第二級(jí)的輸入電阻。③輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。②輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻。6.6.2

負(fù)反饋放大器反饋就是把放大電路的輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部送回到放大電路的輸入端，并與輸入信號(hào)（電壓或電流）相合成的過程。組成：類型：正反饋和負(fù)反饋

直流反饋和交流反饋

電壓反饋和電流反饋

串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

判斷：采用瞬時(shí)極性法來判別

對(duì)直流量起到反饋?zhàn)饔玫慕兄绷鞣答?；?duì)交流量起到反饋?zhàn)饔玫慕薪涣鞣答?/p>

使輸出電壓為零，如果反饋信號(hào)也為零，則為電壓反饋；如果反饋信號(hào)不為零，則為電流反饋

把放大電路的輸入端短路，如果反饋信號(hào)同樣被短路，則為并聯(lián)反饋；如果此時(shí)反饋信號(hào)沒有消失，則為串聯(lián)反饋負(fù)反饋放大器的四種基本形式電流串聯(lián)負(fù)反饋

電壓并聯(lián)負(fù)反饋

電壓串聯(lián)負(fù)反饋

電流并聯(lián)負(fù)反饋

功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率，這就要求:6.7低頻功率放大器

③必須盡可能提高功率放大電路的效率。放大電路的效率是指負(fù)載得到的交流信號(hào)功率與直流電源供出功率的比值②非線性失真要比小信號(hào)的電壓放大電路嚴(yán)重得多。此外，功率放大電路從電源取用的功率較大，為提高電源的利用率①功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的晶體管通常工作在高電壓大電流狀態(tài)，晶體管的功耗也比較大。對(duì)晶體管的各項(xiàng)指標(biāo)必須認(rèn)真選擇，且盡可能使其得到充分利用。因?yàn)楣β史糯箅娐分械木w管處在大信號(hào)極限運(yùn)用狀態(tài)功率放大電路的類型甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。在工作過程中，晶體管始終處在導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路功率損耗較大，效率較低，最高只能達(dá)到50％乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的截止點(diǎn)，晶體管僅在輸入信號(hào)的半個(gè)周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間，晶體管有不大的靜態(tài)偏流。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間1．OTL功率放大電路兩管工作性能對(duì)稱，互為補(bǔ)償，使負(fù)載獲得完整的信號(hào)波形，故稱互補(bǔ)對(duì)稱放大器V1和V2是一對(duì)導(dǎo)電類型不同，特性參數(shù)對(duì)稱的功放管，其連接方式上下對(duì)稱，兩管都接成發(fā)射極輸出。V1是NPN型晶體管，它在信號(hào)的正半周導(dǎo)通；V2是PNP型晶體管，它在信號(hào)的負(fù)半周導(dǎo)通電路結(jié)構(gòu)：動(dòng)態(tài)（ui≠0）時(shí)，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容C充電；在ui的負(fù)半周V2導(dǎo)通而V1截止，電容C通過V2、RL放電，V2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載，電容C在這時(shí)起到負(fù)電源的作用。為了使輸出波形對(duì)稱，必須保持電容C上的電壓基本維持在UCC/2不變，因此C的容量必須足夠大。工作原理：靜態(tài)（ui=0）時(shí)，因電路對(duì)稱，兩個(gè)晶體管發(fā)射極連接點(diǎn)電位為電源電壓的一半，負(fù)載中沒有電流2．OCL功率放大電路靜態(tài)時(shí)，UB=0、UE=0，偏置電壓為零，V1、V2均處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載中沒有電流，電路工作在乙類狀態(tài)。由于V1、V2都工作在共集電極接法，輸出電阻極小，可與低阻負(fù)載RL直接匹配。動(dòng)態(tài)時(shí)，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載；在ui的負(fù)半周V2導(dǎo)通而V1截止，V2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載。產(chǎn)生交越失真的原因：由于V1、V2發(fā)射結(jié)靜態(tài)偏壓為零，放大電路工作在乙類狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)ui小于晶體管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時(shí)，兩個(gè)晶體管都截止，在這一區(qū)域內(nèi)輸出電壓為零，使波形失真從工作波形可以看到，在波形過零的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)輸出波形產(chǎn)生了失真，這種失真稱為交越失真為減小交越失真，可給V1、V2發(fā)射結(jié)加適當(dāng)?shù)恼蚱珘海员惝a(chǎn)生一個(gè)不大的靜態(tài)偏流，使V1、V2導(dǎo)通時(shí)間稍微超過半個(gè)周期，即工作在甲乙類狀態(tài)，如圖所示。圖中二極管D1、D2用來提供偏置電壓。靜態(tài)時(shí)三極管V1、V2雖然都已基本導(dǎo)通，但因它們對(duì)稱，UE仍為零，負(fù)載中仍無電流流過。優(yōu)點(diǎn)：能放大變化很緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。缺點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；且存在零點(diǎn)漂移問題。6.8直接耦合放大器

零點(diǎn)漂移：放大電路在無輸入信號(hào)的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動(dòng)的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。

差分放大電路1

電路圖抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級(jí)采用差分放大電路。溫度變化時(shí)兩個(gè)單管放大電路的工作點(diǎn)都要發(fā)生變動(dòng)，分別產(chǎn)生輸出漂移Δuol和Δuo2。由于電路是對(duì)稱的，所以Δuol=Δuo2，差動(dòng)放大電路的輸出漂移Δuo＝Δuol－Δuo2＝0，即消除了零點(diǎn)漂移。1．抑制零點(diǎn)漂移的原理2．差模輸入差模信號(hào)：兩輸入端加的信號(hào)大小相等、極性相反。因兩側(cè)電路對(duì)稱，放大倍數(shù)相等，電壓放大倍數(shù)用Ad表示，則：差模電壓放大倍數(shù)：差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)放大電路用多一倍的元件為代價(jià)，換來了對(duì)零漂的抑制能力3．共模輸入共模信號(hào)：兩輸入端加的信號(hào)大小相等、極性相同。共模電壓放大倍數(shù)：說明電路對(duì)共模信號(hào)無放大作用，即完全抑制了共模信號(hào)。實(shí)際上，差動(dòng)放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制就是該電路抑制共模信號(hào)的一個(gè)特例。所以差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)抑制能力的大小，也就是反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。共模抑制比：共模抑制比越大，表示電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。在發(fā)射極電阻RE的作用：是為了提高整個(gè)電路以及單管放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。負(fù)電源UEE的作用：是為了補(bǔ)償RE上的直流壓降，使發(fā)射極基本保持零電位。恒流源比發(fā)射極電阻RE對(duì)共模信號(hào)具有更強(qiáng)的抑制作用。6.9集成運(yùn)算放大器1.運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)u+是運(yùn)放的同相輸入端，由此端輸入信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位相同；u-是運(yùn)放的反相輸入端，由此端輸入信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位相反特點(diǎn)

輸入電阻非常高

輸出電阻很小

電壓放大倍數(shù)很大

零點(diǎn)漂移很小

能放大交流信號(hào)也能放大直流信號(hào)放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)，當(dāng)有幾級(jí)運(yùn)放時(shí)可以分級(jí)分析。虛短路虛開路uiuo+-A02.理想運(yùn)算放大器

(1)、反相比例電路0=uu=-+i1i2i1=i2RfR1Rbuiuo_+A虛短路虛開路虛地一、比例電路uo電路的輸入電阻：Ri=ui/ii=R1輸出電阻很小！平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等,以消除偏置電流的影響。R2=R1//RfRfR1