二极管和三极管的基础学习基本知识图案解析.ppt

三极管放大电路,5.1 二极管 5.2 三极管 5.3 共射极放大电路 5.4 分压式偏置电路 5.5 多级放大电路 5.6 放大电路中的负反馈 5.7 差分放大电路 5.8 功率放大电路 5.9 绝缘栅型场效应晶体管及其放大电路,背景知识,5.1二极管,知识分布网络,5.1.1PN结,半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 常用的半导体材料有硅和锗。 纯净的具有完整单晶体结构的半导体材料称为本征半导体。 本征半导体的导电能力很弱，其原子之间的共价键结构非常稳定，如图5-1，价电子不易脱离束缚而成为自由电子。但是当获得足够的能量后，一些价电子可能挣脱共价键的束缚游离出来，成为自由电子，当有外电场作用时这些自由电子就可以参与导电。另外，当价电子游离出来以后，会在原来位置上留下一个“空位” ，使得这个共价键不稳定，能吸引其他电子来填充，这部分电子移动相当于“空位”向相反方向移动，这些空位我们称为空穴，空穴带正电。,1本征半导体和掺杂半导体,图5-1 本征半导体的共价键结构和空穴电流的产生,图5-2 N型半导体,若掺入五价元素，如磷(P),就形成了N型半导体。由于磷原子有5个价电子，其最外层的四个电子与相邻的4个硅（或锗）原子组成共价键结构，有1个价电子游离于共价键之外，成为自由电子，如图5-2所示。每掺入一个磷原子就会产生一个自由电子，因此N型半导体中自由电子的浓度大大增加。与此同时，还存在因热激发产生的少量自由电子和空穴。由于自由电子的数目远大于空穴的数目，所以自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,图5-3 P型半导体,同理，若在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素，如硼（B）,就形成了P型半导体，如图5-3。不难看出P型半导体多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。,（1）PN结的形成： 把P型半导体和N型半导体用特殊的工艺结合在一起时，N区中浓度较高的自由电子会扩散到P区，并与P型半导体中空穴复合，在N区一侧留下带正电的净电荷区。同时，P区浓度较高的空穴会扩散到N区中并与自由电子复合，在P区形成带负电的净电荷区。从而在交界面处形成一个由N区指向P区的内电场。该内电场对多数载流子继续扩散起阻碍作用，对双方少数载流子的漂移运动起推动作用。当多数载流子扩散数量与少数载流子漂移数量相同时，内电场宽度和强度保持稳定。这种在P型半导体和N型半导体交界面处形成的稳定的内电场称为PN结。如图5-4所示。,2 .PN结：,5.1.1PN结,图5-4 PN结的形成,（二） PN结的特性： PN结有一个非常重要的导电特性：单向导电性。 1)PN结加正向电压正向导通 如图5-5a所示，电源正极接P区，负极接N区，称为正向电压，指示灯亮，说明PN结导通。 2) PN结加反向电压反向截止 如图5-5b所示，电源负极接P区，正极接N区，称为反向电压，指示灯不亮，说明PN结截止。,图5-5a PN 结外加正向电压 图5-5b PN 结外加反向电压,5.1.1PN结,5.1.2 二极管,1 结构,在一个PN结的P区和N区各接出一条引线，再封装在管壳内，就制成一只二极管，如图5-6a所示，N区引出端为阴极（负极），P区引出端为阳极（正极），其文字符号为VD，图形符号如图5-6b所示。图5-7是几种常见的二极管的外形。,图5-7几种常见的二极管的外型,图5-6 二极管的结构与符号,5.1.2 二极管,2类型 二极管的分类方法很多，根据不同的制造工艺及结构，二极管可分点接触型、面接触型及平面型二极管；根据材料不同，可分为硅二极管和锗二极管两类；根据用途不同，又可分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管等。 3型号 按国家标准GB294-74规定，二极管的型号由五部分组成，如表5-1所示。 常见的二极管有2AP7、2DZ54C等，根据表5-1可自行判断它们的意义。,5.1.2 二极管,4伏安特性 如图5-8所示。 （1）正向特性 位于图中第一象限。当二极管承受很小的正向电压时，二极管并不能导通，这是因为外电场太弱，不足以克服内电场的阻挡作用，这段区域称为死区，与此相对应的电压叫死区电压，一般硅二极管的死区电压约0.5伏，锗二极管约0.2伏。 当正向电压上升到大于死区电压时，二极管开始导通，正向电流随正向电压上升很快。二极管导通后的正向电阻很小，其正向压降很小，一般硅管约0.7V，锗管约为0.2-0.3伏。 (2)反向特性 位于图中第三象限。当二极管承受反向电压时，二极管中只有很小的反向电流，是由少数载流子漂移形成。受温度影响敏感，反向电流越小，二极管温度稳定性越好。硅管反向电流比锗管小。所以硅管温度稳定性好。 当反向电压增大到超过某个值时，反向电流急剧加大，二极管被击穿，可能被损坏。所以一般二极管不允许工作在这个区域。,图5-8二极管的电压、电流特性曲线,5.1.2 二极管,5.1.2 二极管,5二极管的主要参数 二极管的参数是选择和使用二极管的重要依据。 （1）最大正向电流IFM ：指在规定的散热条件下,二极管长期安全运行时允许通过的最大正向电流的平均值。如果实际工作时正向电流的平均值超过此值,二极管可能会因过热而损坏。 （2）最高反向工作电压URM ： 指二极管允许承受的最高反向电压。一般规定最高反向工作电压为反向击穿电压的二分之一。,5.2三极管,知识分布网络,三极管,三极管的电流放大作用,三极管的结构、符号和型号,三极管的特性曲线,三极管的主要参数,三极管的输入特性,三极管的输出特性,5.2.1三极管的结构、符号和型号,1三极管的结构 图5-11是几种常见的国产三极管的封装和外形。 在一块极薄的硅或锗基片上通过一定的工艺制做出两个PN结就构成了三层半导体结构，从三层半导体各引出一根引线就是三极管的三个极，再封装在管壳里，就构成晶体三极管。三个电极分别叫做发射极E、基极B、集电极C，与之对应的每层半导体分别称为发射区、基区、集电区。发射区与基区之间的PN结为发射结，集电区和基区之间的PN结为集电结。基区是P型半导体的称为NPN型三极管，基区是N型半导体的称为PNP型三极管。,图5-11几种三极管的外形和封装,5.2.1三极管的结构、符号和型号,三极管的结构和表示符号如图5-12所示。 晶体三极管的内部结构特点是： 发射区的掺杂浓度大于集电区； 基区非常薄且掺杂很轻； 集电结面积较发射结大，它们并不对称，所以集电极和发射极不能互换。,图5-12 三极管的结构和符号,5.2.1三极管的结构、符号和型号,2三极管的型号 按国家标准GB294-74规定，三极管的型号同二极管一样也由五部分组成，如表5-3所示。,表5-3 三极管的型号组成及其意义,常见的二极管有3DG130C、3AX52B等，根据表5-2可自行判断它们的意义。,5.2.2三极管的电流放大作用,当给三极管的发射结加正向电压，集电结加反向电压时，三极管具有电流放大作用，电路形式如图5-13所示。 1、静态电流放大作用 集电极电流一般是基极电流30-100倍，称为静态电流放大系数。 2 、动态电流放大作用 称为动态电流放大系数，与静态电流放大系数近似相等，一般取为一致。,图5-13 三极管电流放大作用电路,5.2.3三极管的特性曲线,表示三极管各极电流和极间电压关系的曲线称为晶体管的特性曲线，它是了解三极管外部性能和分析三极管工作状态的重要依据。 、输入特性 输入特性是指当三极管集电极发射极之间的电压UCE 为定值，基极电流IB 和基极-发射极之间电压UBE之间的关系。其特性曲线如图5-15所示。,5.2.3三极管的特性曲线,、输出特性 输出特性是指当三极管的基极电流IB为定值，集电极电流IC与集电极发射极之间的电压UCE 之间的关系，其特性曲线如图5-16所示。由图可见，当基极电流不变时集电极电流基本不随集射极之间的电压UCE变化而变化，所以说从三极管的集电极看进去具有恒流源特性。不同的基极电流IB对应不同的输出特性曲线，从而形成一个曲线簇，可把输出特性曲线簇分成三个区域，不同的区域对应着不同的工作状态。,5.2.4三极管的主要参数,晶体管的参数表示其性能优劣和适用范围，是合理选择和正确使用的依据。 、共发射极电流放大系数 表示三极管的电流放大能力。不同型号的管子其不同，范围在20-200之间，可根据需要选用。 、集电极-发射极反向饱和电流 ICE0：也叫穿透电流。是指基极开路时集电极和发射极间加规定反向电压时的反向电流。该电流越小，三极管温度稳定性越好。 、极限参数 1） 集电极最大允许电流IC ： 集电极电流过大时三极管的会下降，一般规定当下降到额定值2/3时的集电极电流称为集电极最大允许电流IC。 2） 集电极发射极反向击穿电压U（BR）CE0： 指在基极开路的情况下加在集电极和发射极之间的最大允许工作电压。 3）集电极最大允许耗散功率PCM：,5.3共射极放大电路,知识分布网络,共射极放大电路,共射极放大电路的组成,电路的静态分析,电路的动态分析,电阻分类及标识,电阻分类及标识,电阻分类及标识,电阻分类及标识,电阻分类及标识,5.3.1 电路组成,共射极单管放大电路如图5-18所示。为使电路简化，发射结和集电结共用一个电源，电阻RB将电源引至发射结。为发射结提供正偏电压。由于三极管的发射极为输入和输出端共用，所以称为共射极放大电路。电路中各元件的作用见表5-6。,图5-18 共射极基本放大电路,5.3.1 电路组成,表5-6,5.3.2 电路分析,1、放大器中电压、电流符号的规定 由于放大电路既有直流电源作用又有交流信号源作用，所以在放大电路中既有直流分量，又有交流分量。为了清楚地表示不同的物理量，表5-7将电路中出现的有关电量的符号列了出来。,表5-7 电压、电流符号的规定,5.3.2 电路分析,2、静态工作点的作用与估算 1）静态工作点的作用 所谓静态指的是放大器在没有交流信号输入时的工作状态。这时三极管的基极电流IB、集电极电流IC、基极与发射极间的电压UBE和集电极与发射极间的电压UCE的值叫静态值。又称为静态工作点。 2）静态工作点的估算 在放大电路中仅有直流分量作用的等效电路称为直流通路。如图5-20。在直流通路中可近似估算静态工作点。,5.3.2 电路分析,3放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻 放大电路的作用是放大交流小信号。电压放大倍数是表示其放大能力的参数，输入电阻和输出电阻是表示放大电路性能的参数。 1）放大电路的电压放大倍数Au的近似估算 输入电阻、输出电阻和电压放大倍数都反映的是交流分量的关系，所以需要通过交流通路来进行分析。 所谓交流通路是指在有交流信号输入（动态）时，放大电路的交流信号流通的路径。因电容器通交流信号而直流电源的内阻又很小，因此在画交流通路时，把电容器和直流电源都视为短路，如图5-21(a)所示。,当三极管工作在小信号状态时，三极管可用微变等效模型替代，这时的交流通路称为微变等效电路，如图5-21（b）所示，其输入端可等效成一个电阻，由输入特性曲线可看出，在静态工作点附近的微小变化范围内，输入特性曲线可近似看作直线，其电压变化量与电流变化量之比近似为常数，所以可等效为一个电阻rbe。rbe为三极管发射结动态等效电阻，其值可用经验公式计算 （5-4） 放大器的电压放大倍数等于输出电压与输入电压的比值。 2）放大电路输出电阻的近似估算 对负载来说，放大器相当于一个具有内阻的信号源，这个内阻就是放大电路的输出电阻RO，从图5-21可看出， R0RC （ 5-9） 放大器的输出电阻越小放大器内部消耗越小；当负载变化时负载电压变化越小，称为放大器带负载能力越强，所以输出电阻越小越好。,5.3.2 电路分析,5.4 分压式偏置放大电路,知识分布网络,分压式 偏置放大电路,用近似估算法分析电路,分压式偏置放大电路的组成,稳定静态工作点的原理,电路如图5-22a所示。其特点是： 第一、电阻RB1、RB2组成分压电路，电源电压UCC经分压后，加至晶体管的基极，所以这种放大电路称为分压式偏置放大电路。 只要电源电压UCC和RB1、RB2保持不变，基极电位UBQ 就是固定值，不随温度变化。 第二、晶体管的发射极经过电阻RE接地，且与其并联一个旁路电容CE。利用电容“隔直通交”的特性，RE在静态时起作用，而在动态时被CE短路，对交流信号来说，晶体管发射极相当于接地。,1、分压式偏置放大电路的组成,2、稳定静态工作点的原理,图5-22b是分压式偏置放大电路的直流通路，由于UBQ与温度参数无关，不受温度影响；另有UBEQ=UBQ-UEQ，发射极电位UEQ=IEQRE。其稳定工作点的过程如下： 上述过程表明，分压式偏置放大电路稳定静态工作点的关键是利用IE的微小变化，在电阻RE上产生电压降，并反送回输入回路，使UBE下降，使IB、IC向相反方向变化。这个过程实质上是利用了负反馈作用，达到稳定工作点的目的。有关负反馈的概念将在下一节介绍。 这种负反馈在直流静态条件下，起稳定静态工作点的作用，但在交流动态条件下，削弱了电压放大倍数。为此，与电阻RE并联了一个容量较大的电容器CE，使RE在交流通路中被短路，不起作用，避免了电压放大倍数的损失。,5.5多级放大电路,知识分布网络,多级放大电路,多级放大电路的耦合方式,多级放大电路的放大倍数,估算多级放大电路的输入输出电阻,5.5.1多级放大电路的耦合方式,多级放大器级与级之间的连接方式称为耦合方式。常见的耦合方式有：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合和光电耦合四种。 1 阻容耦合 阻容耦合放大电路如图5-23所示，这种方式的特点是通过电容将前后级的直流隔开，避免静态工作点的相互影响；但对于频率较低的信号电容阻抗较大，所以阻容耦合多级放大器不能用于放大缓慢变化信号，更不能放大直流信号；另外由于在集成电路中无法制作大容量电容器而使得这种电路无法集成化。 2 变压器耦合 变压器耦合也有避免静态工作点的相互影响的作用，而且利用变压器的阻抗变换作用可实现阻抗匹配。但变压器体积大，不方便集成；同样它也不能放大直流信号。,5.5.1多级放大电路的耦合方式,5.5.1多级放大电路的耦合方式,3 直接耦合 直接耦合可放大直流信号，方便集成，目前在集成电路中应用非常广泛。但直接耦合的各级静态工作点相互影响，不便于调试，且存在零点漂移现象，所谓零点漂移是当输入信号为零时，在输出端出现的不规则信号。这种现象会使输出信号产生失真。由于零点漂移信号通常是变化缓慢的信号，所以阻容耦合和变压器耦合电路具有抑制零点漂移的作用。 4 光电耦合 光电耦合以光电耦合器为媒介来实现电信号的耦合和传输，光电耦合既可传输交流信号又可传输直流信号，而且抗干扰能力强，易于集成化，广泛应用在集成电路中。,图5-25 直接耦合放大电路,5.5.2多级放大电路的放大倍数、输入、输出电阻,对于多级放大器，前一级的输出信号是后一级的输入信号。多级放大器的放大倍数应为： 总放大倍数等于各级放大倍数的乘积。但在计算各级放大倍数时要考虑前后级的相互影响。后级放大器的输入电阻是前一级放大器负载的一部分。 多级放大器的输入电阻Ri等于第一级放大器的输入电阻。 多级放大器的输出电阻R0等于最后一级放大器的输出电阻。,5.6放大电路中的负反馈,知识分布网络,放大电路中的负反馈,反馈的基本概念,反馈的类型和判断,负反馈对放大电路的影响,射极输出器,射极输出器的特点,射极输出器的应用,5.6.1反馈的类型和判断,1、反馈的基本概念,2、反馈的类型及判断,（1）直流反馈和交流反馈 对直流量起反馈作用的为直流反馈，对交流量起反馈作用的为交流反馈。 直、交流反馈的判断一般看反馈环节中有、无电容，根据电容的“隔直通交”作用来进行判断。 （2）正反馈和负反馈 如果反馈信号与输入信号极性相同，反馈信号与外加输入信号叠加求和后，使净输入信号增强，叫做正反馈。正反馈使输出信号和输入信号相互促进不断增强，一般用于振荡电路中；若反馈信号与输入信号极性相反，使净输入信号减小，叫做负反馈。负反馈使放大器电压放大倍数降低但有改善放大电路性能的作用。正反馈和负反馈的判别一般采用瞬时极性法，具体步骤如下：先假设输入信号在某一瞬间对地为“+”；从输入端到输出端依次标出放大器各点的瞬时极性；三极管各电极的相位关系是：发射极信号与基极输入信号瞬时极性相同，集电极瞬时极性与基极瞬时极性相反。将反馈信号的极性与输入信号进行比较，若反馈信号引在输入端的基极，反馈信号的极性与输入信号极性相同为正反馈，反之，为负反馈；若反馈信号引在输入端的发射极，反馈信号的极性与输入信号极性相同为负反馈，反之，为正反馈。,5.6.1反馈的类型和判断,2、反馈的类型及判断,（3） 电压反馈和电流反馈 按照反馈电路在输出端对输出信号采样的不同，可确定是电压反馈还是电流反馈。反馈信号与输出电压成正比的称为电压反馈；反馈信号与输出电流成正比的称为电流反馈。一般反馈电路接在电压输出端为电压反馈，不接在电压输出端为电流反馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号在放大器输入端与输入信号连接方式的不同，可确定是串联反馈还是并联反馈。对常用的共发射极放大器，通常可以从反馈信号在输入端是否直接接到三极管基极来区分串、并联反馈。反馈信号直接接到三极管基极的是并联反馈，反馈信号直接接到三极管发射极的是串联反馈。,5.6.1反馈的类型和判断,图5-27 例5-6 图,例5-6 如图5-27所示电路，试判断电路的反馈类型。 解：这是一个两级放大电路，通过RF、RE1把第二级和第一级放大电路联系起来，这两级放大电路之间存在反馈。判断电压反馈或电流反馈看输出。反馈电路从电压输出端引回，所以是电压反馈。判断串联反馈或并联反馈看输入。反馈电路接在输入回路的发射极，所以是串联反馈。判断交流反馈和直流反馈看电容。在反馈电路中无电容，所以交、直流均存在反馈。判断正反馈或负反馈看极性。若假设第一级基极输入瞬间极性为“+”，则经过第一级放大，集电极输出信号为“-”，再经过第二级放大，集电极输出信号为“+”，经RF、RE1送回第一级放大器发射极，反馈电压f为“+”，使净输入信号（be=i-f）减小，说明电路引入了负反馈。综上所述，放大电路通过RF、RE1为电路引入了电压串联交、直流负反馈。,负反馈使电压放大倍数降低，但却可以改善放大器的性能。 引入负反馈后，它对放大器的工作性能主要产生以下几个方面的影响。 1）降低放大倍数 由于负反馈使净输入信号减小，输出信号减小，相对于原输入信号的放大倍数（又称闭环放大倍数）降低。 2）提高了放大倍数的稳定性 实际电路中由于环境温度的变化、电源电压和负载的波动使电压放大倍数不稳定，而负反馈有稳定输出电压的作用，可以使放大倍数的稳定性提高。 3）减小非线性失真 三极管的非线性特性使输出信号的波形产生失真，负反馈的补偿作用可以有效改善波形失真。 4）影响输入电阻和输出电阻 串联负反馈在输入端使净输入电压减小，输入电流减小，相对于原输入电压，输入电阻增大；并联负反馈在输入端起分流作用，在原输入电压不变的情况下，由于输入电流增大，使输入电阻减小。,5.6.2负反馈对放大电路性能的影响,5.6.3射极输出器,射极输出器是典型的负反馈放大器。其电路结构如图5-28所示。,图5-28 射极输出器 a）电路形式 b)直流通路 c）交流通路,可以判断出该电路是电压串联负反馈放大电路。由于输出信号是从发射极输出的，故称为射极输出器。从交流通路可以看出，输入回路和输出回路的公共端为集电极c，因此，射极输出器也称为共集电极放大电路。,1）射极输出器的特点 1)电压放大倍数近似等于1 如图5-28c所示，ui=ube+uf=ube+u0，忽略ube时，uiu0，故射极输出器的电压放大倍数近似为1（略小于1），uiu0表明它没有电压放大作用，但是射极电流是基极电流的（1+）倍，故它有电流放大作用。 2）输出电压和输入电压同相 从图5-28中可以看出，输出电压u0的瞬时极性和输入电压ui的瞬时极性相同，为此，射极输出器也叫射极跟随器。 3）输入电阻大、输出电阻小 由前面的讨论可知，电压串联负反馈使放大器的输入电阻增大，输出电阻减小，所以射极输出器的输入电阻比共发射极放大器的输入电阻高几十倍到几百倍， 2）射极输出器的应用 射极输出器具有输入电阻很大、输出电阻很小及电压跟随作用，有一定的电流和功率放大作用，因而它的应用十分广泛。 1）用作多级放大电路的输入级，因输入电阻很大对信号源的影响很小。 2）用作多级放大电路的输出级，因输出电阻很小，可以提高带负载能力。 3）用作多级放大电路的中间级，因其具有电压跟随作用，且输入电阻很大，对前级的影响小；输出电阻小，对后级的影响也小，所以，用作中间级起缓冲、隔离作用。,5.6.3射极输出器,5.6放大电路中的负反馈,例5-6：在如图5-28（a）所示的电路中，若RB=120K， RE=2K，负载电阻RL=2K，Ucc=12V，=60，试用近似估算法求： 1） 静态工作点； 2）输入电阻、输出电阻。 解:1）根据图5-28(b）所示，静态时的基极电流为： 2）求输入电阻和输出电阻：,5.7差分放大器,知识分布网络,差分放大器,典型差分电路抑制零点漂移原理,共模抑制比,共模信号,差模输入和共模输入,差模信号,5.7.1典型差分放大器电路及其抑制零点漂移原理,图中左右两边电路结构对称，且两边三极管特性、参数相同，两边电阻阻值相等。该电路采用两个措施抑制零点漂移。 1、依靠电路对称性 零点漂移产生的主要原因是放大器静态工作点随温度变化，在输出端输出不规则的动态信号。差分放大器由于电路结构及元件参数对称，两边产生零点漂移大小和方向相同。从两三极管集电极输出信号时，两零点漂移信号相互抵消，没有零点漂移输出。 2、发射极公共电阻RE的负反馈作用 由于两边电路不可能完全对称，两边零点漂移输出不可能完全相等。电阻RE的负反馈作用可以减小两边的零点漂移。起到抑制零点漂移的作用。,5.7.2差模输入和共模输入,1共模输入信号 两个三级管输入的动态信号，大小和极性完全相同称为共模输入信号。两个三极管集电极对地输出信号大小、极性也相同，从两个三极管集电极向外输出信号时，即双端输出，输出为0。两管的零点漂移信号就是共模输入信号，差分放大器双端输出时对共模信号有抑制作用。共模放大倍数AC为0. 2差模输入信号 两个三级管输入动态信号大小相同、极性相反称为差模输入信号。图5-29电路输入动态信号即为差模输入信号。对于差模输入信号两管集电极对地输出信号大小相等，极性相反，输出uo=2uo1,输入ui=2ui1,则差模电压放大倍数Ad=2uo1/2ui1=uo1/ui1=Ad1=Ad2. 即差分放大器对差模信号的放大作用与单管放大倍数相同。 3共模抑制比 差模放大倍数与共模放大倍数之比称为共模抑制比KCMR, 共模抑制比越大差分放大器抑制零点漂移作用越强。,5.8功率放大电路,知识分布网络,功率放大电路,OTL电路,电路工作原理,集成功率放大器,甲乙类互补对称OTL电路,5.8.1单电源互补对称功率放大器(OTL),5.8.1单电源互补对称功率放大器(OTL),1、 电路工作原理 图5-30（a）是一个NPN型三极管组成的射极输出器，由于三极管发射结静态电压为0，其静态基极电流、集电极静态电流均为0。当输入交流信号处于正半波时，发射结导通，负载得到与输入信号近似相同的正半波信号。而当输入交流信号处于负半波时，三极管截止，负载电压为0。对应输入信号的一个完整波形，负载只得到正半波。图5-30（b）是一个PNP型三极管组成的射极输出器, 对应输入信号一个完整波形，负载只得到负半波。,5.8.1单电源互补对称功率放大器(OTL),图5-31 乙类互补对称OTL电路,为使负载得到完整波形将图（a）和图（b）组合成图5-31 输出端接了耦合电容C，其作用是当V1截止、V2导通时给V2充当电源。这个电容器C的容量较大。在静态时，三极管V1、V2中有很小穿透电流通过，由于两管特性一致，电路结构对称，所以UK=UCC/2，电容C端电压为UCC/2。 当输入信号ui为正半周时，V1处于正偏而导通，V2处于反偏而截止。输出电流iC1如图中实线所示。此时电源通过V1导通，对C充电。 当输入信号ui为负半周时，V2处于正偏而导通，V1处于反偏而截止，输出电流iC2如图中虚线所示，这时电容器C通过导通的V2放电。因为电容量足够大（大于200uF），在正半周充电或负半周放电时，电容两端的电压可基本保持不变，始终维持在1/2UCC，充当V2的供电电源。 在输入信号的一个周期内，两个三极管轮流工作，负载得到完整波形。,5.8.1单电源互补对称功率放大器(OTL),2、甲乙类互补对称OTL电路 上述电路中设置静态值为0，由于三极管发射结存在死区状态，当输入交流信号很小时，三极管仍处于截止状态，使输出信号在正负半波交界处产生失真，称为交越失真。如图5-32所示。解决这种失真的办法是给三极管设置很小静态值。如图5-33 所示，二极管VD1、VD2给两三极管提供微导通偏压。,图5-32交越失真,图5-33单电源甲乙类互补功放电路,5.8.2集成功率放大器,随着集成技术的不断发展，集成功率放大器产品越来越多。集成功率放大器具有内部元件参数一致性好，失真小，安装方便，适应大批量生产等特点，因此得到广泛应用。在电视机的伴音、录音机的功放等电路中一般采用集成功率放大器。下面简单介绍目前应用较多的小功率音频集成功放LM386。 集成功放LM386为8脚双列直插塑料封装结构，图5-34为其外形图，其引脚如图5-35所示。,图5-34 LM386外形图,图5-35 LM386引脚图,5.8.2集成功率放大器,集成功放LM386是一种通用型宽带集成功率放大器，属于OTL功放，使用的电源电压为4至10V，常温下功耗在660mW左右。图5-36 是LM386的应用接线图，其中：R1和C1接在引脚1和8之间可将电压增益调为任意值R2和C3串联构成校正网络用来补偿扬声器音量电感产生的附加相移，防止电路自激C2为旁路电容C4为去耦电容，滤掉电源的高次谐波分量。C5为输出耦合电容。,图5-36 LM386的应用接线图,5.9绝缘栅型场效应晶体管及其放大电路,知识分布网络,绝缘栅型场效应管,结构和工作原理,放大电路,5.9绝缘栅型场效应晶体管及其放大电路,1、绝缘栅场效应管的分类和符号,绝缘栅场效应管的栅极与源极和漏极之间是完全绝缘的，因此称为绝缘栅场效应管，目前应用最广泛的是由金属（电极）、氧化物（绝缘层）和半导体组成的金属（M）-氧化物(O)-半导体(S)场效应管，简称MOS管，它有N沟道和P沟道两类，每一类又分为增强型和耗尽型两种。其中，N沟道的场效应晶体管称NMOS管，P沟道的场效应晶体管称PMOS管。四种场效应管的符号如图5-37所示。,图5-37 绝缘栅场效应管的种类和符号,5.9绝缘栅型场效应晶体管及其放大电路,2、结构和工作原理,下面以N沟道增强型场效应晶体管为例，简单介绍它的结构和工作原理。 （1)结构：如图5-38所示，它是在一块P型硅片上扩散两个N型区，并分别从两个N型区引出两个电极：漏极和源极。在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层金属薄层，形成栅极。因此栅极和其他电极之间是绝缘的，故输入电阻很高。另外，从衬底基片上引出一个电极，称为衬底电极（B）（在分立元件中，常将B与源极S相连，而在集成电路中，B与S一般不相连）。,图5-38 N沟道MOS管的结构和符号 a) N沟道MOS管的结构 b) N沟道耗尽型MOS管的符号c) N沟道增强型MOS管的符号,5.9绝缘栅型场效应晶体管及其放大电路,2、结构和工作原理,（2）工作原理： MOSFET的基本工作原理是栅源极之间电压对漏极电流的控制作用。 如图5-38所示，对于NMOS场效应晶体管，当UGS=0时，在源极-P衬底-漏极之间存在两个反向连接的PN结，不论在漏极和源极之间加入何种极性的电压UDS，都会使其中一个PN结反偏，所以漏极电流ID=0；当在栅-源极之间加上正向直流电压UGS（UGS0），由于源极与衬底是短路连接的，从而使栅极经绝缘层至衬底之间形成电场，电场方向垂直指向衬底。由于绝缘层厚度极薄，仅是0.1m左右，UGS只需达到几伏即可建立极强的电场，吸引衬底、源极和漏极中的大量电子至绝缘层表面，由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中,从而将源极和漏极连接起来，形成一个N型导电沟道。此时，若在漏-源极之间加入正向电压UDS，就会产生漏极电流ID。定义在UDS作用下，开始出现漏极电流ID的栅源极电压UGS称为开启电压，用UT表示。当UGSUT之后，数值越大，导电沟道越厚，在相同的UDS作用下，漏极电流ID就越大，实现了栅-源极电压UGS对漏极电流ID的控制作用。体现了绝缘栅场效应晶体管的特点：电压控制型器件。 这种MOSFET在UGS=0时，不存在导电沟道，只有UGS达到某一确定值之后，才出现导电沟道，称为增强型MOSFET。,5.9绝缘栅型场效应晶体管及其放大电路,3、绝缘栅场效应管放大电路,图5-39 场效应管放大电路,图5-39为共源极场效应管的基本放大电路。图中各元件的作用与晶体管分压式偏置放大电路相类似。 静态时，电源UDD经RG1和RG2分压后，为栅极提供电压，这和晶体管放大电路在静态时需要有一个合适的偏流相类似。在此栅压的作用下，场效应管有一定的ID和UDS使放大电路有一个合适的静态工作点。 当放大电路有输入信号时，场效应管的栅极电压随输入信号而变化，其沟道随之变化。漏源电流ID即随之相应的变化。通过源极电阻将电流变化转 变为电压变化，经过耦合电容输出给负载。 RG用来提高图5-39电路的输入电阻。使放大电路的输入电阻为 rig为场效应管的输入电阻，RG一般为兆欧数量级。,1.二极管、三极管检测方法 2认识电路 3电路的安装 4电路的调试,任务操作指导,1.二极管、三极管检测方法,图5-40 二极管的测试,1）、晶体二极管的简易测试 由于二极管具有单向导电特性（正向电阻小，反向电阻大），可用万用表的电阻挡大致判断出二极管的极性和好坏。见图5-40所示。 （1）二极管好坏的判断 将模拟万用表置于电阻R1K或R100挡，分别测量二极管的正反向电阻，质量完好的二极管两次测得的阻值应相差很大，且所测阻值小的为正向电阻，应为几十到几百欧，所测阻值大的为反向电阻，应在200K以上。 （2）二极管极性的判断 用模拟万用表测出二极管的阻值较小时，与黑表棒相接的为二极管的正极，与红表棒相接的为二极管的负极。如图a所示,2）、晶体管三极管的简易测试 （）三极管管脚极性的判别 三极管的管脚除了可根据不同封装的形式的三极管的管脚排列特点来识别以外，还可用万用表的电阻挡来测量，测小功率管用R1K挡或R100挡，测大功率管用R10挡，测试方法如下： 基极和管型的判断 假设三个管脚中的任意一个管脚为基极，然后判断基极。 把一表笔接在假设的基极上，另一表笔分别接另外两根管脚，若测得的阻值都很大或都很小，调换表笔重新测试。若原来测得的阻值都很大，调换表笔后测得的阻值都很小;或原来测得的阻值都很小，调换表笔后测得的阻值都很大，说明假设的基极是正确的。若测得阻值一大一小，说明假设错误，需重新假设进行测试 判断管型 以测试阻值都很小一次为准，若黑表笔接的是基极，则该管是NPN型管，否则，该管为PNP型管,1.二极管、三极管检测方法,集电极和发射极的判断 假设待测的两根管脚其中之一为集电极，用手把基极与假设的集电极一起捏住（注意两管脚不能接触，即把人体电阻并联在基极和集电极间）。若为NPN型管，把黑表笔接假设的集电极，红表笔接假设的发射极，若指针摆动较大，说明假设是正确的，反之是错误的；若为PNP型管，把红表笔接假设的集电极黑表笔接假设的发射极，若指针摆动较大，说明假设正确，否则不正确。集电极判断后，剩下的管脚是发射极。 （2）ICEO的估测 若为NPN型管把黑表笔接集电极，红表笔接发射极，若指针摆动较大，说明ICEO大，反之较小；若PNP型管，则与之相反，把红笔接集电极，黑表笔接发射极。 （3）值的估测 先按估测ICEO的方法测试，记下万用表指针的位置；然后在集电极与基极间连接一只100k的电阻（也可用人体电阻代替）按判断集电极的方法进行测试。接入100k的电阻后，若指针摆幅较大，说明这只管子的值较大；指针变化不大，说明管子的放大能力很差，值较小。,1.二极管、三极管检测方法,2. 认识电路,电路由晶体管VT1、VT2、VT3、VT4组成四级放大电路，各级之间用阻容耦合方式连接。传声器BM将接收到的声音转换成电信号，经四级放大器放大，再由耳机进行电声转换，耳机中就能听到放大后宏亮的声音了。,图5-41 电子助听器电路图,3、电路的安装,1）元器件的选择 参照电路原理图核对元器件数目、型号等，如不符合及时调换。注意，微型驻极体话筒BM的引出线需要屏蔽线，以减少干扰噪声。耳机要选用头戴式高阻耳机。 2）元器件检测 （1）晶体管的检测：判断三极管的管脚和好坏。 （2）驻极体传声器的检测方法：将万用表置于“R100”档，用黑表笔接触驻极体传声器芯线，红表笔接触传声器引出线金属网。此时，万用表指针应偏转一定的角度，然后对着传声器吹气，如果指针在刚才基础上继续偏转一定角度，说明传声器完好；如果指针不动，则说明驻极体传声器有问题。如果直接测试传声器引线电阻无穷大，说明传声器内部可能开路；如果阻值为零，则传声器内部短路。 3）元器件整形与焊接,4、电路的调试,1）检查元器件及连线安装正确无误后接通电源，并试听，检查电路工作是否正常， 2）检查整机电流：用万用表测电源回路中的电流。 3）各级电流检测：将万用表电流档分别串于VT4、VT3、VT2、VT1的集电极，并分别调整对应的偏置电阻R14、R13、R12、R11的阻值，使其电流分别为5mA0.5mA0.45mA0.4mA左右,由后向前逐级调整。 4）检测晶体管的电压，判定其工作状态。 5）将检测结果记录在表5-12中。,4、电路的调试,表5-12 检测数据,1、正确清点、检测及调换元器件 2、正确检测表5-12中各项 3、元器件按要求整形；正确安装元器件；焊接点美观、走线合理、布局漂亮 4、通电试验，电路正常工作 5、通电检测，表5-12中数据合理 6、严格遵守电工安全操作规程；工作台用具、器件摆放整齐 7、会检测二极管、三极管。,考核要求,项目五结束,