任務(wù)一前置放大電路的分析與調(diào)試.pptVIP

授課教師 張小燕 信息工程系 電子信息教研室,電子電路分析與實踐,項目一 音頻功率放大器的組裝與調(diào)試,任務(wù)一 前置放大電路的分析與調(diào)試 任務(wù)二 集成運算放大器的分析與測試 任務(wù)三 負反饋放大電路的分析與調(diào)試 任務(wù)四 音頻功率放大器的組裝與調(diào)試,任務(wù)一 前置放大電路的分析與調(diào)試,項目一 音頻功率放大器的組裝與調(diào)試,1.1.1 常用電子元器件及其測試與篩選 1.1.2 放大電路的靜態(tài)分析與測試 1.1.3 放大電路的動態(tài)分析與測試,任務(wù)一 前置放大電路的分析與調(diào)試,1.1.1常用電子元器件及其測試與篩選,(1) 固定電阻器,（2）各種電位器的外形,1.1.1常用電子元器件及其測試與篩選,（3）帶開關(guān)的電位器,（4）各類電容器外形,（5）可變電容器外形,（6）各類電感器外形,（7）各類型二極管,（8）各類型三極管,1.1.1常用電子元器件及其測試與篩選,自然界中存在著各種物質(zhì)，按導(dǎo)電能力的強弱可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。,半導(dǎo)體就其導(dǎo)電能力有如下三個特點：1.熱敏性 ；2.光敏性；3.摻雜性。 半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。 每個原子周圍有四個相鄰的原子，原子之間通過共價鍵緊密結(jié)合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。,一、半導(dǎo)體,室溫下，由于熱運動，少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。但由于純凈半導(dǎo)體中自由電子和空穴的數(shù)量有限，導(dǎo)電能力并不很強。,在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。,自由電子,1N型半導(dǎo)體,多數(shù)載流子（簡稱多子）,空 穴,少數(shù)載流子（簡稱少子）,在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。,自由電子,多數(shù)載流子（簡稱多子）,空 穴,少數(shù)載流子（簡稱少子）,2P型半導(dǎo)體,無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。 摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。 少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少決定于溫度。,半導(dǎo)體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。 將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個特殊的薄層 PN結(jié)。,1PN結(jié)的形成,二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?多子擴散,形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場,少子漂移,促使,阻止,擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié),外加正向電壓（也叫正向偏置） 外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?外加反向電壓（也叫反向偏置） 外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流，因為是少子漂移運動產(chǎn)生的，反向電流很小，這時稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。 半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。點接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，不能通過較大電流，但高頻性能好，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。面接觸型二極管PN結(jié)面積較大，結(jié)電容也較大，允許通過較大電流，但工作頻率較低，多用于低頻整流電路中。,三、半導(dǎo)體二極管,（1）正向特性,外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。,外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流 很小。 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。,（2）反向特性,（1）最大整流電流IOM：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。 （2）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時的電壓值。 （3）最高反向工作電壓UDRM：二極管運行時允許承受的最大反向電壓（約為UB 的一半）。 （4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?（5）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。,理想二極管：正向電阻為零，正向?qū)〞r為短路特性，正向壓降忽略不計；反向電阻為無窮大，反向截止時為開路特性，反向漏電流忽略不計。,半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù),穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。,四、穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管的主要參數(shù)： （1）穩(wěn)定電壓UZ:反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。 （2）穩(wěn)定電流IZ:工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。 （3）動態(tài)電阻rZ:穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=UZ/IZ （4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM:額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM,五、發(fā)光二極管,當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的形式放出能量。 不同材料制成的發(fā)光二極管會發(fā)出不同顏色的光。 發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.53V）、反應(yīng)快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導(dǎo)體器件，常用于信號指示、數(shù)字和字符顯示。,六、光電二極管,光電二極管的又稱為光敏二極管，其工作原理恰好與發(fā)光二極管相反。當(dāng)光線照射到光電二極管的PN結(jié)時，能激發(fā)更多的電子，使之產(chǎn)生更多的電子空穴對，從而提高了少數(shù)載流子的濃度。在PN結(jié)兩端加反向電壓時反向電流會增加，所產(chǎn)生反向電流的大小與光的照度成正比，所以光電二極管正常工作時所加的電壓為反向電壓。為使光線能照射到PN結(jié)上，在光電二極管的管殼上設(shè)有一個小的通光窗口。 光電二極管可用于光的測量。當(dāng)制成大面積光電二極管時，能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能，可當(dāng)作一種電源，成為光電池。,要點回顧： 半導(dǎo)體有哪三個特點？ 什么是N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體，多子和少子是什么？ PN結(jié)是如何形成的？ 二極管的結(jié)構(gòu)和電子符號是什么？ 如何用萬用表判斷二極管的陽極和陰極？ 如何用萬用表判斷二極管的材料（硅或鍺）？ 如何用萬用表判斷二極管的好壞？ 硅和鍺管的導(dǎo)通電壓降分別是多少？,七、雙極型三極管,半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。 兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。,NPN型,PNP型,箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向,電流分配和電流放大作用,（1）產(chǎn)生放大作用的條件 內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)集電區(qū) b）基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏,（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程： 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 iE 電子在基區(qū)中的擴散與復(fù)合，形成基極電流 iB 集電區(qū)收集擴散過來的電子，形成集電極電流 iC （3）電流分配關(guān)系： iE = iC + iB,U(I)不同書寫體電壓（電流）符號的規(guī)定,大寫U(I)大寫下標(biāo)，表示直流電壓（電流）值，UBE 小寫u(i)小寫下標(biāo)，表示交流電壓（電流）的瞬時值，ube 小寫u(i)大寫下標(biāo)，表示含有直流電壓（電流）的瞬時值，uBE 大寫U(I)小寫下標(biāo)，表示交流電壓（電流）有效值，Ube 大寫U(I)小寫m下標(biāo)，表示交流電壓（電流）的最大值，Icm,實驗表明：IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有iE = iC iB 。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。,1輸入特性曲線,與二極管類似,2輸出特性曲線,（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置,（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置,（3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置,此時,三極管的主要參數(shù),1、電流放大系數(shù)：iC= iB 2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ ）iCBO 3、極限參數(shù) （1）集電極最大允許電流 ICM：下降到額定值的2/3時所允許的最大集電極電流。 （2）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓。 （3）集電極最大允許功耗PCM ： PCM = IC UCE,集-基極反向截止電流ICBO,ICBO是集電結(jié)反偏時，由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響較大。,B,E,C,N,N,P,ICEO= IBE+ICBO =（ 1+ ）ICBO,ICBO進入N區(qū)，形成IBE。,根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。,集電結(jié)反偏有ICBO,穿透電流ICEO,ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。,返回,例：UCE=6V的前提下：IB = 40 A, IC=1.5 mA， IB = 60 A時IC =2.3mA，則,因為直流電流放大倍數(shù)與交流電流放大倍數(shù)非常接近，一般作近似處理： =,關(guān)于PNP型晶體管,PNP管與NPN管之間的差別： (1)電壓極性不同。 (2)電流方向不同。,例：有兩個晶體管分別接在放大電路中,測得它們的管腳電位如下表所示:試判斷管子類型。,解：因為三極管處于放大狀態(tài)，所以,要點回顧： 三極管的類型和電氣符號？ 三極管的兩結(jié)和三區(qū)分別是什么？ 三極管工作在放大區(qū)、截止區(qū)和飽和區(qū)的條件和特點？ 如何用萬用表判斷三極管的b、c、e極及類型？ 如何用萬用表判斷三極管的好壞？,1.1.2放大電路的靜態(tài)分析與測試,放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。 常用的放大電路有共發(fā)射極放大電路和共集電極放大電路,一、放大電路的組成,（1）晶體管V。放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。 （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。 （3）偏置電阻RB。用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個合適的工作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。 （4）集電極負載電阻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。 （5）電容Cl、C2。用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放大電路和信號源及負載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的電壓損失，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。,二、靜態(tài)分析,靜態(tài)：是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點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。,共發(fā)射極放大電路的實用電路,畫出直流通路 計算靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。,靜態(tài)分析步驟,直流通路：耦合電容可視為開路。,例：圖示電路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。試估算靜態(tài)工作點。,解：,三、靜態(tài)測試,按直流通路接線 測量UB、UE和UC,并計算出靜態(tài)工作點,靜態(tài)測試步驟,要點回顧： 放大電路的組成？ 什么是放大電路的靜態(tài)分析、靜態(tài)工作點？ 靜態(tài)分析的步驟是什么？,動態(tài):是指有交流信號輸入時，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動態(tài)時放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含兩個分量。,交流通路:（ui單獨作用下的電路）。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）。,1.1.3 放大電路的動態(tài)分析與測試,把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。,（1）基本思路,（2）晶體管微變等效電路,輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內(nèi)可以認為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化UBE時，基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：,一、微變等效電路法,集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：,（3）放大電路微變等效電路,電壓放大倍數(shù),式中RL=RC/RL。當(dāng)RL=（開路）時,（）放大電路的性能指標(biāo),輸入電阻,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，一般認為是較低的，并不理想。,Ri,輸出電阻,對于負載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認為是較大的，也不理想。,1、靜態(tài)工作點的作用,放大器在工作時，需要有一個合適的靜態(tài)工作點，它不僅關(guān)系到波形失真，而且對電壓增益也有重大