電工電子第6章

第6章晶體管應(yīng)用電路實用汽車電工電子技術(shù)知識目標技能目標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.掌握集成運算放大器的性能特點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、輸入電阻、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)、負反饋的概念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}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷? 電壓u4。穩(wěn)壓電路:減弱電網(wǎng)波動及負載變化對電壓的影 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u2<0時輸出是脈動的直流電壓！u2uou2D4D2D1D3RLuoABuo=u2uo=-u21.單相橋式整流電路負載電壓U0的平均值為:負載上的(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二極管分為兩組：

V1、V3、V5三個二極管的負極連在一起，如圖中“A”點，稱為共負極組（也稱正極管）

V2、V4、V6三個二極管的正極連在一起，如圖中“B”點，稱為共正極組（也稱負極管）（1）在t1～t2時間內(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→V1→“A”→RL→“B”→V4→b點工作原理（2）在t2～t3時間內(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→V1→“A”→RL→“B”→V6→c點（3）在t3～t4時間內(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→V3→“A”→RL→“B”→V6→c點依此類推，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1/6周期內(nèi)，共正極組和共負極組中各有一個二極管導(dǎo)通，在共負極組中，哪個二極管的正極電位最高，哪個二極管就導(dǎo)通，其余兩個截止，在共正極組中，哪個二極管的負極電位最低，哪個二極管就導(dǎo)通，其余兩個截止三相整流波形結(jié)論負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，達到平滑輸出電壓波形的目的濾波方法：將電容與負載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負載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，二極管導(dǎo)通，電源在給負載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負載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：當電源電壓波動或負載變化引起輸出電壓UO變化時，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.當負載電阻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，穩(wěn)壓過程如下：b.當輸入電壓UI不變,負載電阻RL減小,導(dǎo)致穩(wěn)壓電路輸出電壓UO減小時，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)放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。（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，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。（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。（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。（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。共發(fā)射極放大電路的實用電路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。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（相當于短路），直流電源UCC去掉（短接）若電路輸入的交流信號ui=Uimsinωt，電路中各電量將在原靜態(tài)值上疊加一個交流分量。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Q設(shè)置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點偏高，當ib按正弦規(guī)律變化時，Q'進入飽和區(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）的負半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點偏低，則Q"進入截止區(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，通過近似計算來分析放大器性能的方法

估算靜態(tài)工作點

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

放大電路未帶負載時

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

=若放大電路未帶負載，則有Au

==-50×=-200溫度對工作點的影響溫度升高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）動態(tài)分析3.電路分析6.6多級放大器和負反饋放大器單級放大電路的放大能力總是有限的，往往不能滿足要求，這就要采用由多個單級放大器組成的多級放大電路。使得信號逐級連續(xù)放大到需要的程度，在多級放大電路中，級與級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

阻容耦合多級放大電路優(yōu)點：各級靜態(tài)工作點互不影響，可以單獨調(diào)整到合適位置；且不存在零點漂移問題。各極之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接缺點：不能放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號；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。阻容耦合多級放大電路分析（1）靜態(tài)分析：各級單獨計算。（2）動態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。注意：計算前級的電壓放大倍數(shù)時必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負載電阻之中。如計算第一級的電壓放大倍數(shù)時，其負載電阻就是第二級的輸入電阻。③輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。②輸入電阻就是第一級的輸入電阻。6.6.2

負反饋放大器反饋就是把放大電路的輸出信號（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（電壓或電流）相合成的過程。組成：類型：正反饋和負反饋

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：采用瞬時極性法來判別

對直流量起到反饋作用的叫直流反饋；對交流量起到反饋作用的叫交流反饋

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

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

電壓并聯(lián)負反饋

電壓串聯(lián)負反饋

電流并聯(lián)負反饋

功率放大電路的特點功率放大電路的任務(wù)是向負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載得到的交流信號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的電壓放大電路嚴重得多。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。對晶體管的各項指標必須認真選擇，且盡可能使其得到充分利用。因為功率放大電路中的晶體管處在大信號極限運用狀態(tài)功率放大電路的類型甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置在交流負載線的中點。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，最高只能達到50％乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置在交流負載線的截止點，晶體管僅在輸入信號的半個周期導(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稱，互為補償，使負載獲得完整的信號波形，故稱互補對稱放大器V1和V2是一對導(dǎo)電類型不同，特性參數(shù)對稱的功放管，其連接方式上下對稱，兩管都接成發(fā)射極輸出。V1是NPN型晶體管，它在信號的正半周導(dǎo)通；V2是PNP型晶體管，它在信號的負半周導(dǎo)通電路結(jié)構(gòu)：動態(tài)（ui≠0）時，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輸出給負載，同時對電容C充電；在ui的負半周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半周信號輸出給負載，電容C在這時起到負電源的作用。為了使輸出波形對稱，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，因電路對稱，兩個晶體管發(fā)射極連接點電位為電源電壓的一半，負載中沒有電流2．OCL功率放大電路靜態(tài)時，UB=0、UE=0，偏置電壓為零，V1、V2均處于截止狀態(tài)，負載中沒有電流，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，可與低阻負載RL直接匹配。動態(tài)時，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輸出給負載；在ui的負半周V2導(dǎo)通而V1截止，V2以射極輸出器的形式將負半周信號輸出給負載。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)。當輸入信號ui小于晶體管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時，兩個晶體管都截止，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?shù)恼蚱珘海员惝a(chǎn)生一個不大的靜態(tài)偏流，使V1、V2導(dǎo)通時間稍微超過半個周期，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)時三極管V1、V2雖然都已基本導(dǎo)通，但因它們對稱，UE仍為零，負載中仍無電流流過。優(yōu)點：能放大變化很緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。缺點：各級靜態(tài)工作點互相影響；且存在零點漂移問題。6.8直接耦合放大器

零點漂移：放大電路在無輸入信號的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點漂移的原因很多，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采用差分放大電路。溫度變化時兩個單管放大電路的工作點都要發(fā)生變動，分別產(chǎn)生輸出漂移Δuol和Δuo2。由于電路是對稱的，所以Δuol=Δuo2，差動放大電路的輸出漂移Δuo＝Δuol－Δuo2＝0，即消除了零點漂移。1．抑制零點漂移的原理2．差模輸入差模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相反。因兩側(cè)電路對稱，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)。差動放大電路用多一倍的元件為代價，換來了對零漂的抑制能力3．共模輸入共模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相同。共模電壓放大倍數(shù)：說明電路對共模信號無放大作用，即完全抑制了共模信號。實際上，差動放大電路對零點漂移的抑制就是該電路抑制共模信號的一個特例。所以差動放大電路對共模信號抑制能力的大小，也就是反映了它對零點漂移的抑制能力。共模抑制比：共模抑制比越大，表示電路放大差模信號和抑制共模信號的能力越強。在發(fā)射極電阻RE的作用：是為了提高整個電路以及單管放大電路對共模信號的抑制能力。負電源UEE的作用：是為了補償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對共模信號具有更強的抑制作用。6.9集成運算放大器1.運算放大器的結(jié)構(gòu)和特點u+是運放的同相輸入端，由此端輸入信號時，輸出信號與輸入信號的相位相同；u-是運放的反相輸入端，由此端輸入信號時，輸出信號與輸入信號的相位相反特點

輸入電阻非常高

輸出電阻很小

電壓放大倍數(shù)很大

零點漂移很小

能放大交流信號也能放大直流信號放大倍數(shù)與負載無關(guān)，當有幾級運放時可以分級分析。虛短路虛開路uiuo+-A02.理想運算放大器

(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??！平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等,以消除偏置電流的影響。R2=R1//RfRfR1