電工電子綜合實踐報告

電工電子技術(shù)綜合實踐報告課程名稱：電工電子綜合實踐題目名稱：晶體管放大電路班級：級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)班姓名：學(xué)號：評定成績:提交日期:2012/6/29指導(dǎo)教師：目錄1緒論 22設(shè)計任務(wù)及要求 23晶體管放大電路的原理 23．1放大電路 23．2靜態(tài)分析 33．2動態(tài)分析 34元器件 44．1元器件清單 44．2元器件說明 54.2.1電阻： 54.2.2電解電容 64.2.3三極管 64.2.4電位器 65晶體管放大器的設(shè)計 45．1靜態(tài)設(shè)計 45．2動態(tài)設(shè)計 56放大器的組裝與焊接 66．1電阻 76．2三極管 76．3電解電容 76．4電位器 77調(diào)試和測量 77．1靜態(tài)值，各電壓各電流，靜態(tài)工作點，放大倍數(shù) 77．2動態(tài)值，交流電壓放大測量，靜態(tài)工作點調(diào)節(jié) 87．3核算設(shè)計值 87．4測量最大輸出交流電壓，放大器的通頻帶 88放大器的主要技術(shù)指標(biāo) 69總結(jié) 9參考文獻 101．緒論本課程是與電工學(xué)課程相配合的后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過本實踐，使學(xué)生能學(xué)以致用及使用所學(xué)知識的能力得以提高；培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和獨立分析問題解決問題的能力；初步掌握電子電路分析和設(shè)計的基本方法。基本要求：1． 初步掌握線性電子電路的簡單設(shè)計方法，具備初步的獨立設(shè)計能力；2． 初步掌握對電子線路安裝、布線、焊接、調(diào)試等基本技能；3． 進一步掌握電子儀器的正確使用方法。2設(shè)計任務(wù)及要求1.設(shè)計晶體管單管放大電路，要求放大倍數(shù)（不接負載情況下），輸入電阻，輸出電阻。這是最低的要求，好的設(shè)計放大倍數(shù)盡可能大，輸入電阻盡可能大，輸出電阻盡可能小。2.可選擇更高的要求，設(shè)計晶體管單管放大電路，但需引入負反饋以提高輸入電阻，同樣地希望放大倍數(shù)盡可能大，輸入電阻盡可能大，輸出電阻盡可能小。3.設(shè)計時必須選用所給定的元件，電位器時須串聯(lián)某定值電阻以防止接入零電阻，計算參數(shù)時要計及這串聯(lián)電阻的存在。電位器可用于調(diào)節(jié)基極偏流或模擬負載，在設(shè)計中需使用到它，以便學(xué)習(xí)電位器的安裝和調(diào)試。4.電路測試時應(yīng)測量出最大不失真輸出電壓，如可能也測量放大電路的通頻帶。5．努力提高設(shè)計電路的質(zhì)量和性能，元件及接線的布局要合理整潔美觀，焊接要牢固表面呈光滑。抓緊時間，提出自已最好的設(shè)計方案和樣機，獨特的設(shè)計方案有附加分數(shù)。希望每人都能提交一份祥盡設(shè)計說明的實踐任務(wù)書。3晶體管放大電路的原理3．1放大電路“放大”的本質(zhì)是實現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號來控制另一個能源，使輸出端的負載上得到能量比較大的信號。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。放大電路有它本身的特點：一是有靜態(tài)和動態(tài)兩種工作狀態(tài)，所以有時往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進行分析，二是電路往往加有負反饋，這種反饋有時在本級內(nèi)，有時是從后級反饋到前級，所以在分析這一級時還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級的原理之后就可以把整個電路串通起來進行全面綜合。3．2靜態(tài)分析靜態(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，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。由于電路對稱，因此發(fā)射極電位為零，負載上無電流。VB≈RB2/(RB1+RB1)·UCCIC≈IE=(VB-UBE)/REIB≈IC/βUCE≈UCC-(RC+RE)IC=200+(1+β)3．2動態(tài)分析動態(tài)工作分析設(shè)輸入信號為正弦電壓ui。在正半周時，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管流向負載，在負載RL上獲得正半周輸出電壓uo。同理，在負半周時，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)負載流向V2管，在RL上獲得負半周輸出電壓uo?？梢?，在ui的整個周期內(nèi)，V1管和V2管輪流導(dǎo)通，相互補充，從而在RL上得到完整的輸出電壓uo，故稱為補對稱功率放大電路。Ui=rbeib+RE2ie=rbeib+(1+β)RE2ib=[rbe+(1+β)RE2]ibUo=-βRL′ibAU=UI/UO=-βRL′/[rbe+(1+β)RE2]ri=RB1∥RB2∥[rbe+(1+β)RE2]ru=Rc∥RL≈Rc4元器件4．1元器件清單定值電阻元件（230ΩX1、1.07KΩX2、2.6KΩX1、10.7KΩX2、2.2KΩX2、22KΩX1、2.5KΩX1），晶體管X1（NPN,β>50），電容器（10uf25VX1,、10uf50VX1、47uf），電路板X1，電位器4．2元器件說明4.2.1電阻集電極負載電阻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，以實現(xiàn)電壓放大。Rc的值一般為幾千歐至幾十千歐。偏置電阻Rb，它的作用是使發(fā)射結(jié)處于正向偏置，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流Ib。以使放大電路獲得適合的工作點。Rb的阻值一般為幾十千歐到幾百千歐。4.2.2電解電容耦合電容C1、C2又稱隔直電容，起通交流隔直流的作用。C1用來隔斷放大電路與信號源之間的直流通路，而C2則用來隔斷放大電路與負載之間的直流通路，使三者之間無直接聯(lián)系，互不影響。另一方面又起到交流耦合的作用，保證交流信號暢通無阻地經(jīng)過放大電路，溝通信號源、放大電路和負載三者之間的交流通路。通常要求耦合電容上的交流電壓減小到可以忽略不計，即對交流信號可視為短路，因此電容值要取得較大，對交流信號頻率其容抗近似為零。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，應(yīng)注意電容器的極性，不能接錯。4.2.3三極管三極管VNP管，具有放大功能，是放大電路的核心。晶體管是放大電路中的放大元件，利用它的電流放大作用，在集電極電路獲得放大了的電流，該電流受輸入信號的控制。如果沖能量觀點來看，輸入信號的能量是較小的，而輸出信號的能量是較大的，但這部能說放大電路把輸入的能量放大了。能量是守恒的，輸出的較大能量是來自直流電源Ucc。也就是能量較小的輸入信號通過晶體管的控制作用，去控制電源Ucc所供給的能量，以在輸出端獲得一個能量較大的信號。這就是放大作用實質(zhì)，而晶體管也可以說是一個控制元件。4.2.4電位器電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規(guī)律調(diào)節(jié)的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動的電刷組成。當(dāng)電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關(guān)系的電阻值或電壓。電位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可視作一可變電阻器。與Rb1一起調(diào)節(jié)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。5晶體管放大器的設(shè)計5．1靜態(tài)設(shè)計VB≈RB2/(RB1+RB1)·UCC=20/（10+20）=2/3*12=8（V）IC≈IE=(VB-UBE)/RE=（8-0.6）/2.2=7.4/2.2=3.3636（mA）IB≈IC/βUCE≈UCC-(RC+RE)IC=12-(1.07+2.2)*3.3636=12-10.99=1.01(V)=200+(1+β)=(200+(1+50)*26/3.3636)=0.549kΩ5．2動態(tài)設(shè)計AU=UI/UO=-βRL′/rbe=-βRc/rbe=-50*1.07/0.594=-90ri=RB1∥RB2∥rbe=10.7K∥20K∥0.594KΩ≈0.594KΩru=Rc∥RL≈Rc=1.07KΩ6放大器的組裝與焊接焊接材料包括焊料（俗稱焊錫）和助焊劑（又叫焊劑）。常用的焊接材料有：松香焊錫絲、松香或松香酒精等。1、焊料一般要求焊料具有熔點低、凝固快的特點，熔融時應(yīng)該有較好的浸潤性和流動性，凝固后要有足夠的機械強度。按照組成的成分，有錫鉛焊料、銀焊料、銅焊料等多種。在一般電子產(chǎn)品的裝配焊接中，主要使用鉛錫合金焊料，一般稱為焊錫。2、助焊劑金屬與空氣接觸以后，表面會生成一層氧化膜。溫度越高，氧化越厲害。這層氧化膜會阻止液態(tài)焊錫對金屬的浸潤作用，猶如玻璃沾上油就會使水不能浸潤一樣。助焊劑就是用于消除氧化膜、保證焊錫浸潤的一種化學(xué)劑。3、阻焊劑阻焊劑是一種耐高溫的涂料，可將不需要焊接的部分保護起來，致使焊接只在所需要的部位進行，以防止焊接過程中的橋連，短路等現(xiàn)象發(fā)生，對高密度印制電路板尤為重要。1、焊接前準(zhǔn)備選用合適功率的電烙鐵、選用合適的烙鐵頭、烙鐵頭的清潔和上錫、焊料和焊劑的使用應(yīng)適當(dāng)、印制電路板的可焊性檢查及處理、搪錫處理（注意搪錫的方法與工藝）、元器件引線的整形、良好的工作環(huán)境。2、手工焊接步驟加熱被焊工件→填充焊料→移動烙鐵頭移去焊錫絲→移開電烙鐵。切忌用烙鐵頭直接熔化焊料，而將焊料簡單地堆附在焊接點上，這樣做很有可能掩蓋了被焊工件因溫度不夠或氧化嚴(yán)重造成的虛焊、假焊現(xiàn)象。當(dāng)焊料的擴散范圍達到要求，助焊劑尚未完全揮發(fā)，覆蓋在焊接點表面形成一層薄膜時，是焊接點上溫度最恰當(dāng)，焊錫最光亮，流動性最強的時刻，應(yīng)迅速移開電烙鐵。正確的操作是，將電烙鐵迅速回帶一下，同時輕輕旋轉(zhuǎn)沿焊點約45o方向迅速移開。3、焊接注意事項（1）烙鐵頭的溫度應(yīng)適當(dāng)（2）焊接時間應(yīng)適當(dāng):焊接的時間通?？刂圃?秒以內(nèi)。（3）焊錫絲的拿法包括兩種，連續(xù)錫焊時應(yīng)將焊錫絲抓在左手中，焊接時用左手拇指和食指捏住送向烙鐵頭；斷續(xù)錫焊時，焊錫絲也是用左手拇指和食指送往烙鐵頭，但焊錫絲不在手掌之中。（4）點凝固過程中不要觸動焊點。（5）焊接耐熱差的元器件時，可用尖嘴鉗將元器件的引線夾住，使熱量通過尖嘴鉗散失，使元器件不致受熱損壞。（6）在焊接場效應(yīng)管時，必須使用接地的電烙鐵。如無接地條件，必須在電烙鐵加熱到焊接溫度后，拔下電烙鐵的電源插頭，再進行焊接，以避免漏電擊壞元器件。（7）元器件焊接的先后順序是先焊輕小型元器件和較難焊的元器件，后焊大型和較笨重的元器件，對外連接應(yīng)最后焊接。通?？砂措娮?、電感、二極管、三極管、集成電路、大功率元器件的順序焊接，其他元器件按先小后大的順序焊接。（8）在焊料冷卻和凝固前，被焊部位必須可靠固定，不允許擺動和抖動，焊點自然冷卻，必要時可采用散熱措施以加快冷卻。（9）焊接時絕緣材料不應(yīng)出現(xiàn)燙傷、燒焦、變形、裂痕等現(xiàn)象，不允許燙傷和損壞元器件。（10）烙鐵頭的撤離法烙鐵頭的主要作用是加熱被焊件和熔化焊錫，同時，合理利用烙鐵頭還可控制焊料量和帶走多余的焊料，這與烙鐵頭撤離時的方向和角度有關(guān)。4、手工焊接方法：繞焊、鉤焊、搭焊、插焊。6．1電阻(正確使用手工焊接技術(shù)進行焊接)6．2三極管(正確使用手工焊接技術(shù)進行焊接)6．3電解電容(正確使用手工焊接技術(shù)進行焊接)6．4電位器(正確使用手工焊接技術(shù)進行焊接)7調(diào)試和測量7．1靜態(tài)值，各電壓各電流，靜態(tài)工作點，放大倍數(shù)實驗電路如圖所示，它的靜態(tài)工作點估算方法為：UB≈IE＝≈IcUCE=UCC－IC（RC＋RE）實驗中測量放大器的靜態(tài)工作點，應(yīng)在輸入信號為零的情況下進行。沒通電前，將放大器輸入端與地端短接，接好電源線（注意12V電源位置）。檢查接線無誤后，接通電源。用萬用表的直流10V擋測量UE=2V左右，如果偏差太大可調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點（電位器RP）。然后測量UB、UC，記入表中。測量值計算值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）87.48.4200.613.36關(guān)掉電源，斷開開關(guān)S，用萬用表的歐姆擋（1×1K）測量RB2。將所有測量結(jié)果記入表中。根據(jù)實驗結(jié)果可用：IC≈IE＝或IC＝UBE＝UB－UEUCE＝UC－UE計算出放大器的靜態(tài)工作點。各儀器與放大器之間的連接圖關(guān)掉電源，各電子儀器可按上圖連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起后接在公共接地端上。1）檢查線路無誤后，接通電源。從信號發(fā)生器輸出一個頻率為1KHz、幅值為25mv（用毫伏表測量ui）的正弦信號加入到放大器輸入端。2）用示波器觀察放大器輸出電壓的波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下表中三種情況下的輸出電壓值，記入表中。RC（K）RL（K）uo（V）1.072.223）用雙蹤示波器觀察輸入和輸出波形的相位關(guān)系，并描繪它們的波形。7．2動態(tài)值，交流電壓放大測量，靜態(tài)工作點調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時u。的負半周將被削底；如工作點偏低則易產(chǎn)生截止，即u。的正半周被縮頂(一般截止失真不如飽和失真明顯)。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態(tài)測試，即在放大器的輸入端加入一定的ui，以檢查輸出電壓u。的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。7．3核算設(shè)計值靜態(tài)工作點UBE（V）UCE（V）IC（mA）實測值0.613.36理論值0.713.36實測的靜態(tài)工作點與理論值基本一致，實測UBE＝UB－UE＝0.6V，而理論為0.7V，產(chǎn)生誤差的原因可能是UB、UE的值接近，這種接近的兩個量相減的間接測量，則合成相對誤差就比較大了。7．4測量最大輸出交流電壓，放大器的通頻帶最大輸出交流電壓是2V，放大電路的頻帶寬度定義為fbw=fH-fL.頻帶越寬，表示放大電路能夠放大的頻率范圍越大。8放大器的主要技術(shù)指標(biāo)對電壓放大器關(guān)心的主要技術(shù)指標(biāo)有電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、輸入范圍、輸出范圍、工作點、非線性失真THD、頻率特性等一參數(shù)九指標(biāo)，主要要求是工作點合適、電壓放大倍數(shù)、輸