二極管及其應用模塊一1課題一二極管的識別與檢測課題二整流濾波電路的安裝與檢測課題三整流濾波電路的仿真分析2課題一

二極管的識別與檢測3學習目標1.了解常見二極管的外形特點。2.能正確判別二極管的極性。3.掌握二極管的單向?qū)щ娦浴?任務1認識二極管任務引入各種電子產(chǎn)品都是由許多電子元器件根據(jù)一定的功能和要求組成的，其中半導體二極管（簡稱二極管）是最基本的電子元器件，它由一個PN結(jié)加上相應的電極引線和管殼封裝而成。二極管種類很多，因其單向?qū)щ姷墓δ芴攸c，在電子產(chǎn)品中有著廣泛的應用。掌握二極管的基本知識，是學習和應用電子技術(shù)的基礎(chǔ)。本任務的內(nèi)容就是觀察二極管的外形，判別二極管的極性，并通過實驗觀察二極管的單向?qū)щ姮F(xiàn)象。5一、觀察二極管的外形1.識別不同封裝形式的二極管二極管的封裝形式有金屬封裝、塑料封裝、玻璃封裝和貼片式封裝等形式，如圖所示。6任務實施二極管的封裝形式a）金屬封裝b）塑料封裝c）玻璃封裝d）貼片式封裝2.根據(jù)外形判別二極管的正、負極觀察這些二極管，雖然它們外形不同，但都有兩個引出極，一個稱為正極或陽極，另一個稱為負極或陰極。二極管的文字符號為VD或V，圖形符號如圖所示，圖中箭頭指向為二極管正向電流的方向。7二極管的圖形符號二極管的正、負極一般都在外殼上用圖形符號、色點、標志環(huán)等標注出來，見下表。8幾種常見二極管的正、負極9幾種常見二極管的正、負極二、觀察二極管的單向?qū)щ姮F(xiàn)象二極管單向?qū)щ娦詫嶒炿娐啡鐖D所示。10二極管單向?qū)щ娦詫嶒炿娐穉）加正向電壓時b）加反向電壓時上圖a中二極管正極接高電位，PN結(jié)外加正向電壓，稱為PN結(jié)正向偏置，簡稱正偏；上圖b中二極管正極接低電位，PN結(jié)外加反向電壓，稱為PN結(jié)反向偏置，簡稱反偏。學習目標1.了解二極管的型號命名方法、特性曲線和主要參數(shù)。2.能正確選用二極管。3.能完成二極管的檢測。11任務2二極管的檢測和選用任務引入某電源電路中，要求二極管最大整流電流為800mA，最高反向工作電壓為200V，應該如何選擇合適的二極管呢？選好二極管后，又該如何判斷它的極性和質(zhì)量好壞呢？要根據(jù)電路要求選擇合適的二極管，首先必須了解二極管型號、參數(shù)的含義，通過查閱相關(guān)手冊確定二極管的型號。本任務的內(nèi)容就是根據(jù)要求選擇合適的二極管型號，并使用萬用表對其質(zhì)量進行檢測。12一、二極管的型號二極管種類很多，國家采用規(guī)定型號加以標注。13相關(guān)知識二、二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IFM（也稱最大正向電流）最大整流電流是指二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓URM（也稱耐壓值）最高反向工作電壓是指二極管正常工作所允許外加反向電壓的最大值。3.反向飽和電流IR（也稱反向漏電流）反向飽和電流是指室溫下在二極管未擊穿的情況下，加上規(guī)定反向電壓時流過的反向電流。4.最高工作頻率fM最高工作頻率是指二極管正常工作的上限頻率。14三、二極管的伏安特性加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關(guān)系稱為二極管的伏安特性。利用晶體管特性圖示儀可以很方便地測出二極管的伏安特性曲線，如圖所示。15用晶體管特性圖示儀測試二極管的伏安特性a）晶體管特性圖示儀b）正向特性曲線c）反向特性曲線為了便于分析，在如圖所示的二極管伏安特性曲線中，標明了與晶體管特性圖示儀顯示曲線相應的電壓、電流值。16

二極管伏安特性曲線1.正向特性這時二極管兩端所加的電壓為正向電壓。（1）OA

段這一段曲線較為平坦，外加電壓很小，正向電流幾乎為零，故稱為死區(qū)。與

A點對應的電壓為二極管開始導通的臨界電壓，稱為開啟電壓（或門限電壓）。一般硅二極管的開啟電壓約為0.5V，鍺二極管的開啟電壓約為0.2V。17（2）AB

段這一段隨著外加正向電壓的增大，正向電流也緩慢增大。（3）BC

段這一段曲線陡直上升，正向電壓增加不多，正向電流急劇增大，電壓與電流的關(guān)系近似為線性，稱為正向?qū)▍^(qū)（也稱為線性區(qū)）。正向?qū)ê蠖O管兩端的正向電壓稱為導通壓降，這個電壓比較穩(wěn)定，幾乎不隨電流的變化而變化。一般硅二極管的導通壓降約為0.7V，鍺二極管的導通壓降約為0.3V。這時二極管正、負極之間相當于一個閉合的開關(guān)。182.反向特性這時二極管兩端所加的電壓為反向電壓。（1）OD段外加反向電壓在較大范圍內(nèi)變化而反向電流很小且基本恒定，這個電流稱為二極管反向飽和電流（或反向漏電流）。一般小功率硅二極管的反向飽和電流約為幾微安，小功率鍺二極管則可達幾百微安。這一段稱為反向截止區(qū)，這時二極管對外電路呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，二極管正、負極之間相當于一個斷開的開關(guān)。（2）D

點以后當反向電壓增大到

D

點所對應數(shù)值時，反向電流突然增大，這一現(xiàn)象稱為反向擊穿，所對應的電壓稱為反向擊穿電壓。19四、二極管的正確選用1.參數(shù)的選擇為了安全使用二極管，在選用二極管時要保證二極管在電路中的工作電流、電壓和頻率等參數(shù)不超過二極管規(guī)定的最大額定值。2.材料的選擇按所用材料不同，二極管可分為硅二極管和鍺二極管兩大類。203.內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選擇二極管按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，可分為點接觸型、面接觸型和平面型等，如圖所示。21二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)a）點接觸型b）面接觸型c）平面型4.根據(jù)用途選擇（1）普通二極管的

IFM

較小，fM較高，多用于信號檢波、取樣、小電流整流等。（2）整流二極管的

IFM

較大，fM

較低，多用于電源設(shè)備中。（3）穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓較低，反向特性曲線陡峭，多用于電源設(shè)備中。（4）開關(guān)二極管的

IFM

較小，fM

較高，多用于數(shù)字電路和控制電路中。5.替換原則如果電路中的二極管需要替換，應遵循類型相同、特性相近、外形相似的原則。22五、用萬用表檢測二極管的方法萬用表電阻擋等效電路如圖所示。將萬用表置于“R×100”或“R×1k”電阻擋，這時指針式萬用表內(nèi)的電池為1.5V，紅表筆連接表內(nèi)電池負極，黑表筆連接表內(nèi)電池正極。23萬用表電阻擋等效電路先將兩表筆短接調(diào)零，然后將萬用表的紅、黑表筆跨接在二極管的兩端（下圖a），若測得阻值較小（幾千歐以下），再將紅、黑表筆對調(diào)后接在二極管兩端（下圖b），測得的阻值較大（幾百千歐以上），說明二極管質(zhì)量良好，測得阻值較小的那一次黑表筆所接為二極管的正極。24用萬用表檢測二極管a）測二極管正向電阻b）測二極管反向電阻如果是用數(shù)字式萬用表檢測二極管，應將量程選擇開關(guān)撥至“”擋，紅表筆插入“V·Ω”插孔（注意：數(shù)字式萬用表紅表筆連接表內(nèi)電池正極），接二極管正極；黑表筆插入

“COM”

插孔，接二極管負極。此時，顯示的是二極管的正向壓降（下圖a）；如果顯示

“000”，表示二極管內(nèi)部短路。再將二極管反接，如果顯示

“1”，表示二極管反向電阻趨向無窮大，該二極管質(zhì)量良好（下圖b）。25先將兩表筆短接調(diào)零，然后將萬用表的紅、黑表筆跨接在二極管的兩端（下圖a），若測得阻值較?。◣浊W以下），再將紅、黑表筆對調(diào)后接在二極管兩端（下圖b），測得的阻值較大（幾百千歐以上），說明二極管質(zhì)量良好，測得阻值較小的那一次黑表筆所接為二極管的正極。26用數(shù)字式萬用表檢測二極管a)測二極管正向壓降b)測二極管反向壓降課題二整流濾波電路的安裝與檢測27學習目標1.掌握單相半波整流電路和單相橋式整流電路的工作原理。2.能識讀單相半波整流電路和單相橋式整流電路的電路原理圖。3.能完成單相半波整流電路和單相橋式整流電路的安裝。4.能使用雙蹤示波器檢測單相半波整流電路和單相橋式整流電路的波形。28任務1單相整流電路的安裝與檢測任務引入將交流電變換為直流電稱為整流，具有單向?qū)щ娦缘亩O管是最常用的整流元件。整流電路是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，整流電路有多種類型。本次任務的內(nèi)容是在面包板或多孔板上裝接單相半波、單相橋式這兩個典型的單相整流電路，并使用雙蹤示波器檢測其波形，觀察波形特點。29一、單相半波整流電路的工作原理單相半波整流電路由電源變壓器T、整流二極管VD和負載RL

構(gòu)成，如圖a所示。單相半波整流電路波形圖如圖b所示。30相關(guān)知識單相半波整流電路及其波形圖a）電路b）波形圖1.工作過程當

u2

為正半周期時，設(shè)

A

端為正，B

端為負，二極管VD正偏導通，電流由

A

端流出，經(jīng)VD、RL

回到

B

端。忽略二極管正向壓降，負載兩端電壓uL≈u2

。當

u2

為負半周期時，B

端為正，A

端為負，二極管VD反偏截止，負載上無電流通過，uL=0。由此可見，在交流電一個周期內(nèi)，二極管有半個周期導通，另半個周期截止，在負載RL

上的脈動直流電壓波形是交流電壓

u2

的一半，故稱單相半波整流。312.負載上的直流電壓

UL負載上脈動直流電壓在一個周期內(nèi)的平均值

UL=0.45U2

。式中，U2

為變壓器二次電壓有效值。3.整流二極管的選用（1）二極管最大整流電流

IFM

。

單相半波整流電路中流過二極管的平均電流

IF

就是流過負載的平均電流

IL

，因此整流二極管的最大整流電流應大于負載電流，即IFM>IL

。（2）二極管最高反向工作電壓

URM

。當交流電壓u2

在1.5π、3.5π等時刻時，二極管承受最高反向電壓

URm=U2

，因此應滿足

URM>U2

。32二、單相橋式整流電路的工作原理單相橋式整流電路如圖所示，電路中4只整流二極管連接成電橋形式，故稱為橋式整流電路。33單相橋式整流電路a）電路畫法一b）電路畫法二c）簡化畫法單相橋式整流電路波形圖如圖所示。34單相橋式整流電路波形圖1.工作過程當

u2

為正半周期時，設(shè)

A

端為正，B

端為負，則二極管VD1、VD3導通，VD2、VD4截止。電流通路如圖a所示，RL

上電流方向由上向下，電壓極性為上正下負。當

u2

為負半周期時，設(shè)

B

端為正，A

端為負，二極管VD2、VD4導通，VD1、VD3截止。電流通路如圖b所示，RL

上電流方向和電壓極性與

u2

正半周期時相同。35單相橋式整流電路的電流通路a）u2

為正半周期時的電流通路b）u2

為負半周期時的電流通路2.負載上的直流電壓

UL此值即負載上脈動直流電壓在一個周期內(nèi)的平均值，相當于兩個半波整流合成作用在負載上，故

UL=0.45U2+0.45U2，即

UL=0.9U2

。3.整流二極管的選用（1）二極管最大整流電流

IFM。單相橋式整流電路中流過二極管的平均電流

IF

是流過負載電流

IL

的一半，因此整流二極管的最大整流電流應大于負載電流的一半，即

IFM>IL

。（2）二極管最高反向工作電壓URM

。單相橋式整流電路中二極管承受的最高反向電壓URm=U2

，因此應滿足

URM>U2

。36學習目標1.掌握單相橋式整流電容濾波電路的工作原理。2.能識讀單相橋式整流電容濾波電路的電路原理圖。3.能完成電解電容器的檢測。4.能完成單相橋式整流電容濾波電路的安裝。5.能使用雙蹤示波器檢測單相橋式整流電容濾波電路的波形。37任務2單相橋式整流電容濾波電路的安裝與檢測任務引入交流電經(jīng)整流后轉(zhuǎn)換為脈動直流電，其中還含有較大的交流成分，俗稱紋波。為了得到平滑的直流電，必須在整流電路之后接入濾波電路，目的是把脈動直流電中的交流成分過濾掉，使負載上得到的直流成分盡可能多，交流成分盡可能少，從而獲得較為平滑的直流電。電容器是最常用的濾波元件。本任務將在多孔板上完成單相橋式整流電容濾波電路的安裝，并使用雙蹤示波器檢測整流電路和濾波電路的波形。38一、電容濾波原理1.實驗觀察如圖所示為單相橋式整流電容濾波電路。按如圖所示連接實驗電路。39相關(guān)知識單相橋式整流電容濾波電路接通電源后，用雙蹤示波器觀測輸出電壓波形（下圖b），可以看到接入濾波電容器后輸出電壓波形得到明顯改善。40單相橋式整流電容濾波實驗a）電路連接b）uo實測波形2.濾波原理設(shè)接通電源前電容器C兩端電壓為零，當接通電源后，在

u2

正半周期，二極管VD1、VD3導通，電容器C迅速充電（同時也向負載供電），電容器C兩端電壓隨

u2

同步上升，并達到

u2

的峰值（下圖中的

Oa

段）。u2

由峰值開始下降到

u2<uC

時，VD1、VD3截止（VD2、VD4仍截止），電容器C通過RL

放電，uo

下降（右圖中的ab

段）。41電容濾波電路輸出波形圖二、電容濾波的特點RL

C

越大，電容器放電越慢，輸出直流電壓平均值越大，濾波效果也越好；反之，輸出電壓低且濾波效果差。當濾波電容器的電容量較大時，在接通電源的瞬間會有很大的充電電流，稱為浪涌電流。42三、濾波電容器的選用單相半波整流電路和單相橋式整流電路經(jīng)電容濾波后，有關(guān)電壓、電流的計算可參考下表。43單相整流電容濾波電路中有關(guān)電壓、電流的計算對于單相橋式整流電容濾波電路，當其負載兩端電壓平均值在12~36V時，可根據(jù)負載電流大小，參考下表選取濾波電容器的電容量。44濾波電容器電容量的選取四、手工焊接的相關(guān)知識用焊接電子電路的主要工具為電烙鐵，如圖a所示。在使用電烙鐵之前，需檢查其絕緣性；暫時不使用時，應將其置于烙鐵架（下圖b）上。45電烙鐵和烙鐵架a）電烙鐵b）烙鐵架在焊接過程中，常用的材料有焊錫絲和助焊劑（如松香）等，如圖所示。46焊接使用的材料a）焊錫絲b）松香手工焊接操作應注意以下幾點：1.電烙鐵使用前要上錫，具體方法是將電烙鐵通電加熱，待剛剛能熔化焊錫絲時，涂上助焊劑，再將焊錫絲均勻地涂在電烙鐵頭上。2.把焊盤和元器件的引腳用細砂紙打磨干凈，涂上助焊劑。用電烙鐵頭同時接觸并預熱焊盤及引腳，送上焊錫絲，待焊點上的焊錫全部熔化并浸沒元器件引腳頭后，撤走焊錫絲，再用電烙鐵頭沿著元器件的引腳輕輕往上一提，離開焊點。3.焊接時間不宜過長，否則容易燙壞元器件，必要時可用鑷子夾住引腳幫助散熱。474.質(zhì)量良好的焊點應具有如下特征：表面平滑且有光澤，無裂紋、針孔、夾渣、漏焊、拉尖、粘連等現(xiàn)象，如圖a所示。下圖b和圖c分別為合格焊點和不合格焊點的示意圖。48

對焊點的質(zhì)量要求a）焊點實物圖b）合格焊點c）不合格焊點5.焊接完成后，要用電路板專用洗板水把電路板上殘余的助焊劑清洗干凈，以防炭化后的助焊劑影響電路正常工作。6.集成電路應最后焊接，焊接時電烙鐵要可靠接地或斷電后利用余熱焊接。7.將電源變壓器用螺釘緊固在電路板的元器件面上，一次繞組的引出線向外，二次繞組的引出線向內(nèi)。變壓器一次繞組的兩個輸入接線端與電源插頭線的連接處應用絕緣膠布包住或用套管套緊，以防短路或觸電。498.安裝完成后，認真檢查電路板。重點檢查如下幾項：（1）電路板是否出現(xiàn)焊接變形、敷銅面翹皮等現(xiàn)象。（2）電容器、電阻器等有無燒壞現(xiàn)象，變壓器的引線有無松動或脫落現(xiàn)象，元器件的焊接高度和引腳位置是否符合整機裝配要求等。（3）電氣連接是否可靠，是否有足夠的強度和光潔、整齊的外觀。50課題三整流濾波電路的仿真分析51學習目標1.掌握Multisim軟件的使用方法。2.學會用Multisim軟件構(gòu)建電路,并對電路進行測試和分析。52任務引入Multisim軟件是分析和設(shè)計電子電路的有力工具，它可以采用虛擬的元器件搭建各種電路模型，用虛擬的儀表進行各種參數(shù)和性能指標的測試。熟悉電路仿真技術(shù)，可以大大提高學習效率和專業(yè)技能。53本次任務是以單相橋式整流電容濾波電路（下圖）為例，學習Multisim軟件的使用方法，以便在今后的實驗項目中進一步應用。設(shè)電源變壓器二次電壓有效值U2=20V（仿真時可用交流電源代替），負載電阻

RL=200Ω，濾波電容

C=220μF。54單相橋式整流電容濾波電路利用Multisim軟件構(gòu)建該電路，并完成下列各項測試：1.電路正常工作時，利用虛擬儀表測量輸出直流電壓

Uo

。2.RL=200Ω，將電容器

C的電容量改為22μF，觀察

uo

波形，測量

Uo

。3.將負載RL

開路，C=22μF不變，觀察

uo

波形，測量

Uo

。4.RL=200Ω，將電容器C開路，觀察

uo

波形，測量

Uo

。5.RL=200Ω，C=220μF，將二極管VD1開路，觀察uo

波形，測量

Uo

。6.RL=200Ω，將二極管VD1和電容器C同時開路，觀察

uo

波形，測量

Uo

。55三極管和基本放大電路模塊二56課題一三極管的識別與檢測課題二基本放大電路的安裝與檢測課題三負反饋放大電路的安裝與檢測57課題一三極管的識別與檢測58學習目標1.了解三極管的結(jié)構(gòu)、符號、型號命名方法和類型。2.掌握三極管的放大作用。3.能正確判別三極管的引腳，并使用萬用表完成三極管的檢測。59任務1認識三極管任務引入在許多電氣設(shè)備和電子產(chǎn)品中，經(jīng)常需要借助放大電路將一些微弱信號增強到所需要的程度。三極管是基本放大電路的核心元件，而基本放大電路是構(gòu)成各種集成電路的基礎(chǔ)。本任務的主要內(nèi)容就是使用萬用表對三極管進行檢測，判別其引腳，識別常用三極管的型號，并通過實驗觀察三極管的電流放大作用。60一、三極管的基本結(jié)構(gòu)三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖所示，其文字符號用VT或V表示。61

三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號a）NPN型b）PNP型相關(guān)知識三極管有兩個PN結(jié)，對應的三個半導體區(qū)分別為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，從三個區(qū)引出的三個電極分別為發(fā)射極、基極和集電極，分別用E、B、C或e、b、c表示。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。按兩個PN結(jié)的組合方式不同，三極管分為NPN型和PNP型兩大類。62二、三極管的類型按照三極管導電類型不同，可以分為NPN型管和PNP型管。按照半導體材料不同，可以分為硅管和鍺管。按照工作頻率不同，可以分為低頻管（工作頻率低于3MHz）、中頻管（工作頻率為3~30MHz）、高頻管（工作頻率為>30~300MHz）和超高頻管（工作頻率高于300MHz）。按照功率不同，可以分為小功率管（耗散功率小于0.5W）、中功率管（耗散功率為0.5~1W）和大功率管（耗散功率大于1W）。按照用途不同，可以分為普通三極管、開關(guān)三極管等。63三、三極管的電流放大作用將三極管看作一個廣義節(jié)點，根據(jù)基爾霍夫電流定律，可知IE=IB+

IC三極管集電極電流

IC

與相應的基極電流

IB

之比，稱為三極管的共射直流電流放大系數(shù)

所以三極管三個電極的電流關(guān)系又可以表示為

值通常要比1大得多，的大小反映了三極管放大電流的能力。64四、三極管的工作電壓將NPN型三極管和電源按如圖所示電路連接，可實現(xiàn)電流的放大。65NPN型三極管放大電路發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓，這就是三極管電流放大的外部條件。這時三極管三個電極的電位有如下關(guān)系：VC>VB>VE

。對于PNP型三極管，要保證其正常放大，電源極性與NPN型三極管相反，如圖所示。三個電極的電位有如下關(guān)系：VC<VB<VE

。66PNP型三極管放大電路學習目標1.了解三極管的特性曲線和主要參數(shù)。2.能正確選用三極管。3.能使用晶體管特性圖示儀檢測三極管的輸入、輸出特性曲線。67任務2用晶體管特性圖示儀檢測三極管任務引入三極管的特性可以用特性曲線來描述，也可以用有關(guān)參數(shù)來表示。晶體管特性圖示儀能夠直觀顯示三極管的特性曲線，并可直接讀出晶體管的各項參數(shù)，這給合理選擇和正確使用三極管帶來了很大的方便。本任務將使用晶體管特性圖示儀對三極管進行檢測，觀測其輸入、輸出特性曲線的特點。68一、三極管的特性曲線三極管各極電壓和電流之間的關(guān)系可以通過伏安特性曲線直觀地描述，它包括輸入特性曲線和輸出特性曲線。1.輸入特性曲線輸入特性曲線是指在

UCE

一定的條件下，加在三極管基極和發(fā)射極之間的電壓

UBE

和基極電流IB

之間的關(guān)系曲線，如圖所示。69相關(guān)知識由上圖可知，三極管的輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線相似，只有當發(fā)射結(jié)的正向電壓

UBE

大于死區(qū)電壓（硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V）時，才產(chǎn)生基極電流

IB，這時三極管處于正常放大狀態(tài)，發(fā)射結(jié)兩端電壓為

UBE（硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V）。70三極管的輸入特性曲線2.輸出特性曲線輸出特性曲線是指在IB

一定的條件下，三極管集電極與發(fā)射極之間電壓

UCE

與集電極電流

IC

之間的關(guān)系曲線，如圖所示。71三極管的輸入特性曲線由上圖可知，對于某一特定的IB，其輸出特性曲線只有一條，而每條曲線都可分為上升、彎曲、平坦三部分，對應不同的

IB

值可得到不同的曲線，從而形成曲線族。若IB

取值間隔均勻，則相應的特性曲線在平坦部分間隔也比較均勻，且與橫軸平行，隨著UCE

的增大曲線略有上抬。72輸出特性曲線可以分為截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)三個區(qū)域，對應著三極管截止、放大和飽和三種不同工作狀態(tài)，具體見下表。73三極管輸出特性曲線的三個區(qū)域二、三極管的主要參數(shù)1.共射電流放大系數(shù)（1）共射直流電流放大系數(shù)（有時用

hFE

表示）。（2）共射交流電流放大系數(shù)（有時用

hfe

表示）。2.極間反向飽和電流（1）集電極-基極間反向飽和電流

ICBOICBO

是指發(fā)射極開路時集電結(jié)的反向飽和電流。（2）集電極-發(fā)射極間反向飽和電流ICEOICEO

是指基極開路時集電極與發(fā)射極之間的穿透電流。743.特征頻率

fT特征頻率是指三極管的

β

值下降到1時所對應的信號頻率，它是三極管高頻特性的主要參數(shù)。4.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM集電極電流過大時，三極管的

β

值要降低，一般規(guī)定

β下降到其正常值的2/3時的集電極電流為集電極最大允許電流。75（2）集電極-發(fā)射極間反向擊穿電壓

U（BR）CEOU（BR）CEO

是指當基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。UCE大于此值后，IC

急劇增大，可能造成集電結(jié)熱擊穿。在使用三極管時，其集電極電源電壓應低于此值。（3）集電極最大允許耗散功率

PCM集電極電流

IC

流過集電結(jié)時會消耗功率而產(chǎn)生熱量，使三極管溫度升高。根據(jù)三極管允許的最高溫度和散熱條件來規(guī)定集電極最大允許耗散功率

PCM，要求

PCM≥IC

UCE

。76三、三極管的選用與替換1.三極管的選用原則（1）三極管的特征頻率

fT

應為實際工作頻率的3~10倍。（2）三極管的

β

值要合理，太大容易引起電路自激振蕩，使電路穩(wěn)定性變差；太小則放大能力差。（3）集電極-發(fā)射極間反向擊穿電壓

U（BR）CEO

應大于電路電源電壓，一般取工作電壓的兩倍。（4）集電極最大允許耗散功率

PCM

應根據(jù)實際需要選定，并留有一定的余量。772.三極管的替換原則（1）類型相同替換時盡量使用相同規(guī)格型號的三極管。（2）新?lián)Q的三極管的性能不能低于原三極管。（3）換用管的材料和管型要與原管相同。（4）在

PCM允許的情況下，高頻管可替代低頻管。（5）開關(guān)三極管可替代普通三極管。78課題二基本放大電路的安裝與檢測79學習目標1.掌握基本放大電路中各個主要元器件的作用，能識讀電路原理圖。2.掌握放大電路靜態(tài)工作點的作用，能調(diào)試放大電路的靜態(tài)工作點。3.能完成分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點偏置電路的安裝與檢測。80任務1單級放大電路的安裝與檢測任務引入如圖所示為一個兒童電子積木游戲中的單級光控燈電路，RG

是一只光敏電阻器，有光照時阻值小，無光照時阻值大。接通電源后，遮擋住RG

的入射光，發(fā)光二極管就會點亮；RG

受到光照后，發(fā)光二極管就熄滅。這實際上是一個簡單的分壓式單級放大電路。81單級光控燈電路a）光敏電阻器不受光時b）光敏電阻器受光時在實際電子產(chǎn)品應用中，這類放大電路有著廣泛的應用，為了滿足各種不同的工作需求，還會在簡單的基本電路基礎(chǔ)上增加其他元器件以實現(xiàn)相應的電路功能，本任務將要完成的就是一個分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點偏置電路的安裝與檢測。82一、共射極基本放大電路用三極管組成放大電路時，根據(jù)公共端（電路中各點電位的參考點）的不同，有三種連接方法，即共發(fā)射極電路、共集電極電路和共基極電路。如圖所示為應用最廣泛的共發(fā)射極放大電路（簡稱共射極放大電路）。83相關(guān)知識共射極放大電路1.放大電路的組成及各元器件的作用（1）三極管VT它是放大電路的核心，起電流放大作用，可將微小的基極電流變化量轉(zhuǎn)換成較大的集電極電流變化量。電路中，基極→發(fā)射極為輸入回路，集電極→發(fā)射極為輸出回路，以發(fā)射極為公共端，所以稱為共射極放大電路。（2）直流電源

VCC為三極管和負載提供能源，同時為三極管提供實現(xiàn)電流放大的外部條件，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。（3）基極偏置電阻RP和RB這兩個電阻配合直流電源

VCC

為三極管提供一個合適的靜態(tài)偏置電流IB，84使三極管能不失真地放大交流信號。（4）集電極負載電阻RC該電阻將集電極電流的變化量轉(zhuǎn)換成集電極電壓的變化量，從而實現(xiàn)電壓放大。（5）耦合電容C1、C2耦合電容起“隔直通交”

的作用。隔直———隔離直流電源對信號和負載的影響，同時也隔離信號源和負載對三極管直流工作狀態(tài)的影響。通交———當C1、C2足夠大時，它們的容抗很小，可近似看作短路，這樣可讓交流信號順利通過。852.靜態(tài)工作點的設(shè)置（1）靜態(tài)工作點靜態(tài)指的是放大電路在沒有交流信號輸入（即

ui=0）時的工作狀態(tài)。這時三極管的基極電流

IB

、集電極電流IC

、基極與發(fā)射極間的電壓

UBE

和集電極與發(fā)射極間的電壓

UCE的值稱為靜態(tài)值。這些靜態(tài)值分別在輸入、輸出特性曲線上對應著一點

Q，如圖所示，稱為靜態(tài)工作點，簡稱Q

點。由于

UBE

基本是恒定的，所以在討論靜態(tài)工作點時主要考慮

IB

、IC

和

UCE

三個量，并分別用IBQ

、ICQ

和

UCEQ

表示。8687靜態(tài)工作點a）輸入特性曲線上的Q

點b）輸出特性曲線上的

Q

點（2）靜態(tài)工作點的作用由三極管基本特性可知，當發(fā)射結(jié)的電壓小于死區(qū)電壓時，三極管處于截止狀態(tài)，那么若輸入信號是正弦波，在正半周期信號電壓小于死區(qū)電壓的區(qū)間和整個負半周期，三極管都處于截止狀態(tài)，輸出的信號將是不完整的，即出現(xiàn)嚴重失真，如圖所示。88未設(shè)靜態(tài)工作點時的信號波形設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，可使三極管在靜態(tài)時工作于放大狀態(tài)，如圖所示。89設(shè)靜態(tài)工作點后的信號波形3.靜態(tài)工作點的近似估算（1）直流通路估算靜態(tài)工作點應以放大電路的直流通路為依據(jù)，所謂直流通路就是放大電路處于靜態(tài)時，直流電流的流通路徑。90

共射極放大電路及其直流通路a）共射極放大電路b）直流通路（2）估算公式為忽略

UBEQ，則91（3）靜態(tài)工作點的調(diào)整在如圖所示電路中，調(diào)節(jié)RP，改變基極偏置電阻的值，即可起到調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的作用。92共射極放大電路4.放大電路的交流參數(shù)分析放大電路的放大過程和交流參數(shù)，必須以交流通路為依據(jù)。如圖所示電路即如上圖a所示放大電路的交流通路，如圖所示為其輸入、輸出電阻。93共射極放大電路的交流通路

共射極放大電路的輸入、輸出電阻（1）輸入電阻

ri從放大電路的輸入端看進去的交流等效電阻（注意：不包括信號源內(nèi)阻），稱為放大電路的輸入電阻，用

ri

表示。（2）輸出電阻

ro從放大電路輸出端看進去的交流等效電阻（注意：不包括負載電阻），稱為放大電路的輸出電阻，用

ro

表示。（3）電壓放大倍數(shù)

Au放大電路的電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓

uo

與輸入電壓

ui

的比值，即94二、分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點偏置電路半導體材料對光、熱、電場非常敏感，工作環(huán)境溫度升高或自身功耗引起的溫升都會影響三極管的工作狀態(tài)，容易造成靜態(tài)工作點發(fā)生偏移，使電路工作不穩(wěn)定，甚至無法正常工作。因此，必須設(shè)法穩(wěn)定三極管的工作點，通常使用分壓式偏置電路來實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定，如圖所示。95

分壓式偏置電路a）電路結(jié)構(gòu)b）直流通路c）交流通路在上圖中，RB1

為上偏置電阻，RB2

為下偏置電阻，CE

為發(fā)射極電阻RE

的旁路電容。CE

一般選用幾十到幾百微法的電解電容，在低頻信號頻率上的容抗很小，故稱旁路電容。交流電流經(jīng)CE

流入公共端，直流電流經(jīng)RE

流入公共端，由于電容的隔直作用，CE對電路的靜態(tài)工作點沒有影響。961.穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理適當選擇RB1

和RB2

的阻值，使RB1上流過的直流電流

I1

遠大于IBQ（一般選5~10倍）。這時基極電壓

UBQ

就由

VCC

和RB1

與RB2

的分壓比確定，即由于接入了發(fā)射極電阻RE，發(fā)射極直流電流

IEQ在其上產(chǎn)生直流電壓，加到發(fā)射結(jié)的直流電壓則為UBEQ=UBQ

-UEQ97當溫度升高而引起

ICQ

增大時，IEQ

和

UEQ

也相應增大。由于

UBQ

基本不變，由上式可知，UBEQ

就減小，IBQ

隨之減小，從而抑制了

ICQ

的增大，最終使靜態(tài)工作點趨于穩(wěn)定。上述過程可表示為由以上分析可知，主要是由于RE

對

ICQ

變化的抑制作用，才使放大電路的靜態(tài)工作點得到穩(wěn)定。982.靜態(tài)工作點的估算通過上圖b所示直流通路可求出電路的靜態(tài)工作點，見下表。99估算電路的靜態(tài)工作點3.估算輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)如上圖c所示，由于發(fā)射極電阻RE

已被電容CE交流旁路，所以在交流通路中，發(fā)射極仍為直接接地。即該交流通路與共射極基本放大電路的交流通路相似，其中

RB=RB1∥RB2

。因此，輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)的估算公式完全相同。100學習目標1.了解多級放大電路的耦合方式和特點。2.了解多級放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、頻率特性等基本知識。3.能安裝與檢測兩級放大光控燈電路。101任務2兩級放大光控燈電路的安裝與檢測任務引入如圖所示光控燈電路是一個最簡單的單級放大電路，放大能力有限，控制效果不夠靈敏，如果采用兩級放大，其控制性能可得到顯著提高。而實際應用的電子設(shè)備往往要將一個微弱的電信號放大到幾千倍或幾萬倍，甚至更大，這就需要采用更多級的放大電路。本任務將完成兩級放大光控燈電路的安裝與檢測。102多級放大電路由多個單級放大電路連接而成，其組成如圖所示。多級放大電路的第一級為輸入級，也稱為前置級；最后一級為輸出級，也稱為功放級。103相關(guān)知識多級放大電路的組成一、級間耦合方式多級放大電路中各單級放大電路之間的連接稱為耦合。1.阻容耦合如圖所示為兩級阻容耦合放大電路。第一級的輸出信號通過RC1

和C2

加到第二級的輸入電阻上，即信號是通過電阻和電容傳遞的，故稱為阻容耦合。104兩級阻容耦合放大電路2.變壓器耦合如圖所示為變壓器耦合的兩級放大電路。耦合變壓器的作用是隔斷前后級的直流聯(lián)系，同時把前級輸出的交流信號通過電磁感應傳送到后級。此外，在某些放大電路中，還利用耦合變壓器在傳遞信號的同時實現(xiàn)阻抗變換。但它的低頻特性較差，不能傳輸直流信號，而且體積較大，主要應用于調(diào)諧放大器或由分立元件組成的功率放大器中。105變壓器耦合的兩級放大電路3.直接耦合直接耦合就是把前一級放大電路的輸出端直接連接到后一級放大電路的輸入端，如圖所示。106直接耦合放大電路4.光電耦合如圖a所示為光電耦合兩級放大電路。它是以光電耦合器為媒介來實現(xiàn)信號的耦合和傳輸?shù)摹９怆婑詈掀骱喎Q光耦，其外形如圖b所示。107光電耦合兩級放大電路及光耦外形a）光電耦合兩級放大電路b）光耦外形二、電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻1.電壓放大倍數(shù)下面以三級放大電路為例，用如圖所示框圖來說明總的電壓放大倍數(shù)與各級電壓放大倍數(shù)的關(guān)系。108三級放大電路框圖第一級電壓放大倍數(shù)為

第二級電壓放大倍數(shù)為

第三級電壓放大倍數(shù)為

多級放大電路總的電壓放大倍數(shù)為即多級放大電路總的電壓放大倍數(shù)等于各單級放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積。但必須注意，計算各單級放大電路的電壓放大倍數(shù)時應考慮后一級放大電路對前一級放大電路的負載效應。1092.輸入電阻和輸出電阻由上圖所示框圖可以看出，多級放大電路的輸入電阻就是第一級（輸入級）放大電路的輸入電阻，多級放大電路的輸出電阻就是最后一級（輸出級）放大電路的輸出電阻。110三、頻率特性放大電路電壓放大倍數(shù)與信號頻率之間的關(guān)系稱為頻率響應，也稱為放大電路的頻率特性。它包括幅頻特性和相頻特性。幅頻特性反映放大電路電壓放大倍數(shù)的大小與信號頻率之間的關(guān)系。以單級阻容耦合放大電路為例，其幅頻特性曲線如圖a所示。111單級阻容耦合放大電路的頻率特性a）幅頻特性曲線b）相頻特性曲線放大倍數(shù)基本相同的一段頻率范圍稱為中頻段。頻率過高或者過低都會使放大倍數(shù)下降，當放大倍數(shù)下降到中頻段的（約0.707）時所對應的低端頻率稱為下限頻率，用

fL表示；所對應的高端頻率稱為上限頻率，用

fH

表示。在

fH

和

fL

之間的頻率范圍稱為通頻帶（簡稱通帶），用

fBW

表示，即fBW=fH

-fL在集成電路中，一般都采用直接耦合方式，其下限頻率趨于零，因此通頻帶為

fH

。放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的相位差也與信號頻率有關(guān)，稱為相頻特性。以單級阻容耦合放大電路為例，其相頻特性曲線如上圖b所示。112當兩個單級放大電路連接成一個多級放大電路時，根據(jù)

Au=Au1

×Au2

的關(guān)系可知，中頻段電壓放大倍數(shù)的

所對應的下限頻率

fL

將升高，上限頻率fH

將降低，因此通頻帶變窄（見右圖）。113單級和兩級放大電路的幅頻特性（設(shè)兩個放大電路通頻帶相同）a）第一級放大電路的幅頻特性b）第二級放大電路的幅頻特性c）兩級放大電路的幅頻特性由于放大電路對不同頻率分量放大倍數(shù)不同而引起的輸出信號波形失真，稱為幅度失真；由于不同頻率分量產(chǎn)生不同附加相移而引起的失真稱為相位失真。幅度失真和相位失真總稱為頻率失真。顯然，為了避免頻率失真，放大電路必須有與信號頻率相適應的通頻帶。114課題三負反饋放大電路的安裝與檢測115學習目標1.掌握反饋的概念，能正確判斷反饋類型。2.掌握負反饋對放大電路性能的影響。3.能使用Multisim軟件分析負反饋放大電路。116任務1負反饋放大電路的仿真分析任務引入反饋是改善放大電路性能的重要手段，也是自動控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，實際應用電路中幾乎都要引入不同類型的反饋。本任務將利用Multisim軟件，對基本放大電路和負反饋放大電路的性能指標進行分析和比較。117一、反饋的概念此前已經(jīng)討論過分壓式偏置放大電路（如圖所示），其靜點工作點穩(wěn)定過程如下：118相關(guān)知識分壓式偏置放大電路當放大電路的輸出量

ICQ發(fā)生變化時，發(fā)射極電阻RE

將電流

IEQ（IEQ≈ICQ）的變化量轉(zhuǎn)換成電壓

UEQ

的變化，并回送到輸入回路，影響輸入量

UBEQ，導致

IBQ

向相反的方向變化，從而使

ICQ

趨于穩(wěn)定。像這樣將輸出量（電壓或電流）的一部分或全部通過一定的電路形式送回到輸入回路，并對輸入量產(chǎn)生影響的過程稱為反饋。119引入了反饋的放大電路稱為反饋放大電路，它由基本放大電路和反饋電路（反饋網(wǎng)絡）兩部分組成。如圖所示為反饋放大電路框圖。120反饋放大電路框圖圖中

稱為比較環(huán)節(jié)，將輸入量與反饋量相加，形成基本放大電路的凈輸入量，加到基本放大電路的輸入端，而反饋量則由基本放大電路的輸出端取出，經(jīng)過反饋電路回送到輸入端?；痉糯箅娐房梢允菃渭?，也可以是多級，或是集成放大電路；反饋電路可以由電阻、電容、電感、三極管等元器件組成。反饋電路與基本放大電路組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，所以把引入反饋的放大電路稱為閉環(huán)放大電路，而未引入反饋的放大電路則稱為開環(huán)放大電路。121二、反饋的類型1.正反饋和負反饋根據(jù)反饋極性的不同，可將反饋分為正反饋和負反饋。使放大電路凈輸入量增大的反饋稱為正反饋，使放大電路凈輸入量減小的反饋稱為負反饋，如圖所示。放大電路中主要采用負反饋，正反饋多用于振蕩電路中。122反饋極性的判斷a）正反饋b）負反饋判別反饋極性通常采用瞬時極性法。假設(shè)加到三極管基極的輸入信號瞬時極性為“+”，若送回基極的反饋信號瞬時極性為“”，則為負反饋；反之，則為正反饋，如圖a所示。若送到發(fā)射極的反饋信號瞬時極性為“”，則為負反饋；反之，則為正反饋，如圖b所示。123

判斷反饋極性的一般方法a）反饋加到基極b）反饋加到發(fā)射極2.電壓反饋和電流反饋根據(jù)反饋信號從輸出端取樣方式的不同，可分為電壓反饋與電流反饋。如果反饋信號取自放大電路的輸出電壓，稱為電壓反饋；如果反饋信號取自放大電路的輸出電流，稱為電流反饋。電壓反饋的取樣環(huán)節(jié)與放大電路輸出端并聯(lián)，電流反饋的取樣環(huán)節(jié)與放大電路輸出端串聯(lián)，如圖所示。124反饋電路在輸出端的取樣分析a）電壓反饋b）電流反饋3.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋根據(jù)反饋信號與輸入信號連接方式（也稱比較方式）的不同，可分為串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋。如果反饋信號在輸入端是與輸入信號串聯(lián)的稱為串聯(lián)反饋，如果反饋信號在輸入端是與輸入信號并聯(lián)的稱為并聯(lián)反饋，如圖所示。在串聯(lián)反饋中，反饋信號以電壓形式出現(xiàn)，凈輸入電壓

u′i=ui-uf；在并聯(lián)反饋中，反饋信號以電流形式出現(xiàn)，凈輸入電流i′i=ii

-if。一般當放大電路的輸入信號由內(nèi)阻很低的電壓源提供時，應采用串聯(lián)反饋；當放大電路的輸入信號由內(nèi)阻很高的電流源提供時，應采用并聯(lián)反饋。125126反饋信號與輸入信號的連接方式a）串聯(lián)反饋b）并聯(lián)反饋判別串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋可采用輸入短路法，即將輸入端短路，如反饋信號同時被短路，即凈輸入信號為零，則為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。也可以從反饋電路在輸入端的連接方式來判別，若輸入信號和反饋信號分別從不同端引入，為串聯(lián)反饋；若二者從同一端引入則為并聯(lián)反饋。1274.直流反饋與交流反饋如果反饋量只含有直流量，稱為直流反饋；如果反饋量只含有交流量，稱為交流反饋。在分壓式偏置放大電路中，如果發(fā)射極電阻RE

接有交流旁路電容，則RE

只對直流量有反饋作用，而對交流量沒有反饋作用，即引入的是直流反饋。如果去掉交流旁路電容，則RE

引入的就是交、直流反饋。直流負反饋主要用于穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點，交流負反饋可以改善放大電路的動態(tài)特性。128三、反饋類型的判別根據(jù)反饋電路與基本放大電路連接方式的不同，負反饋放大電路有四種基本類型，即電壓串聯(lián)負反饋、電流串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋和電流并聯(lián)負反饋。129四、負反饋對放大電路性能的影響1.放大倍數(shù)下降，但穩(wěn)定性能提高為了便于分析，假設(shè)負反饋放大電路工作于中頻段，信號無附加相移。如圖所示為負反饋放大電路框圖，圖中A為基本放大電路，F(xiàn)為負反饋電路。xi

為輸入量，xf

為反饋量，x′i為凈輸入量，xo為輸出量。130

負反饋放大電路框圖基