《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》PPT課件及教案,電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能,電子技術(shù),基礎(chǔ),技能,PPT,課件,教案 《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》配套多媒體CAI課件 電子教案 第一章 二極管及其應(yīng)用 教學(xué)重點(diǎn) 1．了解二極管的伏安特性和主要參數(shù)。 2．了解硅穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等各種二極管的外形特征、功能和應(yīng)用。 3．能用萬用表檢測二極管。 4．掌握單相半波、橋式全波整流電路的組成、性能特點(diǎn)和電路估算。 5．了解電容濾波電路的工作原理和估算。 教學(xué)難點(diǎn) 1．PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴? 2．整流電路和濾波電路的工作原理。 學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 內(nèi) 容 學(xué) 時(shí) 1 1.1晶體二極管 2 2 1.2晶體二極管整流電路及濾波電路 4 3 技能實(shí)訓(xùn)——單相整流、濾波電路的測試 4 4 本章總學(xué)時(shí) 10 1.1 二極管 1.1.1 半導(dǎo)體的奇妙特性 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，如硅、鍺等，其導(dǎo)電能力受多種因素影響。 熱敏特性——溫度升高，導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)。 光敏特性——光照越強(qiáng)，導(dǎo)電性能越好。 摻雜特性——摻入雜質(zhì)后會(huì)改善導(dǎo)電性。 1.1.2 二極管結(jié)構(gòu)與電路圖形符號(hào) 通過實(shí)物認(rèn)識(shí)各類二極管 動(dòng)畫：PN結(jié)的形成 正極 ＋ 負(fù)極 － 管殼 P N PN結(jié) VD 正極 ＋ 負(fù)極 － 1.1.3 二極管的單向?qū)щ娞匦? 做一做：二極管的單向?qū)щ娞匦? 1．二極管的單向?qū)щ娞匦? （1）加正向電壓二極管導(dǎo)通 （2）加反向電壓二極管截止 2．二極管特性曲線 二極管兩端的電壓、電流變化的關(guān)系曲線，即二極管的伏安特性曲線。 演示實(shí)驗(yàn)：利用晶體管特性圖示儀測出二極管伏安特性曲線 UD/V I/mA 死區(qū)電壓: 硅管0.5V 鍺管0.2。 導(dǎo)通壓降: 硅管0.6~0.7V 鍺管0.2~0.3V 反向擊穿 電壓U(BR) 反向漏電 流很小 （mA級(jí)） 0 （1）正向特性 正向電壓較小，這個(gè)區(qū)域常稱為正向特性的“死區(qū)”。一般硅二極管的“死區(qū)”電壓約為0.5V，鍺二極管約為0.2V。 正向電壓超過“死區(qū)”電壓后，電流隨電壓按指數(shù)規(guī)律增長。此時(shí)，兩端電壓降基本保持不變，硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。 （2）反向特性 二極管加反向電壓，此時(shí)流過二極管的反向電流稱為漏電流。 當(dāng)加到二極管兩端的反向電壓超過某一規(guī)定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿現(xiàn)象，該反向電壓稱為反向擊穿電壓，用U（BR）表示。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，普通二極管應(yīng)避免工作在擊穿范圍，否則會(huì)因電流過大而損壞管子失去單向?qū)щ娦浴? 1.1.4二極管的使用常識(shí) 1．二極管的型號(hào) 國產(chǎn)二極管的型號(hào)命名規(guī)定由五部分組成（部分二極管無第五部分），國外產(chǎn)品依各國標(biāo)準(zhǔn)而確定。 2．二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流IFM （2）反向飽和電流IR （3）最高反向工作電壓URM （4）最高工作頻率fM 例：利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點(diǎn)，可以構(gòu)成限幅（削波）電路來限制輸出電壓的幅度。圖（a）所示為一單向限幅電路。 ＋ － ui US R VD 5V ＋ － uo （a） 單向限幅電路 （b） 波形 ui/V π 2π 3π ωt 0 10 －10 uo/V π 2π 3π ωt 0 10 －10 5 設(shè)輸入電壓ui=10sinωt（V），Us=5V，為簡化分析，常將二極管理想化，即二極管導(dǎo)通時(shí)，兩端電壓降很小，可視為短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合，；二極管反向截止時(shí)，反向電流很小，相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖所示。 S S 相當(dāng)于開關(guān)閉合 相當(dāng)于開關(guān)斷開 這樣，單向限幅電路輸出電壓uo被限制在＋5V～－10V之間，其波形如圖（b）所示。將電路稍作改動(dòng)便可做成雙向限幅電路。利用二極管的這一特性，通?？蓪⑵溆糜陔娐返倪^電壓保護(hù)。 3．二極管的檢測 動(dòng)畫：用萬用表判斷二極管極性 動(dòng)畫：用萬用表檢測普通二極管的好壞 二極管正、反向電阻值檢測分析 檢測結(jié)果 二極管狀態(tài) 性能判斷 正向電阻 反向電阻 幾百歐～幾千歐 幾十千歐～幾百千歐以上 二極管單向?qū)щ? 正常 趨于無窮大 趨于無窮大 二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)斷開 開路 趨于零 趨于零 二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)通路 短路 二極管正向電阻增大 反向電阻減小 單向?qū)щ娦宰儾? 性能變差 做一做：普通二極管的識(shí)別與檢測 1.1.5 其他類型二極管 1．穩(wěn)壓二極管 （1）穩(wěn)壓二極管的外形和圖形符號(hào) （b）圖形符號(hào) VZ ＋ － （a）穩(wěn)壓管外形 （2）穩(wěn)壓二極管的伏安特性 uZ iZ 穩(wěn)壓區(qū) 反向電壓 反 向 電 流 UZ 0 從圖中可以看出，如果把擊穿電流限制在一定的范圍內(nèi)，管子就可以長時(shí)間穩(wěn)定工作在反向擊穿電壓UZ，即穩(wěn)壓值。所以穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作于反向擊穿狀態(tài)。 穩(wěn)壓二極管的類型很多，主要有2CW、2DW系列，如2CW15其穩(wěn)定電壓為7.0～8.5V。從晶體管手冊可以查到常用穩(wěn)壓二極管的技術(shù)參數(shù)和使用資料。 （3）穩(wěn)壓管二極管的檢測 檢測方法與普通二極管相同，但穩(wěn)壓二極管的正向電阻比普通二極管的正向電阻要大一些。 2．發(fā)光二極管（LED） （1）發(fā)光二極管的電路圖形符號(hào) 發(fā)光二極管與普通二極管一樣也是由PN結(jié)構(gòu)成，同樣具有單向?qū)щ娦?。其電路圖形符號(hào)和文字符號(hào)如圖所示。 發(fā)光二極管實(shí)物 圖形符號(hào)VL 發(fā)光二極管被廣泛運(yùn)用于電路的狀態(tài)顯示、信息顯示、裝飾工程、照明等領(lǐng)域。 （2）發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)工作在正偏置狀態(tài) 發(fā)光二極管兩端有一個(gè)“管壓降”，根據(jù)制造材料的不同而不同。 例：電路如圖所示，已知某發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓UL=1.6V，正向電流為5～20mA時(shí)才能發(fā)光。試問： （1）開關(guān)處于何種位置時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光？ （2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R的取值范圍為多少？ 解：（1）當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)發(fā)光二極管才有可能發(fā)光。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)發(fā)光二極管的端電壓為零，因而不可能發(fā)光。 （2）因?yàn)镮Lmin=5mA，ILmax=20mA，所以 Rmax== kΩ=0.88kΩ Rmin== kΩ=0.22 kΩ US （6V） R S VL R的取值范圍為220～880Ω 3．光電二極管 （1）光電二極管的圖形符號(hào) 廣泛應(yīng)用于制造各種光敏傳感器、光電控制器的光電二極管其外形、圖形符號(hào)及文字符號(hào)如圖所示。 光電二極管實(shí)物 圖形符號(hào) ＋ VL － （2）光電二極管在反向電壓作用下，如果沒有光照時(shí)，反向電流極其微弱，稱為暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為亮電流。光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。 4．變?nèi)荻O管 （1）變?nèi)荻O管的電路圖形符號(hào) 已被廣泛用于彩色電視機(jī)的電子調(diào)諧器、直接調(diào)頻、自動(dòng)頻率控制及倍頻器等微波電路中的變?nèi)荻O管電路圖形符號(hào)及文字標(biāo)識(shí)如圖所示。 電路圖形符號(hào) 變?nèi)荻O管實(shí)物圖 VD 2）變?nèi)荻O管工作于反向偏置狀態(tài) 當(dāng)給變?nèi)荻O管施加反向電壓時(shí)，其兩個(gè)電極之間的PN結(jié)電容大小隨加到變?nèi)荻O管兩端反向電壓大小的改變而變化，其特性相當(dāng)于一個(gè)可以通過電壓控制的自動(dòng)微調(diào)電容器。 做一做：發(fā)光二極管電平指示電路 1.2二極管整流及濾波電路 整流電路是直流電源的核心部分，它的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)的直流電壓。 濾波器是將整流后的脈動(dòng)直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷骸? 常用的整流電路有半波整流電路和橋式整流電路。 1.2.1半波整流電路 做一做：單向半波整流電路 半波整流電路 VD RL u2 u1 UL + _ T a b iL 1．半波整流工作過程 （1）當(dāng)輸入電壓u2為正半周時(shí)，二極管VD受正向偏置而導(dǎo)通，電流iL由 a端→VD→RL→b端，自上而下流過RL，在RL上得到一個(gè)極性為上正下負(fù)的電壓UL。若不計(jì)二極管的正向壓降，此期間負(fù)載上的電壓UL= u2。 （2）當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管VD因反向偏置而截止，此期間無電流通過RL，負(fù)載上的電壓uL= 0。 由此可見，在交流電一個(gè)周期內(nèi)，二極管有半個(gè)周期導(dǎo)通，另半個(gè)周期截止，在負(fù)載電阻RL上的脈動(dòng)直流電壓波形是輸入交流電壓的一半，故稱為單相半波整流。 輸出電壓的極性取決于二極管在電路中的連接方式，如將圖中二極管反接時(shí)，輸出電壓的極性也將隨之變反。 2．負(fù)載上的直流電壓與直流電流的估算 （1）負(fù)載上的直流電壓UL UL=0.45 U2 式中，U2為變壓器二次電壓有效值。 （2）負(fù)載上的直流電流IL IL==0.45 3．整流二極管的選擇 選用二極管時(shí)要求其 IF≥ID=IL URM≥U2 根據(jù)最大整流電流和最高反向工作電壓的計(jì)算值，查閱有關(guān)半導(dǎo)體器件手冊，選用合適的二極管型號(hào)使其額定值大于計(jì)算值。 例：有一直流負(fù)載，電阻為1.5kΩ，要求工作電流為10mA，如果采用半波整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇適當(dāng)?shù)恼鞫O管。 解： 因?yàn)閁L=RLIL=1.5×103×10×10－3V=15V 由 UL=0.45U2 ，變壓器二次電壓的有效值為U2==V≈33V 二極管承受的最大反向電壓為URM=U2=1.41×33 V≈47V 根據(jù)求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊，可選擇IFM=100mA，URM=50V的2CZ82B型整流二極管，或選用符合條件的其他型號(hào)二極管，如1N4001、1N4002等。 1.2.2橋式整流電路 做一做：橋式整流電路 1．橋式整流電路的工作過程 （1）當(dāng)輸入電壓u2為正半周時(shí)，VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止，電IL如圖（a）中虛線箭頭所示。此電流流經(jīng)負(fù)載RL時(shí)，在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。 （2）當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，VD2、VD4導(dǎo)通，VD1、VD3截止，電流IL如圖（b）中虛線箭頭所示。該電流流經(jīng)RL的方向和正半周時(shí)電流流向一致，同樣在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。 由此可見，無論u2處于正半周還是負(fù)半周，都有電流分別流過兩個(gè)二極管，并以相同方向流過負(fù)載RL，是單方向的全波脈動(dòng)波形。 2．負(fù)載上的直流電壓與直流電流的估算 （1）負(fù)載上的直流電壓UL UL=0.9 U2 （2）負(fù)載上的直流電流IL IL==0.9 3．整流二極管的選擇 IF≥IL/2 URM≥U2 例：有一直流負(fù)載需直流電壓6V，直流電流0.4A，如果采用單相橋式整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇整流二極管的型號(hào)。 解： 由UL=0.9U2，可得變壓器二次電壓的有效值為U2==V≈6.7V 通過二極管的平均電流 IF=IL=×0.4A=0.2A=200mA 二極管承受的反向電壓 URM =U2=9.4V 根據(jù)以上求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊，可選擇IFM=300mA，URM=10V的2CZ56A型整流二極管，或者選用符號(hào)條件的其他型號(hào)二極管，如1N4001等。 電路評(píng)價(jià)： 半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少，電流利用率很低，輸出電壓脈動(dòng)大。 橋式整流電路變壓器利用率高，平均直流電壓高，脈動(dòng)小，二極管承受反向電壓低。 1.2.3濾波電路 整流電路輸出脈動(dòng)的直流電，其中含有很大的交流成分，為了使輸出電壓接近于理想的直流電壓，濾除它的交流成分，此過程稱為濾波，完成這一任務(wù)的電路稱為濾波電路，也稱濾波器。 濾波器通常由電容器、電感器和電阻器按一定的方式組合成多種形式的濾波電路。 1．電容濾波電路 利用電容器的充、放電作用使輸出電壓趨于平滑。 做一做：電容濾波電路 電容濾波電路輸出直流電壓的估算： 半波整流電容濾波 UL≈U2 橋式整流電容濾波 UL≈1.2U2 空載時(shí)（負(fù)載RL開路） UL≈1.4U2 例：一個(gè)橋式整流電容濾波電路，電源由220V、50HZ的交流電壓經(jīng)變壓器降壓供電，負(fù)載電阻RL為40Ω，輸出直流電壓為20V，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，試求變壓器二次電壓，并估計(jì)濾波電容的耐壓值和電容量。 解：（1）變壓器二次電壓 U2== V =17 V （2）當(dāng)負(fù)載空載時(shí)，電容器承受最大電壓，所以電容器的耐壓值為 UCM≥U2=×17 V =24 V 電容器的電容量應(yīng)滿足RLC（3～5）T/2，取RLC=2T，T=1/f，因此 C===1000μF 可選用1000μF/50V的電解電容1只。 濾波電容的電容量可根據(jù)負(fù)載電流的大小參考下表進(jìn)行選擇。 濾波電容的選擇 輸出電流IL 2A 1A 0.5～1A 0.1～0.5A 100mA以下 50mA以下 電容量C 4700μF 2200μF 1000μF 470μF 200～500μF 200μF 注：此為橋式整流電容濾波UL=12～36V時(shí)的電壓參考值。 2．電感濾波電路 利用電感“通直流、阻交流”的作用達(dá)到濾波的目的。 電感濾波電路如圖所示，隨著電感L的增加，即XL=2πf L增加，阻止交流電通過的作用越強(qiáng)，濾波作用也越強(qiáng)，輸出電壓UL中的交流成分就越小。 技能實(shí)訓(xùn)：單相整流、濾波電路的測試 作 業(yè) 任 務(wù) 書 一、任務(wù)目標(biāo) 1．會(huì)根據(jù)所示測試原理圖繪制電路安裝連接圖。 2．會(huì)在通用印制電路板上搭接單相橋式整流電路。 3．能說明電路中各元器件作用，并能檢測元器件。 4．用示波器觀察單相橋式整流電路的輸入、輸出波形。測定其輸入、輸出電壓間的量值關(guān)系。 5．用示波器觀測電容濾波的工作效果，測定其輸出電壓的量值關(guān)系。 6．提高電子產(chǎn)品裝接能力。 u1 VD 橋堆 UL ＋ S1 － ～ ～ ＋ A B R 1kΩ VL S2 C2 470μF C1 4.7μF ＋ T ＋ u2 橋式整流電容濾波測試原理圖 二、實(shí)施步驟 1．裝調(diào)流程 繪制安裝布線圖 → 清點(diǎn)元器件 → 元器件檢測 → 插裝和焊接 → 通電前檢查 → 通電測量 → 數(shù)據(jù)紀(jì)錄。 2．裝調(diào)步驟 （1）先安裝單相橋式整流電路，整流元件采用整流橋堆。 （2）在橋式整流電路工作正常情況下，接入濾波電容。 注意：電源變壓器一次繞組的兩個(gè)接線端與電源插頭線的連接處應(yīng)用套管套上后再用絕緣膠布包住，以防止短路或觸電。 三、測試記錄 檢查元器件安裝正確無誤后，才可以接通電源。測量時(shí)，先連線后接電源（或打開電源開關(guān)），拆線、改線或檢修時(shí)一定要先斷開電源；另外電源線不能接錯(cuò)，否則將可能損壞元器件。 1．整流電路測量（斷開開關(guān)S1、S2） （1）用數(shù)字萬用表交流電壓擋測量圖的A、B端電壓u2，用直流電壓擋測量直流輸出電壓UL，記錄在表中。 （2）用示波器觀察u2和UL的波形，并繪制在表中。 2．整流、濾波電路的測量 （1）將開關(guān)S1閉合，S2斷開，接濾波電容C1，用數(shù)字表測量輸出電壓，并用示波器觀察其波形，并繪制在表中。 （2）將開關(guān)S1斷開，S2閉合，接濾波電容C2，用數(shù)字表測量輸出電壓，并用示波器觀察其波形，并繪制在表中。 橋式整流、電容濾波電路測試記錄表 測試項(xiàng)目 變壓器二次電壓u2 輸出電壓UL 有效值/V 波 形 有效值/V 波 形 S1、S2斷開 u2 0 t UL 0 t S1閉合，S2斷開 u2 0 t UL 0 t S1斷開、S2閉合 u2 0 t UL 0 t 四、問題討論 1．在整流電路中，濾波器的作用是什么？濾波電容的大小對輸出電壓有什么影響？ 2．如果想設(shè)置負(fù)電壓輸出，電路應(yīng)如何改接。 3．請敘述元器件在通用印制電路板上的插裝和焊接體會(huì)。 4．在制作過程中團(tuán)隊(duì)合作有何重要性？如何利用團(tuán)隊(duì)合作完成任務(wù)。 11 《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》配套多媒體CAI課件 電子教案 第10章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換 教學(xué)重點(diǎn) 1. 了解脈沖波形的主要參數(shù)及常見脈沖波形。 2. 了解非門組成的多諧振蕩器的電路形式和工作原理。 3. 了解石英晶體多諧振蕩器電路的構(gòu)成。 4. 掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)。 5. 掌握施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)。 6. 會(huì)測試集成施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)。 7. 了解555時(shí)基電路的電路框圖和引腳功能，掌握555時(shí)基電路的邏輯功能。 8. 掌握555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器的電路構(gòu)成，理解其工作原理。 教學(xué)難點(diǎn) 1. 用集成門電路搭接多諧振蕩器。 2. 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能及其應(yīng)用。 3. 集成施密特觸發(fā)器的功能及其應(yīng)用。 4. 555時(shí)基電路的典型應(yīng)用； 學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 內(nèi) 容 學(xué) 時(shí) 1 10.1常見的脈沖產(chǎn)生電路 4 2 10.2 555時(shí)基電路及應(yīng)用 4 3 技能實(shí)訓(xùn)：用555時(shí)基電路制作雙音報(bào)警器 4 4 本章總學(xué)時(shí) 12 10.1 常見的脈沖產(chǎn)生電路 10.1.1 脈沖的基本概念 1．脈沖的概念 脈沖是指一種瞬間突變、持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流信號(hào)。它可以是周期性變化的，也可以是非周期性的或單次變化的。常見的幾種脈沖波形，如圖所示。 2. 矩形脈沖波的參數(shù) （1）理想矩形波 脈沖幅值Vm、脈沖重復(fù)周期T和脈沖寬度tw （2）實(shí)際的矩形波 脈沖幅值Vm ； 脈沖上升時(shí)間tr ； 脈沖下降時(shí)間tf ； 脈沖寬度tw ； 脈沖周期T ； 其倒數(shù)為脈沖的頻率f，f =。 占空比D ， D =，占空比為50%的矩形波即為方波。 10.1.2 多諧振蕩器 不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能產(chǎn)生一定頻率和一定寬度的矩形波脈沖。 1． 集成門電路組成的多諧振蕩器 兩個(gè)非門接成RC耦合正反饋電路，使之產(chǎn)生振蕩。RC的另一個(gè)重要作用是組成定時(shí)電路，決定多諧振蕩器的振蕩頻率和脈沖寬度。 振蕩周期的估算：T≈1.4RC 在實(shí)際應(yīng)用中，常通過調(diào)換電容C的容量來粗調(diào)振蕩周期，通過改變電阻R的值來細(xì)調(diào)振蕩周期，使電路的振蕩頻率達(dá)到要求。 做一做：非門組成的多諧振蕩電路的測試 2． 石英晶體多諧振蕩器 做一做：CC4011構(gòu)成石英晶體振蕩器的測試 10.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 定義：是指有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的波形變換電路。 工作特性： 第一：它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱穩(wěn)態(tài)）和一個(gè)暫穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱暫穩(wěn)態(tài)）。若無外界觸發(fā)脈沖作用，電路將始終保持穩(wěn)定狀態(tài)； 第二：在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)； 第三：暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短通常都是靠RC 電路的充、放電過程來維持的。與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。 1． 74LS121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （1）邏輯符號(hào)和引腳排列 A1、A2和B為三個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端， v0和是兩個(gè)狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端，vO為正脈沖輸出端，為負(fù)脈沖輸出端。 Rext/Cext、Cext是外接定時(shí)電阻和電容的連接端。 Rint是74LS121內(nèi)部2kΩ的定時(shí)電阻的引出端。 NC為空引腳，VCC為電源端，GND為接地端。 （2）邏輯功能 2．74LS123集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （1）邏輯符號(hào)和引腳排列 1 1 A 2 1 B 3 1 R D 4 1 Q 5 2 Q 6 2 C ext 7 74LS123 16 V CC 15 14 13 1 R ext /C ext 12 11 8 2 B 10 9 GND 2 R ext /C ext 1 C ext 1 Q 2 Q 2 R D 2 A C ext 1 Q 1Q 74LS123 VCC R T C T (15) (14) (4) (13) 1 B 1 A 1 R D (2) Cext /Rext (3) (16) (1) (a)引腳排列圖 (b)邏輯符號(hào) 內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每一個(gè)電路分別具有各自的正觸發(fā)輸入端B、負(fù)觸發(fā)輸入端、復(fù)位輸入端、外接電容端Cext、外接電阻/電容端Rext/Cext、輸出端Q和端。 （2）邏輯功能 輸入 輸出 工作特征 B Q 0 × × 0 1 復(fù)位清零 1 0 上升沿觸發(fā) 1 1 下降沿觸發(fā) 0 1 上升沿觸發(fā) × 1 × 0 1 穩(wěn)定狀態(tài) × × 0 0 1 3．集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例 （1）定時(shí)控制 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)脈沖信號(hào)可控制電子開關(guān)在規(guī)定的時(shí)間動(dòng)作，達(dá)到定時(shí)的目的。如圖所示是利用74LS123構(gòu)成的一個(gè)相片曝光定時(shí)電路，按一下按鈕開關(guān)S，觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，繼電器J吸合,燈亮。曝光時(shí)間長短即為暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間tW，可根據(jù)曝光要求設(shè)定RT、CT的參數(shù)。 定時(shí)電路 脈沖延時(shí)電路 （2）延時(shí)脈沖信號(hào) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號(hào)的上升沿時(shí)刻被觸發(fā)，輸出信號(hào)的下降沿比輸入信號(hào)的上升沿延時(shí)了tW時(shí)間，調(diào)節(jié)RC時(shí)間常數(shù)可改變延時(shí)的時(shí)間。如圖是用兩片74LS121組成的脈沖延時(shí)電路，第一級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號(hào)vI的上升沿觸發(fā)下，產(chǎn)生脈寬為tW1的信號(hào)v01輸出，再利用v01的下降沿作為第二級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，再產(chǎn)生脈寬為tW2的信號(hào)v0輸出。如圖波形所示。這樣輸出v0的信號(hào)比輸入vI的信號(hào)延時(shí)了tW1。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除應(yīng)用于定時(shí)、延時(shí)場合外，還可用于脈沖整形、變換脈沖寬度等場合，應(yīng)用范圍很廣。 10.1.4 施密特觸發(fā)器 定義：是一種靠輸入觸發(fā)信號(hào)維持的雙穩(wěn)態(tài)電路。 特點(diǎn)：電路具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，當(dāng)輸入信號(hào)電壓升高至上限觸發(fā)電壓VT+時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào)降低至下限觸發(fā)電壓VT-時(shí)，電路就由第二穩(wěn)態(tài)返回第一穩(wěn)態(tài)。 類型：反相輸出施密特觸發(fā)器和同相輸出施密特觸發(fā)器。 反相輸出施密特觸發(fā)器 同相輸出施密特觸發(fā)器 1． 施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)與工作波形 （1）主要參數(shù) 上限觸發(fā)電壓(正向閾值電壓)VT+ ；下限觸發(fā)電壓（負(fù)向閾值電壓）VT- 回差電壓ΔVT= VT+－VT—?；夭铍妷涸酱?，施密特觸發(fā)器的抗干擾性越強(qiáng)。施密特觸發(fā)器的這種特性稱為滯回特性. （2）工作波形 如圖所示，當(dāng)輸入三角波時(shí)，根據(jù)施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性，可得到對應(yīng)的施密特觸發(fā)器的輸出波形。 2． CMOS集成施密特觸發(fā)器 CC40106為六施密特反相器 做一做：測試集成施密特觸發(fā)器CC40106的閥值電壓 3．施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例 （1）波形變換 三角波、正弦波及其他不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖。如圖所示為用施密特觸發(fā)器將正弦波變換成同周期的矩形脈沖。 （2）脈沖整形 當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)受到干擾而發(fā)生畸變時(shí)，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖，如圖所示。 （3）脈沖幅度鑒別 如輸入信號(hào)為一組幅度不等的脈沖，可將輸入幅度大于VT+的脈沖信號(hào)選出來，而幅度小于VT+的脈沖信號(hào)則去掉了。如圖所示。 利用施密特觸發(fā)器還可以構(gòu)成多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路，應(yīng)用范圍很廣。 10.2 555時(shí)基電路及應(yīng)用 10.2.1 555時(shí)基電路 1． 電路組成和引腳功能 （1）電路組成 一般由分壓器、比較器、觸發(fā)器和開關(guān)及輸出等四部分組成。 由三個(gè)阻值為5kΩ的電阻串聯(lián)組成的分壓器（555由此得名）。 兩個(gè)電壓比較器C1和C2： v+＞v－，vo=1； v+＜v－，vo=0。 基本RS觸發(fā)器； 放電三極管T及緩沖器G。 （2）引腳功能 2． 邏輯功能 對于上述功能為便于記憶，我們把TH輸入端電壓在大于時(shí)作為1狀態(tài)，在小于時(shí)作為0狀態(tài)；而把輸入端電壓在大于時(shí)作為1狀態(tài)，在小于作為0狀態(tài)。這樣在=1時(shí)，555定時(shí)器輸入TH、與輸出Q的狀態(tài)關(guān)系可歸納為：1、1出0；0、0出1；0、1不變。 值得注意，當(dāng)vTH 、v時(shí)，電路的工作狀態(tài)不確定。在實(shí)際應(yīng)用中不允許使用，應(yīng)避免。 10.2.2 555時(shí)基電路的應(yīng)用 1．構(gòu)成多諧振蕩器 （1）電路組成 外接的R1、R2和C為多諧振蕩器的定時(shí)元件，2腳端和6腳TH端連接在一起并對地外接電容C，7腳接放電管T的集電極與R1、R2的連接點(diǎn)。 （2）工作過程 動(dòng)畫：555組成的多諧振蕩器的工作過程 （3）輸出脈沖周期 電容充電形成的第一暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw1=0.7(R1+R2)C 電容放電形成的第二暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw2=0.7R2C 所以，電路輸出脈沖周期T=tw1 +tw2=0.7(R1+2R2)C 2．構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (1) 電路組成 外接的R、C為定時(shí)元件，外加觸發(fā)脈沖vI于2腳端，6腳TH端與7腳放電管T的集電極相連，并連接在R、C之間。 (2) 工作過程 動(dòng)畫 555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過程 （3）輸出脈沖寬度tW 電容C充電形成的暫態(tài)時(shí)間為： tW=1.1RC 3．構(gòu)成施密特觸發(fā)器 (1) 電路組成 2腳端，6腳TH端短接在一起作為輸入端。通過此電路可將輸入的鋸形波或正弦波變換成矩形波輸出。 若在5腳CO端加一控制電壓，可改變電路的閾值電壓，也就改變了回差電壓ΔVT。 （2）工作過程 動(dòng)畫：555組成的施密特觸發(fā)器的工作過程 4．555時(shí)基電路的應(yīng)用舉例 （1）60s定時(shí)電路 如圖所示，當(dāng)按下按鈕S時(shí)，2腳就輸入一個(gè)小于的負(fù)脈沖，3腳輸出高電平，發(fā)光二極管LED亮。此時(shí)，開關(guān)管V截止，電源VCC通過R1和RP對電容C充電。當(dāng)電容上電壓升高至?xí)r，電路翻轉(zhuǎn)，3腳輸出低電平，LED滅，表示定時(shí)結(jié)束。調(diào)節(jié)RP可使電路定時(shí)為60s一個(gè)周期。發(fā)光二極管LED的亮滅，表示定時(shí)過程的開始和結(jié)束。 60 s 定時(shí)電路 （2）路燈光控電路 如圖所示，自然光線降低，光敏電阻阻值增大至200kW以上時(shí)，2、6腳電位大于，3腳輸出為低電平，繼電器J吸合，燈亮。燈亮后即使光敏電阻阻值在200 kW附近波動(dòng)，只要阻值不小于50 kW，電路輸出將保持不變。而當(dāng)自然光線增強(qiáng)，光敏電阻阻值減小為50 kW時(shí)，2、6腳電位小于，電路輸出為高電平，繼電器J釋放，燈滅。同樣光敏電阻阻值在50 kW附近波動(dòng)時(shí)，也不會(huì)造成繼電器J吸合。 路燈光控電路 技能實(shí)訓(xùn):用555時(shí)基電路制作雙音報(bào)警器 作業(yè)任務(wù)書 一、任務(wù)目標(biāo) 1．按原理圖制作雙音報(bào)警器。 2．學(xué)習(xí)555時(shí)基電路的應(yīng)用，提高綜合應(yīng)用能力。 3．會(huì)根據(jù)原理圖繪制電路安裝連接圖。 4．掌握555時(shí)基電路的基本調(diào)試和測量方法。 二、實(shí)施步驟 繪制布線圖→清點(diǎn)元器件→元器件檢測→插裝和焊接→通電前檢查→通電調(diào)試和測量→數(shù)據(jù)記錄。 三、調(diào)試與記錄 檢查元器件安裝正確無誤后，才可以接通電源。調(diào)試時(shí)，先連線后接電源（或打開電源開關(guān)），拆線或改線時(shí)一定要先關(guān)斷電源；電源線不能接錯(cuò)，否則將可能損壞元器件。若電路工作正常，揚(yáng)聲器就會(huì)產(chǎn)生雙音交替的報(bào)警聲。 將實(shí)訓(xùn)過程記錄在表內(nèi)。 實(shí)訓(xùn)記錄 實(shí)訓(xùn)名稱 姓名 班級(jí) 用指針式萬用表測量555時(shí)基點(diǎn)路各引腳的電位，并觀察萬用表指針的變化情況 IC1 ①腳/V ②腳/V ③腳/V ④腳/V ⑤腳/V ⑥腳/V ⑦腳/V ⑧腳/V IC2 ①腳/V ②腳/V ③腳/V ④腳/V ⑤腳/V ⑥腳/V ⑦腳/V ⑧腳/V 用示波器觀察555電路②腳、③腳的波形 IC2 ②腳 ③腳 制作過程 故障描述 排故方法 13 《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》配套多媒體CAI課件 電子教案 第二章 三極管及放大電路基礎(chǔ) 教學(xué)重點(diǎn) 1．了解三極管的外形特征、伏安特性和主要參數(shù)。 2．在實(shí)踐中能正確使用三極管。 3．理解放大的概念、放大電路主要性能指標(biāo)、放大電路的基本構(gòu)成和基本分析方法。 4．掌握共發(fā)射極放大電路的組成、工作原理，并能估算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻等性能指標(biāo)。 5．能搭建分壓式放大電路，并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。 教學(xué)難點(diǎn) 1．三極管的工作原理。 2．放大、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)以及等效電路等概念的建立。 3．電路能否放大的判斷。 學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 內(nèi) 容 學(xué) 時(shí) 1 2.1三極管 2 2 2.2三極管基本放大電路 6 3 技能實(shí)訓(xùn)——單管低頻放大電路的安裝與調(diào)試 4 4 *2.3多級(jí)放大電路 2 5 本章總學(xué)時(shí) 14 2.1三極管 2.1.1三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 通過實(shí)物認(rèn)識(shí)常見的三極管 三極管有三個(gè)電極，分別從三極管內(nèi)部引出，其結(jié)構(gòu)示意如圖所示。 發(fā)射結(jié) 集電區(qū) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 發(fā)射極 e 基極 b 集電極 c P N P 集電結(jié) 發(fā)射極 e 基極 b 集電極 c N P N b e c VT 發(fā)射極 e 基極 b 集電極 c P N P b e c VT 按兩個(gè)PN結(jié)組合方式的不同，三極管可分為PNP型、NPN型兩類，其結(jié)構(gòu)示意、電路符號(hào)和文字符號(hào)如圖所示。 PNP型 NPN型 有箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)的電流方向，由此可以判斷管子是PNP型還是NPN型。 三極管都可以用鍺或硅兩種材料制作，所以三極管又可分為鍺三極管和硅三極管。 2.1.2三極管中的電流分配和放大作用 動(dòng)畫：三極管電流放大作用的示意 Ie e Ic c Ib b 細(xì) 粗 做一做：三極管中電流的分配和放大作用 觀察分析實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)： 1）三極管各極電流分配關(guān)系：IE = IB + IC ，IE ≈ IC?IB 2）基極電流和集電極電流之比基本為常量，該常量稱為共發(fā)射極直流放大系數(shù)，定義為： 3）基極電流有微小的變化量ΔiB，集電極電流就會(huì)產(chǎn)生較大的變化量ΔiC，且電流變化量之比也基本為常量，該常量稱為共發(fā)射交流放大系數(shù)β，定義為： 1．三極管的電流放大作用，實(shí)質(zhì)上是用較小的基極電流信號(hào)控制較大的集電極電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)“以小控大”的作用。 2．三極管電流放大作用的實(shí)現(xiàn)需要外部提供直流偏置，即必須保證三極管發(fā)射結(jié)加正向電壓（正偏），集電結(jié)加反向電壓（反偏）。如圖所示，電位關(guān)系應(yīng)為VC>VB>VE。 Rb Rc VT VCC VBB IC IB IE c b e PNP型三極管放大工作時(shí)，其電源電壓VCC極性與NPN型管相反，這時(shí)，管子三個(gè)電極的電流方向也與NPN型管電流方向相反，電位關(guān)系則為VE>VB>VC。 2.1.3三極管的特性曲線 三極管在電路應(yīng)用時(shí)，有三種組態(tài)（連接方式），以基極為公共端的共基極組態(tài)、以發(fā)射極為公共端的共發(fā)射極組態(tài)和以集電極為公共端的共集電極組態(tài)，如圖所示。 ui uo b c e + _ + _ ui uo b c e + _ + _ ui uo e c b + _ + _ 共發(fā)射極 共集電極 共基極 由于三極管的接地方式不同，三極管的伏安特性也不同，其中共發(fā)射極（簡稱共射）特性曲線是最常用的。 演示實(shí)驗(yàn)：用晶體管特性圖示儀測得的共射輸入和輸出特性曲線 1．共射輸入特性曲線 當(dāng)UCE為某一定值時(shí)，基極電流iB和發(fā)射結(jié)電壓 uBE之間的關(guān)系曲線入下圖所示。 UCE≥1V 0.2 uBE/V 0.4 0.6 0.8 20 100 0 80 60 40 iB/mA UCE=0V 輸入特性曲線 當(dāng)UCE=0時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正向伏安特性相似，存在死區(qū)電壓Uon（也稱開啟電壓），硅管Uon≈0.5V，鍺管約0.1V。只有當(dāng)UBE大于Uon時(shí)，基極電流iB才會(huì)上升，三極管正常導(dǎo)通。硅管導(dǎo)通電壓約0.7V，鍺管約0.3V。 隨著UCE的增大輸入特性曲線右移，但當(dāng)UCE超過一定數(shù)值（UCE>1）后，曲線不再明顯右移而基本重合。 2．共射輸出特性曲線 在基極電流IB為一常量的情況下，集電極電流iC和管壓降uCE之間的關(guān)系曲線入下圖所示。 IB=0 IB=20mA IB=40mA IB=60mA IB=80mA IB=100mA 1 4 3 2 5 uCE/V iC/ mA 1 2 3 4 0 5 6 當(dāng)UCE大于一定數(shù)值時(shí)，iC只與iB有關(guān)，IC=bIB, 且ΔiC=βΔ iB。此區(qū)域稱為線性放大區(qū)。 此區(qū)域中IB=0 , IC=ICEO , UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。 此區(qū)域中UCEΔiC，這時(shí)UCE?0.3V，稱為飽和區(qū)。 1）截止區(qū) IB=0曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。 2）飽和區(qū) uCE較小的區(qū)域稱為飽和區(qū)。三極管飽和時(shí)的uCE值稱為飽和電壓降UCES，小功率硅管約為0.3V，鍺管約為0.1V。 3）放大區(qū) 一族與橫軸平行的曲線，且各條曲線距離近似相等的區(qū)域稱為放大區(qū)。此時(shí)，表現(xiàn)出三極管放大時(shí)的兩個(gè)特性：①電流受控，即ΔiC=βΔiB；②恒流特性，只要IB一定，iC基本不隨uCE變化而變化。 例：如圖說示是某三極管的輸出特性曲線，從曲線上可以大致確定該三極管在UCE=6.5V，IB=60μA（b點(diǎn)）附近的和β值。 解：在圖示的輸出特性曲線上作UCE=6.5V 的垂線，與IB=60μA的輸出特性曲線交于 b點(diǎn)，由此可得該點(diǎn)對應(yīng)的 2.5 1.7 ΔiB ΔiC IB=0 20mA 40mA 60mA 80mA 100mA ic/mA UCE/V 3 12 9 6 1 2 3 4 0 a b 2.1.4三極管的使用常識(shí) 上網(wǎng)查找：三極管的型號(hào)、主要用途、主要參數(shù)和器件的外形尺寸與引腳排列。 做一做：小功率三極管檢測 1）三極管基極和類型判斷 2）三極管引腳的判斷和β值估測 3）三極管性能簡易判斷 1．三極管選用 選用三極管時(shí)，具體應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： （1）三極管的使用頻率 工程設(shè)計(jì)中一般要求三極管的fT高于電路工作頻率3倍以上。 （2）三極管工作的安全性 對于工作在大電流場合的三極管，如驅(qū)動(dòng)繼電器等，應(yīng)保證集電極工作電流IC≤ICM。 對于工作在大功率場合的三極管，使三極管額定消耗功率PC≤PCM。同時(shí)，大功率三極管在使用時(shí)，因功耗較大，應(yīng)按要求加裝一定規(guī)格尺寸的散熱片。 （3）小功率的三極管U（BR）CEO可以根據(jù)電路的電源電壓來確定。一般情況下，只要使電路電源的最高電壓≤U（BR）CEO即可。 （4）在換用三極管時(shí)，也應(yīng)注意替換三極管的極限參數(shù)、材料和管型，以及性能等。 課外閱讀：光電三極管 2.2三極管基本放大電路 2.2.1共發(fā)射極基本放大電路 以三極管為核心的基本放大電路，輸入信號(hào)ui從三極管的基極和發(fā)射極之間輸入，放大后輸出信號(hào)uo從三極管的集電極和發(fā)射極之間輸出，發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端，故稱該電路為共發(fā)射極基本放大電路。 可以省去 Rb Rc VCC C2 C1 ＋ ＋ uo ui RL VT ＋ — — ＋ VBB Rb Rc +VCC C2 C1 ＋ ＋ uo ui RL 基極偏置電阻 輸入耦合電容 集電極負(fù)載電阻 負(fù)載電阻 輸出耦合電容 雙電源 單電源（習(xí)慣畫法） 符號(hào) 元器件名稱 元器件作用示意 VT 三極管 實(shí)現(xiàn)電流放大 RB 基極偏置電阻 提供偏置電壓 RC 集電極負(fù)載電阻 提供集電極電流通路，將放大的集電極電流變化轉(zhuǎn)換成集電極電壓變化 C1 輸出耦合電容 把放大后的交流信號(hào)暢通地傳送給負(fù)載 C2 輸入耦合電容 使信號(hào)源的交流信號(hào)暢通地傳送到放大電路輸入端 2.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)和放大原理 電壓、電流符號(hào)規(guī)定如下： UBE UCE IB IC 直流分量電壓、電流 ui uo ib ic 交流分量電壓、電流的瞬時(shí)值 uBE uCE iB iC t 直流分量和交流分量的疊加，如iB= ib+ IB Ui Uo Ii Io 交流分量電壓、電流的有效值 Uim Uom Iim Iom 交流分量電壓、電流的最大值 1．靜態(tài)工作點(diǎn) （1）靜態(tài)——電路在沒有輸入信號(hào)（即輸入端短路），只有直流電源單獨(dú)作用下的直流工作狀態(tài)。 （2）靜態(tài)工作點(diǎn)——放大電路在靜態(tài)時(shí)，三極管各級(jí)電壓和電流在輸入、輸出特性曲線上可以確定一個(gè)如圖所示的坐標(biāo)點(diǎn)Q。Q點(diǎn)處的直流電流、電壓習(xí)慣上用IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ和UCEQ表示。 iB uBE Q IBQ UBEQ UCEQ ICQ iC uCE IBQ Q （a）輸入特性曲線 （b）輸出特性曲線 2．共射放大電路工作過程 動(dòng)態(tài)——在放大電路中加入輸入信號(hào)ui后，三極管各極電壓、電流大小均在直流量的基礎(chǔ)上，疊加了一個(gè)隨ui變化而發(fā)生變化的交流量，這時(shí)電路處于動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)。 動(dòng)畫：共發(fā)射極放大電路各極電壓、電流的工作波形 做一做：靜態(tài)工作點(diǎn)對放大電路的影響 雙蹤示波器顯示屏 雙蹤示波器顯示屏 雙蹤示波器顯示屏 （a）工作點(diǎn)合適 （b）工作點(diǎn)過低 （c）工作點(diǎn)過高 3．靜態(tài)工作點(diǎn)不合適會(huì)造成輸出波形失真 1）飽和失真 2）截止失真 做一做：溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 電路評(píng)價(jià)： 共射基本放大電路結(jié)構(gòu)簡單，只要電源VCC和基極偏置電阻Rb固定，IB也就固定了。所以又稱為固定偏置放大電路。固定偏置放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)變動(dòng)到不合適的位置時(shí)將引起放大信號(hào)失真。因而實(shí)際應(yīng)用中放大電路必須能自動(dòng)穩(wěn)定工作點(diǎn)，以保證盡可能大的輸出動(dòng)態(tài)范圍和避免輸出信號(hào)失真。 2.2.3工作點(diǎn)穩(wěn)定的三極管放大電路 1．分壓式偏置放大電路的組成 I1 IBQ I2 C2 RL + uo － C1 VT Rc Ce Re Rb1 +VCC + ui － Rb2 + + + Rb1 、Rb2分別為上、下偏置電阻， Vcc通過Rb1 和Rb2分壓后，為三極管VT提供基極偏置電壓。 Re為發(fā)射極電阻，起穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)作用。 Ce稱為射極旁路電容，由于Ce容量較大，對交流信號(hào)來講，相當(dāng)于短路，從而減小了電阻Re對交流信號(hào)放大能力的影響。 2．穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程 B點(diǎn)電位UBQ為： 分壓式偏置放大電路的基極電壓由Rb1、Rb2分壓決定，而與三極管的參數(shù)無關(guān)。 當(dāng)溫度升高，分壓式偏置放大電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程可表示為： T（溫度）↑（或β↑）→ICQ↑→IEQ↑→UEQ↑→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓。 在上述穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程中，發(fā)射極電阻Re起著重要的反饋?zhàn)饔谩．?dāng)輸出回路電流IC發(fā)生變化時(shí)，通過Re上的電壓變化來影響b-e間的電壓，從而使基極電流IB向相反方向變化，從而抑制了集電極電流ICQ的增大，自動(dòng)穩(wěn)定了電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 2.2.4 放大電路的分析 1．靜態(tài)分析 （1）直流通路 是放大電路在Ui=0，僅VCC作用下直流電流所流過的路徑。 畫直流通路的原則： 1）輸入信號(hào)ui短路 2）電容視為開路（電容所在支路斷開）。 3）電感視為短路 例：單級(jí)共射放大電路直流通路 uo Rb Rc +VCC C2 C1 ＋ ＋ ui RL Rb Rc +VCC IB IC IE UBE + － UCE + － （2）估算靜態(tài)工作點(diǎn) 根據(jù)放大電路的直流通路求IBQ、ICQ、IEQ、和UCEQ這四個(gè)量。 由上圖所示的直流通路，可以得到固定偏置放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算公式 2．動(dòng)態(tài)分析 （1）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 1）放大倍數(shù) 2）輸入電阻Ri 3）輸出電阻Ro （2）交流通路 放大電路在VCC=0，僅ui作用下交流電流所流過的路徑。 畫交流通路的原則： 1）由于耦合電容容量大，所有耦合電容視為通路。 2）電源電壓對地短路。 例：單級(jí)共射放大電路交流通路 +VCC uo Rb Rc C2 C1 ＋ ＋ ui RL ui uo Rb Rc RL ic ie ib + + － － （3）估算主要性能指標(biāo) 根據(jù)放大電路的交流通路求Au、Ri和Ro這些主要參數(shù)。 在上圖固定偏置放大電路的交流通路中，三極管b、e之間存在一個(gè)等效電阻rbe通常用下式近似計(jì)算 1）電壓放大倍數(shù)Au 根據(jù)放大倍數(shù)的定義，從電路的交流通路上可得 故電壓放大倍數(shù)為 2）輸入電阻Ri Ri是從放大電路的輸入端看進(jìn)去的等效電阻， Ui=Ii Rb//rbe。所以輸入電阻為 3）輸出電阻Ro 根據(jù)輸出電阻Ro的定義， Ro是從放大電路輸出端（負(fù)載RL之前）看進(jìn)去的等效內(nèi)阻?？梢钥闯? Ro=Rc ui uo Rb Rc RL ic ie ib + + － － 輸入電阻Ri 輸出電阻Ro 例：在如圖所示電路中，已知VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc=3 kΩ，RL=3 kΩ，Rs=3 kΩ，β=50，試求： 1）RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)Au； 2）輸入電阻Ri和Ro。 uo Rb Rc +VCC C2 C1 ＋ ＋ ui RL 解：先求靜態(tài)工作點(diǎn) 然后求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻 1）RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)Au： RL斷開時(shí)的電壓放大倍數(shù)Au： 2）輸入電阻Ri為： 3）輸出電阻Ro為：Ro=Rc=3kΩ 技能實(shí)訓(xùn)：單管低頻放大電路安裝與調(diào)試 作業(yè)任務(wù)書 一、任務(wù)目標(biāo) 1．學(xué)會(huì)搭建單級(jí)共射放大電路。 2．熟悉常用電子儀器設(shè)備和模擬電路裝置的使用。 3．學(xué)會(huì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法。 4．掌握放大電路電壓放大倍數(shù)測試方法。 二、實(shí)訓(xùn)步驟 清點(diǎn)元器件→元器件檢測→按圖搭建單級(jí)共射放大電路→通電前檢查→通電調(diào)試→測試數(shù)據(jù)記錄→數(shù)據(jù)分析。 Rb2 C2 10μF 10μF C1 VT RP 100k 20k Rc 2.4k RL2 1.2k Ce Re 1k Rb1 20k VCC +12V + ui － 100μF S1 RL1 2.4k + uo － S2 + + + 共射放大電路 三、調(diào)試與記錄 1．調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn) 接通電源前，先將RP調(diào)至最大，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕至零。 （1）接通+12V電源，調(diào)節(jié)RP，使IC=2.0mA。 （2）用萬用表測量UB、UE、UC和Rb2（Rb2+RP）的值。將調(diào)試數(shù)據(jù)填入表中。 靜態(tài)工作點(diǎn)測試記錄（IC=2.0mA） 測量值 計(jì)算值 UB/V UE/V UC/V Rb2/kΩ UBE/V UCE/V IC/mA 2．測量電壓放大倍數(shù) （1）在上述調(diào)整放大電路的輸入端加入頻率為1kHz正弦信號(hào)ui，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕使放大器輸入信號(hào)Ui=10mV。 （2）用示波器觀察放大器輸出電壓uo的波形。 （3）在波形不失真的條件下，用交流毫伏表測量以下三種情況下的Uo值，并將測量結(jié)果填入表中。 電壓放大倍數(shù)測量記錄（Ui=10mV，f=1kHz） Rc/kΩ RL/kΩ Uo Au RC=2.4 kΩ、RL=2.4kΩ時(shí)uo和ui波形 2.4 ∞ ui t 0 uo t 0 1.2 ∞ 2.4 2.4 3．觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對電壓放大倍數(shù)的影響。 RC=2.4kΩ，RL =∞，Ui=20mV。 （1）調(diào)節(jié)RP，并用示波器觀察uo波形。 （2）在保持輸出不失真的情況下，測量不同工作點(diǎn)上的電壓放大倍數(shù)Au，并將測量結(jié)果填入表中。 不同工作點(diǎn)上Au的測量 測量項(xiàng)目 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 測試條件：Rc=2.4kΩ，RL =∞，Ui=20mV IC/mA 2.0 Uo/V Au 注意：測量IC時(shí)，必須將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕置于零。 4．觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形失真的影響。 使電路中RC=2.4kΩ，RL=2.4kΩ，ui=0。 （1）調(diào)節(jié)RP使IC=2.0mA，測量UCE值。逐步加大輸入信號(hào)ui，使輸出信號(hào)uo足夠大且不失真。 （2）保持輸入信號(hào)不變，改變RP，以增大和減小IC ，使輸出波形失真。 （3）測量失真情況下的IC、UCE，將測量結(jié)果填入表中，并繪制不同情況下uo的失真波形。 靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形影響 測試記錄 分析判斷 IC/mA UCE/V uo波形 失真 三極管的工作狀態(tài) IC減小 uo t O IC=2.0 2.0 uo t O IC增大 uo t O 四、問題討論 1．總結(jié)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及負(fù)載的變化，對放大電路的電壓放大倍數(shù)及輸出波形的影響。? 2．在什么情況下輸出波形會(huì)出現(xiàn)正或負(fù)半周失真？如何獲得最大不失真輸出？ 3．在實(shí)驗(yàn)測量中，為什么所有儀器的公共端（接地端）要連接在一起？ *2.3多級(jí)放大電路 多級(jí)放大電路的組成如下圖所示。輸入和中間級(jí)的任務(wù)是電壓放大，根據(jù)需要將微弱的信號(hào)放大到足夠大，為輸出級(jí)提供所需要的輸入信號(hào)；輸出級(jí)一般為功率放大電路，驅(qū)動(dòng)負(fù)載動(dòng)作。 中間級(jí) 輸入級(jí) 輸出級(jí) 放大器 放大器 2.3.1多級(jí)放大電路的耦合方式 多級(jí)放大電路中級(jí)與級(jí)之間的連接稱為耦合，耦合方式就是指連接方式。 常用的耦合方式有：阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合三種。 課外閱讀：光電耦合 2.3.2阻容耦合放大電路 對放大信號(hào)而言，多級(jí)放大電路的前一級(jí)輸出信號(hào)就是后一級(jí)的輸入信號(hào)，所以可將后級(jí)放大電路的輸入電阻視為前級(jí)電路的負(fù)載。兩級(jí)放大電路框圖如圖所示， Ri1 ui= ui1 + _ + Ro2 u′o2 uo= uo2 + _ _ Ri2 Ro1 + uo1=ui2 — + _ u′o1 1．電壓放大倍數(shù) 是每級(jí)“有載電壓放大倍數(shù)”。所謂“有載電壓放大倍數(shù)”是指接上后級(jí)時(shí)的電壓放大倍數(shù)，即在計(jì)算每級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，一定要把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載電阻。 一般將用分貝表示的放大倍數(shù)稱為增益，用G表示。 功率增益GP定義為： 如果輸入電阻和輸出電阻相等，則電壓增益Gu為： 若用分貝（dB）表示，則多級(jí)放大總增益為各級(jí)增益的代數(shù)和，即： + 2．輸入和輸出電阻 （1）輸入電阻 由于輸入級(jí)連接著信號(hào)源，它的主要任務(wù)是從信號(hào)源獲得輸入信號(hào)。 多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻，即 （2）輸出電阻 多級(jí)放大電路的輸出級(jí)就是電路的最后一級(jí)，其作用是推動(dòng)負(fù)載工作。 多級(jí)放大電路的輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻，即。 3．幅頻特性 （1）幅頻特性基本概念 電路電壓放大倍數(shù)的幅度與頻率的關(guān)系稱為放大電路的幅頻特性，可用幅頻特性曲線表示，如圖所示。 f Au 0 Aum 0.707Aum fL fH 通頻帶 阻容耦合放大電路的幅頻特性 工程上將放大倍數(shù)下降到Aum的倍時(shí)，所對應(yīng)的低端頻率fL稱為下限頻率，高端頻率fH稱為上限頻率。fL與 fH之間的頻率范圍稱為通頻帶，用BW表示，則 BW= fH－fL （2）影響通頻帶的因素 引起低頻段放大倍數(shù)下降的主要因素是級(jí)間耦合電容和旁路電容的容抗作用。 造成高頻段放大倍數(shù)下降的主要因素是三極管結(jié)電容和電路分布電容的影響。 電路評(píng)價(jià)： 多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式應(yīng)能保證信號(hào)在級(jí)與級(jí)之間順利傳輸，但耦合后各級(jí)電路仍具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。把若干級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)起來，就可以很容易得到非常大的放大倍數(shù)。但電路放大倍數(shù)過大時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放大，這時(shí)需要加入負(fù)反饋，才能做到穩(wěn)定的放大。 16