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高级维修电工理论培训教材2008．05§1．半导体三极管：一．基本结构：三层半导体(N、P、N或P、N、P)；三个电极(基极B、发射极E、集电极C)；两个PN结(发射结、集电结)。1．类型：按频率可分为：高频管和低频管按功率可分为：大功率管、中功率管和小功率管按半导体材料可分为：硅管和锗管按结构可分为：NPN型和PNP型。目前国产的NPN型晶体管多为硅管(3D系列)，PNP型晶体管多为锗管(3A系列)。2．放大器中晶体管的三种接线方式：以NPN型为例(1)共发射极接法：将发射极作为输入与输出的公共端。如下图(a)(2)共集电极接法：将集电极作为输入与输出的公共端。如下图(b)(3)共基极接法：将基极作为输入与输出的公共端。如下图(c)三种接法的性能比较见P.31表3-13．特性曲线：(1)输入特性曲线：是当集电极—发射极电压UCE为常数时，基极回路中基极电流IB与基极—发射极电压UBE之间的关系曲线。即：IB＝f(UBE)︱UCE=C如下图所示：从图中可以看出：三极管的输入特性曲线有一段死区，只有在发射结电压大于死区电压时，三极管才会导通，出现基极电流IB，硅管的死区电压约为0.5～0.6V，锗管约为0.2～0.3V。导通后，在正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE＝0.6～0.7V，PNP型锗管的发射结电压UBE＝－0.2～－0.3V。(2)输出特性曲线：是当基极电流IB为常数时，集电极回路中集电极电流IC与集电极—发射极电压UCE之间的关系曲线。即IC＝f(UCE)︱IB=C如下图所示。在不同的IB下可以得到不同的曲线，所以三极管的输出特性曲线是一曲线组族。在输出特性曲线上可以划分三个区域：1°截止区：IB＝0以下的区域。对NPN型硅管而言，当UBE＜0.5V时即已开始截止。为了截止可靠，常使UBE≤0，此时集电结和发射结都处于反向电压下，称为反向偏置。但是由于温度影响，集电极回路中仍有很小的电流ICEO—称为穿透电流流过。硅管的穿透电流很小，常温下在微安以下。特点：集电结和发射结都处于反向偏置。2°放大区：当发射结正向偏置时，曲线较平坦的部分是放大区。对硅管来说,当UBE＞0.5V,而集电结又有一定的反向电压时,发射区扩散到基区的电子绝大部分被集电极所收集,IC≈IE,IB很小。此时IC只随着IB而改变，和UCE的大小基本无关。从特性曲线和电流形成过程都可以看出，IC的变化比IB的变化大得多，晶体管具有很强的电流放大作用。特点：发射结正偏而集电结反偏。3°饱和区：如果IC随IB增加时，使UCE下降为UCE≤UBE，发射结和集电结都将处于正向偏置，此时如果IB再增大，IC也不会按IC＝βIB增加，晶体三极管失去放大作用，这种情况称为饱和。我们把UCE＝UBE的状态称为临界饱和，把UCE＜UBE的状态称为过饱和。特点：发射结和集电结皆正偏。§2．基本放大电路一．共射极放大电路的组成：P．136图9-1(a)1．三极管V：放大电路的放大元件，是电流控制元件。2．集电极电源UGB：直流电源，一般为几～几十伏作用：(1)为输出信号提供能量。(2)保证集电结处于反偏状态以及发射结处于正偏状态。这样才能使三极管起到放大作用。3．集电极负载电阻Rc：一般为几～几十千欧。作用是将集电极电流变化成电压信号，以实现电压放大。4．基极电阻Rb：一般为几十～几百千欧。作用是提供适当的基极电流，使放大器有适的工作状态。5．耦合电容C1与C2：一般为几～几十微法作用：(1)隔直：C1隔断放大器与信号源之间的直流通道；C2隔断放大器与负载之间的直流通道。(2)通交：(交流耦合)沟通信号源、放大器和负载三者之间的交流通道，使交流信号畅行无阻。二．直流通路与交流通路：1．直流通路：即放大电路的直流等效电路。也就是在静态时，放大电路输入回路和输出回路的直流电流流过的路径。放大电路进行静态分析时要用到直流通路。见下图(1)静态——没有加入交流信号的放大电路。(2)静态分析——求静态工作点Q，即分析静态时放大电路中各处的直流电流和直流电压。即IbQ，ICQ，UceQ三个值。(3)直流通路的画法：直流通路中，所有的电容器作开路处理，其余的不变。(4)直流通路的作用：用来求放大电路的静态工作点Q(即IbQ，ICQ，UceQ)。2．交流通路：即放大电路的交流等效电路。也就是在动态时，放大电路输入回路和输出回路的交流电流流过的路径。放大电路进行动态分析时要用到交流通路。见下图(1)动态——加入交流信号后的放大电路。(2)动态分析——求动态时(交、直流信号的迭加)的变化量。(3)交流通路的画法：在交流通路中，将电容器和直流电源都作短路处理(直流电源接地)。(4)交流通路的作用：交流通路用来计算放大电路的放大倍数，输入电阻，输出电阻等交流电量。三．近似估算法：以分压式偏置电路为例：P．137图9-2。1．静态工作点：由直流通路求，即求IbQ，ICQ，UceQ三个值。其直流通路如下图所示：2．电压放大倍数、输入电阻与输出电阻：由交流通路求。如下图A．求出三极管的输入电阻rbe：rbe＝300＋(1＋β)26mV／IeQmAB．求出交流负载电阻RL′：RL′＝Rc∥RLC．求输入电阻Ri：Ri＝Rb1∥Rb2∥rbe≈rbe（∵Rb1＞＞rbe，Rb2＞＞rbe，∴Ri≈rbe）D．求输出电阻R0：R0≈Rc其中：RL′＝Rc∥RL“－”号表示U0与Ui反相位。☆计算放大电路的静态工作点时，应考虑电路的名称正确的是A、C。A．直流通道B．交流通道C．直流电路D．交流电路☆估算放大电路的电压放大倍数，原则上应考虑电路的名称正确的是B、D。A．直流通道B．交流通道C．直流电路D．交流电路四．图解分析法：运用三极管的输出、输入特性曲线簇，通过做图的方法，直观的分析放大电路性能的方法，称为图解分析法。1．静态分析：下图为三极管的输出特性曲线。（1）直流负载线：由Uce＝UGB－IcRc知，当Ic＝0时，Uce＝UGB，当Uce＝0时，Ic＝UGB／Rc，连接UGB与UGB／Rc两点所作的直线称为直流负载线。见上图(因为它是在静态时得到的而且又与集电极负载电阻Rc有关)，其斜率为tgα＝1／Rc。（2）静态工作点Q：直流负载线与三极管输出特性曲线的交点即为静态工作点。它与基极电流Ib的大小有关。Q点在两个坐标轴上所对应的点即为其静态值ICQ与UCeQ，再加上IbQ，即为Q值。2．动态分析：(1)交流负载线：放大器加入交流信号后，交流信号迭加在直流信号上，如P.138图9-5所示。当电路接入负载RL后，反映交流电压uce、交流电流ic之间关系的直线称为交流负载线。其斜率为tgα′＝1／RL′。（而RL′＝Rc∥RL）(2)直流负载线与交流负载线的比较：∵RL′＝Rc∥RL，∴RL′＜Rc，∴1／RL′＞1／Rc，tgα′＞tgα交流负载线比直流负载线要陡一些（即其斜率要大一些）。也就是说，放大器带的负载RL越小，RL′就越小，其交流负载线的斜率tgα′就越大，而电压放大倍数Au就越小。交流放大器带负载后，电压放大倍数会降低。§3．多级放大电路：一.耦合——多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合。二.多级放大器的耦合方式：三种。1．阻容耦合：如P．139图9-8所示。(1)电路组成：第一级和第二级之间用耦合电容C2和电阻Rb22连接，即为阻容耦合。主要用于交流放大电路的前置级。(2)电路特点：A．由于电容的“隔直”作用，前后级的静态工作点各自独立，互不影响，便于设置和调整各级的静态工作点。B．由于电容的“通交”作用，并不影响前后级交流信号的传递。C．结构简单，体积小，成本低。D．耦合电容的容量对交流信号的传输有一定的影响——缺点。(3)电压放大倍数：电路总的电压放大倍数等于各个单级放大器电压放大倍数的乘积。即Au＝Au1·Au2·Au3……2．直接耦合：如P．144图9-19所示（1）电路组成：把前一级的输出端直接接到后一级的输入端，即为直接耦合。主要用于放大直流信号。（2）电路特点：A．前后级静态工作点的相互影响：其解决方法为：1°提高后一级的发射极电位：即在后一级三极管发射极中接入电阻或硅稳压管即可。如P.144图9-20(a)(b)所示。2°采用NPN—PNP管直接耦合：利用两只三极管的极性不同，使得两级都能获得合适的静态工作点。如P.145图9-21所示。B．零点漂移的影响：1°零点漂移——指放大器的输入端短路（即无输入信号）时，其输出端仍有缓慢而无规则的输出电压。2°引起零点漂移的原因：电源电压波动；电路元件的参数和晶体管特性的变化；温度的变化。3°零漂的种类：时漂和温漂。4°零漂的抑制：输入级采用差动放大电路3．变压器耦合：前后级之间采用变压器连接。主要用于交流放大器的功率输出级。☆多级放大器的级间耦合方式一般有A、D、E。A．阻容耦合B．电容耦合C．电感耦合D．变压器耦合E．直接耦合§4．差动放大电路：一．电路组成：P．145图9-221．两只三极管V1与V2的型号、特性、参数完全相同。2．电路结构对称，各电阻元件参数也对称3．两只三极管的静态工作点相同。即Ic1＝Ic2，Uce1＝Uce2，4．发射极电流为两管发射极电流之和。即Ie＝Ie1＋Ie2二．差动放大电路的特点：静态时（无输入信号，即Ui＝0），输出电压Uo＝0，（∵Rc1Ic1＝Rc2Ic2，∴Uo＝Rc1Ic1－Rc2Ic2＝0）三．共模输入与差模输入：1．共模信号与差模信号：(1)共模信号——差动放大器的两输入信号ui1与ui2的大小相等，极性相同，则称为共模信号。这种输入方式称为共模输入方式。(2)差模信号——差动放大器的两输入信号ui1与ui2的大小相等，极性相反，则称为差模信号。这种输入方式称为差模输入方式。2．放大电路对共模信号抑制能力的大小，反映了它对零漂的抑制水平，而对差模信号则进行放大。3．若输入的两个信号既非共模信号又非差模信号，则差动放大器只对其中的差模信号进行放大，同时又对共模信号进行抑制。☆差动放大器的输入信号方式可分为A、B。A．共模输入B．差模输入C．同向输入D．反向输入四．对零漂的抑制：1.利用电路的对称性来抑制零漂：由于电路完全对称，∴输出电压Uo＝0，零漂被抑制。有时还可加一调零电位器RP，通过调整以确保输出电压Uo＝0。如上图所示。*注意：差动放大电路中利用电路的对称性，只能抑制零漂，而不能完全消除零漂。所以差动放大电路中并不是没有零漂。2．利用发射极电阻Re的深度负反馈来抑制零漂。五．共模抑制比：放大电路的差模信号放大倍数Ad与共模信号放大倍数Ac之比。即KCMRR＝Ad／Ac它反映了放大器质量的好坏，即对零漂的抑制水平。六．差动放大电路的输出方式与电压放大倍数的关系：1．双端输出：电压放大倍数与每个单管放大器的电压放大倍数相等。2．单端输出：电压放大倍数是每个单管放大器的电压放大倍数的一半。§5．放大电路中的反馈：一．反馈：将放大器输出信号的一部分或全部，经一定的电路送回到输入端，与输入信号合成的过程，称为反馈。其中：Xi——原输入信号；Xd——净输入信号Xf——反馈信号；Xo——输出信号二．反馈的分类：正反馈——引回的反馈信号加强输入信号，使放大器能力上升。负反馈——引回的反馈信号削弱输入信号，使放大器能力下降。直流反馈——对直流量起反馈作用。交流反馈——对交流量起反馈作用。电压反馈——反馈信号与输出电压成正比。电流反馈——反馈信号与输出电流成正比。串联反馈——放大器的净输入信号由原输入信号和反馈信号串联而成。并联反馈——放大器的净输入信号由原输入信号和反馈信号并联而成。由反馈网络与放大器的输入、输出信号的不同而组成以下四种负反馈：1．串联电压负反馈2．并联电压负反馈3．串联电流负反馈4．并联电流负反馈三．反馈的判断：——瞬时极性法1.正反馈与负反馈的判断：2.并联负反馈与串联负反馈的判断：——从输入端判断。3.电流负反馈与电压负反馈的判断：——从输出端判断。四．负反馈对放大电路性能的影响：1．使电路的放大倍数降低。2．使电路放大