模拟电子技术课件4

1、高级电工培训之模拟电路高级电工培训之模拟电路机械与电气工程系机械与电气工程系444444444由于热激发而产生的自由电子自由电子移走后留下的空穴模拟电子线路部分一、半导体器件1.本征半导体，N型半导体，P型半导体2.半导体二极管PN(阳极)外壳阴极引线阳极引线(阳极)(阴极)(阴极)(a)(b)V(1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极管等。 (2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面接触型二极管。 (3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。 (4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。 (5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管0.20.40.

2、60.8O5101530 U(BR)CCDDIRAABB硅锗iV / mAuV / V(A)5伏安特性：半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数 1. 最大整流电流最大整流电流IF 2. 最大反向工作电压最大反向工作电压 URM 3. 反向饱和电流反向饱和电流 IR 4. 二极管的直流电阻二极管的直流电阻R 5. 最高工作频率最高工作频率fM 3.半导体三极管半导体三极管NPN集电结发射结集电区基区发射区bcePNP集电结发射结集电区基区发射区bceNPN型PNP型(a)VcbeVcbePNP型NPN型(b)三极管的分类：三极管的分类：三极管的种类很多, 有下列几种分类形式：(1) 按其结

3、构类型分为NPN管和PNP管; (2) 按其制作材料分为硅管和锗管; (3) 按工作频率分为高频管和低频管; 三极管的伏安特性曲线：三极管的伏安特性曲线：250204060801000.20.40.60.8uBE / ViB / AuCE0uCE1 V(a)0246810截止区放大区100806040iB0 A20饱和区iC / mAuCE / V(b)三极管的主要参数：三极管的主要参数：1）电流放大系数2）反向饱和电流ICBO 3）穿透电流ICEO 4）集电极最大允许电流ICM5）集电极发射极间的击穿电压U（BR）CEO 6)集电极最大耗散功率PCM第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第

4、三部分第四第四部分部分第五第五部分部分用数字表示器件用数字表示器件的电极数的电极数用汉语拼音字母表示器件的用汉语拼音字母表示器件的材料和极性材料和极性用汉语拼音写字母表示器件的类型用汉语拼音写字母表示器件的类型用数字表用数字表示器件序示器件序号号用汉语拼音字用汉语拼音字母表示器件的母表示器件的规格号规格号符符号号意义意义符符号号意义意义符号符号意义意义符号符号意义意义23二极管二极管三极管三极管ABCDABCDN型，锗材料型，锗材料P型，锗材料型，锗材料N型，锗材料型，锗材料P型，锗材料型，锗材料PNP型，型，锗材料锗材料NPN型，型，锗材料锗材料PNP型，型，锗材料锗材料NPN型，型，硅材料

5、硅材料PVWCZLSNUKXG普通管普通管微波管微波管稳压管稳压管参量管参量管整流管整流管整流堆整流堆隧道管隧道管阻尼管阻尼管光电器件光电器件开关管开关管低频小功率管低频小功率管（f3MHz，Pc1W）高频小功率管高频小功率管（f3MHz，Pc1W）DATYBJCSBTFHPINJG低频大功率管低频大功率管（f1W）高频大功率管高频大功率管（f3MHz，Pc1W）半导体品闸管半导体品闸管（可控硅）（可控硅）体效应器件体效应器件雪崩管雪崩管阶跃恢复管阶跃恢复管场效应器件场效应器件半导体特殊器半导体特殊器件件复合管复合管PIN型管型管激光器件激光器件场效应管、半导体特殊器件、复合管、PIN型管和激

6、光器件等型号的组成只有第三、四和五部分。3.场效应管场效应管按结构分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两类 dsgd 漏极g 栅极PPN耗尽层s 源极dsg(a)(b)(c) 结构; (b) N沟道结型场效应管 (c) P沟道结型场效应 5432101234uDS=12 VuGS/ViD / mAIDSSUGS(off)iGS=0(a) N沟道结构图; (b) N沟道增强型绝缘栅型符号; (c) P沟道符号gdsgds(b)(c)n沟道的形成（1）VGS=0时，漏源之间相当于两个背靠背的二极管，在DS间加上电压不会形成电流ID（2）0VGS VGS(th)时，栅极下方的电子足够多，可以在DS间形

7、成导电沟道。4321iD / mA02468uGS / VuDS10 VUGS(th)3 V(a)VGS(th)：开启电压定义跨导gm=常数DSVGSDVi物理意义：栅源电压对漏极电流的控制作用交流线型模型中：id=gmvgssgdNNP型硅衬底衬底引线gdsgds(a)(b)(c) (a) N沟道结构图; （b） N沟道耗尽型MOS符号; （c） P沟道符号5 4 3 2 1024681012uDS= 常数uGS / ViD / mAUGS(off)IDSS(a)VGS(off)：夹断电压 注意事项 ：（1） MOS管栅、 源极之间的电阻很高, 使得栅极的感应电荷不易泄放, 因极间电容很小,

8、 故会造成电压过高使绝缘层击穿。 （2） 有些场效应晶体管将衬底引出, 故有4个管脚, 这种管子漏极与源极可互换使用。（3） 使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。（4） 在使用场效应管时, 要注意漏源电压、 漏源电流及耗散功率等, 不要超过规定的最大允许值。 4.继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）。常用在自动控制电路中。它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，在电路中起到自动调节、安全保护、转换电路的作用。组成组成：铁芯、线圈、触点簧片、衔铁等工作原理：工作原理：只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效

9、应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为”常开触点”；处于接通状态的静触点称为”常闭触点”。 图中a为常闭触点，c为常开触点，b为动触点继电器规格除了电门接点数目不同，还要注意线圈的工作电压是直流或是交流电，使用的电压电流大小，切换电门耐电压程度等，继电器的规格有6v、9v、12v、24v、48v、100v、110v、200v、220v等，例如一般工业界常用的继电器接点可以耐电压电流110

10、vac-10a，线圈使用电压为24vdc， 一般继电器规格中它并不会说明继电器需要多少电流可以驱动线圈，在使用时可以量测线圈内的电阻值，就可以利用欧姆定律换算出耗电流，如果我们量测阻值为150，线圈驱动电压24vdc，耗电流为24v/150 =0.16a，这样就可以知道电源供应器需要供应多大的电流，才能使继电器作动。 继电器参数：继电器参数：额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过三用电表测量。 接触电阻：是指继电器中接点接触后的电阻值，可以通过万用表测量。对于许多继电器来说，接

11、触电阻无穷大或者不稳定是最大的问题。 吸合电流 ：是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 释放电流 ：是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5.晶闸管晶闸管晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有

12、导通和关断两种状态。 A为阳极，K为阴极，G称为门极（1）阳极加正向电压J1、J3正偏，J2反偏，BG1和BG2工作在放大状态，在G端输入一个正向电压时，形成正反馈，AK间导通（2）阳极加反向电压J1、J3反偏偏，J2正偏，BG1和BG2工作在截止状态，AK间截止n从关断到导通的条件阳极电位高于阴极电位并门极有足够的正向电压和电流n维持导通的条件阳极电位高于阴极电位并阳极电流大于维持电流n从导通到关断的条件阳极电位低于阴极电位或者阳极电流小于维持电流晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压

13、的情况下晶闸管才导通。3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。可控硅优点：可控硅优点：以小功率控制大功率，功率放大高大几十万倍；反应极快，在微秒级内开通无触点运行，无火花，无噪音效率高，成本低可控硅缺点：可控硅缺点：静态和动态的过载能力较差容易受到干扰而误导通光控电子开关光控电子开关 220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现低阻状态1K，使三极管

14、V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流2.2mA,灯泡H不能发光。电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈现高阻状态100K，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。 二、基本放大电路及其分析方法二、基本放大电路及其分析方法1.基本放大电路共射电路共集电路共基电路RcRbRLUCCiBiCiEC1C2uiVUCC : 直流电源,向 RL提供能量,给V提供适当的偏置V : 三极管,根据输入信号的变

15、化规律,控制直流电源所给出的电流,使在 RL上获得较大的电压或功率Rc : 集电极电阻,将集电极电流转换成集电极电压，并影响放大器的电压放大倍数Rb : 基极偏置电阻,为三极管基极提供合适的正向偏流C1、 C2 : 耦合电容(电解电容),有效地构成交流信号的通路;避免信号源与放大器之间直流电位的互相影响uoRbReC1C2uiuo UCCcbersus(a)UCCRLRb1RcRb2ReC1C2uiuoCbVecb(a)Cb : 基极旁路电容,使基极交流接地2.放大电路的分析方法图解法微变等效法3.多级放大电路uuuo集成运放四、负反馈放大电路四、负反馈放大电路AFxixfxidxo(b)uid+ui+ufR2R1+RLR3+uo(a)uid+uiufR2uoR1uiC1C2R1R2 uo(a)R1R2 uo(b)uiuidufRlRfRLuo(a)uiR1i1AuuiiR2Rfifuo五、集成运放的应用1.反向比例运放R2R1uiiiifRfuoi(a)2.同向比例运放R4uoRfifiiRnR2R1i1i2inui1ui2uin3.加法电路u