电工电子技术教学PPT

1、第第5章章 常用电子器件及其应用常用电子器件及其应用 5.1 半导体二极管半导体二极管5.2 半导体三极管半导体三极管5.3 场效应管场效应管5.4 晶闸管晶闸管5.5 拓展实训拓展实训5.1.1 半波整流电路设计半波整流电路设计5.1.2 二极管工作原理与特性参数二极管工作原理与特性参数5.1.3 常见二极管及其应用常见二极管及其应用5.1.4 二极管整流电路二极管整流电路5.1.5 二极管稳压电路二极管稳压电路5.1.6 带有半波整流器的照明电路设计过程带有半波整流器的照明电路设计过程5.1 5.1 半导体二极管半导体二极管 目前，人们多用日光灯照明，但是由目前，人们多用日光灯照明，但是由

2、于日光灯长时间点燃，再加上电源电压不于日光灯长时间点燃，再加上电源电压不稳定，经常造成日光灯烧毁损坏。另外，稳定，经常造成日光灯烧毁损坏。另外，日光灯受电压、气候、环境温度的影响特日光灯受电压、气候、环境温度的影响特别大，尤其在气温低、电压低时，电流小，别大，尤其在气温低、电压低时，电流小，灯丝预热不行，易造成启动困难，灯光忽灯丝预热不行，易造成启动困难，灯光忽明忽暗。试设计一个半波整流电路，改善明忽暗。试设计一个半波整流电路，改善上述问题。上述问题。5.1.1半波整流电路设计半波整流电路设计l1. 设计目的设计目的 通过设计日光灯的半波整流电路，掌握单通过设计日光灯的半波整流电路，掌握单相半

3、波整流电路的组成和工作原理。相半波整流电路的组成和工作原理。l2. 设计内容设计内容 选择合适的二极管，设计一个单相半波整选择合适的二极管，设计一个单相半波整流电路，改善日光灯照明中存在的问题。流电路，改善日光灯照明中存在的问题。思考：思考：什么是二极管？它是如何工作的？什么是二极管？它是如何工作的？ 完全纯净完全纯净的具有晶体的具有晶体结构的半导结构的半导体称为体称为本征本征半导体半导体 。它。它具有共价键具有共价键结构。结构。 价电子价电子硅原子硅原子5.1.2 5.1.2 二极管工作原理与特性参数二极管工作原理与特性参数 在半导在半导体中，同体中，同时存在着时存在着电子导电电子导电和空穴

4、导和空穴导电。空穴电。空穴和自由电和自由电子都称为子都称为载流子。载流子。它们成对它们成对出现，成出现，成对消失。对消失。在常温下自由电子和空穴的形成在常温下自由电子和空穴的形成复合复合自由电子自由电子本征本征激发激发电 子空 穴电 子电 子电 子空 穴电 子电 子电 子电 子电 子空穴空穴原理图原理图P自由电子自由电子磷原子磷原子正离子正离子P+ 在硅或锗中掺在硅或锗中掺入少量的五价元入少量的五价元素，如磷或砷、素，如磷或砷、锑，则形成锑，则形成N N型型半导体。半导体。多余价电子多余价电子少子少子多子多子正离子正离子在在N N型半导体中，电子是多子，空穴是少子型半导体中，电子是多子，空穴是

5、少子 N N型半导体型半导体 P P型半导体型半导体 在硅或锗中在硅或锗中掺入三价元素掺入三价元素如硼或铝镓，如硼或铝镓，则形成则形成P P型半型半体。体。B B- 硼原子硼原子负离子负离子空穴空穴填补空位填补空位在在P P型半导体中，空穴是多子，电子是少子型半导体中，空穴是多子，电子是少子。空 穴多子多子少子少子负离子负离子 用专门的制用专门的制造工艺在同一造工艺在同一块半导体单晶块半导体单晶上，形成上，形成P P型半型半导体区域和导体区域和N N型型半导体区域，半导体区域，在这两个区域在这两个区域的交界处就形的交界处就形成一个成一个PNPN结结 。P 区区N N 区区P区的空穴向区的空穴向

6、N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合N区的电子向区的电子向P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 3 3空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到到动态平衡动态平衡。P区区N区区多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移P区区N区区内电场内电场外电场外电场EI空间电荷区变窄空间电荷区变窄 P P区的空穴进入空间电荷区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中和区和一部分负离子中和N N区电子进入空间电荷区电子进入空间电荷 区和一部分正区和一部分正 离子中和离子中和扩散运动增强，形成较大的正向电流扩散

7、运动增强，形成较大的正向电流。外加正向电压外加正向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走空间电荷区变宽空间电荷区变宽 内电场内电场外电场外电场少子越过少子越过PNPN结形成很结形成很小的反向电流小的反向电流IRE 外加反向电压外加反向电压N N区区P区区二极管的主要参数二极管的主要参数 l1)额定正向工作电流 指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度上升，温度超过容许限度( (硅管为硅管为14

8、0140左右，锗左右，锗管为管为9090左右左右) )时，就会使管芯过热而损坏。例如，时，就会使管芯过热而损坏。例如，常用的常用的IN4001-4007IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电型锗二极管的额定正向工作电流为流为1A1A。 l2)2)正向电压降正向电压降 指二极管导通后，其两端产生的电压降，如锗管指二极管导通后，其两端产生的电压降，如锗管约为约为0.3V0.3V，硅管约为，硅管约为0.7V0.7V。在一定的正向电流下，。在一定的正向电流下，二极管的正向电压降越小越好。二极管的正向电压降越小越好。FIFVl3) 最高反向工作电压 指二极管在工作中所能承受的最大反向电压值，指

9、二极管在工作中所能承受的最大反向电压值，略低于二极管的反向击穿电压。例如，略低于二极管的反向击穿电压。例如，IN4001IN4001二极管的最高反向工作电压为二极管的最高反向工作电压为50V50V，IN4007IN4007的的为为1000V1000V。 l4)4) 反向电流反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。电压作用下，流过二极管的反向电流。 RVRI5.1.3 5.1.3 常见二极管及其应用常见二极管及其应用 l1. 1. 检波二极管检波二极管 利用单向导电性将高频或中频无线电信号中利用单向导电性将高频或

10、中频无线电信号中的低频信号或音频信号检出来。的低频信号或音频信号检出来。 其工作频率较高，处理其工作频率较高，处理 信号幅度较弱，被广泛信号幅度较弱，被广泛 应用于半导体收音机、应用于半导体收音机、 电视机及通信设备等的电视机及通信设备等的 小信号电路中。小信号电路中。l2. 2. 整流二极管整流二极管 利用单向导电性将交流电变成直流电。它有金利用单向导电性将交流电变成直流电。它有金属封装、塑料封装、玻璃封装等多种形式，广属封装、塑料封装、玻璃封装等多种形式，广泛应用于电动机自控电路、变压器及各种低频泛应用于电动机自控电路、变压器及各种低频整流电路中。整流电路中。 目前，国产低频整流二极管目前

11、，国产低频整流二极管有有2CP2CP系列、系列、2DP2DP系列和系列和2ZP2ZP系列；高频整流二极系列；高频整流二极管有管有2CZ2CZ系列、系列、2CP2CP系列、系列、2CG2CG系列和系列和2DG2DG系列等。系列等。l3. 3. 稳压二极管稳压二极管l既有普通二极管的单向导电性，又可工作既有普通二极管的单向导电性，又可工作于反向击穿状态。于反向击穿状态。根据其封装形式可分为金属根据其封装形式可分为金属封装、玻璃封装和塑料封装；封装、玻璃封装和塑料封装；按其电流容量可分为大功率按其电流容量可分为大功率(2A(2A以上以上) )和小功率稳压二极和小功率稳压二极管管(1.5A(1.5A

12、以下以下) )；按内部结构可分为单稳压二按内部结构可分为单稳压二极管和双稳压二极管。极管和双稳压二极管。l4. 4. 开关二极管开关二极管 开关二极管是利用单向导电性制成的电开关二极管是利用单向导电性制成的电子开关，如图所示。它具有良好的高频子开关，如图所示。它具有良好的高频开关特性，广泛应用于电视机、开关特性，广泛应用于电视机、 家用计算机、通信设备家用计算机、通信设备 及仪器仪表及各类高频及仪器仪表及各类高频 电路中。电路中。l5. 5. 发光二极管发光二极管 发光二极管发光二极管(LED)(LED)是一种由磷化镓是一种由磷化镓(GaP(GaP) )等半导等半导体材料制成的、能直接将电能转

13、变成光能的发体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发光，因此被广泛就会发光，因此被广泛 应用于各种电子电路、应用于各种电子电路、 家电、仪表等设备中，家电、仪表等设备中， 作电源指示或电平指示。作电源指示或电平指示。 l6. 6. 光电二极管光电二极管l又称光敏二极管，它利用光生伏特效应把光信号又称光敏二极管，它利用光生伏特效应把光信号转化为电信号。即当二极管受到光照时，即使没转化为电信号。即当二极管受到光照时，即使没有外加偏压，有外加偏压，PNPN结也会产生光生电动势，外接电结也会产生光生电动势，外接电路中

14、有光电流通过。路中有光电流通过。l光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫做暗电流；照时，反向电流极其微弱，叫做暗电流； 有光照时，反向电流迅速增大到有光照时，反向电流迅速增大到 几十微安，称为光电流。几十微安，称为光电流。 它广泛应用于光电探测器和光通它广泛应用于光电探测器和光通 信等领域。信等领域。l7. 7. 肖特基二极管肖特基二极管l一种低功耗、超高速半导体器件。一种低功耗、超高速半导体器件。l显著特点：反向恢复时间极短显著特点：反向恢复时间极短( (可以小到几纳可以小到几纳秒秒) )，正向导通压降仅，正向导通压降仅

15、0.4V0.4V左右，是高频和快左右，是高频和快速开关的理想器件，其工作频率可达速开关的理想器件，其工作频率可达100GHz100GHz，多用于高频、低压、大电流整流二极管、续流多用于高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、二极管、 保护二极管，也可用在微波通保护二极管，也可用在微波通 信等电路中作整流二极管、信等电路中作整流二极管、 小信号检波二极管使用。小信号检波二极管使用。5.1.4 5.1.4 二极管整流电路二极管整流电路1 1、单相半波整流电路、单相半波整流电路 当为正半周期时，二极管当为正半周期时，二极管D D处于正向导通状态，处于正向导通状态，电流流过负载电流流过负载 ，负载上

16、的电，负载上的电压压 。当为负半周期时，二极管当为负半周期时，二极管D D处于反向截止状态，处于反向截止状态，没有电流流过负载没有电流流过负载 ，负载上的电压，负载上的电压 。o20.45UUo2LL0.45UUIRRLR2ouu LR0ou负载上的直流电压负载上的直流电压 负载上的直流电流为负载上的直流电流为 2 2、单相全波整流电路、单相全波整流电路 l当当 处于正半周时，二极管处于正半周时，二极管D1D1处于正向导处于正向导通状态，二极管通状态，二极管D2D2处于反向截止状态，电流由处于反向截止状态，电流由1 1端经负载端经负载 流回中点流回中点O O；l当当 处于负半周时，二极管处于负

17、半周时，二极管D1D1处于反向截处于反向截止状态，二极管止状态，二极管D2D2处于正向导通状态，电流由处于正向导通状态，电流由2 2端经负载端经负载 流回中点流回中点O O。因此，利用交流。因此，利用交流电源的两个半波，使得两个二极管在一周期内电源的两个半波，使得两个二极管在一周期内轮流导通，在负载上得到方向一致的电流，所轮流导通，在负载上得到方向一致的电流，所以称全波整流电路。以称全波整流电路。 21u21uLRLRo2220.450.9UUUo2LL0.9UUIRRIII2121则负载上的直流电流为则负载上的直流电流为流过二极管流过二极管D D1 1和和D D2 2的电流相等，即的电流相等

18、，即 负载上的直流电压为负载上的直流电压为 3 3、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路 l当当 处于正半周时，二极管处于正半周时，二极管D1D1和和D3D3正正向导通，二极管向导通，二极管D2D2和和D4D4反向截止，电流反向截止，电流由由1 1端经端经D1D1、负载、负载 和和D3D3流向流向2 2端；端；l当当 处于负半周时，二极管处于负半周时，二极管D2D2和和D4D4正正向导通，二极管向导通，二极管D1D1和和D3D3反向截止，电流反向截止，电流由由2 2端经端经D2D2、负载、负载 和和D4D4流向流向1 1端。端。l因此，无论处于正半周还是负半周，都因此，无论处于正半周还是负半周，

19、都有电流流过负载，且电流方向不变，这有电流流过负载，且电流方向不变，这与全波整流电路相同。与全波整流电路相同。2u2uLRLR单相半波整流电容滤波电路单相半波整流电容滤波电路 5.1.5 5.1.5 二极管稳压电路二极管稳压电路 稳压二极管是利用二极管在反向击穿后，稳压二极管是利用二极管在反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特性进行稳压。流变化这一特性进行稳压。 l当负载电阻不变而输入电压增大时当负载电阻不变而输入电压增大时，iuOUOZUUZIZLRIIIRUORUUUOZUUZIZLRIIIRUORUUULRLIl当负载电阻不变

20、而输入电压增大时，当负载电阻不变而输入电压增大时，5.1.6 5.1.6 带有半波整流器的照明电路设计过程带有半波整流器的照明电路设计过程 5.2 5.2 三极管三极管l5.2.1 5.2.1 三极管放大电路设计三极管放大电路设计l5.2.2 5.2.2 三极管工作原理与特性三极管工作原理与特性l5.2.3 5.2.3 三极管基本放大电路三极管基本放大电路l5.2.4 5.2.4 多级放大电路多级放大电路l5.2.5 5.2.5 差动放大电路差动放大电路l5.2.6 5.2.6 三极管放大电路的设计过程三极管放大电路的设计过程5.2.1 5.2.1 三极管放大电路设计三极管放大电路设计 l设计

21、一个三极管放大电路，其中负载电阻为设计一个三极管放大电路，其中负载电阻为3k ，三极管参数见附录四，要求工作点稳定，三极管参数见附录四，要求工作点稳定，电压放大倍数电压放大倍数 ，输出电，输出电 。 u70A o2Vu 思考：什么是三极管？它如何实现放大？什么是三极管？它如何实现放大？ 它与二极管有什么区别呢？它与二极管有什么区别呢？5.2.2 5.2.2 三极管工作原理与特性三极管工作原理与特性集电结集电结发射结发射结NPNNPN型型CP PN NN NE EB B发射区发射区集电区集电区基区基区基极基极发射极发射极集电极集电极PNPPNP型型N NP PP PE EB B基区基区发射结发射

22、结集电结集电结集电区集电区发射区发射区集电极集电极C发射极发射极基极基极BETCNPNBETCPNPNPN大多为Si管PNP大多为Ge管晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理IEIBRBUBBICUCC输输入入电电路路输输出出电电路路公共端公共端发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置NPN 管：管： UBE0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路共发射极放大电路PNP 管：管： UBE0即即V VCVBIB 或或 ICIB晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。集电结反偏的条件。 32当基极电路由于外加电压或

23、电阻改变而引起当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起I IB B的微小变化时，必定使的微小变化时，必定使I IC C发生较大的变化。即发生较大的变化。即三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。1复合与扩散到集电区的电子数目满足统计学规律复合与扩散到集电区的电子数目满足统计学规律三极管特性曲线三极管特性曲线5.2.3 5.2.3 三极管基本放大电路三极管基本放大电路l1. 1. 共发射极放大电路共发射极放大电路 静态工作点的基极电流静态工作点的基极电流 基极和发射极之间的电压基极和发射极之间的电压 集电极电流集电极电流 集电极和发射极之间电压集电极和发射

24、极之间电压 CCBEQBQBVUIRBQCQIICCQCCCEQRIVUBQIBEQUCQICEQUl1)1)静态分析静态分析CQBQ75 0.043mAIICCBEQBQ3B200.70.04mA = 40 A500 10VUIR33CEQCCCQC203 103 1011(V)UVIR 解解：当选择的工作点进入输入特性曲线的截止区或饱和区时，都当选择的工作点进入输入特性曲线的截止区或饱和区时，都会使得输出信号与输入信号的波形不一致，即失真。会使得输出信号与输入信号的波形不一致，即失真。 截止失真 饱和失真2)2)动态分析动态分析OLCLuIbebe() U R /RRAUrrBbei/ R

25、rR CoRR bebbEQ26(1)rrI共射放大电路的电压放大倍数为共射放大电路的电压放大倍数为 输入电阻和输出电阻分别为输入电阻和输出电阻分别为 对于低频、小功率三极管，认为对于低频、小功率三极管，认为 bb300rLCLLCLC/1.5kR RRRRRR解： CECEQLCCQ()uUR iI由例由例5-15-1已解得的静态工作点代入方程已解得的静态工作点代入方程 化简得化简得CCE5 . 15 .15iu 交流负载线 bebbEQ2626(1)300(175)959()3rrILube75 1.5117.30.829RAr ibeBbe/959RrRroC3kRR l3)3)分压式偏

26、置放大电路分压式偏置放大电路 温度变化时，会使得设置好的静态工作点温度变化时，会使得设置好的静态工作点Q Q移动而引起输出移动而引起输出 信号的失真。信号的失真。CCB2B1B2BVRRRVEBEQBEQCQRUVIICQBQII)(ECCQCCCEQRRIVU其静态工作点的计算过程如下其静态工作点的计算过程如下 分压偏置式放大电路的交流通道和微变等效电路 CLube/ RRArbeB2B1i/rRRR CoRR 2. 2. 共基极放大电路共基极放大电路输入信号是由三极管的发射极与基极两端输入的，输入信号是由三极管的发射极与基极两端输入的，再由三极管的集电极与基极两端获得输出信号，再由三极管的

27、集电极与基极两端获得输出信号，因为基极是共同接地端，所以称为共基极放大电因为基极是共同接地端，所以称为共基极放大电路。路。 CQBEQCCB2B1B2EEBEQBQEQ)(1IUVRRRRRUUI1EQBQII)(ECCQCCCCQEEQCCCEQRRIVRIRIVU1 1）静态分析）静态分析 l2 2）动态分析）动态分析OCiIE1IIAII OLCLuIbebe()UR /RRAUrrbeiE/1rRRCoRR 是三极管的共基电流放大系数是三极管的共基电流放大系数 l 计算其静态工作点如下计算其静态工作点如下：B2EQCCBEQCQEB1B2115()(200.7)3.1(mA)3 55R

28、IVUIRRREQBQ3.10.051(mA)51(A)1160IICEQCCCQCE()20 3.1 (2 3)4.5(V)UVIRRi0.981A bebbEQ2626(1)300(160)812()3.1rrILCube()60(3/2)88.70.812 R /RArbeiE0.812/30.0132(k)13.2()1160rRR oC2(k)RR 3 3、共集电极放大电路、共集电极放大电路 (a) (a) 共集电极放大电路的单管放大电路共集电极放大电路的单管放大电路 (b) (b) 直流通道直流通道其输入信号和输出信号的公共端是三极管的集电极，所以属其输入信号和输出信号的公共端是三

29、极管的集电极，所以属于共集组态，其输出是从发射极引出，因此这种电路又称为于共集组态，其输出是从发射极引出，因此这种电路又称为射极输出端。射极输出端。EBBEQCCBQ)1 (RRUVIBQCQIIECQCCEEQCCCEQRIVRIVU1 1）静态分析）静态分析 2 2）动态分析）动态分析 共集电极放大电路的微变等效电路共集电极放大电路的微变等效电路 OEiIB(1)IIAII OELEuIbeLEbeE(1)(1)()(1)()(1)U R R /RAUr R /Rr RibeEBbeLEB(1)/(1)(/)/RrRRrRRR电压放大倍数为电压放大倍数为放大电路的输入电阻和输出电阻分别为放

30、大电路的输入电阻和输出电阻分别为电流放大倍数为电流放大倍数为 beSbeSBoEE/11rRrRRRRRl解：静态工作点： CCBEQBQBE200.70.028mA(1)500(160)3VUIR RCQBQ600.0281.68mAIICEQCCEQECCCQE201.68 314.96VUVIRVIRl 61)1 (BEIOiIIIIAbebbEQ2626(1)300(160)1244( )1.24(k )1.68rrI ELE/3/31.5(k)RRROEuIbeE(1)R(160) 1.50.9871.24(160) 1.5(1)RUAUr ibeEB(1)/1.24(160) 1.

31、5/50092.74/50078.2(k )Rr RRSSB/1/5001(k)RRRbeSoE1.241/30.0367/30.03631160rRRR三极管三种基本放大电路的比较三极管三种基本放大电路的比较 5.2.4 5.2.4 多级放大电路多级放大电路多级放大电路基本结构多级放大电路基本结构 输入级输入级：与信号源相连接的第一级放大电路与信号源相连接的第一级放大电路输出级：输出级：与负载相连接的末级放大电路与负载相连接的末级放大电路中间级：中间级：输出级与输入级之间的放大电路输出级与输入级之间的放大电路l1)1)直接耦合直接耦合l直接耦合是指各级放大电路之间通过导线直接耦合是指各级放大

32、电路之间通过导线直接相连。直接相连。l2)2)阻容耦合阻容耦合l阻容耦合是指各单级放大电路之间通过隔阻容耦合是指各单级放大电路之间通过隔直电容和电阻连接。直电容和电阻连接。l3)3)变压器耦合变压器耦合 指各级放大电路之间通过变压器耦合传递信指各级放大电路之间通过变压器耦合传递信号。号。 l2. 2. 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析OOO1O2Ouu1u2uII1I1I2InnUUUUUAAAAUUUUU多级放大电路示意图多级放大电路示意图l输入电阻：输入电阻：第一级的输入电阻第一级的输入电阻l输出电阻：输出电阻：最后一级的输出电阻，最后一级的输出电阻，l在计算多级放大电路交流参

33、数时常采用两种方法，在计算多级放大电路交流参数时常采用两种方法，一是画出多级放大电路的微变等效电路。另一方一是画出多级放大电路的微变等效电路。另一方法是利用基本放大电路的公式，先求出每级电压法是利用基本放大电路的公式，先求出每级电压放大倍数，然后相乘得到总电压放大倍数。放大倍数，然后相乘得到总电压放大倍数。i1iRR oonRR极解：该两级放大电路属于直接耦合电路。极解：该两级放大电路属于直接耦合电路。首先求首先求V1V1管的静态工作点（分压偏置式共发射放大电路管的静态工作点（分压偏置式共发射放大电路) )B11B1CCB11B128.2203.98V8.233RVVRRB1BE1C1QE1Q

34、E11E123.980.71mA0.283VUIIRRC1QB1Q10.02mA50IICE1QCCC1QC1E11E12()20 1 (10 3 0.28)6.72VUVIRRR 下面求下面求V2V2管的静态工作点管的静态工作点( (共集电极放大电路共集电极放大电路 ) ) 073. 05)501 (107 . 020)1 ()1 (E2C1BE2CCEBBEQCCB2QRRUVRRUVI2C2QB2Q500.0733.65(mA)IICE2QCCE2QECCC2QE203.65 51.75UVIRVIR l 欲估算该电路的电压放大倍数、输入电阻欲估算该电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻

35、。首先分析第二级放大电路。和输出电阻。首先分析第二级放大电路。be2bbE2Q2626(1)300(150)663( )3.65rrIoLE2u2ibeLE2(1)()(150)(55)0.99(1)()0.663(150)(55)UR /R/AUrR /R/i2beLE2C1(1)(/0.663 (1 50)(5/5)/109.28RrRRR l分析第一级放大电路时，要考虑第二级分析第一级放大电路时，要考虑第二级放大电路对第一级放大电路的影响，即放大电路对第一级放大电路的影响，即第二级放大电路的输入电阻作为第一级第二级放大电路的输入电阻作为第一级放大电路的负载。放大电路的负载。be1bbE1

36、Q2626(1)300(150)1626()1.63(k )1rrI C1i2u1be1/10/9.2850147.61.63RRAr i1B11B12be1/8.2/33/1.631.3RRRr o1C1S10kRRR 作为下一级放大电路的电源内阻作为下一级放大电路的电源内阻 ii11.3RR1 . 05/50110/10663. 0/1/E2C1Sbe2o2oRRRrRRuu1u2147.60.99146AAA 多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻，即

37、，即则电压放大倍数为则电压放大倍数为5.2.5 5.2.5 差动放大电路差动放大电路l在多级放大电路中采用直接耦合存在着在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个问题：一是静态工作点的相互影响；两个问题：一是静态工作点的相互影响；二是零点漂移。二是零点漂移。l1. 1. 静态分析静态分析 若输入信号为零，即若输入信号为零，即 时，放大电路处于静态，其直流通道和直流等时，放大电路处于静态，其直流通道和直流等效电路如下：效电路如下：i1i20uuEEBEQC1QC2QE2VUIIRB2QB1QIIC2QC1QIIE2QE1QIIEBEQEEE2QE1QERUVIIIEBEQEEE2QE1Q2RUVII

38、CE1QCCC1QC1UVIRCE2QCCC2QC2UVIR则两管的集电极对地电压为则两管的集电极对地电压为 OCE1QCE2Q0UUU 当电源电压波动或温度变化时，两管集电当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流和集电极电位同时发生变化。输出电极电流和集电极电位同时发生变化。输出电压仍然为零，从而使得整个放大电路的零漂压仍然为零，从而使得整个放大电路的零漂得到抑制。得到抑制。l2. 2. 动态分析动态分析1)1)差模输入差模输入 放大器的两个输入端分别输入大小相等、极放大器的两个输入端分别输入大小相等、极性相反的信号，即，这种输入方式称为差模输性相反的信号，即，这种输入方式称为差模输入，两

39、个输入端之间的电压差为差模输入电压，入，两个输入端之间的电压差为差模输入电压，即即i1i2i1id2uuuuC1C1Q1iIiC1C1QC2C2Q2iIiIi C1CC1C1uVi RC2CC2C2CC2C1uVi RVi Ro1C1C1C112C2C1od22)(uRiRiiuuu则两管的集电极之间的差模输出电压为则两管的集电极之间的差模输出电压为两管的集电极电流分别为两管的集电极电流分别为 两管的集电极电压分别为两管的集电极电压分别为odC1C2o1o1C1udud1idi1i2i1i1be22uuuuuRAAuuuuur beid2rRC1C2C1id2RRRR 差动放大电路两个输出端对

40、差模信号所呈差动放大电路两个输出端对差模信号所呈现的等效电阻，称为差动放大电路的差模输出现的等效电阻，称为差动放大电路的差模输出电阻，即电阻，即 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 差动放大电路的差模输入电阻差动放大电路的差模输入电阻 2)2)共模输入共模输入 放大器的两个输入端分别输入放大器的两个输入端分别输入大小相等、极性相同的信号大小相等、极性相同的信号0i2i1icuuue1Ee2e1Ee2iIiiIi)2(2ee1Ee1eRiRiuC1C1Q1iIiC1C1QC2C2Q2iIiIiC1CC1C1uVi RC2CC2C2CC1C1uVi RVi R0C2C1ocuuu则两管的集电极电压分

41、别为则两管的集电极电压分别为则两管的集电极之间的共模输出电压为则两管的集电极之间的共模输出电压为 两管的集电极电流分别为两管的集电极电流分别为 2 . 09 . 91 .10i2i1iduuu1 .021idu1 . 021id u解：解：差模输入电压为差模输入电压为V1V1和和V2V2管的差模输入电压分别为管的差模输入电压分别为 l当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有 1 .102 . 0211021idici1uuu9 . 92 . 0211021idici2uuu10)9 . 91 .10(21)(21i2i1icuuu共模输入电压为共模输入电

42、压为odudid1000.220uA u ocucic0.05 100.5uA u 差模输出电压差模输出电压5 .205 . 020ocodouuuudCMRRuc10020000.05AKA5.2.6 5.2.6 三极管放大电路的设计过程三极管放大电路的设计过程1. 1. 选择电路形式选择电路形式因要求工作点稳定，故选取分压偏置式放大电路，如图因要求工作点稳定，故选取分压偏置式放大电路，如图5-27(a)5-27(a)所示。所示。2. 2. 选择晶体管选择晶体管本节选取本节选取 3DG6B3DG6B，集电极最大电流，集电极最大电流 集电极集电极- -发射极之间的最大允许反向电压发射极之间的最

43、大允许反向电压集电极集电极- -基极之间的反向电流基极之间的反向电流CM20mAICEO20VUCBO0.01AI70IMBMbe31AUIr21703170BMCMII如果静态电流选在如果静态电流选在2mA2mA左右，晶体管的输入电左右，晶体管的输入电阻按阻按1k1k 的经验值估计，则基极电流的峰值为的经验值估计，则基极电流的峰值为集电极电流的峰值为集电极电流的峰值为故可根据设计指标确认故可根据设计指标确认OM2.5VUCM2.1mAIOMLCM2.51.19k2.1URILLCLL1.97kR RRRR2CR取电阻标称值取电阻标称值 ER53)105(BEBUVB3VV CQCM0.5 2

44、.6mAIIEBBEEECQ30.70.88k2.6UVURIIE0.91kR 4. 4. 确定射极电阻确定射极电阻根据工作点稳定的条件，一般取根据工作点稳定的条件，一般取V(硅管)考虑到不使输入信号因截止产生失真，故取考虑到不使输入信号因截止产生失真，故取根据附录一，取电阻标称值，则根据附录一，取电阻标称值，则选择选择CCVCES1VUCC12VV5. 5. 确定电源电压确定电源电压三极管饱和时管压降 国家规定电源电压值须为国家规定电源电压值须为3 3的倍数，则取的倍数，则取CCCEQCQCEOMCESCQCE()()2.5 1 2.6 (2 0.91) 11.1(V)VUIRRUUIRR

45、12520FCC e50200FC V F/151021CCe47F/6 VC 7. 7. 电容电容耦合电容及旁路电容的取值，可根据经验和耦合电容及旁路电容的取值，可根据经验和参考一些电路酌情选择，在低频范围，通常取参考一些电路酌情选择，在低频范围，通常取参阅附录二，并考虑到电容的耐压，选取标称值参阅附录二，并考虑到电容的耐压，选取标称值。LCLLC321.2k32R RRRRbe1bbE1Q26(1)1krrILube84 RAr8. 8. 校核放大倍数与静态工作点校核放大倍数与静态工作点满足设计要求。满足设计要求。5.3 5.3 场效应管场效应管l5.3.1 5.3.1 场效应管放大电路设

46、计场效应管放大电路设计l5.3.2 5.3.2 场效应晶体管工作原理与特性场效应晶体管工作原理与特性l5.3.3 5.3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路l5.3.4 5.3.4 场效应管放大电路设计过程场效应管放大电路设计过程5.3.1 5.3.1 场效应管放大电路设计场效应管放大电路设计l1. 1. 设计目的设计目的l(1)(1) 掌握场效应管的输出特性、转移特性、主要性能参掌握场效应管的输出特性、转移特性、主要性能参数及测试方法。数及测试方法。l(2)(2) 学习场效应管源极跟随器的设计方法及安装测试技学习场效应管源极跟随器的设计方法及安装测试技术。术。l2. 2. 设计内容设计内容

47、 设计一个场效应管源极跟随器，其中电源电压设计一个场效应管源极跟随器，其中电源电压 V V，场效应管自选，场效应管自选( (参考附录四参考附录四) )，要求，要求输入电阻输入电阻 M M ，电压放大倍数，电压放大倍数 ，输出电阻输出电阻 k k 。 12DDV2iRu1Ao1R 场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，绝缘栅型场效应管的应用最为广泛，这种场效应管又器件，绝缘栅型场效应管的应用最为广泛，这种场效应管又称为金属氧化物半导体场效应晶体管（称为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSMOS）。）。按按其导电类型可将场效应晶体管分

48、为其导电类型可将场效应晶体管分为N N沟道和沟道和P P沟道两种，按沟道两种，按其导电沟道的形成过程可分为耗尽型和增强型两种。其导电沟道的形成过程可分为耗尽型和增强型两种。因而就出现了四种不同形式的场效应晶体管，它们是因而就出现了四种不同形式的场效应晶体管，它们是：5.3.2 5.3.2 场效应晶体管工作原理与特性场效应晶体管工作原理与特性N N 沟道耗尽型沟道耗尽型N N 沟道增强型沟道增强型P P沟道耗尽型沟道耗尽型P P沟道增强型沟道增强型BDGSN沟道增强型结构示意图图形符号BG G栅极栅极D D漏极漏极SiO2P P型硅衬底型硅衬底S S源极源极N+N+1. N1. N沟道增强型沟道

49、增强型MOSMOS场效应管场效应管N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS场效应管的结构示意图和符号场效应管的结构示意图和符号 D D与与S S之间是两个之间是两个PNPN结反向串联，无论结反向串联，无论D D与与S S之间加什么极性之间加什么极性的电压，漏极电流均的电压，漏极电流均接近于零。接近于零。(1) (1) U UGSGS =0 =0结构示意图结构示意图衬底引线衬底引线BUDSID = 0GDSP型硅衬底型硅衬底SiO2栅源电压对导电沟栅源电压对导电沟道的控制作用道的控制作用N+N+(2)0 (2)0 U UGSGS U UGS(thGS(th) ) 栅极下栅极下P P型半导体表型半导

50、体表面形成面形成N N型导电沟道。型导电沟道。 当当D D、S S加上正向电压加上正向电压后可产生漏极电流后可产生漏极电流I ID D 。 N+N+SiO2GDS耗尽层耗尽层BP P型硅衬底型硅衬底UGSN型导电沟道ID第1章UDS U UGSGS愈大，导电沟道愈厚愈大，导电沟道愈厚, ,在在U UDSDS电压作用下电压作用下, ,电流电流I ID D愈愈 大。即通过改变电压大。即通过改变电压U UGSGS的大小可以改变漏极电流的大小可以改变漏极电流I ID D的的 大小。大小。 随着栅极电压随着栅极电压U UGSGS的增加，导电沟道不断增加的场效的增加，导电沟道不断增加的场效 管称为增强型场

51、效应管。管称为增强型场效应管。 场效应管只有一种载流子参与导电场效应管只有一种载流子参与导电, ,故称为单极型晶故称为单极型晶 体管。普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电体管。普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电 称之为双极型晶体管。称之为双极型晶体管。N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS场效应管输出特性曲线和转移特性曲线场效应管输出特性曲线和转移特性曲线2GSDDOGS(th)(1)UIIU)1 (2GS(th)GSGS(th)DOGSDmUUUIUIg转移特性曲线转移特性曲线 跨导跨导 2 2、N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS场效应管场效应管 2GSDDOGS(off)(1

52、)UIIUN N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS场效应管的结构示意图和符号场效应管的结构示意图和符号场效应管与三极管的性能比较场效应管与三极管的性能比较 5.3.3 5.3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路 l1. 1. 共源极场效应管放大电路共源极场效应管放大电路l1)1) 静态分析静态分析GSQ2DQDOGS(th)G2GSQGDQSDDDQSG1G2(1)UIIURUUIRVIRRR)(DSDQDDDSQRRIVU栅源电压栅源电压和漏极电流之间的关系为和漏极电流之间的关系为 l2) 动态分析动态分析omGSLumLiGS ug u RAg Ruu共源极放大电路的微变等效电路共源极放大

53、电路的微变等效电路 DoRR G2G1i/ RRR 2. 2. 共漏极场效应管放大电路共漏极场效应管放大电路l1)1) 静态分析静态分析GSQ2DQDOGS(th)G2GSQGDQSDDDQSG1G2(1)UIIURUUIRVIRRRSDQDDDSQRIVU2)2)动态分析动态分析GSOmSLmLumLIGSGSmSL(/)1(/)g URRg RUAg RUUg URR共漏极场效应管放大电路微变等效电路)/(G2G1GiRRRR共源极放大电路和共漏极放大电路性能比共源极放大电路和共漏极放大电路性能比较较5.3.4 5.3.4 场效应管放大电路设计过程场效应管放大电路设计过程l1. 1. 选取

54、电路和场效应管选取电路和场效应管 选择结型场效应管选择结型场效应管3DJ6F3DJ6F，并采用结型场效应，并采用结型场效应管源极跟随器电路。管源极跟随器电路。l2. 2. 选取场效应管的静态工作点选取场效应管的静态工作点 依据依据Q Q点一般选在特性曲线点一般选在特性曲线 范围的原则，取静态工作点范围的原则，取静态工作点Q Q对应的参数分别对应的参数分别为为DS11()32I，G S(off)4VUDSS3mAIGSQ1V UDQ1.5mAImGS2msIgU 5.4 晶闸管晶闸管5.4.1 5.4.1 晶闸管整流电路设计晶闸管整流电路设计5.4.2 5.4.2 晶闸管基础知识晶闸管基础知识5

55、.4.3 5.4.3 晶闸管整流电路晶闸管整流电路5.4.4 5.4.4 晶闸管的选择与保护晶闸管的选择与保护5.4.5 5.4.5 晶闸管触发电路晶闸管触发电路5.4.6 5.4.6 单相半控桥式整流电路设计过单相半控桥式整流电路设计过程程5.4.1 晶闸管整流电路设计晶闸管整流电路设计 l1. 1. 设计目的设计目的 (1)(1)能根据一定的技术指标设计一个单相半控桥式整流能根据一定的技术指标设计一个单相半控桥式整流电路，掌握单相半控桥式整流电路的工作原理。电路，掌握单相半控桥式整流电路的工作原理。 (2)(2)掌握晶闸管的特性，能够根据相关参数选取合适的掌握晶闸管的特性，能够根据相关参数

56、选取合适的晶闸管。晶闸管。l2. 2. 设计内容及要求设计内容及要求 选择合适的晶闸管和触发电路，设计一个负载为纯电阻选择合适的晶闸管和触发电路，设计一个负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路，使得负载上输出的直流电性的单相半控桥式整流电路，使得负载上输出的直流电压为压为 ，直流电流为，直流电流为 L060VUL010AIPNPN 基本结构基本结构A阳极阳极AK阴极阴极G控制极控制极GKAGK符号符号5.4.2 晶闸管基础知识晶闸管基础知识T2T1IGEGREAP2N1P1工作原理分析：工作原理分析：P1N1N2P2AGK思考题：思考题：晶闸管和二极管、晶闸管和二极管、三极管原理的区别三极管原理

57、的区别? ?N1P2N2K+AT1P2GP1P2IAN1N2IKIGN1T2-2 IG12IG在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。AGK晶闸管导通必须同时具备两个条件晶闸管导通必须同时具备两个条件: :1.1.晶闸管阳极电路加正向电压晶闸管阳极电路加正向电压; ;2.2.控制极电路加适当的正向电压。控制极电路加适当的正向电压。第8章结论结论控制极只需加触发脉冲即可。控制极只需加触发脉冲即可。晶闸管主要参数与型号晶闸管主要参数与型号 l(1)(1)额定正向平均电流额定正向平均电流 环境温度小于环境温度小于4040，标准散热和全导通条件下，晶闸，标准散热和全导通条件下，晶闸管阳极

58、和阴极间可以连续通过的工频正弦半波电流平均管阳极和阴极间可以连续通过的工频正弦半波电流平均值。值。l(2)(2)正向阻断峰值电压正向阻断峰值电压 指控制极开路，正向阻断条件下，晶闸管允许重复加指控制极开路，正向阻断条件下，晶闸管允许重复加在阳极和阴极间正向电压的峰值。在阳极和阴极间正向电压的峰值。l(3)(3)反向阻断峰值电压反向阻断峰值电压 指控制极开路，正向阻断条件下，晶闸管允许重复加指控制极开路，正向阻断条件下，晶闸管允许重复加在阳极和阴极间反向电压的峰值。在阳极和阴极间反向电压的峰值。FIDRMURRMUl(4)(4)控制极触发电流控制极触发电流 和触发电压和触发电压 在规定的环境温度

59、下，阳极在规定的环境温度下，阳极- -阴极间加有一定电压时，阴极间加有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。流和电压。l(5)(5)通态平均电压通态平均电压 晶闸管导通时，阳极和阴极间电压的平均值，俗称导晶闸管导通时，阳极和阴极间电压的平均值，俗称导通时的管压降，一般为通时的管压降，一般为1V1V左右。左右。 (6)(6)维持电流维持电流 在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。的最小阳极正向电流。gIgVHI额定电压额定电压, ,用百位或千位

60、数表示用百位或千位数表示取取U UFRMFRM或或U URRMRRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流( (I IF F) ) 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7KP5-7表示额定正向平均电流为表示额定正向平均电流为5A,5A,额定电压为额定电压为700V700V。1 1、单相半波可控整流电路、单相半波可控整流电路电阻性负载电阻性负载u =2UsintuuGu0uTttttuTRcuTu0uG+00005.4.3 晶闸管整流电路晶闸管整流电路 O121cos2sind(1cos )0.450.225 (1cos )222 UUttUUU+T1T2RLuoD1D2+aRLD2