电工电子第6章

第6章晶体管应用电路实用汽车电工电子技术知识目标技能目标1.掌握三相桥式整流电路的结构和工作原理2.掌握共发射极单管放大电路的结构和工作原理3.掌握集成运算放大器的性能特点4.了解滤波电路的作用和稳压电路的原理5.了解静态工作点、输入电阻、输出电阻、电压放大倍数、负反馈的概念6.了解正弦波振荡器的工作原理1.能够正确连接整流与滤波电路2.能够正确连接单管放大电路和功率放大电路电源变压器:调整电压大小，将交流电网电压u1

变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流 电压u4。稳压电路:减弱电网波动及负载变化对电压的影 响,保持输出电压u0的稳定。直流电源整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo6.1晶体二极管整流电路u2>0时u2<0时输出是脉动的直流电压！u2uou2D4D2D1D3RLuoABuo=u2uo=-u21.单相桥式整流电路负载电压U0的平均值为:负载上的(平均)电流:uo整流电路中整流管的选择：u2D4D2D1D3RLuoAB2.三相桥式整流电路六个二极管分为两组：

V1、V3、V5三个二极管的负极连在一起，如图中“A”点，称为共负极组（也称正极管）

V2、V4、V6三个二极管的正极连在一起，如图中“B”点，称为共正极组（也称负极管）（1）在t1～t2时间内，a相电位最高，b相电位最低，二极管V1和V4因承受正向电压而导通，电流路径为：a点→V1→“A”→RL→“B”→V4→b点工作原理（2）在t2～t3时间内，a相电位仍为最高，c相电位最低，二极管V1和V6在正向电压作用下而导通，电流路径为：a点→V1→“A”→RL→“B”→V6→c点（3）在t3～t4时间内，b相电位最高，c相电位最低，二极管V3和V6在正向电压作用下而导通，电流路径为：b点→V3→“A”→RL→“B”→V6→c点依此类推，便可得出二极管的导通顺序，各组二极管的导通情况是每隔1/6周期交换一次，每只二极管持续导通1/3周期

在任何一个1/6周期内，共正极组和共负极组中各有一个二极管导通，在共负极组中，哪个二极管的正极电位最高，哪个二极管就导通，其余两个截止，在共正极组中，哪个二极管的负极电位最低，哪个二极管就导通，其余两个截止三相整流波形结论负载和整流二极管上的电压和电流

UL=2.34U2

=IL=

=IV=×U2=2.45U2=1.05UL

URm

=

6.2滤波及稳压电路滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电 压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉电路输出电压中的交流成份，保留其 直流成份，达到平滑输出电压波形的目的滤波方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)6.2.1滤波电路

1.电容滤波电路（2）工作原理

u>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC

。

u<uC时，二极管截止，电容通过负载RL

放电，uC按指数规律下降，

uo=uC

。+Cici

–++–aDuoubRLio=uC

（3）工作波形二极管承受的最高反向电压为

uoutOtO（1）电路结构

2.电感滤波电路（1）电路结构（2）工作波形6.2.2并联型稳压电路（2）工作原理：当电源电压波动或负载变化引起输出电压UO变化时，稳压过程如下：U1↗→U0↗→Iz↗→UR↗→U0↘（1）电路结构：6.2.3串联型稳压电路（1）电路结构：（2）工作原理：a.当负载电阻RL不变，电源电压升高而引起输入电压UI增大，导致稳压电路输出电压UO增大时，稳压过程如下：b.当输入电压UI不变,负载电阻RL减小,导致稳压电路输出电压UO减小时，稳压过程如下：UI↗→UO↗→UBE↘→IB↘→IC↘→UCE↗→UO↘RL↘→IL↗→UO↘→UBE↗→IB↗→IC↗→UCE↘→UO↗6.2.4集成稳压器电路结构：集成稳压器有三个接线端

管脚1为不稳定电压输入端

管脚2为稳定电压输出端

管脚3为公共端

6.3晶体管基本放大电路6.3.1

共发射极基本放大电路的结构放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。（4）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。共发射极放大电路的实用电路6.3.2

共发射极放大电路的工作原理静态

是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。直流通路：耦合电容可视为开路。图中，已知UCC=12V,RB=300kΩ,RC=4kΩ,β=50,求放大电路的静态工作点IBQ

、ICQ和UCEQ。﹝解﹞：

=0.04mA

=40μAICQ=βIBQ=50×0.04=2mAUCEQ=UCC-ICQRC

=12-2×10-3×4×103=4V例6.1=IBQ≈动态

是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。交流通路：（ui单独作用下的电路）由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）若电路输入的交流信号ui=Uimsinωt，电路中各电量将在原静态值上叠加一个交流分量。波形如图所示uBE

=UBE

+uiiB

=IB

+ibiC

=IC

+icuCE

=UCC

-iCRC（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（3）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q"进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。从以上分析过程，可得出如下几个重要结论：6.4放大电路的分析方法图解法估算法微变等效电路法应用数学方程式，通过近似计算来分析放大器性能的方法

估算静态工作点

2.估算输入电阻、输出电阻和电压放大倍数（1）晶体管输入电阻rberbe=300Ω+（1+β）26mV/IE（mA）≈（2）放大器的输入电阻riri=RB∥rbe≈rbe

（3）放大器的输出电阻roro

≈RC

（4）电压放大倍数Au

放大电路未带负载时

Au

=Au

=上述电路中

Au

=例6.2在上例图中，已知rbe=1kΩ，RL=4kΩ，其它参数与例6.1一致，求放大电路的ri、ro、Au

。﹝解﹞：

ri=RB∥rbe≈rbe=1kΩro

≈RC=4kΩ由RL´=RC

∥RL

=2kΩ=-50×=-100

Au

=若放大电路未带负载，则有Au

==-50×=-200温度对工作点的影响温度升高UBE减小ICBO增大β增大IC增大6.5分压式稳定工作点偏置电路1.电路结构条件：I2>>IB，则与温度基本无关。调节过程如下：2.工作原理（1）静态分析（2）动态分析3.电路分析6.6多级放大器和负反馈放大器单级放大电路的放大能力总是有限的，往往不能满足要求，这就要采用由多个单级放大器组成的多级放大电路。使得信号逐级连续放大到需要的程度，在多级放大电路中，级与级之间的连接方式称为耦合

常用的耦合方式有：

直接耦合

阻容耦合

变压器耦合

6.6.1

阻容耦合多级放大电路优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。阻容耦合多级放大电路分析（1）静态分析：各级单独计算。（2）动态分析①电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。③输出电阻就是最后一级的输出电阻。②输入电阻就是第一级的输入电阻。6.6.2

负反馈放大器反馈就是把放大电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部送回到放大电路的输入端，并与输入信号（电压或电流）相合成的过程。组成：类型：正反馈和负反馈

直流反馈和交流反馈

电压反馈和电流反馈

串联反馈和并联反馈

判断：采用瞬时极性法来判别

对直流量起到反馈作用的叫直流反馈；对交流量起到反馈作用的叫交流反馈

使输出电压为零，如果反馈信号也为零，则为电压反馈；如果反馈信号不为零，则为电流反馈

把放大电路的输入端短路，如果反馈信号同样被短路，则为并联反馈；如果此时反馈信号没有消失，则为串联反馈负反馈放大器的四种基本形式电流串联负反馈

电压并联负反馈

电压串联负反馈

电流并联负反馈

功率放大电路的特点功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率，这就要求:6.7低频功率放大器

③必须尽可能提高功率放大电路的效率。放大电路的效率是指负载得到的交流信号功率与直流电源供出功率的比值②非线性失真要比小信号的电压放大电路严重得多。此外，功率放大电路从电源取用的功率较大，为提高电源的利用率①功率放大电路不仅要有较高的输出电压，还要有较大的输出电流。因此功率放大电路中的晶体管通常工作在高电压大电流状态，晶体管的功耗也比较大。对晶体管的各项指标必须认真选择，且尽可能使其得到充分利用。因为功率放大电路中的晶体管处在大信号极限运用状态功率放大电路的类型甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能达到50％乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间1．OTL功率放大电路两管工作性能对称，互为补偿，使负载获得完整的信号波形，故称互补对称放大器V1和V2是一对导电类型不同，特性参数对称的功放管，其连接方式上下对称，两管都接成发射极输出。V1是NPN型晶体管，它在信号的正半周导通；V2是PNP型晶体管，它在信号的负半周导通电路结构：动态（ui≠0）时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容C充电；在ui的负半周V2导通而V1截止，电容C通过V2、RL放电，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容C上的电压基本维持在UCC/2不变，因此C的容量必须足够大。工作原理：静态（ui=0）时，因电路对称，两个晶体管发射极连接点电位为电源电压的一半，负载中没有电流2．OCL功率放大电路静态时，UB=0、UE=0，偏置电压为零，V1、V2均处于截止状态，负载中没有电流，电路工作在乙类状态。由于V1、V2都工作在共集电极接法，输出电阻极小，可与低阻负载RL直接匹配。动态时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载；在ui的负半周V2导通而V1截止，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载。产生交越失真的原因：由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图所示。图中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已基本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。6.8直接耦合放大器

零点漂移：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。

差分放大电路1

电路图抑制零漂的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差分放大电路。温度变化时两个单管放大电路的工作点都要发生变动，分别产生输出漂移Δuol和Δuo2。由于电路是对称的，所以Δuol=Δuo2，差动放大电路的输出漂移Δuo＝Δuol－Δuo2＝0，即消除了零点漂移。1．抑制零点漂移的原理2．差模输入差模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相反。因两侧电路对称，放大倍数相等，电压放大倍数用Ad表示，则：差模电压放大倍数：差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。差动放大电路用多一倍的元件为代价，换来了对零漂的抑制能力3．共模输入共模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相同。共模电压放大倍数：说明电路对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号。实际上，差动放大电路对零点漂移的抑制就是该电路抑制共模信号的一个特例。所以差动放大电路对共模信号抑制能力的大小，也就是反映了它对零点漂移的抑制能力。共模抑制比：共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。在发射极电阻RE的作用：是为了提高整个电路以及单管放大电路对共模信号的抑制能力。负电源UEE的作用：是为了补偿RE上的直流压降，使发射极基本保持零电位。恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。6.9集成运算放大器1.运算放大器的结构和特点u+是运放的同相输入端，由此端输入信号时，输出信号与输入信号的相位相同；u-是运放的反相输入端，由此端输入信号时，输出信号与输入信号的相位相反特点

输入电阻非常高

输出电阻很小

电压放大倍数很大

零点漂移很小

能放大交流信号也能放大直流信号放大倍数与负载无关，当有几级运放时可以分级分析。虚短路虚开路uiuo+-A02.理想运算放大器

(1)、反相比例电路0=uu=-+i1i2i1=i2RfR1Rbuiuo_+A虚短路虚开路虚地一、比例电路uo电路的输入电阻：Ri=ui/ii=R1输出电阻很小！平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等,以消除偏置电流的影响。R2=R1//RfRfR1