1、电气工程模电辅导全册配套电气工程模电辅导全册配套 完整精品课件完整精品课件1 第一章第一章 半导体及二极管半导体及二极管 1.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管 第一章第一章 半导体及二极管、三极管半导体及二极管、三极管 半导体材料的特性：半导体材料的特性： 1、热敏特性、热敏特性 2、光敏特性、光敏特性 3、掺杂特性、掺杂特性 本征半导体材料：典型本征半导体材料：典型 ： 硅硅 锗锗 两种载流子：电子和空穴电子和空穴 （浓度一样浓度一样 ） 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后
2、的在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为半导体称为杂质半导体杂质半导体。 1.1. N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为如磷，砷等，称为N型半导体型半导体。 多数载流子多数载流子自由电子自由电子 少数载流子少数载流子 空穴空穴 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。 多数载流子多数载流子 空穴空穴 少数载流子少数载流子自由电子自由电子 2.2. P型半导体型半导体 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 内电场E + + + + + + + P型半导体 + + N型
3、半导体 + + 空间电荷区空间电荷区 多子扩散电流多子扩散电流 少子漂移电流少子漂移电流 耗尽层耗尽层 PN结的单向导电性结的单向导电性 1、 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动 多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F + + + + + + + P型半导体 + + N型半导体 + + W E R 空间电荷区 内电场E 正向电流正向电流 2、加反向电压加反向电压电源正极接电源正极
4、接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动 少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R + + 内电场 + + + + E + EW + 空 间 电 荷 区 + R + + I R PN 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本 征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是 一定的，故一定的，故IR基本上与外基本上与外 加反压的大小无关加反压的大小无关，所以所以 称为称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但IR 与温度有关。与温度有关。 PN结加正
5、向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向 扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向 漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导 电性。电性。 PN结结的伏安特性曲线及表达式的伏安特性曲线及表达式 根据理论推导，根据理论推导，PNPN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图 正偏正偏 IF（多子扩散）（多子扩散） IR（少子漂移）（少子漂移） 反偏反偏 反向饱和电流反向饱和电流 反向击穿电压反向击穿电压
6、 反向击穿反向击穿 热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结 电击穿电击穿可逆可逆 ) 1(e T S U u Ii 根据理论分析：根据理论分析： u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降 i 为流过为流过PN结的电流结的电流 IS 为反向饱和电流为反向饱和电流 UT =kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量 其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.3810 23 q 为电子电荷量为电子电荷量1.610 9 T 为热力学温度为热力学温度 对于室温（相当对于室温（相当T=300 K） 则有则有UT=26 mV。 当当 u0 uUT时时 1e T U u T e S U u Ii 当当 u|U T
7、 |时时 1e T U u S Ii 半导体二极管的半导体二极管的VA特性曲线特性曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗： 0.1 V (1) 正向特性正向特性 导通压降导通压降 反向饱和电流反向饱和电流 (2) 反向特性反向特性 死区死区 电压电压 i u 0 击穿电压击穿电压UBR 实验曲线实验曲线 u E i V mA u E i V uA 锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V 二极管的模型二极管的模型 i u D U + - u i D U D U 串联电压源模型串联电压源模型 D Uu D Uu U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。
8、理想二极管模型理想二极管模型 u i 正偏正偏反偏反偏 - + iu 导通压降导通压降 二极管的二极管的VA特性特性 - + iu i u 0 二极管的主要参数二极管的主要参数 (1) 最大整流电流最大整流电流IF 二极管长期连续工二极管长期连续工 作时，允许通过二作时，允许通过二 极管的最大整流极管的最大整流 电流的平均值。电流的平均值。 (2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流二极管反向电流 急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向 电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿 电压电压UBR。 (3) 反向电流反向电流I IR R 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下
9、，在规定的反向电压下的反向电流值。 硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极级；锗二极 管在微安管在微安( A)级。级。 当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在 反向击穿状态下反向击穿状态下,工作工作 电流电流IZ在在Izmax和和Izmin 之间变化时之间变化时,其两端电其两端电 压近似为常数压近似为常数 稳定稳定 电压电压 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管 + - D Z i u UZ I U Izmin I zmax 正向同正向同 二极管二极管 反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿 U
10、Z 限流电阻限流电阻 稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数 (1) 稳定电压稳定电压UZ (2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。 rZ = U / I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 (3) (3) 最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。 (4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压
11、管会因功耗过大而烧坏。 i u UZ I U Izmin I zmax 例题例题 1、（、（2006）在图）在图1所示电路中，设所示电路中，设VDz1的稳定电压为的稳定电压为7V，VDz2的的 稳定电压为稳定电压为13V，则电压，则电压UAB=( )。 2、（、（2008）在图所示电路中，设二极管的导通压降为）在图所示电路中，设二极管的导通压降为0.7V， 则电压则电压Ua=（ ）。）。 3、（、（2010）假设图中二极管均为理性特性，则电压）假设图中二极管均为理性特性，则电压UAB为为 （ ）。）。 4、两个稳压二极管的稳压值分别为、两个稳压二极管的稳压值分别为6V和和9V，把它们串、并联相
12、，把它们串、并联相 接时可以得到几种稳压值？分别等于多少？接时可以得到几种稳压值？分别等于多少？ 例例5 半导体三极管半导体三极管 NPN型PNP型 符号符号: - - - b c e - - - e b c 三极管的结构特点三极管的结构特点: （1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。 （2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。 - - N N P 发射区 集电区基区 发射结 集电结 ec b 发射极 集电极 基极 - - P P N 发射区 集电区基区 发射结 集电结 ec b 发射极 集电极 基极 2021-8-12 若在放大工作状态：
13、若在放大工作状态： 发射结正偏：发射结正偏： + UCE UBE UCB 集电结反偏：集电结反偏： 由由VBB保证保证 由由VCC、 VBB保证保证 UCB=UCE - UBE 0 N N P BB V CC V R b R C e b c 共发射极接法共发射极接法 c区区 b区区 e区区 三极管在工作时要加上三极管在工作时要加上 适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。 2021-8-12 电流分配关系电流分配关系 IE =IC+IB N N P BB V CC V R b R C e b c I EN EP I I E B I CN I C I CBO I 定义：定义： E CN I I
14、E CBOEC I III (1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系: 所以所以: E C I I 其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。 三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系: (2)IC与与I B之间的关系：之间的关系： N N P BB V CC V R b R C e b c I EN EP I I E CN I C I CBO I 联立以下两式联立以下两式： CBOEC III BCE III 得：得： CBOBCCBOEC IIIIII）（ 所以所以： CBOBC 1 1 1 III BCEOBC IIII 得：得： 1 令令： CBOCEO 1 1
15、II B I （1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。 三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（共发射极接法）共发射极接法） (1) (1) 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const + + + + i - u BE + - u B T CE + C i 0.4 0.2 i (V) (uA) BE 80 40 0.80.6 B u =0V u CE 1V CE u （3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。 （2）当）当uCE=1V时，时， 集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，开始收集
16、电子，所以基区复 合减少，合减少， 在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。 死区电压死区电压 硅硅 0.5V 锗锗 0.1V 导通压降导通压降 硅硅 0.7V 锗锗 0.3V (2)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const （1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。 （2） uCE Ic 。 （3） 当当uCE 1V后，后， 收集电子的能力足够强。收集电子的能力足够强。 这时，发射到基区的电这时，发射到基区的电 子都被集电极收集，形子都被集电极收集，形 成成i
17、C。所以。所以uCE再增加，再增加， iC基本保持不变。基本保持不变。 同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。 i C CE(V) (mA) =60uA IB u =0 B B I I =20uA B I =40uA B=80uA I =100uA IB 现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。 饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE0.7 V。 此时发射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。 截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。 此时，发射结反偏，集电结反
18、偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。 放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。 此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏。结反偏。 该区中有：该区中有： BC II i C IB IB=0 u CE(V) (mA) =20uA B I =40uA B I =60uA B I =80uA B I =100uA 饱和区饱和区 放大区放大区 截止区截止区 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域: 四四. BJTBJT的主要参数的主要参数 （2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数： B C I I B C i i E C I I E C i i i
19、CE =20uA (mA) B =40uA I C u =0 (V) =80uA I B B B I B i IB I =100uA C B I =60uA i 一般取一般取20200之间之间 2.3 1.5 38 A60 mA3 . 2 B C I I 40 A40)-(60 mA)5 . 13 . 2( B C i i （1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数： 1.电流放大系数电流放大系数 （2）集电极发射极间的穿）集电极发射极间的穿 透电流透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射基极开路时，集电极到发射 极间的电流极间的电流穿透电流穿透电流 。 其大小与温度有关。其大小与
20、温度有关。 （1）集电极基极间反向饱和电流）集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。 它实际上就是它实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级， 硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。 CBOCEO )1 (II + + ICBO e c b ICEO 2.极间反向电流极间反向电流 3.极限参数极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM （2）集电极最大允）集电极最大允
21、许功率损耗许功率损耗PCM 集电极电流通过集集电极电流通过集 电结时所产生的功耗，电结时所产生的功耗， PC= ICUCE B I CE u i (V) I B C =100uA B=80uA =60uA (mA) I I B =0 B =40uA =20uA B I I PCM UREF时时 , uo = +Uom 当当ui UREF时时 , uo = -Uom 运放处于运放处于 开环状态开环状态 u u U + + + i - u u A O REF uo ui 0 +Uom -Uom UREF 当当ui UREF时时 , uo = -Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入 u u u
22、- + u i + O A + 本本 章章 习习 题题 1 1、分别选择、分别选择“反相反相”或或“同相同相”填入下列各空内。填入下列各空内。 （1 1） 比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地，比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地， 而而 比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输 入电压。入电压。 （2 2） 比例运算电路的输入电阻大，而比例运算电路的输入电阻大，而 比例运比例运 算电路的输入电阻小。算电路的输入电阻小。 2 2、为了获得输入电压中的低频信号，应选用、为了获得输入电压中的低频信号，应选用 滤波滤波 电路电路 。 3 3、已知输
23、入信号的频率为、已知输入信号的频率为10kHz10kHz12kHz12kHz，为了防止干扰，为了防止干扰 信号的混入，应选用信号的混入，应选用 滤波电路滤波电路 。 uo ui 0 +UZ -UZ （1）用稳压管稳定输出电压）用稳压管稳定输出电压 忽略了忽略了UD 3. 限幅电路限幅电路使输出电压为一稳定的确定值使输出电压为一稳定的确定值 u u Z+O + - A u Z + D u R i 当当ui 0时时 , uo = +UZ 当当ui 0时时 , uo = -UZ 当当ui 0时时 , uo = +UZ 单限比较器的其它形式单限比较器的其它形式 - + A vo vI + - - R3
24、 D1 D2 R1/R2 VREF R1 R2 i1 i2 分析方法：分析方法： 1）令令v- -= v+ +求出的输入电压求出的输入电压vI I 即门限电平即门限电平。 2 2）分别分析）分别分析vI I大于门限大于门限、小于门限时的输出小于门限时的输出vO O电平。电平。 0 REF 21 2 I 21 1 V RR R v RR R 令令得门限电平得门限电平 REF 1 2 I V R R v 即即v+ v- 若若 REF 1 2 I V R R v则则vO = VOH 比较特性比较特性 vI vo VOH VOL VREF R2 R1 - - 这种比较器传输特性的特点是有两个输入门限电
25、压，即上这种比较器传输特性的特点是有两个输入门限电压，即上 门限电压门限电压UT+和下门限电压和下门限电压UT-。 当输入电压当输入电压ui处于两门限电压处于两门限电压 之间时之间时, 输出为某一电压（如输出为某一电压（如UOL），而当输入电压处于两个），而当输入电压处于两个 门限电压之外时，输出为另一电压（如门限电压之外时，输出为另一电压（如UOH）。这种比较器称）。这种比较器称 为为窗口比较器窗口比较器，用于判断输入电压是否在指定的门限电压之，用于判断输入电压是否在指定的门限电压之 内。内。 4、窗口比较器、窗口比较器 单限比较器优、缺点：单限比较器优、缺点： 优点优点：电路结构简单。：电
26、路结构简单。 缺点缺点：电路抗干扰能力：电路抗干扰能力差。差。 例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰 信号时，输出会出现误操作。信号时，输出会出现误操作。 t vO 0 vI t 0 二二. 迟滞比较器迟滞比较器 1.工作原理工作原理两个门限电压。两个门限电压。 特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。 （1）当）当uo =+UZ时，时， （2）当）当uo =-UZ时，时， REFZ U RR R U RR R Uu 2f f 2f 2 T REFZ U RR R U RR R Uu f2 f f2 2 T
27、UT+称称上门限电压上门限电压 UT-称称下门限电压下门限电压 UT+- UT-称为回差称为回差电压电压 u u u A + R - Z u+ D O + f u R Z i REF R1 R2 迟滞比较器的电压传输特性：迟滞比较器的电压传输特性： uo ui 0 +UZ -UZ UT+ UT- 设设ui , 当当ui = UT+时时, uo从从+UZ -UZ u u u A + R - Z u+ D O + f u R Z i REF R1 R2 例题：例题：Rf=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。 当输入当输入ui为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出
28、出输出uo的波形。的波形。 上下限：上下限： V8 2f f 2f 2 T RZ U RR R U RR R U V2 2f f 2f 2 T RZ U RR R U RR R U uo ui 0 8V2V 传输特性传输特性 +6V -6V u u u A + R - Z u+ D O + f u R Z i REF R1 R2 3V 8V ui uo +6V -6V uo ui 0 8V3V 传输特性传输特性 +6V -6V u u u A + R - Z u+ D O + f u R Z i REF R1 R2 4 4、 现有电路：现有电路： A. A. 反相比例运算电路反相比例运算电路
29、B. B. 同相比例运算电路同相比例运算电路 C. C. 积分运算电路积分运算电路 D. D. 加法运算电路加法运算电路 选择一个合适的答案填入空内。选择一个合适的答案填入空内。 （1 1）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用 。 （2 2）欲实现）欲实现AuAu100100的放大电路，应选用的放大电路，应选用 。 （3 3）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用 。 例题例题5. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。 求求: :uo uo _ + + R2
30、R1 R1 R2 ui1 _ + + ui2 _ + + R2 R1 RP uo= (uo2- uo1) =(20/10)3-(-1) =8V R2 R1 uo1= ui1=-1V uo2= ui2(1+R2/R1)=3V 例例6 6、 求出电路的运算关系。求出电路的运算关系。 i1 i2 i3 解：思路解：思路 6.1 正弦波振荡器的基本原理正弦波振荡器的基本原理 一一. 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件 fid XXX 只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。 + X i f 基本放大器基本放大器 A 反馈网络反馈网络 F X + doX X 改成正反馈改成正反
31、馈 + 第六章第六章 信号的产生电路信号的产生电路 如果：如果： , df XX 则去掉则去掉 , i X仍有信号输出。仍有信号输出。 反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大 电路的输入信号。电路的输入信号。 X i + f 基本放大器基本放大器 A 反馈网络反馈网络 F X + doX X Xdo f 基本放大器基本放大器 A 反馈网络反馈网络 F X X fidXXX FA=1Xd=Xf 所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成： 自激振荡的条件：自激振荡的条件： （1）振幅条件：）振幅条件：1|AF （2）相位条件：）相位条件：n FA 2 n是整数是整数 1 . FA
32、A AA|因为：因为： F FF| . Xdo f 基本放大器基本放大器 A 反馈网络反馈网络 F X X 二二.起振条件和稳幅原理起振条件和稳幅原理 起振条件：起振条件： 结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡 1|FA （略大于）略大于） 1 1、被动：器件非线性、被动：器件非线性 2 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节调节 放大电路的放大电路的增益增益 稳幅过程：稳幅过程： 起振时，起振时，1|FA 稳定振荡时，稳定振荡时，1|FA 稳幅措施：稳幅措施： 起振过程起振过程 Xdo f 基本放大器基本放大器 A 反馈网络反馈网络 F
33、 X X 1.1.放大电路放大电路 2.2.正反馈网络正反馈网络 3.3.选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件只对一个频率满足振荡条件 ，从而获得单一频率的正弦波输出。，从而获得单一频率的正弦波输出。 常用的选频网络有常用的选频网络有RC选频选频和和LC选频选频 4.4.稳幅环节稳幅环节使电路易于起振又能稳定振使电路易于起振又能稳定振 荡，波形失真小。荡，波形失真小。 三三. .正弦波振荡器的一般组成正弦波振荡器的一般组成 6. 2 RC正弦波正弦波振荡电路振荡电路 一一. RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性 R1C1 串联阻抗：串联阻抗： 21 2 o f ZZ Z U U
34、F )j/1 ( 111 CRZ 22 2 222 j1 )j/1/( CR R CRZ R2C2 并联阻抗：并联阻抗： 选频特性：选频特性： + + + R u + - o - f u + 1 2 R C1 2 C 1.定性分析：定性分析： （1）当信号的频率很低时。）当信号的频率很低时。 R1 1 1 C R2 2 1 C 其低频等效电路为：其低频等效电路为： 其频率特性为：其频率特性为： 当当=0时，时， uf=0，F=0 =+90F 当当时，时， uf=，F F + + + + f o - + R2 1 u - u C + 0 |F| 0 F 90 （2）当信号的频率很高时。）当信号的
35、频率很高时。 R1 1 1 C R2 2 1 C 其高频等效电路为：其高频等效电路为： 其频率特性为：其频率特性为： 当当=时，时， uf=0，F=0 =-90F 当当时，时， uf=，F F + + + o u - f- u + 2 C + 1 R 0 |F| 0 F -90 0=？ Fmax=？ 由以上分析知：一定有一个频率由以上分析知：一定有一个频率0存在，存在， 当当=0时，时，F最大，且最大，且 =0 F 0 |F| 0 F 90 0 |F| 0 F -90 2. 定量分析定量分析 )j/1( 111 CRZ 22 2 222 j1 )j/1/( CR R CRZ R1C1 串联阻抗
36、：串联阻抗： R2C2 并联阻抗：并联阻抗： 21 2 o f ZZ Z U U F 频率特性：频率特性： + + + R u + - o - f u + 1 2 R C1 2 C ) 1 j()1( 1 j1j 1 j1 12 21 2 1 1 2 22 2 1 1 22 2 CR CR R R C C CR R C R CR R F 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，则有：，则有： )j(3 1 0 0 F 式中：式中： RC 1 0 可见：当可见：当 时，时， F最大，且最大，且 =0 RC 1 0 F Fmax=1/3 RC串并联网络完整的频率特性曲线：串并联网络完整的频率特性曲
37、线： RC 1 0 当当 时，时， F= Fmax=1/3 0 F RC 1 0 RC f 2 1 0 F o +90 o |F| 1/3 二二.RC桥式振荡器的工作原理：桥式振荡器的工作原理： 0 A 在在 f0 处处 ,0 F 满足相位条件：满足相位条件： 因为：因为： AF=1 3 1 F 1 1 f R R A 1f 2R R 只需：只需：A=3 输出正弦波频率输出正弦波频率： RC f 2 1 0 0 FA 振幅条件：振幅条件： u Rf 1 R R RC C uf A + + o 引入负反馈：引入负反馈： 选：选： 例题例题: :R=1k=1k ，C=0.1=0.1 F F，R1
38、1=10k=10k 。Rf f为多大时才为多大时才 能起振？振荡频率能起振？振荡频率f0 0= =？ AF=1， 3 1 F 1 1 f R R A A=3 Rf=2R1=2 10=20k k RC f 2 1 0 =1592 Hz 起振条件：起振条件： u Rf 1 R R RC C uf A + + o 能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 (负温度系数）负温度系数） 起振时起振时Rt较大较大 使使 A3,易起振。易起振。 当当uo幅度自激增幅度自激增 长时，长时， Rt减小，减小， A减小。减小。 当当uo幅度达某一幅度达某一 值时，值时， A3。 当当
39、uo进一步增大进一步增大 时，时， RT再减小再减小 , 使使A UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ变成变成UZ 。 在在 uc UT+ 时，时， u- 0VT1导通，导通，T2截止截止 iL= ic1 ; iL=ic2 T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。 u u V CC VCC o i L R 输入输出波形图输入输出波形图 ui uo uo uo 交越失真交越失真 死区电压死区电压 u u V CC VCC o i L R 组合特性分析组合特性分析图解法图解法 负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失
40、真电压为Uom=VCC- UCES u u V CC VCC o i L R iC1 uCE iC2 Q VCC UCES UCES Uom 最大不失真输出功率最大不失真输出功率Pomax L 2 CC L 2 CESCC omax 22 )( R V R UV P 1.输出功率输出功率Po L 2 om L omom ooo 2 22 = R U R UU IUP 三、分析计算三、分析计算 动画演示动画演示 u u V CC VCC o i L R 一个管子的管耗一个管子的管耗 )(d )( 2 1 = 0 L o oCCT1 t R u uVP 2.管耗管耗PT 两管管耗两管管耗 )d(
41、sin )sin( 2 1 0 L om omCC t R tU tUV ) 4 ( 1 2 omomCC L UUV R T1T 2=PP) 4 ( 2 2 omomCC L UUV R u u V CC VCC o i L R 3.电源供给的功率电源供给的功率PE ToE =PPP L omCC 2 R UV 当当 时， CCom VU 2 L 2 CC Em R V P 4.效率效率 CC om E o 4 = V U P P 时，时， CCom VU % 78.5 4 max 最高效率最高效率 max 四三极管的最大管耗四三极管的最大管耗 ) 4 ( 1 )d( sin )sin( 2
42、 1 = 2 omomCC L om 0 omT1 UUV R t R tU tUVP L CC om L 2 CC T1max 2 . 0 2 2 . 0P R V P 问：问：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？ 用用PT1对对Uom求导，并令导数求导，并令导数=0，得出：，得出： PT1max发生在发生在Uom=0.64VCC处。处。 将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式： 选功率管的原则：选功率管的原则： 1. PCM PT1max =0.2PoM 2 CCCEOBR VU2 )( L 2 CC oM 2R V P u u V CC VCC o i L R t
43、 uo 交越失真交越失真 ui t 存在交越失真存在交越失真 乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点 u u V CC o i L R V CC u u - o L R i 2 R D1 2 R 1 VCC D VCC 7.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路 静态时静态时: T1、T2两管发射结电压分两管发射结电压分 别为二极管别为二极管D1、 D2的正向导通的正向导通 压降，致使两管均处于微弱导压降，致使两管均处于微弱导 通状态通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态 动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半 周周 T2 截止，截止，T1 基极电
44、位进一步基极电位进一步 提高，进入良好的导通状态；负提高，进入良好的导通状态；负 半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步 降低，进入良好的导通状态。降低，进入良好的导通状态。 电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路 1.1.基本原理基本原理 一一. 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路 u u R o L i 2 R 1 D D2 V CC 1 R V CC uB1 t UT t iB IBQ 波形关系：波形关系： ICQ iC uBE iB ib 特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态 电流电流 ICQ 、IBQ 。 每管导通时间大每管导通时间
45、大 于半个周期，基于半个周期，基 本不失真。本不失真。 iC Q uce VCC /Re VCC IBQ EWB演示演示功放的交越失真功放的交越失真 2.2.带前置放大级的功率放大器带前置放大级的功率放大器 动画演示动画演示 （甲乙类互补对称甲乙类互补对称 电路的计算同乙类电路的计算同乙类） - + u u * CC V U P L R O 1 R R3 R4 D VCC I R2 i T 1 2 T T 3 3. 电路中增加复合管电路中增加复合管 增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管
46、中的第一支管子决定。 复合复合NPN型型 复合复合PNP型型 c e b C i b i e i T1 2T c b e i b T T e 1 C 2 i i b c e b i T iC e i b e c i e i i C T b 4. 带复合管的带复合管的OCL互补输出功放电路：互补输出功放电路： T1：电压推动级（前置级）电压推动级（前置级） T2、R1、R2：UBE扩大电路扩大电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成互补对称功放复合管构成互补对称功放 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，型晶体管， 两者特性容易对称。两者特性容易对称。 合理选择合理选择R1、R
47、2，b3、b5间间 可得到可得到 UBE2 任意倍的电压。任意倍的电压。 2 21 22 R RR UU BECE u u L R T3 T T 6 5 o T4 1T 2T i 3 R R1 2 R 1、基本原理、基本原理 . 单电源供电；单电源供电； . 输出加有大电容。输出加有大电容。 （1）静态偏置）静态偏置 二二. 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路(一般了解）一般了解） 调整调整RW阻值的大阻值的大 小，可使小，可使 CCP 2 1 VU 此时电容上电压此时电容上电压 CCC 2 1 VU + u uT T1 3 2 4 T T C 8 R VCC 1 R 2 R R
48、L R5 R6 W R U P i O （2）动态分析）动态分析 （电容起到了负电（电容起到了负电 源的作用）源的作用） Ui负半周时，负半周时， T1导通、导通、T2截止；截止； Ui正半周时，正半周时， T1截止、截止、T2导通。导通。 + u uT T1 3 2 4 T T C 8 R VCC 1 R 2 R RL R5 R6 W R U P i O （3）输出功率及效率）输出功率及效率 若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则： L CC L o o R V R U P 8 ) 2 ( 2 2max max %5 .78max 2 max CC o V U 此电路存在的问题：
49、此电路存在的问题： 输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。 + u uT T1 3 2 4 T T C 8 R VCC 1 R 2 R RL R5 R6 W R U P i O 例例: : 若要设计一个输出功率为若要设计一个输出功率为10W10W的乙类功率放大器，的乙类功率放大器， 则应选择则应选择P PCM CM至少为 至少为_W_W的功率管两只管子。的功率管两只管子。 解：乙类功率放大器最大管耗与电路的最大输出功率的解：乙类功率放大器最大管耗与电路的最大输出功率的 关系是关系是 P PT1m T1m = 0.2 P = 0.2 Po o
50、, ,要求输出功率为要求输出功率为10W,10W,要用两个额要用两个额 定管耗大于定管耗大于2W2W的管子。的管子。 377 例例.如图，已知如图，已知VCC=12V，RL=16，vi为正弦波，为正弦波，(1) 在在BJT的饱的饱 和压降可以忽略不计的情况下，负载上可能得到的最大输出功率和压降可以忽略不计的情况下，负载上可能得到的最大输出功率 Pom， (2)每只管子允许的管耗每只管子允许的管耗PCM至少应为多少？至少应为多少？(3)每个管子的耐每个管子的耐 压应为多大？压应为多大？ T1 RL +VCC vi + v0 -VCC T2 解解.(1) 因因. Vom = VCC . 22 12
