２Ｇ２Ｇ４三極管電路符號二、三極管的分類三極管有許多分類方法:(１)以內部３個區的半導體類型分為NPN和PNP型.(２)以工作頻率分為低頻管和高頻管.(３)以功率分為小功率管和大功率管.(４)以用途分為普通三極管、開關管等.(５)以半導體材料分為矽管、鍺管等.
國產三極管按照半導體器件命名法,都可以從型號上區分類別,如３DG表示高頻小功率PNP型矽三極管,３BX表示低頻小功率NPN型鍺三極管,３CG表示高頻小功率PNP型矽三極管,３DD表示低頻大功率NPN型矽三極管,３AK表示PNP型開關鍺三極管.
三、三極管的電特性三極管具有兩大基本特性:電流放大即ii
其中β
為三極管電流放大係數().
,CβB,,１
＝極相當於開關接通;三極管截止時,,()開關,即三極管飽和時,,極相當於開關２
cece斷開.
模擬電子電路主要利用的是三極管的電流放大特性,討論的是信號的放大.
四、三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用主要指的是在一定條件下流過集電極的電流iC是流過基極電流IB的若幹倍,即iC＝βiB.三極管的電流放大作用如圖２Ｇ２Ｇ５所示.
三極管具有電流放大作用的外部條件要使三極管有電流放大作用就必須為其提供適當的外部條件,即發射結正偏,集電結反偏.
NPN型三極管要滿足這一條件,其３個極的電壓應滿足:uC＞uB＞uE,如圖２Ｇ２Ｇ６(a)所示;PNP型三極管,則為uC＜uB＜uE,如圖２Ｇ２Ｇ６(b)所示.
４８國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試aNPN型三極管電流方向bPNP()()型三極管電流方向圖
２Ｇ２Ｇ５三極管的電流放大作用(a)NPN型三極管(b)PNP型三極管圖２Ｇ２Ｇ６三極管具有放大作用的外部條件三極管共發射極電流放大電路為滿足電流放大作用的外部條件,一般將供電電源接成共發射極形式.其電路有兩種基本式,即雙電源供電電路(見圖２Ｇ２Ｇ７)和單電源電路(見圖２Ｇ２Ｇ８).
圖２Ｇ２Ｇ７雙電源供電電路圖２Ｇ２Ｇ８單電源供電電路４９!\"#$#%&''''()在圖２Ｇ２Ｇ７所示雙電源供電電路中,VBB,RP,Rb為三極管提供基極電流iB,VCC,RC三極管提供集電極電流iC,VBB,RP,Rb稱為基極偏置電路,其中RP,Rb稱為組成基極偏置電阻;VCC,RC構成集電極負載回路,其中RC稱為集電極負載電阻.適當選擇Rb,RC,滿足發射結正偏、集電結反偏的條件,就可以使iC受iB的控製,即iC＝βiB.
在圖２Ｇ２Ｇ８所示的單電源供電電路中,VCC既要為三極管提供基極電流iB,又要為三極管提供集電極電流iC,隻要適當選擇Rb,RC(一般Rb?RC),同樣滿足發射結正偏、集電結反偏的條件,就能保證iC受iB的控製,使iC＝βiB,其中RP,Rb稱為基極偏置電阻,RC稱為集電極負載電阻.
由於單電源供電電路隻需要一個電源,電路簡單、方便,因此在實際中得到廣泛應用.
五、三極管特性曲線三極管特性曲線是指三極管電極電流與極間電壓之間的曲線.它的優點是能直觀、準確地表達三極管在一定狀態下的特性.三極管的特性曲線包括iBＧuBE輸入特性曲線和iCＧuCE輸出特性曲線.這兩種特性曲線可以用圖２Ｇ２Ｇ９所示的電路來測試,也可以用晶體管特性圖示儀來顯示.
圖２Ｇ２Ｇ９三極管輸入、輸出特性曲線測試電路輸入特性曲線三極管輸入特性曲線指的是:在一定的環境條件下,當三極管集電極與發射極之間的電壓uCE保持為某一固定數值時,基極電流iB與加在三極管基極與發射極之間的電壓uBE之間的相互關係,如圖２Ｇ２Ｇ１０(a)所示.由於基極與發射極之間的發射結相當於一個二極管,因此輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線相似.從圖２Ｇ２Ｇ１０(a)中看出電壓uCE對iB的影響不大.因此,三極管輸入特性曲線通常用uCE＝１V時的特性曲線來表示.
輸出特性曲線三極管的輸出特性曲線指的是:當基極電流iB一定時,集電極電流iC與加在集電極和發射極之間的電壓uCE之間的關係.在不同數值的iB下,可測得不同的iCＧuCE輸出特性曲線.所以,三極管輸出特性是一組曲線,如圖２Ｇ２Ｇ１０(b)所示,當基極電流iB＝０時,iC≈０.
當基極電流iB≠０時,iCＧuCE的每一條曲線基本都一樣.在uCE較小時,iC隨uCE的增大急劇增大;在uCE較大時,iC基本與uCE大小無關,其數值隻取決於iB的大小.
５０國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試a
b()輸入特性曲線２Ｇ２Ｇ１０()輸出特性曲線圖
三極管特性曲線六、三極管４種工作狀態由三極管輸出特性曲線可知:三極管在不同的工作電流、電壓狀態下,具有不同的工作特性.三極管的工作狀態大致可分為以下４種.
截止截止指當基極電流iB＝０時,iC≈０的工作狀態.此時三極管的c,e極相當於一個關斷的開關,其發射結電壓一般小於或等於死區電壓.截止區在三極管輸出特性曲線圖２Ｇ２Ｇ１１上對應於iB＝０的曲線與橫坐標所夾區域.
圖２Ｇ２Ｇ１１三極管４種工作狀態所對應的工作區域飽和飽和指當基極電流iB≠０而uCE較小時,iC隨uCE的增大急劇增大的工作狀態.此時三極管的c,e極間相當於一個打開的開關,其發射結、集電結均正向偏置,iC的大小不受iB控製.飽和區在三極管輸出特性曲線圖２Ｇ２Ｇ１１上對應於左側彎曲虛線與垂直坐標所夾區域.
放大放大指當基極電流iB≠０且uCE較大時,iC基本與uCE無關,隻取決於iB大小的工作狀態.此時三極管的c,e極間相當於一個受iB控製的電流源,其發射結正向偏置,而集電結反向偏置,iC大小受iB控製,即iC＝βiB.放大區在三極管輸出特性曲線圖２Ｇ２Ｇ１１上對應於右側彎曲虛線與iB＝０時的曲線所夾區域.
５１!\"#$#%&''''()擊穿擊穿指當uCE增大到一定大小時,iC開始急劇增大的工作狀態,如圖２Ｇ２Ｇ１１所示.由於擊穿將造成三極管內部結構損壞,因此正常工作時一般不允許出現.
七、三極管的主要參數三極管的參數是用來表示三極管的性能優劣和它的使用範圍的,掌握三極管的參數對合理選用和正確使用三極管是很重要的.
共發射極電流放大倍數共發射極電流放大倍數表示三極管在共發射極接法時,基極電流對於集電極電流的控製能力.當三極管加直流電壓時,將β＝IC\/IB稱為直流電流放大倍數;當三極管加交流信號時,將β＝iC\/iB稱為交流電壓放大倍數.
≈在中頻區,由於ββ,一般將β稱為電流放大倍數.管子的β值可以在手冊上查到,選β
,;
,.
用時值太小電流放大作用差β值太大管子的工作穩定性差值得注意的是,由於三極管極間電容的存在,因此其電流放大能力將隨頻率的升高而逐漸下降,直至為零.
特性頻率fT通常將β值下降到１時的頻率稱為三極管的特性頻率,用符號fT表示.
特性頻率是三極管的一個重要參數.
＞T時
,值將小於１,當ffβ
表示三極管已失去放大能力,因而不允許三極管工作在這個頻率範圍.fT是選用三極管的重要依據之一,一般低頻小功率三極管的fT為幾兆至幾十兆,高頻小功率的fT值為幾十兆至幾百兆赫茲.
極間反向電流三極管的極間反向電流有兩個.
(１)集電結反向飽和電流ICBO.如圖２Ｇ２Ｇ１２(a)所示,在發射結開路的情況下給集電結加一反向電壓,此時集電結上有極小的電流流過,形成的電流即集電結反向飽和電流ICBO.
該值越小,表明三極管性能越好;但對於同一個三極管,工作溫度升高,該值會變大.
(２)c,e間穿透電流ICEO.如圖２Ｇ２Ｇ１２(b)所示,在基極開路的情況下,給集電極與發射極之間加一定的反向電壓時,流過集電極和發射極之間的反向電流,即c,e間穿透電流iCEO.因為ICEO不受iB控製,對於放大是無用的,所以該值越小,三極管的性能越好;但隨著溫度的升高,三極管的ICEO值也會增大.
(a)集電結反向飽和電流ICBO(b)c,e極間穿透電流ICEO圖２Ｇ２Ｇ１２三極管極間穿透電流５２國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試極限參數為了保證三極管安全可靠地工作,要求三極管工作時不能超過以下極限參數.(１)集電極最大允許電流ICM:指能流過集電極的最大直流電流或交流電流的平均值.
在選擇三極管時,一般選用額定值大約為通常使用狀態最大電流的２倍以上的管子.
(２)集電極最大允許耗散功率PCM:指集電結上允許功率損耗的最大值.使用三極管時,管子的損耗功率PC＝iCuCE不應超過PCM,否則,管子的集電結會因為過熱而損壞(矽管允許結溫約為１５０℃,鍺管約為７５℃).對於大功率三極管,為提高PCM值,可以在三極管表麵安裝一定麵積的散熱器.
表２Ｇ２Ｇ１所示為幾種常見三極管的主要參數.
表２Ｇ２Ｇ１幾種常見三極管的主要參數mWmAV
AMHz型號PCM\/ICM\/UCEO\/μ
βfT\/備注ICEO\/３DG６C１００２０４５≤００１２０~２００≥２５０矽、NPN３CG１４F１００－５００３５—
２０~２００≥２５０矽、PNP３DG１２B７００３００４５—
２０~２００≥２００矽、NPN３CG２１C３００－５００４０—
２０~２００≥１００矽、PNP３DD１５B５０W５A１００—
２０~２００矽、NPN９０１２６２５－５００２０~４０—
６４~２０２１５０矽、PNP９０１３６２５５００２０~４０—
６４~２０２１５０矽、NPN８０５０１０００１５００２５~４０—
２０~２００１００矽、NPN８５５０１０００１５００２５~４０—
２０~２００１００矽、PNPBD２４３C６５W６A１００—
——
矽、NPN２２３三極管放大電路一、三極管放大電路的基本結構三極管放大電路一般包括３個部分:三極管電流放大電路、輸入電路及輸出電路,如圖２Ｇ２Ｇ１３所示.
圖２Ｇ２Ｇ１３三極管放大電路的基本結構５３!\"#$#%&''''()輸入電路輸入電路將信號源或上一級電路的輸出信號可靠、有效地送達三極管電流放大的輸出回路中.
三極管電流放大電路三極管電流放大電路通過三極管的電流放大作用將輸入電信號的微弱變化轉換成電信號的較大變化.
輸出電路輸出電路將三極管電流放大電路輸出的電壓信號可靠、有效地送達下一級電路或執行元件(負載).
二、３種基本組態的放大電路按照三極管放大電路的基本結構,三極管電流放大電路與輸入電路、輸出電路有３種組態形式,即共發射極放大電路、共基極放大電路及共集電極放大電路,如圖２Ｇ２Ｇ１４所示.
ab
c()共發射極()共集電極３
()共基極圖
２Ｇ２Ｇ１４三極管放大電路的種基本組態三、共發射極放大電路組成共發射極基本放大電路的電路結構如圖２Ｇ２Ｇ１５所示.在圖２Ｇ２Ｇ１５中,三極管VT、基極偏置電阻Rb、集電極負載電阻Rc以及電源﹢VCC組成放大器的電流放大電路.電源＋VCC通過電阻Rb和Rc為三極管VT提供適當的工作電壓、電流,使三極管工作在線性放大狀態,保證集電極電流iC與基極輸入電流iB成正比,即iC＝βiB.
圖２Ｇ２Ｇ１５共發射極基本放大電路５４國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試電容C１組成放大器信號輸入電路,一方麵保證信號源或上一級電路的輸出信號送到三極管基極回路進行放大,另一方麵保證三極管的直流工作狀態不隨信號源或上一級電路的加入而發生改變.
電容C２組成放大器的信號輸出電路,它的作用與C１相同,一方麵保證三極管放大的信號輸送到負載或下一級電路,另一方麵保證三極管的直流工作狀態不隨負載下一級電路的加入而發生改變.
在低頻信號放大電路中,C１,C２一般采用電解電容,電容值一般為幾微法至幾十微法,使用時要注意它的極性是否與實際工作極性相符合.
原理在共發射極基本放大電路中,電路的工作狀態有兩種:一種是靜止工作狀態,簡稱靜態.
靜態時,放大器輸入信號ui＝０,電路各處的電壓、電流都是恒定的直流量,電路處於直流工作狀態,如圖２Ｇ２Ｇ１６所示.另一種是交流工作狀態,簡稱動態.動態時,放大器輸入信號ui≠０,電路各處的電壓、電流都是變化的交流量,電路處於交流信號工作狀態,如圖２Ｇ２Ｇ１７所示.
ab
()放大器輸入信號()直流等效電路圖
２Ｇ２Ｇ１６共發射極基本放大電路的工作狀態(１)靜態時:對三極管各級直流電壓、電流而言,電容C１,C２阻抗無窮大,可視為開路,其等效電路(直流通路)如圖２Ｇ２Ｇ１６(b)所示.
圖２Ｇ２Ｇ１６(b)中,IBQ＝VCC－UBEQRb其中UBEQ＝０７V(矽材料管)或０３V(鍺材料管)ICQ＝βIBQUCEQ＝VCC－ICQRcIEQ＝ICQ＋IBQ由於IBQ,UBEQ,ICQ,UCEQ這４個量的三極管的輸入、輸出特性曲線表示為一個確定的工作點Q,習慣上將此點稱為靜態工作點.在已知三極管輸入、輸出特性曲線的情況下,靜態工作點可通過作圖法確定,如圖２Ｇ２Ｇ１８所示.
(２)動態時:放大器輸入端加入交流信號.對於交流信號而言,電容C１,C２對交流信號阻抗很小,可視為短路;電源電壓恒定,交流阻抗為０,對交流信號也可視為短路.因此共發５５!\"#$#%&''''()射極基本放大電路的交流等效電路(交流通路)如圖２Ｇ２Ｇ１７(b)所示.
a≠０≠０b
()放大器輸入信號ui,uo()交流等效電路圖２Ｇ２Ｇ１７共發射極基本放大電路的交流工作狀態圖２Ｇ２Ｇ１８放大器靜態工作點圖２Ｇ２Ｇ１７(b)中,ib＝rubei其中rbe＝uibeb為三極管發射結交流等效電阻.
ic＝βibuo＝－icR′L其中R′＝R\/R.
LcL在三極管的輸入、輸出特性曲線上,若已知輸出信號ui的大小,則流過三極管交流電流ib、ic及放大器輸出電壓uo的大小可通過作圖的方式確定,如圖２Ｇ２Ｇ１９所示,其中交流負載線為過靜態工作點Q、斜率為－(１\/R′L)的直線.
綜上所述,可知:(１)放大器有兩種工作狀態:靜態和動態.
(２)靜態時僅有電源為三極管提供直流工作電壓與電流,使三極管工作在放大區域的中間.
(３)動態時輸入的交流信號疊加在三極管的靜態分量上,各級電壓、電流是直流分量與交流分量之和,如圖２Ｇ２Ｇ２０所示.其中,直流分量用大寫字母和大寫下標表示,如IBQ,UBEQ,ICQ,UCEQ;交流分量用小寫字母和小寫下標表示,如ui,uo,ib,ic;信號總量用小寫字母和大寫字母下標表示,如iB,iC,uBE,uCE.
(４)輸出電壓uo與輸入電壓ui頻率相同,但相位相反.(５)uo的幅度要比ui大得多.
５６國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試圖２Ｇ２Ｇ１９放大器的動態工作過程a
b()放大電路中各信號標注符號、極性與參考方向()各信號波形圖
２Ｇ２Ｇ２０放大電路的工作原理uo與ui之比稱為放大器的電壓放大倍數Au,即Au＝uuoi理論上uo＝－icR′L＝－βibR′Lui＝ibrbe５７!\"#$#%&''''()故
uoβR′Au＝＝－L
ur
其中負號表示uo與ui極性相反.
ibe四、放大電路的信號失真幅度失真由前述放大電路原理可知,放大器靜態工作點實際上是給放大交流信號提供一個工作平台,交流信號在此平台上與輸入信號成線性比例的上下變化.工作平台不同,信號變化的範圍不一樣,當輸入單一信號且幅度較大時,將產生飽和失真、截止失真和截頂失真３種幅度失真.空載(RL→∞)時,電路UCE波形與靜態工作點UCEQ之間的關係如圖２Ｇ２Ｇ２１所示.
(a)正常(b)飽和失真(c)截止失真(d)截頂失真圖２Ｇ２Ｇ２１放大電路單一頻率信號的幅度失真放大電路產生信號幅度失真的主要原因是由於三極管特性的非線性,另外幅度失真還與放大器靜態工作點在放大區的位置和輸入信號ui的大小有關,當靜態工作點Q′點靠近飽和區,輸出信號uo將產生飽和失真———下半波被銷掉一部分,如圖２Ｇ２Ｇ２２(a)所示,當靜態工作點Q″靠近截止區,輸出信號uo將產生截止失真———上半波被削掉一部分,如圖２Ｇ２Ｇ２２(b)所示.隻有當靜態工作點Q在放大區的中點,信號uo才會有最大不失真信號輸出,當輸入信號ui過大時,輸出信號uo將產生截頂失真———上半波和下半波均被削掉一部分,如圖２Ｇ２Ｇ２２(c)所示.
()飽和失真()截止失真()截頂失真a
２Ｇ２Ｇ２２b
c圖
信號幅度失真產生的原因在實際電路中,常常在放大器基極偏置電路中串接一可變電阻器來調節放大器的靜態工作點,如圖２Ｇ２Ｇ２３(a)所示.圖２Ｇ２Ｇ２３(b)所示為調節RP時用示波器觀察到的放大電路上的幾種不同的信號失真圖形(示意圖).
由於幅度失真是由於三極管特性的非線性引起的,因此,放大電路的幅度失真常常又稱５８國家骨幹高職院校項目建設成果圖２Ｇ２Ｇ２５信號頻率失真產生的原因學習情境２助聽器的製作與調試a
b()加入偏置電位器的共射極基本放大電路()失真信號波形示意圖
２Ｇ２Ｇ２３共射極放大電路靜態工作點的調節與觀測到的信號失真為非線性失真.
頻率失真在實際信號中,單一頻率的信號較少,絕大多數的信號都是各個頻率成分的組合體,如每個人說話的聲音信號中,主要包含一個基本頻率的信號成分(基波)和基本頻率的許多個高倍頻率的信號成分(諧波).不同的人,其基本頻率不同,高倍頻率的信號成分也不一樣.一般來說,一個人說話的信號中,諧波成分越豐富,其聲音就越悅耳動聽.不同頻率成分的信號若由於放大電路對不同頻率的信號成分放大倍數不一樣、相位移動不一樣而引起的信號的失真,稱為頻率失真,如圖２Ｇ２Ｇ２４所示.
ab
cd
()正常()高頻分量放大量小()高頻分量相移大()高頻分量相移小圖
２Ｇ２Ｇ２４放大電路的頻率失真放大電路工作時,產生信號頻率失真的主要原因是電路中存在電抗元件(電容器和電感器).具體在共射極基本放大電路中,由於輸入電容C１、輸出電容C２以及三極管發射結、集電結電容的存在(見圖２Ｇ２Ｇ２５),一方麵,將導致電路放大倍數Au在低頻段隨著頻率的降低急劇減小,在高頻段隨著頻率的上升急劇減小,如圖２Ｇ２Ｇ２６(a)所示,另一方麵,還將導致電路輸出信號uo與輸入信號ui的相位差在低頻段隨著頻率的降低逐漸小於１８０°,在高頻５９!\"#$#%&''''()段隨著頻率的上升逐漸大於１８０°,如圖２Ｇ２Ｇ２６(b)所示.
()幅頻特性()相頻特性a
２Ｇ２Ｇ２６b
圖放大電路的頻率特性影響放大器低頻特性的主要原因是輸入、輸出電容C１,C２,影響放大器高頻特性的主要原因是三極管極間電容Cbe和Cbc.
五、溫度對放大器靜態工作點的影響由半導體基本知識可知,半導體器件的電氣參數都與溫度有關,三極管的主要參數也一樣,會隨溫度而發生變化.當其溫度變化(或更換三極管)時,共發射極基本放大電路(見圖２Ｇ２Ｇ１５),
,、CBO、be,
的靜態工作點將發生變動如溫度上升時β
增大I增大r減小在總體上將導致集電極電流ICQ增大,如圖２Ｇ２Ｇ２７a()所示;在三極管輸出特性曲線上表現為靜態工作點Q將沿直流負載線上移,如圖２Ｇ２Ｇ２７b()所示.這樣,放大器的工作點處於不穩定狀態,嚴重時將導致信號放大失真,電路不能正常工作.
為解決溫度變化而導致放大電路靜態工作點變動的現象,在實際應用中,常常采用分壓式工作點穩定放大電路.
ab
()溫度上升,集電極電流ICQ增大()ICQ增大,靜態工作點Q沿直流負載線上移圖２Ｇ２Ｇ２７溫度對放大器靜態工作點的影響六、分壓式工作點穩定放大電路電路組成如圖２Ｇ２Ｇ２８所示,其中Rb１,Rb２組成基極分壓式偏置電路,為三極管基極提供工作電壓,Rb１稱為基極上偏置電阻,Rb２稱為基極下偏置電阻;Ro為發射極偏置電阻,為三極管發射極提供工作電壓;Ce為發射極交流旁路電容,為發射極的交流信號提供一條通路.
靜態工作點穩定的基本原理在圖２Ｇ２Ｇ２８所示的電路中,由於靜態時,基極電壓UBEQ基本固定(適當選擇Rb１和Rb２６０國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試圖２Ｇ２Ｇ２８分壓式工作點穩定放大電路的阻值).如果溫度上升導致ICQ增大,則IEQ增大,在發射極偏置電阻Re上,發射極電位UEQ＝IEQRe將升高,結果將使UBEQ＝UBQ－UEQ減小,k減小,從而限製了ICQ的增大,使ICQ基本保持不變,即靜態工作點保持基本穩定.上述過程可表示為:UQ基本不變溫度T℃↑→ICQ↑→IEQ↑→UEQB
→UBEQ↓→IBQ↓I
←CQ↓２２４三極管放大電路的分析方法分析放大電路的主要目的,一方麵為的是確定放大電路的靜態工作點是否合適,會不會對信號的放大帶來幅度失真,另一方麵是通過電路參數,估算出放大電路的主要性能參數(如放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等),為電路設計或所屬整個電氣設備的分析打下基礎.
放大電路的分析主要包含兩方麵內容:一是靜態分析,即分析放大電路的直流工作狀態,確定放大電路的靜態工作點,並判斷電路是否能正常工作,常用的分析方法有估算法和圖解法.二是動態分析,即分析放大電路的交流工作狀態,確定放大電路的主要性能參數,如放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等,常用的分析方法有微變等效電路法和圖解法.
一、靜態分析直流通路的畫法靜態分析針對的是放大電路中的直流電量,與交流分量無關.為使分析簡便,常常將放大電路中的直流電路單獨畫出,形成放大電路的直流通路.
直流通路的畫法遵循以下原則:(１)電容視為開路.(２)電感視為短路.
(３)交流信號源為電壓源,視為短路;交流信號源為電流源,視為開路;各信號源內阻保留.
估算法估算法就是根據電路結構和電路參數,采用計算的形式獲得放大電路靜態工作點大致數據的一種方法.其具體步驟如下:(１)畫出電路的直流通路.
６１!\"#$#%&''''()(２)根據電路結構和電路參數,列出IBQ,UBEQ,ICQ,ICEQ或相關電量的計算方程.(３)設UBEQ＝０７V(矽管)或０２V(鍺管),解方程,即得靜態工作點Q的各參數.(４)根據UCEQ的大小,判斷靜態工作點是否合適:UCEQ≈１\/２VCC———放大區中點附近;UCEQ靠近VCC———靠近截止區;UCEQ靠近０———靠近飽和區;UCEQ≤UCE(sat))(c,e極間飽和壓降)———已經飽和或臨界飽和.
[例２Ｇ２Ｇ１]在圖２Ｇ２Ｇ２８所示的分壓式工作點穩定放大電路中,已知三極管VT為９０１３,Rb１＝１０kΩ、Rb２＝２４kΩ,Rc＝２kΩ,Re＝６８０Ω,RL＝２kΩ,RS＝１kΩ,VCC＝１２V,β＝６０,C１＝C２＝１０μF,Ce＝４７μF.試求該放大電路的靜態工作點.解:電路的直流通路如圖２Ｇ２Ｇ２９所示.
由Rb１,Rb２的參數可知,當三極管基板斷開時,I１＝V
CC≈１mA;而放大時,IBQ的最大數值為IBQMAX＝RRb１＋b２Q且VCC\/(Rc＋Re)由於Q
Q則靜態≈７５A,
βμ
,I１IB,UBUBE工作點為R
?
２４?
UQb２V
?
÷V＝２３VB≈RRCC＝è
×１２?
IQb１＋b２１０＋２４UB－UBE?２３－０７÷Q
Q?
?
E＝＝è６８０A＝２４mAR
?
圖例題放大電路直流通路c
２Ｇ２Ｇ２９ICQ≈IEQ＝２４mAQ
C２４IQIB＝
＝６０mA＝４０Aβ
UCEQμ
()]VCCICQ(RcRe)[＝
－＋
＝１２－２４×２０＋０６８V＝５６V３圖解法圖解法就是在已知三極管特性曲線的基礎上,通過作圖的方法,獲得放大電路靜態工作點大致數據的一種方法.其具體步驟如下:(１)畫出電路的直流通路.
(２)根據電路結構和電路參數,列出IBＧUBE和ICＧUCE關係方程———直流負載線方程.(３)首先作IBＧUBE關係方程所表現的直線(輸入直流負載線)於輸入特性曲線上,兩線的交點即靜態工作點參數UBEQ,IBQ,然後先在輸出特性曲線上找到與IBQ相對應的曲線,再作ICＧUCE關係方程所表現的直線(輸出直流負載線)於輸出特性曲線上,此時兩線的交點即靜態工作點參數UCEQ,ICQ.
(４)根據在輸出特性曲線圖上的交點位置,可以直接判斷靜態工作點是在放大區中點附近,還是靠近截止區或飽和區.
二、動態分析１交流通路的畫法動態分析針對的是放大電路中的交流電量,與直流分量無關.與靜態分析一樣,為使分析簡便,常常將放大電路中的交流電路單獨畫出,形成放大電路的交流通路.
６２國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試交流通路的畫法遵循以下原則:(１)耦合電容、交流旁路電容等對交流信號容抗可忽略不計的電容視為短路.(２)阻流電感、扼流圈等交流信號感抗很大的電感視為開路.
(３)直流恒壓源交流內阻為零,視為短路;直流恒流源交流內阻無窮大,視為開路.共發射極基本放大電路及其交流通路如圖２Ｇ２Ｇ１７所示.
微變等效電路法微變等效電路法就是在小信號(微變)條件下,將三極管等效為一個線性網絡,然後根據電路結構和電路參數,獲得放大電路放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等性能參數的一種方法.
由三極管的特性曲線可知,在放大區中點較小的動態範圍內,iBＧuBE近似為線性關係,如圖２Ｇ２Ｇ３０(a)所示.同樣的道理,iCＧuCE表現為受iB控製的恒流特征,如圖２Ｇ２Ｇ３０(b)所示.
aＧb
()iBuBE近似為線性()iC的橫流特征圖２Ｇ２Ｇ３０三極管在放大區中點較小的動態範圍內的特性由此可知:(１)三極管的b,e間可等效為一個電阻rbe,對於低頻小功率管,rbe一般按下列公式進行估算:(
)２６mVrbe(β)()＝３００＋１＋I
)Ω
E(mV式中,IE為發射極靜態電流.
(２)c,e間可等效為一個受控恒流源,數值為βiB,方向同iC正方向.三極管微變等效電路如圖２Ｇ２Ｇ３１所示.
圖２Ｇ２Ｇ３１三極管微變等效電路微變等效電路法分析的具體步驟如下:(１)畫出電路的交流通路.
(２)將交流通路中的三極管用三極管微變等效電路代換,組成放大電路的微變等效電路.
６３!\"#$#%&''''()(３)根據電路結構,推導出uo,ui與ib的關係式.
(４)根據電壓放大倍數Au,輸入電阻Ri,輸出電阻Ro的定義以及電路參數,計算出相應數值.
[例２Ｇ２Ｇ２]在圖２Ｇ２Ｇ２８所示的分壓式工作點穩定放大電路中,已知三極管VT為９０１３,Rb１＝１０kΩ,Rb２＝２４kΩ,Rc＝２kΩ,Re＝６８０Ω,RL＝２kΩ,Rs＝１kΩ,VCC＝１２V,β＝６０,C１＝C２＝１０μF,Ce＝４７μF.試求該放大電路的Au,Ri,Ro.
解:電路的交流通路如圖２Ｇ２Ｇ３２(a)所示,用三極管微變等效電路取代其中的三極管,得電路的微變等效電路如圖２Ｇ２Ｇ３２(b)所示.
ab
()交流通路()微變等效電路圖
２Ｇ２Ｇ３２所示電路交流通路和微變等效電路圖由微變等效電路圖可知uo＝－ic(Rc∥RL)＝－icR′L＝－βibR′L其中,R′L＝Rc∥RL.
＝∥
∥＝而
uiii(Rb１Rb２rbe)ibrbe因此(
)(
)２６mV２６mVrbe(β)(
),
＝３００＋１＋I
＝３００＋１＋６０(
＝９６０ΩE()
)mA２４mA?２０００×２０００÷R′６０×?
?
è?
βL
２０００＋２０００Au＝－＝－＝６２５r
９６０beRi＝Rb１∥Rb２∥Rbe≈６４０ΩRo＝Rc＝２０kΩ３圖解法圖解法就是在已知三極管特性曲線的基礎上,通過作圖的方法,獲得放大電路交流參數Au的一種方法.其具體步驟如下:(１)用圖解法確定放大電路的靜態工作.(２)畫出電路的交流通路,根據交流通路得出電路的交流負載R′L的大小.
(３)在輸出特性曲線上過Q點,作斜率為－１的直線———交流負載線.
R′L首先在輸入特性曲線上,以Q點UBEQ為中心給一個交變電壓ube(幅值為Ubem)(注意:不要超出iBＧuBE的線性範圍),沿特性曲線作圖獲得交變電流ib(幅值為Ibm);然後在輸出特性曲線上,根據交變電流ib,沿交流負載線作圖獲得交變電壓uce(幅值為Ucem)(注意:是沿交流負載線),由於ui＝ube,uo＝uce,則放大電路的放大倍數Au＝uuoi＝uucebe＝UUcembem.
６４國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試２２５三極管共集放大電路———射極輸出器一、電路組成與原理三極管共集放大電路的組成如圖２Ｇ２Ｇ３３所示,其中Rb為VT１基極偏置電阻,Re為VT１發射極偏置電阻,C１,C２為輸入、輸出電容.
圖２Ｇ２Ｇ３３典型射極輸出器電路及其工作波形因為ui＝ube＋uo,而Au＝uuoi,可見,Au＜１.在一般情況下,由於uo?ube,則Au≈１,即uo≈ui.此時,uo與ui幅度相近,相位相同,表明uo跟隨ui的變化而變化,因此射極輸出器又稱為射極跟隨器.
二、電路特性盡管射極輸出器電壓放大倍數略小於１,但其電流放大倍數Ai＝１＋β.另外,射極輸出器還具有以下優良的電路特性.
輸入電阻很大分析可知,射極輸出器輸入電阻Ri為Ri＝Rb≈Rbe＋(１＋β)R′L式中,R′L為Re與負載電阻RL的並聯值.
可見,射極輸出器的輸入電阻要比共發射極放大電路的輸入電阻要大幾十到幾百倍.
輸出電阻很小分析可知,射極輸出器輸出電阻Ro為R＝R≈rbe＋R′Soe１＋β式中,R′S為Rb與前級電路輸出電阻的並聯值.
可見,射極輸出器的輸出電阻是共發射極放大電路的輸出電阻的十幾分之一,一般為幾十歐姆.
６５!\"#$#%&''''()電壓跟隨特性好由前麵分析可知,射極輸出器Au≈１,即uo跟隨ui的變化而變化,幅度相近,相位相同,表明射極輸出器的輸出電壓跟隨特性好.
三、三極管共集放大電路的應用由於射極輸出器具有輸入電阻大、輸出電阻小、電壓跟隨特性好的優良特性,而且具有一定的電流放大能力和功率放大能力,因而在實際電路中獲得了廣泛的應用.
用作高輸入電阻的輸入級利用射極輸出器輸入電阻大的優點,用作高輸入電阻的輸入級,減小電路對外接信號的影響,使放大電路的輸入信號強度基本上等於外接電路信號源電動勢的大小.
用作低輸出電阻的輸出級利用射極輸出器輸出電阻小的優點,用作電路的輸出級,減小負載變動對電路的影響,穩定輸出電壓,提高放大電路的帶負載能力.
用作多級放大電路的中間級利用射極輸出器作為中間級時,主要用來隔離前後級的影響,故又稱為緩衝級,起阻抗變換作用.
２２６三極管共基放大電路一、電路組成三極管共基放大電路的組成如圖２Ｇ２Ｇ３４(a)所示,其直流通路與共射分壓式工作點穩定放大電路完全一樣.Rb１,Rb２為基極分壓式偏置電路,Re為發射極偏置電阻,Rc為集電極負載電阻,Cb為基極交流旁路電容.信號源與三極管的發射極、基極組成交流輸入回路,三極管的集電極、基極與負載組成交流輸出回路,顯而易見,輸入回路與輸出回路共用了基極.
(a)(b)圖２Ｇ２Ｇ３４共基放大電路二、電路特性分析表明,共基放大電路的主要性能參數———電壓放大倍數Au、電流放大倍數Ai、輸入電阻Ri、輸出電Ro分別為６６國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試uoic(Rc∥RL)βR′LAu＝ui＝ibrbe＝rbeA＝io＝－ic≈１ii１－ieR＝ui＝R∥rbeiiie１＋βRo＝iuoo≈Rc可見,共基放大電路的電壓放大倍數Au大且uo與ui同相;但電流放大倍數Ai較小,近似等於１(小於１),無電流放大能力;輸入電阻Ri小;輸出電阻Ro大.除此之外,共基放大電路最大的優點是高頻特性好,常用於高頻放大及寬帶放大電路中.
２３任務分析———單管音頻放大電路的製作任務分析２３１電路原理與元器件的作用一、工作任務電路整體結構圖單管音頻放大電路(三極管共射放大電路)整體結構圖如圖２Ｇ３Ｇ１所示.
圖２Ｇ３Ｇ１單管音頻放大電路整體結構圖二、電路分析三極管直流偏置電路圖２Ｇ３Ｇ１中,電阻器R１,R２,R３與電位器RP組成三極管直流偏置電路,其中,R１,R２與RP組成三極管基極分壓式(可調)偏置電路,R３組成三極管發射極負反饋式(可調)偏置電路,共同為三極管提供合適、穩定的偏置電壓.
信號輸入、輸出電路圖２Ｇ３Ｇ１中,電容器C１,C２組成放大電路的信號輸入、輸出電路.
負載電路圖２Ｇ３Ｇ１中,電阻器R４不但組成三極管集電極直流負載,還與音頻功率放大電路的輸入６７!\"#$#%&''''()阻抗並聯組成放大電路的交流負載,將三極管集電極電流的變化轉變為集電極電壓的變化.
音頻信號源圖２Ｇ３Ｇ１中,音頻信號源為放大電路提供輸入信號,可采用低頻信號發生器或音樂芯片實現.
音頻功率放大電路圖２Ｇ３Ｇ１中,音頻功率放大電路為低頻功率放大模塊,將放大電路輸出的信號進行足夠的功率放大後,送至揚聲器轉換為聲音信號輸出.
２３２電路主要技術參數與要求(１)電壓放大倍數:Au≥３０.
(２)輸入電阻:Ri≥１kΩ.
(３)輸出電阻:Ro≈２４kΩ.
(４)最大輸出幅值:Uom＝４５V.
(５)頻響特性:fL≤５０Hz,fH≥２０kHz.
２３３電路元器件參數及功能單管音頻放大電路整體結構圖電路元器件參數及功能見表２Ｇ３Ｇ１.
表２Ｇ３Ｇ１單管音頻放大電路整體結構圖電路元器件參數及功能序號元器件代號名稱型號及參數功能１
C１電容器CD１１Ｇ１６VＧ１０F輸入耦合電容;隔斷三極管基極直流偏置電流輸入信號源交流信號μ
,２
R１電阻器RJ１１Ｇ０２５WＧ２０kΩ基極上偏置電路電阻３
R２電阻器RJ１１Ｇ０２５WＧ１０kΩ基極上偏置電路電阻共同為三極管提供合適、穩定的偏置電壓４
RP電位器WSＧ１WＧ１００kΩ基極上偏置電路電阻５
R３電阻器RJ１１Ｇ０２５WＧ１kΩ基極上偏置電路電阻６
R４電阻器RJ１１Ｇ０２５WＧ２４kΩ三極管集電極負載,將三極管集電極電流的變化轉變為電壓的變化７
C２電容器CD１１Ｇ１６VＧ１０F輸出耦合電容;隔斷集電極直流信號,輸出交流信號μ
８C３電容器CD１１Ｇ１６VＧ４７F發射極交流旁路電容;使發射極交流信號不通過發射極偏置電阻R
μ３
９VT三極管９０１３三極管;電流放大１０音頻低頻信號低頻信號發生器信號源信號源發生器１１音頻功率低頻功率TDA２０３０放大放大器放大模塊１２＋
直流電源＋１２V０５A供電VCC,
６８國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試２４任務實施———單管音頻放大電路的製作實施２４１電路裝配準備一、製作工具、設備與測試儀器儀表(１)電路焊接工具:電烙鐵(２０~３５W)、烙鐵架、焊錫絲及鬆香.
(２)機加工工具:剪刀、剝線鉗、尖嘴鉗、平口鉗、螺絲刀、套筒扳手、鑷子及電鑽.
(３)測試儀器儀表:萬用表和示波器.
二、電路整體安裝方案設計電路整體安裝方案設計如圖２Ｇ４Ｇ１所示,電路裝配印製電路板設計如圖２Ｇ４Ｇ２所示.
圖２Ｇ４Ｇ１電路整體安裝方案設計圖２Ｇ４Ｇ２電路裝配印製電路板設計６９!\"#$#%&''''()三、元器件檢測三極管的識別與大多數元器件一樣,三極管的識別既可通過外形、體表標誌來識別,也可通過萬用表測量其極間阻值來識別.對於NPN和PNP兩種類型的三極管,其極間電阻特性如圖２Ｇ４Ｇ３所示.圖２Ｇ４Ｇ３中“＋,－”為萬用表內電池電源的正、負極(注意:指針式模擬萬用表和數顯式數字萬用表表筆與內電池電源的正、負極連接方向相反),阻值由萬用表電阻擋(R×１００或R×１k)測得.“大”為幾百千歐以上,“小”為幾千歐以下.鍺管比矽管的阻值略小,大功率管比小功率管的阻值略小.
由三極管的極間電阻特性圖２Ｇ４Ｇ３可知,若一未知三引腳器件(未損壞),用萬用表電阻擋(R×１００或R×１k)測量其極間阻值,固定器件引腳與表筆方向,如果表筆正方向和反方向均測得其極間電阻值為兩“大”一“小”,則這一未知三引腳器件為三極管,如圖２Ｇ４Ｇ４所示.
(a)NPN型(b)PNP型圖２Ｇ４Ｇ３兩種類型三極管的極間電阻特性圖２Ｇ４Ｇ４三極管識別:表筆正方向和反方向均測得極間阻值為兩“大”一“小”明確識別三極管後,就可進行三極管管型(NPN或PNP)、基極、集電極、發射極和三極管質量好壞的判別.
管型和基極的判別(１)基極判別方法一:根據三極管的極間電阻特性(見圖２Ｇ４Ｇ３),在三極管識別測量中(見圖２Ｇ４Ｇ４),無論表筆正方向還是反方向,極間阻值均“大”的兩極為集電極和發射極,餘下的一極即為基極.
７０國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試(２)基極判別方法二:根據三極管的極間電阻特性(見圖２Ｇ４Ｇ３),基極與集電極和發射極之間的電阻阻值同時“大”和同時“小”.測量時,先任意假設一個電極是“基極”,固定一支表筆(黑或紅)在假設的“基極”上,另一支表筆(紅或黑)分別與其他兩個極相連,如果兩次測得的阻值均“大”或“小”;再將表筆反過來,即固定另一支表筆(紅或黑)在假設的“基極”上,另一支表筆(黑或紅)分別與其他兩個極相連,如果兩次測得的阻值與前一次的相反,均“小”或“大”;則假設的這一“基極”為真正的基極,如圖２Ｇ４Ｇ５所示.如果測得的電阻值不是同時“大”或同時“小”,表明這個極不是真正的基極,則需重新假定,再次測量.
ab
()固定一支表筆在假設的“基極”上()將表筆反過來圖
２Ｇ４Ｇ５基極判別方法二(３)管型(NPN或PNP)的判別方法:在判別出基極的前提下,固定內電池為正極的表筆在已知的基極上,若測得與其他兩極之間的阻值均小,則此三極管為NPN型管;若測得與其他兩極之間的阻值均大,則此三極管為PNP型管,如圖２Ｇ４Ｇ６所示.
圖２Ｇ４Ｇ６三極管管型的識別:固定內電池為正極的表筆在已知的基極上發射極、集電極的判別三板管發射極和集電極的判別源於三極管的電流放大特性.當三極管正常使用(集電極作為集電極,發射極作為發射極)時,電流放大倍數較大;當三極管非正常使用(集電極作為發射極,發射極作為集電極)時,電流放大倍數較小.用萬用表判別三極管發射極和集電極的過程如下:在已知三極管管型和基極後,先假設其餘兩隻管腳中的一隻為集電極,另外一隻為發射極,用手指捏住已知的基極和假設的發射極(兩者不要相碰,相當於加上一個較大的偏置電阻),然後用萬用表測量並記下兩隻管腳之間的電阻值.對於NPN型管,將內電池為正極的表筆接在假設的集電極上,將內電池為負極的表筆接在假設的發射極上(對於PNP型管,表筆方向相反,即將內電池為負極的表筆接在假設的集電極上,將內電池為正極的表筆接在假設的發射極上,如圖２Ｇ４Ｇ７所示);再假設另外一隻管腳為集電極,原先假設為７１!\"#$#%&''''()集電極的一隻管腳為發射極,按同樣的方法重新測量並記下兩隻管腳之間的電阻值,比較兩次阻值的大小,阻值小(相當於電流大、電流放大倍數較大)的那一次假設成立.
()型管()型管aNPN圖２Ｇ４Ｇ７bPNP三極管反射極、集電極的判別用萬用表判斷三極管的好壞根據三極管的極間電阻特性(見圖２Ｇ４Ｇ３)即PN結的單向導電性,可以檢查三極管內各極間PN結的正、反向電阻阻值,如果“大”與“小”相差較大,說明三極管基本上是好的;如果“大”與“小”都很大,說明三極管內有斷路或PN結性能不好;如果“大”與“小”都很小,說明三極管極間短路或被擊穿了.
２４２整機裝配一、電路板裝配電路板裝配應遵循“先低後高”的原則,先安裝電阻R１,R２,R３,R４,再安裝三極管VT、插座以及測試端子,最後裝接電容器C１,C２和C３.
二、整機裝聯將裝配好的電路板固定在機座上,將音頻信號源輸出線連接至電路板CTＧUi,將電路輸出線CTＧUo連接至低頻功率放大電路電路板,將直流穩壓電源＋１２V輸出線連接至電路板CTＧVCC,如圖２Ｇ４Ｇ１所示.
２４３電路調試一、電路測試與調整步驟先調整、測試三極管靜態工作點,再測試電路交流放大倍數,最後測試靜態工作點對信號放大的影響.
二、電路測試與調整方法(１)仔細檢查、核對安裝電路的元器件參數、電解電容的極性、三極管的管腳排序,確認無誤後加入VCC規定的穩定直流電壓１２V.
(２)靜態工作點的調整與測量:調整RP,用萬用表直流電壓擋測量三極管VT三極的電７２國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試壓UB,UE,UC的變化,最後將RP固定在使UE＝１８V的位置上,測量UB,UE,UC的數值,並記錄在數據記錄表２Ｇ４Ｇ１內,指出此時三極管所處的工作狀態.
表２Ｇ４Ｇ１靜態工作點的調整與測試工作條件VCC＝１２V,UE＝１８V項目測量項目V
VV
≈＝
＝－
－UB\/UE\/UC\/ICIEUE\/R３UCEVCCICR４UE數據１８三極管工作狀態(３)電路放大倍數的測量:保持(２)中RP的位置,用低頻信號發生器在電路輸入端測試點TPＧUi輸入１kHz的正弦波信號,調節輸入信號的大小,使電路輸出信號波形最大且不失真.用示波器或電壓表測量電路此時輸入、輸出信號的大小Ui,Uo,將測量的數據填入數據記錄表２Ｇ４Ｇ２內,並計算出電路的放大倍數.
表２Ｇ４Ｇ２電路放大倍數的測量條件保持(２)中的靜態工作點的位置;輸入信號為１kHz的正弦波電壓測量項目UiUo＝
AuUo\/Ui數據(４)靜態工作點對輸出信號的影響:保持(３)中的輸入信號和電路狀態,調節RP,觀察輸出信號uo的波形,記錄下上半周和下半周產生明顯失真的波形圖及此時三極管三極的直流電壓UB,UE,UC的數值,將觀察到的波形和測量的數據填入數據記錄表２Ｇ４Ｇ３內,並指出靜態工作點對信號的影響.
表２Ｇ４Ｇ３靜態工作點對信號的影響條件３
保持()中的輸入信號和電路狀態,調節RP靜態工作點對R增大R減小信號的影響P
Pu產生波形圖三極的直UB\/UE\/UC\/UB\/UE\/UC\/o
明顯失真流電壓V
VV
VV
V三極管VT的工作狀態任務２助聽器的製作與調試２５任務描述在實際的電子設備中,單級放大電路很少單獨應用,而是常常將多個單管基本放大電路７３!\"#$#%&''''()進行適當組合,形成多級放大電路以滿足電子設備對電路放大倍數、輸入輸出電阻的要求.本任務就是按照實際電氣設備對信號的放大要求,製作一個助聽器.
２６任務資訊２６１多級放大電路一、多級放大電路的定義在實際的電子設備中,為了獲得足夠大的放大倍數或者考慮到輸入電阻和輸出電阻等特殊要求,放大電路常常需要由許多個基本放大電路組成.例如,電視接收到的圖像信號隻有幾十個微伏,要把它放大到我們觀看時的電信號(幾十伏),需要放大幾千倍以上,並且圖像信號在放大過程中,還伴隨著多個信號的提取與分解,僅僅由一個基本放大電路來完成是不可能的.每一個基本放大電路稱為一“級”,包含多個單級放大電路的電子線路就稱為多級放大電路.多級放大電路一般由輸入級、中間級和輸出級組成,如圖２Ｇ６Ｇ１所示.
圖２Ｇ６Ｇ１多級放大電路的組成輸入級電路的主要作用是將信號源的信號有效、可靠並盡可能大地引入電路放大,要求電路具有較大的輸入電阻和良好的頻率特性.常用的輸入級電路有射極輸出器電路等.中間級電路的主要作用是將電壓放大,即將信號電壓不失真地放大到一定的幅值,一般由一級或多級基本放大電路組成.輸出級電路一般是大信號放大電路,即功率放大電路.
二、級間耦合方式及其特點多級放大電路是由多個單級放大電路組成的電子線路,級與級之間的連接稱為“耦合”.多級放大電路中常用的耦合形式主要有４種:阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合和光電耦合,如圖２Ｇ６Ｇ２所示.
ab
cd
()阻容耦合()變壓器耦合()直接耦合()光電耦合圖
２Ｇ６Ｇ２放大器信號耦合的４
種形式７４國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試阻容耦合任務２講述的放大電路都是阻容耦合的放大電路,是利用耦合電容C和電路輸入電阻R之間分壓的原理將(交流)信號送入或送出本級電路.
兩級阻容耦合的三極管共射放大電路(共射基本放大電路與分壓式工作點穩定電路)結構如圖２Ｇ６Ｇ３所示.
圖２Ｇ６Ｇ３兩級阻容耦合的三極管共射放大電路結構阻容耦合的基本特性:各級靜態工作點相互獨立,互不影響,便於調整;但不能耦合直流信號,對超低頻信號的耦合衰減較大,對低頻信號的耦合要求電容容量較大,頻率特性較差,不便於集成.其主要應用在低頻、高頻放大電路中.
變壓器耦合變壓器耦合的多級放大電路,利用變壓器耦合交變磁場的原理將(交流)信號從一級傳遞到下一級.
兩級變壓器耦合的三極管共射放大電路(均為分壓式工作點穩定電路)結構如圖２Ｇ６Ｇ４所示.
圖２Ｇ６Ｇ４兩級變壓器耦合的三極管共射放大電路結構變壓器耦合電路和阻容耦合電路相比,主要特性相差無幾,同樣是各級靜態工作點相互獨立,便於調整,不能耦合直流信號,對超低頻、低頻信號的頻率特性較差,體積較大,不便於集成;但變壓器耦合具有可變壓和實現阻抗變換的功能,常常用在功率放大電路中實現電路與負載的阻抗匹配.
直接耦合直接耦合的多級放大電路,利用導線直接實現級與級之間的信號連接.兩級直接耦合的三極管放大電路結構如圖２Ｇ６Ｇ５所示.
直接耦合放大電路最大的優點在於其頻率特性好,不但能耦合各種頻率的交流信號,還７５!\"#$#%&''''()圖２Ｇ６Ｇ５兩級直接耦合的三極管放大電路結構能耦合直流信號.另外,直接耦合的放大電路便於實現集成化,在集成電路中得到廣泛應用.但直接耦合放大電路的靜態工作點相互影響,調試困難,存在級與級之間的電位配合和零點漂移等問題.
光電耦合光電耦合的多級放大電路,利用的是電－光元器件與光－電元器件之間的光信號耦合實現級與級之間的信號連接.兩級光電耦合的三極管放大電路結構如圖２Ｇ６Ｇ６所示.
由於光電耦合電路之間僅僅隻存在光信號的連接,而沒有電信號之間的聯係,因此,光電耦合放大電路最大的優點是級與級之間電路的隔離程度最好,再加上其靜態工作點彼此獨立,且具有較強的電路抗幹擾能力和優良的頻率特性,廣泛應用在要求隔離度好、采用不同電源供電的電路之間的信號連接,如計算機與計算機之間的信號傳遞、網絡終端設備與網絡主機之間的遠程通信等.
圖２Ｇ６Ｇ６兩級光電耦合的三極管放大電路結構三、共電耦合及消除在多級放大電路中,各級放大電路常常采用同一電源的供電方式,如圖２Ｇ６Ｇ７所示.由於供電電源中存在一定的交流內阻R,加上供電線路上導線電阻r(單位長度)的存在,當電路工作時,由於各級放大電路的供電電流按信號規律變化,必將在電源內阻R和導線電阻r上產生交流信號,使各級放大電路的供電電壓不穩定,並且這個信號將通過電源供電線路耦合各級放大電路的輸入端,一方麵破壞電路對信號的正常放大,另一方麵將造成整個電路工作的不穩定.
７６國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試圖２Ｇ６Ｇ７共電耦合這種通過供電電源內阻和供電線路上導線電阻,將信號傳遞到各級放大電路輸入端的方式,就稱為共電耦合.共電耦合影響電路的正常工作,導致電路工作的不穩定,在實際應用電路中,必須想辦法消除.
(１)消除共電耦合的方法很多,最常用的方法有:(２)采用性能良好(內阻小等)的直流供電電源,加強電源本身的濾波性能.
(３)合理布局實際線路,縮短供電導線長度,增大供電導線(含地線)的麵積,以減小導線電阻.
在各級放大電路的供電電源端接入去耦電路,如圖２Ｇ６Ｇ８所示,R１與C１、R２與C２組成該多級放大電路的去耦電路;Co為電源濾波電容.
圖２Ｇ６Ｇ８含去耦電路的多級放大電路四、多級放大電路主要性能參數電壓增益Gu增益G是放大倍數A的另外一種表達形式.電壓增益Gu和電流增益Gi與電壓放大倍數Ai之間的關係為:Gu＝２０lgAu,Gi＝２０lgAi;而功率增益GP與功率放大倍數AP之間的關係為:GP＝１０lgAP.
在多級放大電路中,由於各級放大電路的電壓放大倍數分別為:Au１＝uo１\/ui１,Au２＝uo２\/ui２,,Aun＝Uon\/Uin,如圖２Ｇ６Ｇ９所示,由於uo１＝ui２,uo２＝ui３,,uo(n－１)＝uin,則電路總的放大倍數Au為u
unuuunAu１Au２AunAuo
oo１o２o
＝u＝u＝uuun＝
ii１i１i２i
７７!\"#$#%&''''()圖２Ｇ６Ｇ９多級放大電路的主要性能參數即多級放大電路的電壓放大倍數是各級放大電路電壓放大倍數的乘積,可見:多級放大電路電壓增益是各級放大電路增益的和,即Gu＝Gu１＋Gu２＋＋Gun輸入電阻Ri由圖２Ｇ６Ｇ９可知,多級放大電路的輸入電阻等於第一級放大電路的輸入電阻,即Ri＝Ri１輸出電阻Ro由圖２Ｇ６Ｇ９可知,多級放大電路的輸出電阻等於最後一級(第n級)放大電路的輸出電阻,即Ro＝Ron２６２負反饋放大電路一、負反饋在放大電路中的作用放大電路的主要性能指標一般包括放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、最大輸出幅值、頻響特性、穩定性等.電路放大倍數的提高可以通過采用多級放大電路的方法解決,電路的輸入電阻、輸出電阻、最大輸出幅值和頻響特性可以通過在電路中選用特定的電路形式解決,那怎樣提高電路的穩定性呢?在實際的電子設備中,提高電路穩定性最簡單、常用的也是最經濟的方法就是在電路中加入適當負反饋.
二、反饋的定義與分類反饋的定義與反饋放大電路的一般組成反饋,就是將放大電路中輸出回路信號的一部分或全部,通過一定的支路或網絡,反送到輸入回路從而影響放大電路性能的過程.帶有反饋的放大電路稱為反饋放大電路.反饋放大電路包含無反饋放大電路與反饋網絡兩部分,其電路的一般組成如圖２Ｇ６Ｇ１０所示.
圖２Ｇ６Ｇ１０反饋放大電路的一般組成７８國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試反饋放大電路的基本表達式在圖２Ｇ６Ｇ１０中:Xi為電路輸入信號;Xo為電路輸出信號;Xf為反饋信號;Xid為(無反饋)放大電路淨輸入信號(X既可以是電壓,也可以是電流).
另外,A為(無反饋)放大電路的放大倍數,又稱為開環放大倍數,有A＝X\/X,F為oid反饋網絡的傳輸係數,簡稱反饋係數,有F＝X\/X.
fo由圖２Ｇ６Ｇ１０可知,在反饋放大電路中,真正送入(無反饋)放大電路進行放大的輸入量,是電路的輸入信號和反饋信號的和,即Xid＝Xi＋Xf則反饋放大電路的放大倍數(也稱閉環放大倍數)為Af＝Xo＝AXid＝AXid＝AXiXid－XfAid－FAXid１－AF上式稱為反饋放大電路的反饋深度.
反饋的類型放大電路中的反饋,有多種分類方法:(１)按反饋信號類型分類,有直流反饋、交流反饋與交直流反饋.在不注明的情況下,放大電路中的反饋一般僅指交流反饋.(２)按反饋信號與輸入信號的極性分類,有正反饋與負反饋.(３)按反饋信號與輸出信號的關係分類,有電壓反饋與電流反饋.(４)按反饋信號與輸入信號的關係分類,有串聯反饋與並聯反饋.
在如圖２Ｇ６Ｇ１１(a)所示分壓式工作點穩定放大電路中,工作點穩定的主要原因,其實就是在電路中引入了直流負反饋.在如圖２Ｇ６Ｇ１１(b)所示直流通路中可以看到,發射極電阻Re既是輸入回路的一部分,又是輸出回路的一部分.Re將兩個回路聯係起來,把三極管輸出回路電流IC,通過它形成的電壓UE反送到三極管輸入回路,在UB保持固定的前提下,改變三極管的輸入電壓UBE.因此,Re形成了電路的反饋網絡.
ab
()分壓式工作點穩定電路＝
()直流通路圖
２Ｇ６Ｇ１１分壓式工作點穩定電路分壓式負反饋偏置電路根據反饋的分類方法,看Re形成的反饋類型.
由於在Re兩端並聯了一個交流旁路電容Ce,反饋信號UE隻有輸出信號的直流分量,因此這個反饋為直流反饋.由於反饋信號UE與輸入信號UB疊加後,使三極管的淨輸入信號UBE減小,即UE與UB相互削弱,因此這個反饋為負反饋.由於反饋信號UE與輸出電壓７９!\"#$#%&''''()UC無關而與輸出電流IC成正比,因此這個反饋為電流反饋.由於反饋信號UE與輸入信號UB、淨輸入信號UBE之間關係為UBE＝UB－UE,滿足電路串聯關係,因此這個反饋為串聯反饋.
綜合以上分析可知,Re形成的反饋類型為直流電流串聯負反饋.電路的直流負反饋穩定電路的直流信號,即電路的靜態工作點,因此分壓式工作點穩定電路又稱為分壓式電流負反饋偏置電路.
三、反饋的判斷方法由於在反饋放大電路中,不同類型的反饋具有不同的規律性,對電路性能的影響也各不相同,因此隻有首先正確地判斷出電路中是否存在反饋以及存在反饋的類型,才能更好地掌握電路的基本特性.下麵以圖２Ｇ６Ｇ１２所示的４個電路為例,來講述反饋的判斷方法.
(a)(b)(c)(d)圖２Ｇ６Ｇ１２反饋判斷示例電路中是否存在反饋的判斷方法判斷電路中是否存在反饋的方法是,首先確定電路中的信號輸入回路和輸出回路,然後觀察在輸出回路和輸入回路之間是否存在公共元件和聯係的網絡,如果存在,則電路中存在反饋,這些公共元件和聯係的網絡就是反饋網絡;否則沒有.在圖２Ｇ６Ｇ１２所示的電路中:(a)電路,電阻Rb將輸出回路和輸入回路聯係起來,因此,Rb為電路的反饋支路.(b)電路,電阻Re既是輸出回路的元件,又是輸入回路的元件,通過Re將輸出回路和輸入回路聯係起來,因此,Re為電路的反饋支路.
(c)電路,輸出回路電阻Re２上的電壓通過電阻R回送到了輸入回路,即通過電阻Re２和８０國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試R,將輸出回路和輸入回路聯係起來,因此,Re２和R為電路的反饋網絡.
(d)電路,變壓器T２中L１上的輸出信號耦合到L２上後,通過電容C回送到了輸入回路Re上,即通過L２,C和Re,將輸出回路和輸入回路聯係起來,因此,L２,C和Re為電路的反饋網絡.
反饋類型的判斷方法(１)直流反饋、交流反饋和交直流反饋.在判斷出反饋網絡的前提下,可根據反饋網絡元器件的組成,判斷出反饋信號的類型.由於反饋網絡一般由電阻、電容、電感等元件組成,因此便可根據它們的電路特性,確定反饋信號中是否僅含直流信號或交流信號,還是交直流信號都有,還可根據它們的電氣參數,確定反饋信號的強弱、頻率特性等,達到判斷反饋類型、確定電路性能的目的.在圖２Ｇ６Ｇ１２所示的電路中:(a)電路,電阻Rb支路將輸出回路的直流信號和交流信號都反饋回了輸入回路,因此,該反饋為交直流反饋.
(b)電路,電阻Re支路將輸出回路的直流信號和交流信號都反饋回了輸入回路,因此,該反饋也為交直流反饋.
(c)電路,Re２和R的反饋網絡將輸出回路的直流信號和交流信號都反饋回了輸入回路,因此,該反饋仍為交直流反饋.
(d)電路,L２,C和Re的反饋網絡隻將輸出回路的交流信號反饋回了輸入回路,因此,該反饋為交流反饋.
(２)正反饋和負反饋.根據正反饋和負反饋的定義,判別反饋極性的根本方法就是看反饋信號和原輸入信號是相互加強還是相互削弱,即看放大電路的淨輸入信號的大小是增大了還是減小了.在低頻電子線路中,具體可采用瞬時極性法,即假設在某一瞬間,輸入信號為某一極性,然後再根據各級電路中輸入信號與輸出信號之間的相互關係,依次推斷出其他有關各點的瞬時極性,最後看通過反饋網絡的反饋信號是增大了還是減小了淨輸入信號,使淨輸入信號增大了的反饋是正反饋;反之則為負反饋.在圖２Ｇ６Ｇ１２所示的電路中:(a)電路,設某一瞬間,三極管基極信號極性為“＋”(或上升),根據共射放大電路特性,集電極信號極性為“－”(或下降).集電極信號通過電阻Rb支路反饋到基極,使三極管淨輸入信號ib減小,因此,該反饋為負反饋.
(b)電路,設某一瞬間,三極管基極信號極性為“＋”(或上升),根據共射放大電路特性,發射極信號極性與基極信號極性相同,為“＋”(或上升).發射極信號通過電阻Re反饋到輸入回路,使三極管淨輸入信號ube減小,因此,該反饋也為負反饋.
(c)電路,設某一瞬間,三極管VT１的基極信號極性為“＋”(或上升),則其集電極即三極管VT２的基極、三極管VT２的發射極信號極性均為“－”(或下降).三極管VT２的發射極信號通過電阻R反饋到三極管VT１的基極,與原輸入信號的極性相反,即使三極管VT１的淨輸入信號ib１減小,因此,該反饋也為負反饋.
(d)電路,設某一瞬間,三極管基極信號極性為“＋”(或上升),則集電極即L１帶“”同名端信號極性為“－”(或下降).根據同名端標誌,L２上通過電容C耦合到Re(三極管發射極)上的信號極性為“－”(或下降),使三極管淨輸入信號ube增大,因此,該反饋為正反饋.
８１!\"#$#%&''''()(３)電壓反饋和電流反饋.判斷一個反饋是電壓反饋還是電流反饋,根本的方法是看反饋信號是與輸出電壓成正比還是與輸出電流成正比.常常采用將輸出端短路的方法進行判斷,具體做法是:對於直流反饋,將直流輸出端短路;對於交流反饋,將交流輸出端短路,使其對應的輸出電壓uo為零,若此時反饋信號消失,則此反饋為電壓反饋;若反饋信號仍然存在,則此反饋為電流反饋.
在圖２Ｇ６Ｇ１２所示的電路中:(a)電路,采用將輸出端短路的方法,此時通過電阻Rb反饋到輸入回路基極的交直流反饋信號均為零(消失),因此,此反饋為電壓反饋.
(b)電路,采用將輸出端短路的方法,分別將電路直流輸出端(三極管集電極)和交流輸出端對地短路,由於此時通過電阻Re反饋到輸入回路(三極管發射極)的交直流反饋信號仍然存在,因此,此反饋為電流反饋.
(c)電路,采用將輸出端短路的方法,將電路交直流輸出端對地短路,由於此時電阻Re２上的電壓仍然存在,則通過R反饋到輸入回路的交直流反饋信號仍然存在,因此,此反饋為電流反饋.
(d)電路,采用將輸出端短路的方法,將電路交流輸出端對地短路,由於此時電感L２上的電壓為零,則通過C反饋到輸入回路的交流反饋信號消失,因此,此反饋為電壓反饋.
(４)串聯反饋和並聯反饋.判斷一個反饋是串聯反饋還是並聯反饋,根本的方法是看反饋信號與電路總輸入信號、放大器淨輸入信號之間的電路連接關係.如果反饋信號、總輸入信號、淨輸入信號三者首尾相連,則此反饋為串聯反饋;如果三者為並列的關係,則此反饋為並聯反饋.
在圖２Ｇ６Ｇ１２所示的電路中:(a)電路,由於通過電阻Rb反饋到輸入回路的反饋信號為基極對地,而交直流輸入信號、三極管淨輸入信號也都為基極對地,三者為並列的關係,因此,此反饋為並聯反饋.
(b)電路,由於通過電阻Re反饋到輸入回路的反饋信號為發射極對地,而交直流輸入信號為基極對地,三極管淨輸入信號為基極對發射極,三者為首尾相連的關係,因此,此反饋為串聯反饋.
(c)電路,由於通過電阻R反饋到輸入回路的反饋信號為基極對地,而交直流輸入信號、三極管淨輸入信號也都為基極對地,三者為並列的關係,因此,此反饋為並聯反饋.
(d)電路,由於通過電感L２、電容C反饋到輸入回路電阻Re的反饋信號為發射極對地,而交直流輸入信號為基極對地,三極管淨輸入信號為基極對發射極,三者為首尾相連的關係,因此,此反饋為串聯反饋.
綜合以上的分析可知,在圖２Ｇ６Ｇ１２所示的電路中:(a)電路,反饋網絡———電阻Rb支路;反饋類型———交直流電壓並聯負反饋.(b)電路,反饋網絡———電阻Re支路;反饋類型———交直流電流串聯負反饋.(c)電路,反饋網絡———電阻Re２,R網絡;反饋類型———交直流電流並聯負反饋.(d)電路,反饋網絡———電感L２、電容C、電阻Re網絡;反饋類型———交流電壓串聯正反饋.
四、負反饋對放大電路性能的影響負反饋對放大電路的影響主要表現在兩個方麵.
８２國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試直流負反饋的影響直流負反饋在放大電路中可以穩定電路的靜態工作點.
交流負反饋的影響交流負反饋對放大電路性能的影響主要表現為以下幾點:＝
１２Ｇ６Ｇ１３中,若電路中無反饋,則電路放大倍數為A()降低了電路的放大倍數.在圖\/.
,＝－,
′＝＝
(－
),xx若電路中加入負反饋由於淨輸入信號xxx則xAxAxx
即oiidi
fo
idi
f電路在輸入信號x不變的條件下輸出信號x減小了放大倍數A＝′可見交流負xxi
o,
ufo
i\/.
反饋降低了放大電路的信號放大倍數,如圖２Ｇ６Ｇ１３所示.
ab
()無負反饋放大電路()負反饋放大電路圖
２Ｇ６Ｇ１３交流負反饋降低了放大電路的信號放大倍數(２)提高了電路及其放大倍數的穩定性.如前所述,直流負反饋穩定直流輸出量,能起到穩定靜態工作點的作用.同樣的道理,交流負反饋能穩定交流輸出量,起到穩定信號放大倍數的作用.假設由於某種原因,放大電路的放大倍數A變大(輸入信號xi不變),使輸出信號xo增大,而輸出信號xo的增大使得反饋信號xf增加.由於是信號負反饋,因此將使得三極管淨輸入信號xid減少,結果是輸出信號xo減少,這樣就抑製了輸出信號xo的增大,實際上是提高了放大倍數的穩定性.交流負反饋提高電路放大倍數穩定性的過程表示如下:↑→↑
無負反饋時,放大倍數Axo有負反饋時,放大倍數A↑→xo↑→xf↑→xid↓＝xi－xfA穩定←
x０↓←
xo＝Axid(３)減小了電路的非線性失真.由於三極管輸入信號uBE與輸出信號iC不成比例,即三極管特性的非線性,因此當輸入信號ui較大時,ib就會出現失真,在其輸出端uo將得到正負半周不對稱的失真信號,如圖２Ｇ６Ｇ１４所示.
圖２Ｇ６Ｇ１４三極管特性的非線性在輸入信號較大時,將產生非線性失真８３!\"#$#%&''''()當加入負反饋後,這種失真可得到改善.如圖２Ｇ６Ｇ１５所示,若輸入信號xi為標準正弦信號,經有非線性失真的放大電路A放大後,在輸出端將得到非線性失真信號xo,xo經反饋支路F反饋到輸入端形成的反饋信號xf,xf與輸入信號xi相減後,放大電路的淨輸入信號xid將是一個與輸出信號xo失真相反的波形,xid經有非線性失真的放大電路A放大後正好補償了原輸出信號的失真.
圖２Ｇ６Ｇ１５交流負反饋減小電路非線性失真的過程(４)展寬了通頻帶.通頻帶指的是放大電路有效放大信號的頻率範圍.由於電路引入負反饋後降低了電路的放大倍數、提高了放大倍數的穩定性,相應地自然展寬了電路的通頻帶,如圖２Ｇ６Ｇ１６所示.通頻帶頻帶的擴展,意味著頻率失真的減少,因此負反饋能減少頻率失真.
圖２Ｇ６Ｇ１６負反饋展寬了電路的通頻帶(５)改變輸入電阻和輸出電阻.由於反饋是將輸出回路的信號反送到輸入回路,因此放大電路引入了負反饋後,對電路輸入電阻和輸出電阻都會產生一定的影響.根據反饋類型的不同,輸入、輸出電阻的變化不一樣.串聯負反饋使輸入電阻增大,並聯負反饋使輸入電阻減小.電壓負反饋穩定輸出電壓,使輸出電阻減小;電流負反饋穩定輸出電流,使輸出電阻增大.
２７任務分析———助聽器的製作任務分析２７１電路原理與元器件作用一、工作任務電路整體結構圖助聽器電路原理如圖２Ｇ７Ｇ１所示.
８４國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境２助聽器的製作與調試圖２Ｇ７Ｇ１助聽器電路原理二、電路分析耳聾助聽器的電路如圖２Ｇ７Ｇ１所示,它實質上是一個由晶體三極管VT１~VT３組成的多級音頻放大器.VT１與外圍阻容元件組成了典型的阻容耦合放大電路,擔任前置音頻電壓放大;VT２,VT３組成了兩級直接耦合式功率放大電路,其中VT３接成發射極輸出形式,它的輸出阻抗較低,以便與８Ω低阻耳塞式耳機相匹配.
駐極體話筒B接收到聲波信號後,輸出相應的微弱電信號.該信號經電容器C１耦合到VT１的基極進行放大,放大後的信號由其集電極輸出,再經C２耦合到VT２進行第二級放大,最後信號由VT３發射極輸出,並通過插孔XS送至耳塞機放音.
電路中,C４為旁路電容器,其主要作用是旁路掉輸出信號中形成噪音的各種諧波成分,以改善耳塞機的音質.C３為濾波電容器,主要用來減小電池G的交流內阻(實際上為整機音頻電流提供良好通路),可有效防止電池快報廢時電路產生的自激振蕩,並使耳塞機發出的聲音更加清晰響亮.
三、元器件選擇VT１,VT２選用９０１４或３DG８型矽NPN小功率、低噪聲三極管,要求電流放大係數β≥１００;VT３宜選用３AX３１型等鍺PNP小功率三極管,要求穿透電流Iceo盡可能小些,β≥３０即可.
B選用CMＧ１８W型(Φ１０mm×６５mm)高靈敏度駐極體話筒,它的靈敏度劃分成５擋,分別用色點表示:紅色為－６６dB,小黃為－６２dB,大黃為－５８dB,藍色為－５４dB,白色＞－５２dB.本製作中應選用白色點產品,以獲得較高的靈敏度.B也可用藍色點、高靈敏度的CRZＧ２１１３F型駐極體話筒來直接代替.
XS選用CKX２Ｇ３５型(Φ３５mm口徑)耳塞式耳機常用的兩芯插孔.插孔要求插入耳機插頭後,內、外兩簧片能夠可靠接通,拔出插頭後又能夠可靠分開,以便兼作電源開關使用.耳機采用帶有CSXＧ２３５型(Φ３５mm)兩芯插頭的８Ω低阻耳塞機.
R１~R５均用RTXＧ１\/８W型碳膜電阻器.C１~C３均用CD１１Ｇ１０V型電解電容器,C４用CT１型瓷介電容器.G用兩節５號幹電池串聯而成,電壓３V.
８５!\"#$#%&''''()２７２電路主要技術參數與要求(１)電壓放大倍數:Au≥１００.
(２)輸入電阻:Ri≥３kΩ.
(３)輸出電阻:Ro≤２８kΩ.
(４)最大輸出幅值:Uom＝４５V.
(５)頻響特性:fL≤５０Hz,fH≥２０kHz.
２８任務實施———助聽器的製作實施２８１電路裝配準備一、製作工具與儀器設備(１)電路焊接工具:電烙鐵(２０~３５W)、烙鐵架、焊錫絲及鬆香.
(２)機加工工具:剪刀、剝線鉗、尖嘴鉗、平口鉗、螺絲刀、套筒扳手、鑷子及電鑽.
(３)測試儀器儀表:萬用表、電子電壓表及示波器.
二、元器件檢測焊接好的電路板,裝入尺寸約為６４mm×５４mm×１８mm的精致塑料或有機玻璃小盒內.盒麵板和上側麵,事先分別為話筒B、插孔XS開出受音孔和安裝孔.
２８２電路調試首先,通過調整電阻器R２的阻值,使VT１集電極電流(直流毫安表串聯在R３回路)在１５mA左右;然後,通過調整R４阻值,使助聽器的總靜態電流(直流毫安表串聯在電池G的供電回路)在１０mA左右即可.因各人使用的駐極體話筒B參數有所不同,有時R１的阻值也需要進行適當調整,應調到聲音最清晰響亮為止.
使用時,一般將助聽器置於使用者的上衣口袋內,注意話筒B的受音孔應朝外.戴上耳塞式耳機,並將插頭插入助聽器的插孔XS內,電路即自動通電工作;拔出插頭,助聽器即自動斷電停止工作.
測試各三極管各電極的工作電壓並將記錄結果填入表２Ｇ８Ｇ１中.
表２Ｇ８Ｇ１助聽器各三極管的工作電壓三極管代號V
VV
be
cVT１VT２VT３８６國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境３有源音箱的製作與調試３１任務描述有源音箱由功率放大(簡稱功放)電路、電源電路和喇叭箱組成,以功放為核心,它不僅要向負載提供較大的工作電壓,而且還要向負載提供較大的工作電流,使負載獲得足夠的功率,以完成揚聲器發聲、繼電器動作等.這些都需要相應的功放器為其提供驅動.
本任務就是通過製作一個有源音箱,了解低頻功放電路的特點,熟悉低頻功放電路的類型,掌握低頻功放電路的安裝、調試方法.
３１１任務目標本節任務目標見表３Ｇ１Ｇ１.
表３Ｇ１Ｇ１任務目標序號類別目標１
低頻功放電路的特點及其主要性能指標２
低頻功放電路的類型及其電路特性知識點３
outputcapacitorlessOCL１
無輸出電容器(,
)功放電路的基本組成與電路特性４
outputtransformerlessOTL無輸出變壓器(,
)功放電路的基本組成與電路特性１大功率三極管、集成功放電路資料查閱、識別與選取方法２
技能３
熱敏電阻器、揚聲器的使用、
２集成功放電路的安裝調試與檢測方法４熟悉萬用表、電子電壓表、示波器的使用１
溝通能力及團隊協作精神３
２職業素養良好的職業道德３
質量、成本、安全、環保意識８７!\"#$#%&''''()３１２任務學習載體本學習任務載體有３個,即TDA２０３０集成功放電路的製作(見表３Ｇ１Ｇ２)、電視伴音OTL功放電路的製作(見表３Ｇ１Ｇ３)和有源音箱OCL功放電路的製作(見表３Ｇ１Ｇ４).
表３Ｇ１Ｇ２TDA２０３０集成功放電路的製作名稱TDA２０３０集成功放電路的製作難度低
內容:根據下列給定電路的結構與參數,製作一個TDA２０３０集成功放電路要求:１
熟悉電路各元器件的作用２
設計電路並安裝印製電路板３
根據電路參數進行元器件采購並檢測４
進行電路元器件安裝５
進行電路參數測試與調整６
撰寫電路製作報告表３Ｇ１Ｇ３電視伴音OTL功放電路的製作名稱電視伴音OTL功放電路的製作難度中
內容:根據下列給定電路的結構與參數,製作一個電視伴音OTL功放電路要求:１
熟悉電路各元器件的作用２
設計電路並安裝印製電路板３
根據電路參數進行元器件采購並檢測４
進行電路元器件安裝５
進行電路參數測試與調整６
撰寫電路製作報告８８國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境３有源音箱的製作與調試表３Ｇ１Ｇ４有源音箱OCL功放電路的製作名稱有源音箱OCL功放電路的製作難度高
內容:根據下列給定電路的結構與參數,製作一個擴音機OCL功放電路要求:１熟悉電路各元器件的作用２設計電路並安裝印製電路板３根據電路參數進行元器件采購並檢測４進行電路元器件安裝５進行電路參數測試與調整６撰寫電路製作報告３２任務資訊３２１功放電路概述一、功放電路的特點在實際應用電路中,通常要利用放大後的信號去控製某一負載工作,如聲音信號經擴音器放大後驅動揚聲器發聲,傳感器微弱的感應信號經電路放大後驅動繼電器動作等,都需要電路有足夠大的功率輸出才能實現.一般,電壓放大電路的信號輸入幅度小,解決的主要問題隻是電壓的放大,其輸出的功率比較小.而功放器的主要目的,就是要把電壓放大電路輸出的較大電信號進行功放,向負載提供足夠大的輸出功率.因此,功放電路不同於電壓放大電路,它們具有以下特點:(１)以輸出足夠大的功率為主要目的.(２)大信號輸入,動態工作範圍很大.(３)通常采用圖解分析方法.
(４)分析的主要指標是輸出功率、效率和非線性失真等.
二、功放電路的基本要求功放電路不僅要有足夠大的電壓變化量,還要有足夠大的電流變化量,這樣才能輸出足夠大的功率,使負載正常工作.因此,對功放電路有以下幾個基本要求.
８９!\"#$#%&''''()輸出功率要大功放器的主要目的是為負載提供足夠大的輸出功率.在實際應用時,除了要求選用的功放管具有較高的工作電壓和較大的工作電流外,選擇適當的功放電路,實現負載與電路的阻抗匹配等,也是電路有較大功率輸出的關鍵.
效率要高功放電路的輸出功率由直流電源VCC提供.由於功放管及電路自身的損耗,電源提供的功率Pv一定大於負載獲得的輸出功率Po,我們把Po與Pv之比稱為電路的效率,即η＝P\/P.顯然,功放電路的效率越高越好.
ov非線性失真要小由於功放電路工作在大信號放大狀態,信號的動態範圍大,功放管工作易進入非線性範圍,因此功放電路必須想辦法解決非線性失真問題,使輸出信號的非線性失真盡可能地減小.
功放管的散熱保護措施功放電路在工作時,功放管消耗的能量將使其自身溫度升高,不但影響其工作性能,甚至導致其損壞,為此,功放管需要采取安裝散熱片等散熱保護措施.另外,為了保證功放管安全工作,還應采用過壓、過流等保護措施.
三、功放電路的分類按電路中三極管的工作狀態分類(１)甲類功放器.靜態工作點Q點位於交流負載線的中點,如圖３Ｇ２Ｇ１(a)中所示QA.在輸入信號的整個周期內,三極管始終處於放大狀態,輸出信號失真小,但電路效率低,如圖３Ｇ２Ｇ１(b)所示.
(２)乙類功放器.靜態工作點Q點位於交流負載線和輸出特性曲線中IB＝０的交點,如圖３Ｇ２Ｇ１(a)中所示QB.在輸入信號的整個周期內,三極管隻對半個周期的信號進行放大,輸出信號隻有半個波形,電路效率高,如圖３Ｇ２Ｇ１(c)所示.
(a)工作點位置(b)甲類波形(c)乙類波形(d)甲乙類波形圖３Ｇ２Ｇ１功放電路分類及其信號輸出波形(３)甲乙類功放器.靜態工作點Q點在交流負載線上略高於乙類工作點,如圖３Ｇ２Ｇ１(a)中所示QC.靜態時iC很小,在輸入信號的整個周期內,三極管能對大半個周期的信號進行９０國家骨幹高職院校項目建設成果學習情境３有源音箱的製作與調試放大,輸出信號有大半個波形,削波程度略小於乙類功率放大器,電路效率較高,如圖３Ｇ２Ｇ１(d)所示.