第一专题半导体器件的基础知识 第一专题半导体器件的基础知识 7.1 半导体二极管半导体二极管半导体基础知识半导体基础知识导导 体：体：自然界中很容易导电的物质，例如自然界中很容易导电的物质，例如金属金属。绝缘体：绝缘体：电阻率很高的物质，几乎不导电，如电阻率很高的物质，几乎不导电，如橡皮橡皮、陶瓷陶瓷、塑料塑料和和石英石英等。等。半导体：半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如例如锗锗、硅硅、砷化镓砷化镓和和一些硫化物一些硫化物、氧化物氧化物等等半导体的特点半导体的特点当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。明显改变。 1. 本征半导体本征半导体GeSi本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理纯净的半导体纯净的半导体。如：硅和锗如：硅和锗最外层最外层四个四个价电子价电子共价键结构共价键结构+4+4+4+4共价键共用电子对共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子表示除去价电子后的原子 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成，常温下束缚电子很难脱离共价键成为为自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。所以本征半导体的导电能力很弱。 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使原共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4 在热或光激发下，使一些价电子获得足够在热或光激发下，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。+4+4+4+4空穴空穴束缚束缚电子电子自由自由电子电子 在其它力的作用下，空在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子来填补，穴吸引临近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此电荷的移动，因此可以认为可以认为空穴是带正电的载流子空穴是带正电的载流子。+4+4+4+4自由电子自由电子或或空穴空穴的运动形成电流的运动形成电流 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为出现的，称为电子电子空穴空穴对。对。 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种本征半导体中存在数量相等的两种载流载流子子，即，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度温度越高越高载流子的载流子的浓度浓度越高越高本征半导本征半导体的体的导电能力导电能力越强。越强。本征半导体的导电能力取决于本征半导体的导电能力取决于载流子的载流子的浓度浓度。归纳归纳 2. 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，在本征半导体中掺入某些微量杂质，使杂质半导体某种载流子浓度大大增加。使杂质半导体某种载流子浓度大大增加。 +4+4+5+41 1）N N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷，在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷，使自由电子浓度大大增加。使自由电子浓度大大增加。多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度；多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度；少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。 2 2）P P型半导体型半导体在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼，在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼，使空穴浓度大大增加。使空穴浓度大大增加。多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度；多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度；少数载流子（少子）：电子。取决于温度。少数载流子（少子）：电子。取决于温度。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子 归纳归纳3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。4、N型半导体中型半导体中电子是多子电子是多子，空穴是少子空穴是少子； P型半导体中型半导体中空穴是多子空穴是多子，电子是少子电子是少子。1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多数、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。载流子和少数载流子（简称多子、少子）。2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂浓、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂浓度，少数载流子的数量取决于温度。度，少数载流子的数量取决于温度。杂质半导体的导电机理杂质半导体的导电机理 杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P型半导体型半导体+N型半导体型半导体 +空间电荷区空间电荷区N区区P区区一、一、PNPN结的形成结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和型半导体和N型半导型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。结。7.1.1 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 浓度差浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区形成内电场形成内电场内电场阻止多子扩散，促使少子漂移内电场阻止多子扩散，促使少子漂移多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡 PN结正向偏置结正向偏置+内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_I正正二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性导通导通 PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_I反反截止截止 7.1.2 半导体二极管的基本结构半导体二极管的基本结构一、基本结构一、基本结构PN结结+管壳和引线管壳和引线PN阳极阳极阴极阴极符号：符号：D分类：分类：点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型 什么是半导体什么是半导体2 载流子：半导体中，携带电荷参与导电的粒子。载流子：半导体中，携带电荷参与导电的粒子。自由电子：带负电荷自由电子：带负电荷空穴：带与自由电子等量的正电荷空穴：带与自由电子等量的正电荷均可运载电荷均可运载电荷载流子载流子特特性性：在在外外电电场场作作用用下下，载载流流子子都都可可以以做做定定向向移移动动，形形成电流。成电流。1半半导导体体：导导电电能能力力介介于于导导体体和和绝绝缘缘体体之之间间,且且随随着着掺掺入入杂杂质质、输输入入电电压压（电电流流）、温温度度和和光光照照条条件件的的不不同同而而发发生生很大变化，人们把这一类物质称为半导体。很大变化，人们把这一类物质称为半导体。1.1半导体二极管半导体二极管 3N 型半导体：主要靠电子导电的半导体。型半导体：主要靠电子导电的半导体。即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。4P 型半导体：主要靠空穴导电的半导体。型半导体：主要靠空穴导电的半导体。 1.1.2PN 结结即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。PN 结结：经经过过特特殊殊的的工工艺艺加加工工，将将 P 型型半半导导体体和和 N 型型半半导导体体紧紧密密地地结结合合在在一一起起，则则在在两两种种半半导导体体的的交交界界面面就就会会出出现一个特殊的接触面，现一个特殊的接触面，称为称为 PN 结。结。PN 结具有单向导电特性。结具有单向导电特性。1.1半导体二极管半导体二极管 （1）正正向向导导通通：电电源源正正极极接接 P 型型半半导导体体，负负极极接接 N 型型半半导导体，电流大。体，电流大。（2）反反向向截截止止：电电源源正正极极接接 N 型型半半导导体体，负负极极接接 P 型型半半导导体，电流小。体，电流小。结结论论：PN 结结加加正正向向电电压压时时导导通通，加加反反向向电电压压时时截截止止，这这种种特性特性称为称为 PN 结的单向导电性。结的单向导电性。 1.1半导体二极管半导体二极管 如如果果反反向向电电流流未未超超过过允允许许值值，反反向向电电压压撤撤除除后后，PN 结结仍能恢复单向导电性。仍能恢复单向导电性。 反反向向击击穿穿：PN 结结两两端端外外加加的的反反向向电电压压增增加加到到一一定定值值时时，反向电流急剧增大，反向电流急剧增大，称为称为 PN 结的结的反向击穿。反向击穿。 热热击击穿穿：若若反反向向电电流流增增大大并并超超过过允允许许值值，会会使使 PN 结结烧烧坏，称为热击穿。坏，称为热击穿。结电容结电容：PN 结存结存在着电容，该电容为在着电容，该电容为 PN 结的结电容。结的结电容。1.1半导体二极管半导体二极管 半导体二极管半导体二极管1半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号利利用用 PN 结结的的单单向向导导电电性性，可可以以用用来来制制造造一一种种半半导导体体器器件件 半导体二极管。半导体二极管。箭头表示正向导通电流的方向。箭头表示正向导通电流的方向。 电路符号如图所示。电路符号如图所示。1.1半导体二极管半导体二极管 由由于于管管芯芯结结构构不不同同，二二极极管管又又分分为为点点接接触触型型（如如图图 a）、面接触面接触型（如图型（如图 b）和平面型（如图）和平面型（如图 c）。）。 点点接接触触型型：PN 结结接接触触面面小小，适适宜宜在在小电流状态下使用。小电流状态下使用。面面接接触触型型、平平面面型型：PN 结结接接触触面面大大，截截流流量量大大，适适合合于于大电流场合中使用。大电流场合中使用。1.1半导体二极管半导体二极管 2二极管的特性二极管的特性伏伏安安特特性性：二二极极管管的的导导电电性性能能由由加加在在二二极极管管两两端端的的电电压压和和流流过过二二极极管管的的电电流流来来决决定定，这这两两者者之之间间的的关关系系称称为为二二极极管管的的伏伏安安特特性性。硅硅二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线如如图所示。图所示。特性曲线特性曲线1.1半导体二极管半导体二极管 正正向向导导通通：当当外外加加电电压压大大于于死死区区电电压压后后，电电流流随随电电压压增大而急剧增大，二极管导通。增大而急剧增大，二极管导通。 死死区区：当当正正向向电电压压较较小小时时，正正向向电电流流极极小小，二二极极管管呈呈现很大的电阻，如现很大的电阻，如 OA 段，通常把这个范围称为死区。段，通常把这个范围称为死区。 死区电压：死区电压：导通电压：导通电压： = =onV0.2 V 0.3 V （Ge）0.6 V 0.7 V （Si）结论：正偏时电阻小，具有非线性。结论：正偏时电阻小，具有非线性。（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）1.1半导体二极管半导体二极管 = =( (Si）V 0.2V 5 . 0TV( (Ge） 反反向向击击穿穿：若若反反向向电电压压不不断断增增大大到到一一定定数数值值时时，反反向向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。 反反向向饱饱和和电电流流：当当加加反反向向电电压压时时，二二极极管管反反向向电电流流很很小小，而而且且在在很很大大范范围围内内不不随随反反向向电电压压的的变变化化而而变变化化，故故称称为为反向饱和电流。反向饱和电流。（2）反向特性（二极管负极电压大于正极电压）反向特性（二极管负极电压大于正极电压）普通二极管不允许出现此种状态。普通二极管不允许出现此种状态。结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。二极管属于非线性器件二极管属于非线性器件 1.1半导体二极管半导体二极管 3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： 二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。 二极管正常使用时允许加的最高反向电压。二极管正常使用时允许加的最高反向电压。 使使用用时时应应注注意意流流过过二二极极管管的的正正向向最最大大电电流流不不能能大大于于这这个个数值，否则可能损坏二极管。数值，否则可能损坏二极管。（2）最高反向工作电压最高反向工作电压 VRM使用中如果超过此值，二极管将有被击穿的危险。使用中如果超过此值，二极管将有被击穿的危险。1.1半导体二极管半导体二极管 1.2.1半导体三极管的基本结构与分类半导体三极管的基本结构与分类 1结构及符号结构及符号三三极极：发发射射极极 E、基极基极 B、集电极、集电极 C。三三区区：发发射射区区、基基区、集电区。区、集电区。1.2半导体三极管半导体三极管PNP 型及型及 NPN 型三极管的内部结构及符号如图所示。型三极管的内部结构及符号如图所示。 实实际际上上发发射射极极箭箭头头方方向向就就是是发发射射结结正正向向电电流方向。流方向。两两结结：发发射射结结、集集电结。电结。半导体三极管的结构和类型半导体三极管的结构和类型三极管的构成是在一块半导体上用掺入不同杂质的方法制成两个紧挨着的PN结，并引出三个电极，如下图所示。三极管有三个区：发射区发射载流子的区域；基区载流子传输的区域；集电区收集载流子的区域。各区引出的电极依次为发射极（极）、基极（极）和集电极（极）。发射区和基区在交界处形成发射结；基区和集电区在交界处形成集电结。根据半导体各区的类型不同，三极管可分为NPN型和PNP型两大类，如下图（a）、（b）所示。三极管的组成与符号（a）NPN型;（b）PNP型为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的内部结构条件，即：（1）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够的载流子供“发射”。（2）基区很薄，掺杂浓度很低，以减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关键所在。（3）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。由此可见，三极管并非两个PN结的简单组合，不能用两个二极管来代替；在放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。三极管的工作电压和基本连接方式三极管的工作电压和基本连接方式工作电压三极管要实现放大作用必须满足的外部条件：发射结加正向电压，集电结加反向电压，即发射结正偏，集电结反偏。如下图所示，其中V为三极管，UCC为集电极电源电压，UBB为基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好相反，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻。若以发射极电压为参考电压，则三极管发射结正偏，集电结反偏这个外部条件也可用电压关系来表示：对于NPN型：UCUBUE；对于PNP型：UEUBUC。三极管电源的接法（a）NPN型;（b）PNP型基本连接方式三极管有三个电极，而在连成电路时必须由两个电极接输入回路，两个电极接输出回路，这样势必有一个电极作为输入和输出回路的公共端。根据公共端的不同，有三种基本连接方式。（1）共发射极接法（简称共射接法）。共射接法是以基极为输入端的一端，集电极为输出端的一端，发射极为公共端，如下图（a）所示。（2）共基极接法（简称共基接法）。共基接法是以发射极为输入端的一端，集电极为输出端的一端，基极为公共端，如下图（b）所示。（3）共集电极接法（简称共集接法）。共集接法是以基极为输入端的一端，发射极为输出端的一端，集电极为公共端，如下图（c）所示。图中“”表示公共端，又称接地端。无论采用哪种接法，都必须满足发射结正偏，集电结反偏。三极管电路的三种组态（a）共发射极接法;（b）共基极接法（c）共集电极接法三极管的主要参数三极管的主要参数1）电流放大倍数2）极间反向电流3）极限参数（1）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允许功率损耗PCM。（3）反向击穿电压U(BR)CEO,U(BR)CBO,U(BR)EBO。场效应管场效应管（简称FET）是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，所以又称之为电压控制型器件。它工作时只有一种载流子（多数载流子）参与导电，故也叫单极型半导体三极管。因它具有很高的输入电阻，能满足高内阻信号源对放大电路的要求，所以是较理想的前置输入级器件。它还具有热稳定性好、功耗低、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，因而得到了广泛的应用。根据结构不同，场效应管可以分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）或称MOS型场效应管两大类。根据场效应管制造工艺和材料的不同，又可分为N型沟道场效应管和P型沟道场效应管。结型场效应管结构和符号结型场效应管结构和符号结型场效应管（JFET）结构示意图如图（a）所示。N沟道结型场效应管（a）结构示意图;（b）图形符号;（c）外形图P沟道结型场效应管（a）结构示意图;（b）图形符号工作原理工作原理(以N沟道结型场效应管为例)场效应管工作时它的两个PN结始终要加反向电压。对于N沟道，各极间的外加电压变为UGS0，漏源之间加正向电压，即UDS0。当G、S两极间电压UGS改变时，沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变，由于沟道宽度的变化，导致沟道电阻值的改变，从而实现了利用电压UGS控制电流ID的目的。场效应管的工作原理UGS对导电沟道的影响（a）导电沟道最宽;（b）导电沟道变窄;（c）导电沟道夹断绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管在结型场效应管中，栅源间的输入电阻一般为10+610+9。由于PN结反偏时，总有一定的反向电流存，而且受温度的影响，因此，限制了结型场效应管输入电阻的进一步提高。而绝缘栅型场效应管的栅极与漏极、源极及沟道是绝缘的，输入电阻可高达10+9以上。由于这种场效应管是由金属（Metal）,氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）组成的，故称MOS管。MOS管可分为N沟道和P沟道两种。按照工作方式不同可以分为增强型和耗尽型两类。沟道增强型绝缘栅场效应管结构和符号沟道增强型绝缘栅场效应管结构和符号下图是N沟道增强型MOS管的示意图。MOS管以一块掺杂浓度较低的P型硅片做衬底，在衬底上通过扩散工艺形成两个高掺杂的N型区，并引出两个极作为源极S和漏极D；在P型硅表面制作一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，在二氧化硅表面再喷上一层金属铝，引出栅极G。这种场效应管栅极、源极、漏极之间都是绝缘的，所以称之为绝缘栅场效应管。绝缘栅场效应管的图形符号如下图（b）、(c)所示，箭头方向表示沟道类型，箭头指向管内表示为N沟道MOS管(图(b)，否则为P沟道MOS管(图(c)。MOS管的结构及其图形符号下图是N沟道增强型MOS管的工作原理示意图，图（b）是相应的电路图。工作时栅源之间加正向电源电压UGS，漏源之间加正向电源电压UDS,并且源极与衬底连接,衬底是电路中最低的电位点。当UGS=0时，漏极与源极之间没有原始的导电沟道，漏极电流ID=0。这是因为当UGS=0时，漏极和衬底以及源极之间形成了两个反向串联的PN结，当UDS加正向电压时，漏极与衬底之间PN结反向偏置的缘故。N沟道增强型MOS管工作原理(a)示意图；(b)电路图当UGS0时，栅极与衬底之间产生了一个垂直于半导体表面、由栅极G指向衬底的电场。这个电场的作用是排斥P型衬底中的空穴而吸引电子到表面层，当UGS增大到一定程度时，绝缘体和P型衬底的交界面附近积累了较多的电子，形成了N型薄层，称为N型反型层。反型层使漏极与源极之间成为一条由电子构成的导电沟道，当加上漏源电压UGS之后，就会有电流ID流过沟道。通常将刚刚出现漏极电流ID时所对应的栅源电压称为开启电压，用UGS(th)表示。当UGSUGS(th)时，UGS增大、电场增强、沟道变宽、沟道电阻减小、ID增大；反之，UGS减小，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。所以改变UGS的大小，就可以控制沟道电阻的大小，从而达到控制电流ID的大小，随着UGS的增强，导电性能也跟着增强，故称之为增强型。必须强调，这种管子当UGS VT ，在在绝绝缘缘层层和和衬衬底底之之间间感感应应出出一一个个反反型型层层，使使漏漏极极和和源源极极之之间间产产生生导导电电沟沟道道。在在漏漏、源源极极间间加加一一正正向向电电压压 VDS 时，将产生电流时，将产生电流 ID 。总结：总结： VGS 越越大大，导导电电沟沟道道越越宽宽，沟沟道道电电阻阻越越小小， ID 越越大大。则则通通过过调节调节 VGS可控制漏极电流可控制漏极电流 ID 。 （3）输输出出特特性性和和转转移移特特性性（与晶体管类似）。（与晶体管类似）。1.3场效晶体管场效晶体管 3电压放大作用电压放大作用MOS 场场效效晶晶体体管管放放大大电电路路与与结结型型场场效效晶晶体体管管放放大大电电路路的的工作原理相似。工作原理相似。N 沟沟道道耗耗尽尽型型场场效效晶晶体体管管的的 VGS 可可取取负负值值，取取正正值值和和零零均能正常工作。均能正常工作。通通常常将将增增强强型型 MOS 管管简简写写为为 EMOS，耗耗尽尽型型 MOS 管管简写为简写为 DMOS。1.3场效晶体管场效晶体管 1.3.3MOSFET 和三极管的比较和三极管的比较1MOSFET 温度稳定性好。温度稳定性好。2MOSFET 输输入入电电阻阻极极高高，因因此此，MOSFET 放放大大级级对对前级的放大能力影响极小。前级的放大能力影响极小。3MOSFET 存存放放时时，应应使使栅栅极极与与源源极极短短接接，避避免免栅栅极极悬空。悬空。4MOSFET 的源极和漏极可以互换使用。的源极和漏极可以互换使用。 1.3场效晶体管场效晶体管 本章小结本章小结2晶晶体体二二极极管管的的核核心心是是 PN 结结，故故具具有有单单向向导导电电性性。二二极极管管属属于于非非线线性性器器件件，其其伏伏安安特特性性是是非非线线性性的的。二二极极管管的的门门坎坎电电压压，硅硅管管约约 0.5 V ，锗锗管管约约 0.2 V。导导通通电电压压，硅硅管管约约 0.7 V ，锗锗管管约约 0.3 V。1本本征征半半导导体体内内存存在在两两种种载载流流子子：自自由由电电子子和和空空穴穴。杂杂质质半半导导体体有有 P 型型和和 N 型型两两种种，P 型型半半导导体体中中空空穴穴是是多多子子，N 型型半半导导体体中中自自由由电电子子是是多多子子。PN 结结是是在在 P 型型半半导导体体与与 N 型型半半导导体体交交界界面面附附近近形形成成的的空空间间电电荷荷区区，也也叫叫阻阻挡挡层层或或耗耗尽尽层层 。PN 结结具具有有单单向向导电性，即正偏时导通，反偏时截止。导电性，即正偏时导通，反偏时截止。 4MOS 管管是是一一种种电电压压控控制制器器件件。MOS 管管的的优优点点是是：输输入入阻阻抗抗高高、受受幅幅射射和和温温度度影影响响小小、集集成成工工艺艺简简单单。超超大大规规模模集集成成电电路路主要应用主要应用 MOS 管。管。3晶晶体体三三极极管管是是一一种种电电流流控控制制器器件件，它它以以较较小小的的基基极极电电流流控控制制较较大大的的集集电电极极电电流流，以以较较小小的的基基极极电电流流变变化化控控制制较较大大的的集集电电极极电电流流变变化化。所所谓谓电电流流放放大大作作用用，实实质质上上就就是是这这种种“小小控控制制大大”，“小小变变化化控控制制大大变变化化”的的作作用用。三三极极管管有有 PNP 型型和和 NPN 型型两两大大类类。管管外外有有三三个个电电极极：发发射射极极、基基极极和和集集电电极极；管管内内有有两两个个 PN 结结：发发射射结结和和集集电电结结。使使用用时时有有三三种种电电路路组组态态：共共发发射射极极、共共基基极极和和共共集集电电极极组组态态；三三种种工工作作状状态态：截截止止状状态态、饱饱和和状状态态和和放放大大状态。两种基本功能：开关功能和放大功能。状态。两种基本功能：开关功能和放大功能。 第二专题常见模拟电路分析 基本放大电路模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标一、一、 什么是放大什么是放大1 1、概念：、概念： 将微弱的电信号通过放大电路将微弱的电信号通过放大电路( (也称放大器也称放大器) )放大到具有足够大的功率放大到具有足够大的功率去推动负载，这就是放大。去推动负载，这就是放大。2 2、放大的本质：、放大的本质： 能量的控制和转换；即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源能量的控制和转换；即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。提供的能量。注意：只有在不失真的情况下放大才有意义。注意：只有在不失真的情况下放大才有意义。 2. 性能指标性能指标1) 1) 放大倍数：输出量与输入量之比放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。任何放大电路均可看成为二端口网络。2)2)输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻将输出等效成有将输出等效成有内阻的电压源，内内阻的电压源，内阻就是输出电阻。阻就是输出电阻。空载时输出电压空载时输出电压有效值有效值带带RL时的输出电压有时的输出电压有效值效值输入电压与输入输入电压与输入电流有效值之比。电流有效值之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻3)3)通频带通频带4)最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom：交流有效值。交流有效值。由于电容、电感及半导体器件由于电容、电感及半导体器件PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率下限频率上限频率上限频率模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2)(2)输入回路应使交流信号电压能输入回路应使交流信号电压能加到管子上，加到管子上，使产生交流电流使产生交流电流第二节第二节 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理一、组成原则一、组成原则(1)(1)电源极性必须使放大管处于放大状态，电源极性必须使放大管处于放大状态，即即e e结正偏，结正偏，c c结反偏结反偏。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(3)(3)输出回路应使输出电流输出回路应使输出电流 尽可能多地流到尽可能多地流到负载上负载上，减少其他分流；，减少其他分流；(4)(4)为了保证放大电路不失真地为了保证放大电路不失真地放大信号，必须在没有外加信放大信号，必须在没有外加信号时使放大管有一个合适的静号时使放大管有一个合适的静态工作点，称之为态工作点，称之为合理的设置合理的设置静态工作点静态工作点。三、设置静态工作点的必要性三、设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动点几乎影响着所有的动态参数！态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？和极间电压？四、基本共射放大电路的工作原理四、基本共射放大电路的工作原理饱和失真饱和失真截止失真截止失真底部失真底部失真顶部失真顶部失真动态信号驮动态信号驮载在静态之载在静态之上上输出和输入反相！输出和输入反相！要想不失真，就要在信号要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！终工作在放大区！波形分析波形分析五、放大电路的组成原则五、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路两种实用放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1. 两种电源两种电源2. 信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”将两个电源将两个电源合二为一合二为一共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，动态时，b-e间电压是间电压是uI与与Rb1上的上的电压之和。电压之和。两种实用放大电路两种实用放大电路阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够大，即对耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流隔离直流、通过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。讨论1. 用用NPN型晶体管组成一个在本节课中未见过型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。的共射放大电路。2.用用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。型晶体管组成一个共射放大电路。照葫芦画瓢！照葫芦画瓢！模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学V VBBBB、R Rb b：使：使U UBEBE U Uonon，且有合适的，且有合适的I IB B。V VCCCC：使：使U UCECEU Uonon，同时作为负载的能源。，同时作为负载的能源。R Rc c：将：将i iC C转换成转换成u uCECE( (u uo o) ) 。动态信号作用时：动态信号作用时：二、基本共射放大电路二、基本共射放大电路C C1 1 C C2 2 ：隔直耦合电容：隔直耦合电容模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学习惯画法习惯画法单电源供电单电源供电7.5 多级放大电路多级放大电路7.5.1 阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。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。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。1 1 1 1阻容耦合多级放大电路分析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。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。2 2 2 2阻容耦合多级放大的频率特性和频率失真阻容耦合多级放大的频率特性和频率失真中频段中频段中频段中频段：电压放大倍数近似为常数。低低低低频频频频段段段段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。高高高高频频频频段段段段：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。除了电压放大倍数会随频率而改变外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。所以在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为幅幅幅幅频频频频特特特特性性性性，相位移与频率的函数关系称为相相相相频频频频特特特特性性性性，二者统称为频频频频率率率率特特特特性性性性或或或或频频频频率率率率响响响响应应应应。放大电路呈现带通特性。图中fH和fL为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为上上上上限限限限频频频频率率率率和下下下下限限限限频频频频率率率率，其差值称为通频带通频带通频带通频带。一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为频率失真频率失真频率失真频率失真。7.5.2 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路优点：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。零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移：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。7.6 差动放大电路差动放大电路7.6.1 差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理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动放大电路。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uol和uo2。由于电路是对称的，所以uol=uo2，差动放大电路的输出漂移uouoluo20，即消除了零点漂移。1 1 1 1抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理2 2 2 2差模输入差模输入差模信号：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：可见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 3 3 3共模输入共模输入共模信号：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。在发射极电阻在发射极电阻在发射极电阻在发射极电阻R RE E的作用的作用的作用的作用：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。负电源负电源负电源负电源U UEEEE的作用的作用的作用的作用：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。7.6.2 差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式双端输入单端输出式电路的输出uo与输入ui1极性（或相位）相反，而与ui2极性（或相位）相同。所以uil输入端称为反相输入端，而ui2输入端称为同相输入端。双端输入单端输出方式是集成运算放大器的基本输入输出方式。单端输入式差动放大电路的输入信号只加到放大器的一个输入端，另一个输入端接地。由于两个晶体管发射极电流之和恒定，所以当输入信号使一个晶体管发射极电流改变时，另一个晶体管发射极电流必然随之作相反的变化，情况和双端输入时相同。此时由于恒流源等效电阻或发射极电阻RE的耦合作用，两个单管放大电路都得到了输入信号的一半，但极性相反，即为差模信号。所以，单端输入属于差模输入。单端输出式差动电路，输出减小了一半，所以差模放大倍数亦减小为双端输出时的二分之一。此外，由于两个单管放大电路的输出漂移不能互相抵消，所以零漂比双端输出时大一些。由于恒流源或射极电阻RE对零点漂移有极强烈的抑制作用，零漂仍然比单管放大电路小得多。所以单端输出时仍常采用差动放大电路，而不采用单管放大电路。7.7 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路7.7.1 功率放大电路的特点及类型功率放大电路的特点及类型功率放大电路的特点及类型功率放大电路的特点及类型1 1 1 1功率放大电路的特点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，非线性失真也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，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 2 2 2功率放大电路的类型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。7.7.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路1 1 1 1OCLOCLOCLOCL功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路静态（ui=0）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。动态（ui0）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。可见在输入信号ui的整个周期内，V1、V2两管轮流交替地工作，互相补充，使负载获得完整的信号波形，故称互补对称电路。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。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。产生交越失真的原因是由于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。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。2 2 2 2OTLOTLOTLOTL功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路因电路对称，静态时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。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，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。7.2 7.2 整流电路整流电路7.2.1 7.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路u1u2TrDRLuoTr：整流变压器整流变压器D：理想二极管理想二极管u20，D导通；导通；uD=0，I取决于取决于外电路；外电路；u2 0，D截止；截止；I =0，uD（负负值）取决于外电路。值）取决于外电路。RL：负载电阻负载电阻u1，u2：正弦波瞬时值正弦波瞬时值u1u2RLuoioiDuDu20时，二极管导通时，二极管导通：一、工作原理一、工作原理u20，D1，D3通通， D2，D4止；止；u20， D2，D4通通， D1，D3止；止；uo=u2uo=-u2u2负半周时：负半周时：uoio t t u2uD4,uD2uD3,uD1u2D4D2D1D3RLuo三、各电量计算三、各电量计算输出电压平均值：输出电压平均值：输出电流平均值：输出电流平均值：uoio t 流过变压器副边的电流仍为正弦电流，其有效值：流过变压器副边的电流仍为正弦电流，其有效值：二极管上承受的二极管上承受的最高反向电压：最高反向电压：二极管的平均电流：二极管的平均电流：三、整流元件选择三、整流元件选择最大整流电流：最大整流电流：IOM ID(AV)最大反向工作电压：最大反向工作电压： URWM UDRM整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为较平滑的直流变为较平滑的直流电压电压u4。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo单相半波整流（半波整流）单相半波整流（半波整流）单相桥式整流（全波整流）单相桥式整流（全波整流）7.3 7.3 电源滤波电路电源滤波电路uDRLuo+C单相半波整流滤波电路单相半波整流滤波电路uoT/40T/2 T初始时刻初始时刻uC=00tuC：C充电，充电，uo按正弦变化按正弦变化t1T/4tuC：uo按正弦规律变化按正弦规律变化uo= uCt1tt2：uuo，D1、D3通通，C充电充电 C放电放电，指数规律，指数规律，快快！u2uo，D1、D3仍导通仍导通uo正弦规律正弦规律uo仍为正弦规律仍为正弦规律 t2t1C放电，放电， uo指数规律指数规律有电容时的有电容时的输出波形输出波形 t1T/4u2正弦规律，正弦规律，慢慢！u1u2u1abD4D2D1D3RLuoCuotu2tuotu2t全波整流与半波整流的比较全波整流与半波整流的比较二极管上承受的最高反向电压：二极管上承受的最高反向电压：输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电时间常数时间常数RLC有关。有关。 RLC越小，输出平均电越小，输出平均电压越低，输出电压中含纹波成分越大。压越低，输出电压中含纹波成分越大。RLC大大RLC小小UOUO二、滤波电容的选择与输出电压的估算二、滤波电容的选择与输出电压的估算 C容量选择：容量选择：T：交流电压的周期：交流电压的周期 C耐压选择：耐压选择：RLC愈大愈大电容器放电愈慢电容器放电愈慢UO( (平均值平均值) )愈大。愈大。 输出电压的估算输出电压的估算桥式整流电容滤波桥式整流电容滤波TRLC t 若取：若取：则：则：同理，可得半波整流电容滤波：同理，可得半波整流电容滤波：三、三、整整流二极管的导通角流二极管的导通角整流电路二极管的导通时间整流电路二极管的导通时间T/2 vC 时时，VD1、VD3 管管导导通通， v2 向向 C 充电。充电。 直直到到 v2 vC 时时，VD2、VD4 管管导导通，通， v2 向向 C 充充电电。 直直到到 - -v2 vC 时时，VD2、VD4 管截止，管截止，C 上上电压电压通通过负载过负载放放电电。 如此不断地充放如此不断地充放电电，维维持着持着输输出出电压电压的的锯齿锯齿状波状波动动。第一节单相全波整流和滤波第一节单相全波整流和滤波电路电路 （3）输输出出电压电压（2）波形）波形图图= 第一节单相全波整流和滤波第一节单相全波整流和滤波电路电路 在在整整流流电电路路的的输输出出端端接接上上一一个个电电感感，利利用用其其限限制制电电流流变变化化的的特特点点，能能使使通通过过整整流流管管的的电电流流平平滑滑。电电感感滤滤波波适适用用于于负负载载电电流流较较大的大的场场合。合。2电电感感滤滤波波电电路路第一节单相全波整流和滤波第一节单相全波整流和滤波电路电路 电电感感与与电电容容组组成成 LC 滤滤波波器器，可可进进一一步步减减小小输输出出电电压压的的脉脉动动程程度。度。（1）LC 滤波电路滤波电路3复合滤波电路复合滤波电路第一节单相全波整流和滤波第一节单相全波整流和滤波电路电路 （2）RC 滤滤波器波器由由于于电电感感体体积积大大，在在输输出出电电流流不不很很大大的的场场合合，常常用用电电阻阻代代替替电电感，感，组组成成 RC- - 形形滤滤波器。波器。第一节单相全波整流和滤波第一节单相全波整流和滤波电路电路 一、串联调整型直流稳压电路的基本原理一、串联调整型直流稳压电路的基本原理1工作原理工作原理第二节第二节连续调整型直流稳压连续调整型直流稳压电路电路 输输入入电电压压 VI 增增大大，致致使使 VO 增增大大，增增大大 RP ，其其上上压压降降增增大大， VO 的增大也受到了限制。的增大也受到了限制。 VI 不不变变， RL 增增大大时时，输输出出电电压压亦亦将将增增大大，此此时时增增大大 RP 使分压系数减小，就可以使使分压系数减小，就可以使 VO 的增大受到限制。的增大受到限制。因调整元件因调整元件 RP 与负载串联与负载串联, ,故称为串联型稳压电路。故称为串联型稳压电路。7.4 稳压二极管稳压二极管UIUZIZIZM1、结构：同二极管、结构：同二极管2 2、伏安特性：同二极管、伏安特性：同二极管DZ符号：符号：3、稳压管与二极管的主要区别、稳压管与二极管的主要区别1、二极管工作在正向区，稳压管工作、二极管工作在正向区，稳压管工作在反向击穿区；在反向击穿区；2、稳压管比二极管的反向特性更陡。、稳压管比二极管的反向特性更陡。4、主要参数、主要参数1）稳定电压）稳定电压 UZ：正常工作时管子两端的电压。：正常工作时管子两端的电压。4）动态电阻）动态电阻2）稳定电流）稳定电流IZ和最大稳定电流和最大稳定电流IZM3）最大允许功耗）最大允许功耗UIUZIZIZM5）电压温度系数）电压温度系数 稳压值受温度变化影响稳压值受温度变化影响的系数。数值上等于温度每的系数。数值上等于温度每升高升高1时稳定电压的相对时稳定电压的相对变化量。变化量。稳压管稳压管在工作时应在工作时应反接反接，并并串入一只电阻串入一只电阻。电阻的作用：一是起电阻的作用：一是起限流限流作用，以保护稳压管；作用，以保护稳压管；二是当输入电压或负载变化时，通过该电阻上电二是当输入电压或负载变化时，通过该电阻上电压（电流）的变化，压（电流）的变化，调节调节稳压管的工作电流，从稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。而起到稳压作用。UODZRRL+-例例1 1稳压管的参数是：稳压管的参数是：UZ=8V，IZ=10mA，IZM=29mA。选择选择600，0.125W的电阻作为限流电的电阻作为限流电阻，是否合适？阻，是否合适？ DZ+20VR限流电阻限流电阻R的阻值选得合适，但电阻的额定功率选得太小（的阻值选得合适，但电阻的额定功率选得太小（0.125W VO + 5V1输出电压固定的稳压电路输出电压固定的稳压电路第二节第二节连续调整型直流稳压连续调整型直流稳压电路电路 2输出正、负压的稳压电路输出正、负压的稳压电路图图示示电电路路可可提提供供 5 V 电电压压的的稳稳压压电电源源。两两个个 24 V 的的电电源源变变压压器器二二次次电电压压分分别别提提供供给给两两个个格格式式整整流流器器，两两个个 1000 F 电电容容器器分别为两个桥式整流电路的滤波电容。分别为两个桥式整流电路的滤波电容。第二节第二节连续调整型直流稳压连续调整型直流稳压电路电路 CW317 的基准电压是的基准电压是 1.25 V。3输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路第二节第二节连续调整型直流稳压连续调整型直流稳压电路电路 第三节第三节开关调整型直流稳压开关调整型直流稳压电源电源一、开关电源的基本组成一、开关电源的基本组成开开关关调调整整型型直直流流稳稳压压电电源源的的调调整整管管工工作作在在开开关关状状态态，功功率率损损耗耗小小，效效率率高高；滤滤波波电电感感、电电容容的的参参数数和和尺尺寸寸大大大大减减小小，已已成成为为小小型型化、轻量化、高效率的新型电源。化、轻量化、高效率的新型电源。 1工作原理工作原理二、开关电源的工作原理二、开关电源的工作原理（2）调调整整管管截截止止时时，尽尽管管管管压压降降大大，但但通通过过电电流流很很小小，管管耗耗很小，所以它的很小，所以它的调调整效率高。整效率高。（3）控控制制电电路路的的输输出出电电压压和和来来控控制制调调整整管管的的工工作作状状态态，使使调调整整管管在在饱饱和和与与截截止止两两种种状状态态之之间间反反复复转转换换，并并根根据据电电网网电电压压及及负负载载电电流流的的变变动动改改变变导导通通和和截截止止的的时时间间比比，以以达达到到即即能能稳稳压压，又又减减小小调调整管功耗的目的。整管功耗的目的。（1）开开关关调调整整管管饱饱和和导导通通时时，有有大大电电流流通通过过，其其饱饱和和管管压压降降很小，因而管耗不大。很小，因而管耗不大。第三节第三节开关调整型直流稳压开关调整型直流稳压电源电源 2波形图波形图脉脉宽宽调调制制：开开关关工工作作频频率率 f 固固定定不不变变，改改变变开开关关的的导导通通时时间间 ton，从从而而控控制制输输出出电电压压的的方方式式，称称为为脉脉宽调制。宽调制。若若脉脉冲冲电电压压幅幅度度为为Vm，则则平平均均分分量量即即输输出出直直流流电压为电压为若若因因某某种种原原因因引引起起 VO 升升高高，则则通通过过取取样样、比比较较放放大大和和控控制制电电路路产产生生的的控控制制电电压压使使调调整整管管导导通通 ton 减减小小，结结果果是是阻阻止止了了 VO 升升高高，反之亦然。反之亦然。 3调整过程调整过程第三节第三节开关调整型直流稳压开关调整型直流稳压电源电源本章重点内容l产生正弦振荡的条件lLC正弦波振荡电路的工作原理lLC正弦波振荡电路的工作判别l石英晶体振荡电路及其工作原理6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.1.1自激式正弦波振荡电路与反馈放大器的异同1.相同点：均引入反馈。2.不同点：（1）自激式正弦波振荡电路用来产生稳定的输出信号；反馈放大电路用来放大信号，工作任务不同。（2）自激式正弦波振荡电路没有外部信号输入；反馈放大电路有待放大的信号输入。（3）正弦波振荡电路中引入的是正反馈；反馈放大电路中一般引入负反馈，以改善性能。（4）正弦波振荡电路的振荡也不同于负反馈放大电路的自激振荡。前者是依靠外部接入的正反馈网络产生振荡；后者是放大电路的附加相移使负反馈变成正反馈而产生振荡第第6章章 信号产生电路信号产生电路下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第17章章 电子电路中的负反馈电子电路中的负反馈本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1. 1. 能判别反馈类型能判别反馈类型能判别反馈类型能判别反馈类型2. 2. 了解负反馈对放大电路工作性能的影响了解负反馈对放大电路工作性能的影响了解负反馈对放大电路工作性能的影响了解负反馈对放大电路工作性能的影响3. 3. 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件了解正弦波振荡电路自激振荡的条件了解正弦波振荡电路自激振荡的条件了解正弦波振荡电路自激振荡的条件4. 4. 了解了解了解了解RCRC振荡电路和振荡电路和振荡电路和振荡电路和LCLC振荡电路的工作原理振荡电路的工作原理振荡电路的工作原理振荡电路的工作原理下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 负反馈与正反馈负反馈与正反馈 反馈的基本概念反馈的基本概念RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+esRB+UCCC1C2RE ERLui+uo+RS通过通过通过通过R RE E将输出电压将输出电压将输出电压将输出电压反馈到输入反馈到输入反馈到输入反馈到输入通过通过通过通过R RE E将输出电流将输出电流将输出电流将输出电流反馈到输入反馈到输入反馈到输入反馈到输入下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：基本放大电路基本放大电路基本放大电路基本放大电路比较环节比较环节比较环节比较环节反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈电路反馈电路反馈电路反馈电路输出信号输出信号输出信号输出信号输入信号输入信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号反馈信号反馈信号反馈系数反馈系数反馈系数反馈系数净输入信号净输入信号净输入信号净输入信号放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数反馈反馈反馈反馈电路电路电路电路F F F F基本放大基本放大基本放大基本放大电路电路电路电路A A+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图净输入信号净输入信号若三者同相，则若三者同相，则 Xd = Xi Xf可见可见可见可见 X Xd d 1，称为，称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时： 在深度负反馈的情况在深度负反馈的情况在深度负反馈的情况在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反下，闭环放大倍数仅与反下，闭环放大倍数仅与反下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。馈电路的参数有关。馈电路的参数有关。馈电路的参数有关。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页3. 3. 改善波形失真改善波形失真改善波形失真改善波形失真Auiufud加反馈前加反馈前加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后加反馈后加反馈后大大略小略小略大略大略小略小略大略大 负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。 uoAF小小接近正弦波接近正弦波正弦波正弦波uiuo下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加无负反馈无负反馈有负反馈有负反馈BWBWf fBWBWf|Au|OO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uiubeib+5. 5. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响对输入电阻的影响对输入电阻的影响在同样的在同样的 ib下下，ui= ube + uf ube，所以所以 rif 提高。提高。1) 1) 串联负反馈串联负反馈串联负反馈串联负反馈无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：uf+使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页if无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：在同样的在同样的在同样的在同样的u ubebe下，下，下，下，i ii i = = i ib b + + i if f i ib b，所以所以所以所以 rif 降低。降低。降低。降低。2) 2) 并联负反馈并联负反馈并联负反馈并联负反馈 使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低iiibube+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 电压负反馈具有稳定输出电压的作用，电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。即有恒压输出特性，故输出电阻降低。 电流负反馈具有稳定输出电流的作用，电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。即有恒流输出特性，故输出电阻提高。1) 1) 电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低2) 2) 电流负反馈使电路的输出电阻提高电流负反馈使电路的输出电阻提高电流负反馈使电路的输出电阻提高电流负反馈使电路的输出电阻提高下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 振荡电路中的正反馈振荡电路中的正反馈17.3.1 自激振荡自激振荡自激振荡自激振荡1 1 S Su u 放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。频率和幅值的交流信号的现象。频率和幅值的交流信号的现象。频率和幅值的交流信号的现象。 开关合在开关合在开关合在开关合在“1”“1”为无反馈为无反馈为无反馈为无反馈放大电路。放大电路。放大电路。放大电路。2 22 21 1S Su u 开关合在开关合在开关合在开关合在“2”“2”为有反馈放大电为有反馈放大电为有反馈放大电为有反馈放大电路，路，路，路，自激振荡状态自激振荡状态自激振荡状态自激振荡状态下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页自激振荡的条件自激振荡的条件自激振荡的条件自激振荡的条件(1)(1)幅度条件：幅度条件：幅度条件：幅度条件：(2)(2)相位条件：相位条件：相位条件：相位条件：n n n n 是整数是整数是整数是整数 相位条件相位条件相位条件相位条件意味着振荡电路必须是意味着振荡电路必须是意味着振荡电路必须是意味着振荡电路必须是正反馈正反馈正反馈正反馈； 幅度条件幅度条件幅度条件幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还表明反馈放大器要产生自激振荡，还表明反馈放大器要产生自激振荡，还表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量必须有足够的反馈量必须有足够的反馈量必须有足够的反馈量( (可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数A A 或或或或反馈系数反馈系数反馈系数反馈系数F F 达到达到达到达到) ) 。自激振荡的条件自激振荡的条件自激振荡的条件自激振荡的条件下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页17.3.2 17.3.2 正弦波正弦波正弦波正弦波振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路1 1 正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的组成(1) (1) 放大电路放大电路放大电路放大电路: : 放大信号放大信号放大信号放大信号 (2) (2) 反馈网络反馈网络反馈网络反馈网络: : 必须是正反馈，反馈信号即是必须是正反馈，反馈信号即是必须是正反馈，反馈信号即是必须是正反馈，反馈信号即是 放大电路的输入信号放大电路的输入信号放大电路的输入信号放大电路的输入信号 (3) (3) 选频网络选频网络选频网络选频网络: : 保证输出为单一频率的正弦波保证输出为单一频率的正弦波保证输出为单一频率的正弦波保证输出为单一频率的正弦波 即使电路只在某一特定频率下满即使电路只在某一特定频率下满即使电路只在某一特定频率下满即使电路只在某一特定频率下满 足自激振足自激振足自激振足自激振 荡条件荡条件荡条件荡条件 (4) (4) 稳幅环节稳幅环节稳幅环节稳幅环节: : 使电路能从使电路能从使电路能从使电路能从 A Au uF F 1 1 ，过渡到，过渡到，过渡到，过渡到 A Au uF F =1 =1，从而达到稳幅振荡。，从而达到稳幅振荡。，从而达到稳幅振荡。，从而达到稳幅振荡。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页RCRC选频网络选频网络选频网络选频网络正反馈网络正反馈网络正反馈网络正反馈网络 用正反馈信号用正反馈信号用正反馈信号用正反馈信号u uf f作为输入信号作为输入信号作为输入信号作为输入信号 选出单一频选出单一频选出单一频选出单一频率的信号率的信号率的信号率的信号2. 2. 电路结构电路结构电路结构电路结构uf+ R R+ + + R RF2F2R R1 1 C C R RC C u uOO + +D D1 1D D2 2R RF1F1下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 正正正正反反反反馈馈馈馈u uf f+ + L LC C+ +U UCCCCR RL LC C1 1R RB1B1R RB2B2R RE EC CE E 放大电路放大电路放大电路放大电路反馈网络反馈网络反馈网络反馈网络LCLC选频网络选频网络选频网络选频网络正反馈网络正反馈网络正反馈网络正反馈网络下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象：现象：现象：现象：（1 1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2 2）调）调）调）调R RB1B1、 R RB2B2或或或或 R RE E的阻值后即可起振；的阻值后即可起振；的阻值后即可起振；的阻值后即可起振；（3 3）改用）改用）改用）改用 较大的晶体管后就能起振；较大的晶体管后就能起振；较大的晶体管后就能起振；较大的晶体管后就能起振；（4 4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；（5 5）适当增加）适当增加）适当增加）适当增加L L值或减小值或减小值或减小值或减小C C值后就能起振；值后就能起振；值后就能起振；值后就能起振；（6 6）反馈太强，波形变坏；）反馈太强，波形变坏；）反馈太强，波形变坏；）反馈太强，波形变坏；（7 7）调整）调整）调整）调整R RB1B1、 R RB2B2或或或或 R RE E的阻值后可使波形变好；的阻值后可使波形变好；的阻值后可使波形变好；的阻值后可使波形变好；（8 8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能 起振。起振。起振。起振。例例例例1 1 1 1：下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解解解解: :(2) (2) 调调调调R RB1B1、R RB2B2或或或或 R RE E的阻的阻的阻的阻 值后即可起振；值后即可起振；值后即可起振；值后即可起振；原反馈线圈接反，对原反馈线圈接反，对原反馈线圈接反，对原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相调两个接头后满足相调两个接头后满足相调两个接头后满足相位条件；位条件；位条件；位条件；(1) (1) 对调反馈线圈的两个接对调反馈线圈的两个接对调反馈线圈的两个接对调反馈线圈的两个接 头后就能起振；头后就能起振；头后就能起振；头后就能起振；调阻值后使静态工作调阻值后使静态工作调阻值后使静态工作调阻值后使静态工作点合适，以满足幅度点合适，以满足幅度点合适，以满足幅度点合适，以满足幅度条件；条件；条件；条件；(3) (3) 改用改用改用改用 较大的晶体管后就能起振；较大的晶体管后就能起振；较大的晶体管后就能起振；较大的晶体管后就能起振；改用改用改用改用 较大的晶体管，以满足幅度条件；较大的晶体管，以满足幅度条件；较大的晶体管，以满足幅度条件；较大的晶体管，以满足幅度条件；L LC C+ +U UCCCCR RL LC C1 1R RB1B1R RB2B2R RE EC CE E下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解解解解: :(5) (5) 适当增加适当增加适当增加适当增加L L值或减小值或减小值或减小值或减小 C C值后就能起振；值后就能起振；值后就能起振；值后就能起振；增加反馈线圈的圈数，增加反馈线圈的圈数，增加反馈线圈的圈数，增加反馈线圈的圈数，即增大反馈量，以满即增大反馈量，以满即增大反馈量，以满即增大反馈量，以满足幅度条件；足幅度条件；足幅度条件；足幅度条件；(4) (4) 适当增加反馈线圈的适当增加反馈线圈的适当增加反馈线圈的适当增加反馈线圈的 圈数后就能起振；圈数后就能起振；圈数后就能起振；圈数后就能起振； 当适当增加当适当增加当适当增加当适当增加L L 值或减小值或减小值或减小值或减小C C 值后值后值后值后, , 等效阻抗等效阻抗等效阻抗等效阻抗| |Z Zo o| |增大，增大，增大，增大，因而就增大了反馈量，容易起振；因而就增大了反馈量，容易起振；因而就增大了反馈量，容易起振；因而就增大了反馈量，容易起振； LCLC并联电路在谐并联电路在谐并联电路在谐并联电路在谐振时的等效阻抗振时的等效阻抗振时的等效阻抗振时的等效阻抗L LC C+ +U UCCCCR RL LC C1 1R RB1B1R RB2B2R RE EC CE E下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解解:(7) (7) 调整调整调整调整R RB1B1、 R RB2B2或或或或 R RE E 的阻值可使波形变好；的阻值可使波形变好；的阻值可使波形变好；的阻值可使波形变好；反馈线圈的圈数过多或反馈线圈的圈数过多或反馈线圈的圈数过多或反馈线圈的圈数过多或管子的管子的管子的管子的 太大使反馈太太大使反馈太太大使反馈太太大使反馈太强而进入非线性区，使强而进入非线性区，使强而进入非线性区，使强而进入非线性区，使波形变坏。波形变坏。波形变坏。波形变坏。(6) (6) 反馈太强，波形变坏；反馈太强，波形变坏；反馈太强，波形变坏；反馈太强，波形变坏；调阻值调阻值调阻值调阻值, , 使静态工作点使静态工作点使静态工作点使静态工作点在线性区，使波形变好；在线性区，使波形变好；在线性区，使波形变好；在线性区，使波形变好；(8) (8) 负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。 负载大，就是增大了负载大，就是增大了负载大，就是增大了负载大，就是增大了LCLC并联电路的等效电阻并联电路的等效电阻并联电路的等效电阻并联电路的等效电阻R R。 R R的增大的增大的增大的增大, ,一方面使一方面使一方面使一方面使| |Z Zo| |减小减小减小减小, ,因而反馈幅度减小因而反馈幅度减小因而反馈幅度减小因而反馈幅度减小, ,不不不不易起振易起振易起振易起振; ; 也使品质因数也使品质因数也使品质因数也使品质因数QQ减小减小减小减小, , 选频特性变坏选频特性变坏选频特性变坏选频特性变坏, , 使使使使波形变坏。波形变坏。波形变坏。波形变坏。 L LC C+ +U UCCCCR RL LC C1 1R RB1B1R RB2B2R RE EC CE E下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页L L2 2C C2 2 U UCCCCR RE2E2T T1 1RPRP1 1R R2 2R RE1E1C CE1E1C C1 1L L1 1RPRP2 2L L3 3T T2 2T T3 3KAKAD DR R3 3R RC2C2R R4 4LCLC振荡器振荡器振荡器振荡器开关电路开关电路开关电路开关电路 射极输出器射极输出器射极输出器射极输出器 继电器继电器继电器继电器例例例例2 2：半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关 变压器反馈式振荡器是接近变压器反馈式振荡器是接近变压器反馈式振荡器是接近变压器反馈式振荡器是接近 开关的核心部分，开关的核心部分，开关的核心部分，开关的核心部分，L L1 1、 L L2 2及及及及 L L3 3绕在右图所示的的磁芯上（又绕在右图所示的的磁芯上（又绕在右图所示的的磁芯上（又绕在右图所示的的磁芯上（又称感应头）称感应头）称感应头）称感应头）L L2 2L L3 3L L1 1移动的金属体移动的金属体移动的金属体移动的金属体感应头感应头感应头感应头下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页L L2 2C C2 2 U UCCCCR RE2E2T T1 1RPRP1 1R R2 2R RE1E1C CE1E1C C1 1L L1 1RPRP2 2L L3 3T T2 2T T3 3KAKAD DR R3 3R RC2C2R R4 4例例例例2 2：半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关 当某金属被测物体移近感应头时，当某金属被测物体移近感应头时，当某金属被测物体移近感应头时，当某金属被测物体移近感应头时，金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁作用，破坏了线圈之间的磁耦合，作用，破坏了线圈之间的磁耦合，作用，破坏了线圈之间的磁耦合，作用，破坏了线圈之间的磁耦合，使使使使 L L1 1上的反馈电压显著降低，破坏了上的反馈电压显著降低，破坏了上的反馈电压显著降低，破坏了上的反馈电压显著降低，破坏了自激振荡的幅值条件，振荡器停振，自激振荡的幅值条件，振荡器停振，自激振荡的幅值条件，振荡器停振，自激振荡的幅值条件，振荡器停振， 使使使使L L3 3上输出交流电压为零。上输出交流电压为零。上输出交流电压为零。上输出交流电压为零。L L2 2L L3 3L L1 1移动的金属体移动的金属体移动的金属体移动的金属体感应头感应头感应头感应头下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页L L2 2C C2 2 U UCCCCR RE2E2T T1 1RPRP1 1R R2 2R RE1E1C CE1E1C C1 1L L1 1RPRP2 2L L3 3T T2 2T T3 3KAKAD DR R3 3R RC2C2R R4 4例例例例2 2：半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关 当当当当L L3 3上输出交流电压为零时，二极管的整流输出上输出交流电压为零时，二极管的整流输出上输出交流电压为零时，二极管的整流输出上输出交流电压为零时，二极管的整流输出电压也为零，因此电压也为零，因此电压也为零，因此电压也为零，因此T T2 2截止，截止，截止，截止， T T3 3饱和导通，继电器饱和导通，继电器饱和导通，继电器饱和导通，继电器KAKA通电。通电。通电。通电。 继电器继电器继电器继电器KAKA的常闭触点接在电动机的控制回路内，的常闭触点接在电动机的控制回路内，的常闭触点接在电动机的控制回路内，的常闭触点接在电动机的控制回路内，可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动机停转；也可将机停转；也可将机停转；也可将机停转；也可将KAKA的常开触点接在报警电路上，同的常开触点接在报警电路上，同的常开触点接在报警电路上，同的常开触点接在报警电路上，同时发出声光报警。时发出声光报警。时发出声光报警。时发出声光报警。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页L L2 2C C2 2 U UCCCCR RE2E2T T1 1RPRP1 1R R2 2R RE1E1C CE1E1C C1 1L L1 1RPRP2 2L L3 3T T2 2T T3 3KAKAD DR R3 3R RC2C2R R4 4例例例例2 2：半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关半导体接近开关 当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起振，在振，在振，在振，在L L3 3上输出正弦电压，上输出正弦电压，上输出正弦电压，上输出正弦电压， 经二极管的整流后，使经二极管的整流后，使经二极管的整流后，使经二极管的整流后，使T T2 2饱和导通，饱和导通，饱和导通，饱和导通， T T3 3截止，继截止，继截止，继截止，继电器电器电器电器KAKA断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。 RP RP1 1用来调节振荡输出幅度，用来调节振荡输出幅度，用来调节振荡输出幅度，用来调节振荡输出幅度， RP RP2 2可使振荡电路可使振荡电路可使振荡电路可使振荡电路迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属物体离开感应头时迅速恢复振荡。物体离开感应头时迅速恢复振荡。物体离开感应头时迅速恢复振荡。物体离开感应头时迅速恢复振荡。6.1.2 自激式振荡电路的组成及产生和稳定振幅的条件自激式振荡电路的组成及产生和稳定振幅的条件1.放大环节：放大电路2.正反馈网络：供给维持振荡的能量，必需满足下列条件：（1）振幅平衡条件：AF1（2）相位平衡条件：AB2n（n=1、2、3.）3.稳幅环节：产生稳定的信号输出，条件；4.选频网络：选出振荡器产生维持振荡所需要的信号频率。6.2 LC振荡电路振荡电路1电路的组成电路的组成V()CeReRb2()()C1Rb1()CRL()L2L1图6.1变压器反馈式正弦波振荡电路2振荡条件振荡条件（1）相位平衡条件：为满足相位平衡条件，变压器的初、次级之间同名端必须正确连接。如图6.1所示，设某一瞬间基极对地信号电压为正极性“”，由于共射电路的倒相作用，集电极的瞬时极性“”，即A180。电当频率0时：LC回路的谐振阻抗是纯电阻性，由图中L1及L2的同名端可知，反馈信号与输出电压极性相反，即。于是AB360，保证了电路的正反馈，满足振荡的相位条件。当频率0时：LC回路的阻抗不是纯电阻性，而是感性或容性阻抗，此时LC回路对信号会产生附加相移，造成，那么AB360，不能满足相位平衡条件，电路也不可能产生振荡。由此可见，LC振荡电路只有在0这个频率上，才有可能产生振荡。（2）振幅条件：为了满足振幅平衡条件AF1，对晶体管的值有一定要求，一般只要值较大，就能满足振幅平衡条件，反馈线圈匝数越多，耦合越强，电路越容易起振。3电路振荡频率4电路优缺点电路优缺点（1）易起振，输出电压较大。由于采用变压器耦合，易满足阻抗匹配的要求。（2）调频方便，一般在LC回路中采用接入可变电容器的方法来实现，调频范围较宽，工作频率通常在几兆赫左右。（3）输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端，它对高次谐波的阻抗大，反馈也强，因此在输出波形中含有较多高次谐波成份。6.2.2 电感三点式电感三点式LC振荡器振荡器1电路的组成电路的组成2振荡条件分析振荡条件分析（1）相位条件：设基极瞬间极性为正，由于放大器的倒相作用，集电极电位为负，则电感的端为负，端为公共端，端为正，各瞬时极性如图6.2所示。反馈电压由端引至三极管的基极，故为正反馈，满足相位条件。（2）幅度条件：从图6.2可以看出，反馈电压取自电压L2的两端，并通过C1的耦合后加到晶体管的b、e间的，所以改变线圈抽头的位置，即改变L2的大小，就可以调节反馈电压的大小，当满足AF1时，电路便可起振。RcL2()()V()VCCCeReRb2()()Rb1L2L1CC1C2()()图6.2电感三点式LC振荡电路3振荡频率振荡频率4电路的优缺点电路的优缺点（1）由于L1和L2之间的耦合很紧，故电路易起振，输出幅度大。（2）调频方便，电容C若采用可变电容器，就能获得较大的频率调节范围。（3）由于反馈电压取自电压L2的两端，它对高次谐波的阻抗大，反馈也强，因此在输出波形中含有较多的高次谐波成份，输出波形不理想。6.2.3 电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路 +RcL2C2()()V()VCCCeReRb2()()Rb1C1CbC2()()图6.3电容三点式振荡器1相位条件2幅度条件3振荡频率4电路的优、缺点（1）容易起振，振荡频率高，可达100MHZ以上。（2）输出波形较好。这是由于C2对高次谐波的阻抗小，反馈电路中的谐波成份少，故振荡波形较好。（3）调节频率不方便。因为C1、C2的大小既与振荡频率有关，也与反馈量有关，改变C1（或C2）时会影响反馈系数，从而影响反馈电压的大小，造成工作性能不稳定。6.2.4 串联改进型电容三点式串联改进型电容三点式LC振荡电路振荡电路+TC3321LC2VVCCCeReRb2Rb1C1CbRc图6.4克拉泼振荡电路6.3 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路6.3.1石英晶体的谐振特性与等效电路RCLCo(a)符号(b)等效电路图6.5石英晶体的符号和等效电路FPfSf0X感性容性容性图6.6石英晶体的电抗频率特性6.3.2 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路1.并联型石英晶体振荡电路（a）实际电路（b）石英晶体等效后的电路图6.7并联型石英晶体正弦波振荡电路CbVVC2VCCReRb2Rb1C1RcRcC2ReC1RCLCoRPVCCV2V1(-)(-)(-)(+)Re2uiRcRb1Rb2VCCReRb1C1RcRe1ufuo(-)图6.8串联石英晶体振荡电路2. 串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路*6.4 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.4.1 RC串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性(a)RC串并联电路（b）低频等效电路（c）高频等效电路图6.9RC串并联网络及其高低频等效电路R2C2C1R1_+U1U2_R2C1_+_C2R1_+U1U2U1U26.4.2 RC串并联网络的频率特性串并联网络的频率特性f/f01U2/U11/310-9090f/f021图6.10RC串并联网络的频率特性6.4.3 桥式振荡电路桥式振荡电路uoVD2VD1R2RfR1CRCRA图6.11RC枨式正弦波振荡电路6.4.4 RC移相式振荡电路移相式振荡电路RRuoC C CRRf图6.12RC超前型移相式振荡电路*6.5 非正弦波产生电路非正弦波产生电路6.5.1 矩形波产生电路矩形波产生电路1工作原理工作原理uCR2UZR1R2R2UZR1R2uoVDiCiCRfCR5R4R3R2R1Aoo-UZUZffuo（a）电路（b）波形图6.13矩形波发生电路及其波形2振荡频率及其调节6.5.2 三角波发生器三角波发生器tCuouoR2UZR1R2UZR1-UZoUZtuo1uCoR5uo1R3R2R1R4VZA1A2(a)电路图(b)波形图图6.14三角波发生器uoRPR5R3R2R1R4VZA1A2图6.15频率可调的三角波发生器6.5.3 锯齿波发生器锯齿波发生器-UZUZu01u000ttCR5VDA2uoRPR6R3R2R1R4VZA1（a）电路（b）波形图6.16锯齿波发生器