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1、汽车电工电子基础,主编,第六章 晶体管放大电路,第一节 晶体三极管及其放大作用 第二节 单管交流放大电路 第三节 功率放大电路 第四节 多级放大电路 第五节 集成运算放大电路 第六节 稳 压 电 源,第一节 晶体三极管及其放大作用,一、基本结构及分类 从外形来看，晶体三极管(以下简称晶体管)都有三个电极，常见的晶体管外形如图61所示。,图6-1 几种三极管外形,第一节 晶体三极管及其放大作用,图6-2 晶体管的结构示意图及图形符号,第一节 晶体三极管及其放大作用,图6-3 晶体管电流放大的实验电路,二、晶体管的电流放大作用,第一节 晶体三极管及其放大作用,当晶体管加外部电压，使发射结承受正向电
2、压，集电结承受反向电压，这时只要基极电流有一个较小的变化，集电极电流就会随着有一个较大的变化，这就是晶体管的电流放大,表6-1 晶体管电流放大实验数据记录表,1)晶体管的各极电流存在如下关系，发射极电流IE等于基极电流IB与集电极电流IC之和，即 2)当IB增大时，IC成比例的明显增大。 三、晶体管的特性曲线,第一节 晶体三极管及其放大作用,图6-4 测量晶体管特性的实验电路,1.输入特性曲线,第一节 晶体三极管及其放大作用,2.输出特性曲线,图6-5 晶体管特性曲线,(1)放大区 晶体管输出特性的平坦部分为放大区。,第一节 晶体三极管及其放大作用,(2)截止区 在IB=0这条曲线以下阴影部分
3、的区域为截止区。 (3)饱和区 输出特性曲线直线上升和弯曲部分为饱和区。 四、晶体管的主要参数 晶体管的主要参数表征管子的性能和适用范围，是选用管子的依据，主要参数有： 1.电流放大倍数 2.集基反向漏电流ICBO (1)集基,图6-6 测量反向电流的电路,第一节 晶体三极管及其放大作用,(2)集射反向漏电流ICEO 又称为集射反向穿透电流，它是基极开路时，集射极间的反向漏电流，可通过图6-6b电路来测试该参数。 3.极限参数,图6-7 晶体管极限损耗线,第一节 晶体三极管及其放大作用,(1)集电极最大允许电流ICM 对某一个晶体管来说，当集电极电流IC超过某一定值时，值就开始下降，它影响电路
4、的放大能力，把值下降到正常值的2/3的集电极电流IC称为集电极最大允许电流ICM。 (2)最大反向击穿电压 晶体管有两个PN结，因而当反向电压超过某一定值时会发生击穿现象。 (3)集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流流经集电结时将产生大量的热，使结温升高，为了限制温度不超过其允许值，规定了集电极功率损耗的最大值，该值称为集电极最大允许功率损耗PCM。,第二节 单管交流放大电路,一、电器组成及各元件作用 共发射极单管交流电压放大器是最基本的放大电路。,图6-8 晶体管共射极放大器,第二节 单管交流放大电路,(1)基极电阻RB 又称为基极偏置电阻，与电源UCC一起给基极提供一个适当的电流IB，
5、这样放大器就有一个合适的静态工作点。 (2)集电极负载电阻RC 当变化的集电极电流iC流经RC时，晶体管集电极和发射极之间的电压UCE也跟着发生变化，以实现电压放大的目的。 (3)晶体管VT 图中采用NPN晶体管，它是放大电路的核心，通过其控制作用，实现电流的放大。 (4)集电极电源UCC 集电极电源为放大器提供电能，同时它也是放大器工作在放大状态所必须的电压。 (5)耦合电容器C1、C2 二、放大电路的静态及静态工作点,第二节 单管交流放大电路,当放大电路没有输入信号（ui=0）时，电路中各处的电流任意两点间的电压都不变，电路处于直流工作状态或静止状态，称为静态。,图6-9 直流通路,第二节
6、 单管交流放大电路,解：已知硅管UBE=0.7V，根据图6-9的直流通路，则有 三、放大电路的动态工作过程 在静态的基础上，如果给放大电路加一个交流输入信号，这时放大电路中的电流、电压将发生变化，电路处于交流工作状态，或称为动态，它在直流基础上叠加了一个随输入信号变化的交流成分，总的电流和电压是一个脉动的直流。,图6-10 输入波形变化,第二节 单管交流放大电路,图6-11 交流放大过程,四、放大电路分析,第二节 单管交流放大电路,对放大器的分析最常用的方法有图解法和微变等效电路法。 1.图解法,图6-12 静态工作点图解,第二节 单管交流放大电路,(1)静态分析 单独画出集电极输出回路如图6
7、-12a，而晶体管的输出特性曲线如图。 (2)动态分析 当放大电路加上输入信号后，电路中的电流、电压将在静态值的基础上作相应波动。,图6-13 放大电路,第二节 单管交流放大电路,图6-14 放大电路动态过程图解,第二节 单管交流放大电路,图6-15 接输出负载的图解法,(3)波形失真与静态工作点的关系,第二节 单管交流放大电路,图6-16 工作点不恰当引起的失真,2.微变等效电路法,第二节 单管交流放大电路,(1)晶体管的微变等效电路 描述晶体管特性的输入、输出特性曲线是非线性，但在输入信号很小的情况下在静态工作点Q附近，可近似认为直线，如图6-17所示。,图6-18 晶体管微变等效电路,第
8、二节 单管交流放大电路,图6-18 晶体管微变等效电路,(2)放大电路的微变等效电路,第二节 单管交流放大电路,图6-19 放大电路微变等效电路,(3)电压放大倍数的计算,第二节 单管交流放大电路,(4)输入电阻和输出电阻 放大器的输入端与信号源相连接，那么放大器对信号源来说，就相当于是信号源的负载，此时可用一等效电阻来代替这一负载，这一等效负载电阻叫输入电阻，用Ri来表示。 解：同例1-1可求出IC=1.6mA。,第三节 功率放大电路,一、功率放大器的特点及分类 功率放大器是向负载提供不失真的输出功率，其输入、输出电压和电流都较大。 1)为获取足够大的输出功率，功率放大器的晶体管在接近极限状
9、态下工作。 2)功率放大器输出功率大，直流电源消耗的功率也大，因此功率放大电路应尽量减少本身的损耗，而使负载得到较大的输出功率，功率放大电路应具有较高的效率。 3)功率放大电路对已放大的电压信号再作进一步放大，很容易产生非线性失真，所以要求功率放大电路非线性失真要小。,第三节 功率放大电路,图6-20 功放电路三种工作状态,二、互补对称功率放大电路,第三节 功率放大电路,为解决单管组成的乙类、甲乙类功率放大电路的失真问题，可采用特殊的电路结构，用两个晶体管轮流工作，组成乙类或甲乙类互补对称功率放大器。 1.OCL乙类互补对称电路,图6-21 两个射极输出器组成 的互补对称电路,第三节 功率放大
10、电路,2.OTL乙类互补对称电路,图6-22 乙类互补对称电路,第四节 多级放大电路,图6-23 放大器级间耦合方式,一、级间耦合方式,第四节 多级放大电路,按照不同的需求，选择合适的级间耦合方式，可使各级静态工作点能方便、正常地设置。 1.阻容耦合 2.直接耦合 3.变压器耦合 二、多级放大器的电压放大倍数 我们以图623a两级阻容耦合放大电路为例来求解多级放大器的电压放大倍数。,第五节 集成运算放大电路,一、集成运算放大电路的组成,图6-24 运算放大器结构框图,第五节 集成运算放大电路,图6-25 运算放大器图形符号,二、理想运算放大器及其分析依据,第五节 集成运算放大电路,从集成运算放
11、大器电路组成可以看出无反馈时，运算放大器具有如下特点：输入电阻很高、开环放大倍数很大，输出电阻很低。 1)运算放大器两输入端对地电压相等，即“虚短”。 2)流入运算放大器两输入端的电流为0，即“虚断”。 三、运算放大器的基本运算电路 集成运算放大器的应用非常广泛，能进行比例、加法、减法、积分、微分等运算，下面介绍几种简单的基本运算电路。 1.比例运算电路,第五节 集成运算放大电路,图6-26 反相输入比例运算电路,(1)反相输入比例运算电路 电路如图6-26所示，,第五节 集成运算放大电路,Rf跨接在输出端和反相输入端，同相输入端经电阻R2接地，输入信号加于反相输入端。 (2)同相输入比例运算
12、电路,图6-27 同相输入比例运算电路,第五节 集成运算放大电路,图6-28 反相输入加法运算电路,2.反相输入加法运算电路,第五节 集成运算放大电路,解：根据式,图6-29 积分运算电路,第五节 集成运算放大电路,3.积分运算电路,第六节 稳 压 电 源,一、晶体管串联型稳压电路组成,图6-30 晶体管串联型稳压电路,第六节 稳 压 电 源,二、工作原理 当外部电源电压增加或负载减小时，输出电压Uo会增加，然后经采样电路电阻R1、RP、R2分压，取样电压UB2也会增加。 一、振荡电路概述 前面介绍的放大电路通常都是在输入端接上信号源的情况下才有信号输出。,图6-31 反馈型正弦波自激 振荡器
13、的原理框图,第六节 稳 压 电 源,图6-32 变压器耦合反馈型LC振荡电路,第六节 稳 压 电 源,图6-33 振荡的建立,二、多谐振荡器在汽车电路中的应用,第六节 稳 压 电 源,多谐振荡器是一种自激振荡电路。,图6-34 解放CA1090型汽车用倒车蜂鸣器电路,一、单管共发射极放大电路,第六节 稳 压 电 源,晶体管是放大器的核心元件，要使其有放大作用，发射结必须正偏，集电结必须反偏，放大电路必须有合适的静态工作点。 二、功率放大电路 功率放大电路与电压放大电路不同，其主要任务是能够向负载提供足够大的输出功率，其晶体管在接近极限状态下工作，输入、输出电流和电压都很大。 三、稳压电源 直流
14、稳压电源一般由变压、整流、滤波和稳压几部分组成。 (1)在图上标出静态工作点并确定静态值。 (2)当RC增加或减小时，静态工作点怎么移动？ (3)当RB由200k变成100k时，静态工作点又移到什么区域？,第六节 稳 压 电 源,图6-35 习题6-2图,第六节 稳 压 电 源,图6-36 习题6-4图,(1)静态值。,第六节 稳 压 电 源,(2)作出微变等效电路。 (3)输入电阻，输出电阻，电压放大倍数。,图6-37 习题6-15图,第六节 稳 压 电 源,(1)输出电压Uo。 (2)RL=8时调整管T2的功耗为多少？,图6-38 习题6-17图,第六节 稳 压 电 源,图6-39 习题6
15、-18图,一、实验目的,第六节 稳 压 电 源,1.学会放大器静态工作点的测试与调试方法。 2.分析静态工作点对放大器性能的影响。 3.掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。 4.熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验器材 本实验所需器材见表62。,表6-2 实验所需器材,三、实验内容与步骤,第六节 稳 压 电 源,实验设备电路及参数如图640，其中电阻RS是为测输入电阻Ri而加的外接电阻。,图6-40 共射单管放大器测试图,第六节 稳 压 电 源,1.输入端接一交流输入信号uS，输出端接示波器，按通12V直流电源。 2.增加输入信号到某一值，观察输出波形失真后，
16、调整可变电阻RP，使输出波形不失真且最大，这时静态工作点调试完毕，并将波形记入表6-3中，然后再使输入信号为零，用万表测出UCEQ、UBEQ，而ICQ可计算求得，ICQ=(UCCUCEQ)/RC。,表 6-3,3.重新加输入信号到某一值，将RP调到最小和最大，分别将此时观察到的波形和ICQ、UCEQ、UBEQ填入表6-3中。,第六节 稳 压 电 源,4.同步骤2调出最大不失真电压后，用毫伏表测出输入电压Ui和输出电压Uo，并将结果填入表6-4中，可计算出电压放大倍数Au。 5.再测一下信号发生器电压US，根据Ri=RS，计算出Ri，并把US和Ri数据填入表6-4中。 6.将负载RL断开测出输出电压U，根据Ro=RL，计算出Ro，并把U和Ro数据填入表6-4中。,表6-4 测输入、输出电阻数据记录表,四、实验结果分析 1.把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻值与理论计算值比较，分析产生误差的,第六节 稳 压 电 源,2.总结RC、RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的影响。 3.讨论静态工作点
