半導(dǎo)體器件及應(yīng).ppt

第5章 半導(dǎo)體器件及應(yīng)用,5.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),5.2 二極管,5.3 三極管,5.4 三極管基本放大電路,5.5 其他半導(dǎo)體器件,5.6 集成運(yùn)算放大器,第5章 半導(dǎo)體器件及應(yīng)用,理解半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，PN結(jié)的概念及特性； 掌握二極管的單向?qū)щ娦?、檢測(cè)方法及在汽車電子電路中的典型應(yīng)用； 掌握三極管的伏安特性及管腳的識(shí)別，了解其構(gòu)成的各類放大電路的特點(diǎn)及在汽車中的應(yīng)用； 了解其他特種半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)及在汽車中的應(yīng)用。 掌握集成運(yùn)放電路的分析方法，了解其在汽車中應(yīng)用。,本章要求:,5.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),5.1.1 半導(dǎo)體,半導(dǎo)體：介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。如硅、鍺、硒等,摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。,光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 (可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。,熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)(可做成 溫度敏感元件，如熱敏電阻)。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1. 本征半導(dǎo)體,完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。,本征硅的晶體結(jié)構(gòu)圖,共價(jià)健,本征硅的結(jié)構(gòu)平面圖,共有價(jià)電子所形成的束縛作用稱為共價(jià)鍵,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,價(jià)電子,空穴,自由電子,共價(jià)鍵中的少量?jī)r(jià)電子在溫度升高或受光照后，會(huì)獲得足夠的動(dòng)能，將掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。,這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。,在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子移動(dòng)過(guò)來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴。如此繼續(xù)下去，形成了空穴運(yùn)動(dòng)。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：電子電流和空穴電流,自由電子和空穴都稱為載流子。,本征半導(dǎo)體中有兩種載流子（自由電子和空穴）同時(shí)參與導(dǎo)電，這是本征半導(dǎo)體區(qū)別于金屬導(dǎo)體的一個(gè)重要特性，此特性稱為它的導(dǎo)電機(jī)理。,注意： 在常溫下，本征半導(dǎo)體中載流子很少，其導(dǎo)電性能很差。為了提高其導(dǎo)電性能，通常將其制成雜質(zhì)半導(dǎo)體。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體,在本征半導(dǎo)體中摻入微量的有用雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體。,（1）P型半導(dǎo)體,摻入三價(jià)元素,空穴,硼原子,接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子,空穴是多數(shù)載流子， 自由電子是少數(shù)載流子。,空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，也稱為空穴型半導(dǎo)體。,自由電子空穴對(duì),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,多余電子,磷原子,在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?失去一個(gè)電子變?yōu)檎x子,自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子型半導(dǎo)體。,摻入五價(jià)元素,自由電子是多數(shù)載流子， 空穴是少數(shù)載流子。,（2）N型半導(dǎo)體,自由電子空穴對(duì),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,綜上所述，無(wú)論是P型還是N型半導(dǎo)體，其中多數(shù)載流子都是摻入雜質(zhì)造成的，盡管雜質(zhì)含量微乎其微，卻能使其導(dǎo)電性能大大改善。而它們的少數(shù)載流子，都是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的。雖然少子濃度很低，但對(duì)溫度非常敏感，其濃度隨溫度的升高而增大，因此溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要因素。,由于雜質(zhì)半導(dǎo)體具有良好的導(dǎo)電性，在實(shí)際中常用來(lái)生成PN結(jié)。 PN結(jié)具有單一型半導(dǎo)體（P型或N型）所不具備的新特性，利用此特性制造出了各種半導(dǎo)體器件，推動(dòng)了電子技術(shù)的發(fā)展。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.1.2 PN結(jié),P 型半導(dǎo)體,N 型半導(dǎo)體,空穴,自由電子,負(fù)離子,正離子,自由電子,空穴,在雜質(zhì)半導(dǎo)體P和N的結(jié)合面附近存在著的特殊薄層稱為PN結(jié)。,在PN結(jié)中空穴和自由電子都基本上耗盡了，故PN結(jié)又稱為耗盡層，耗盡層中有一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，方向如上圖所示。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1.PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）,PN 結(jié)變窄,P接正、N接負(fù),IF,PN 結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài),內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2. PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）,P接負(fù)、N接正,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,PN 結(jié)變寬,2. PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）,內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。,IR,P接負(fù)、N接正,PN 結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,PN結(jié)正向?qū)ā⒎聪蚪刂沟奶匦苑Q為其單向?qū)щ娦?總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,3. PN結(jié)的結(jié)電容,PN結(jié)的結(jié)構(gòu)類似平板電容器,相當(dāng)于 導(dǎo)體,相當(dāng)于 導(dǎo)體,相當(dāng)于 介質(zhì),相當(dāng)于 介質(zhì),結(jié)電容數(shù)值很小，在低頻電路中，相當(dāng)于開(kāi)路，不用考慮 其影響，但在高頻電路中，容抗很小，對(duì)PN結(jié)的電流有影響，必須加以考慮。,5.2 二極管,5.2.1 結(jié)構(gòu)和分類,分類,結(jié)構(gòu),（1）點(diǎn)接觸型、面接觸型、平面型,（2）硅管和鍺管,（3）普通管和特殊管,下頁(yè),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,二極管的結(jié)構(gòu)示意圖,用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,硅Uth =0.5V,鍺Uth =0.1V。,反向擊穿 電壓U(BR),管壓降,外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。,外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?正向特性,反向特性,特點(diǎn)：非線性,死區(qū)電壓,硅0.60.8V鍺0.20.3V,5.2.2 二極管的伏安特性,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1. 最大整流電流 IFM,二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。,2. 最高反向工作電壓URM,3. 最大反向電流IRM,保證二極管不被擊穿而制定的最高反向電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。,指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流值。反向電流值越小，管子的單向?qū)щ娦阅茉胶?。其值隨著溫度的上升而顯著增加，因此溫度會(huì)影響二極管的性能。,4. 最高工作頻率fM,5.2.3 主要參數(shù),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,是指保證二極管具有單向?qū)щ娮饔玫淖罡吖ぷ黝l率。當(dāng)工作頻率過(guò)高時(shí)，二極管的單向?qū)щ娦阅芫蜁?huì)變差，甚至失去單向?qū)щ娦?。點(diǎn)接觸型鍺管其最高工作頻率可達(dá)幾百兆赫，而面接觸型硅整流管，其最高工作頻率只有三千赫。,1. 二極管極性的識(shí)別,（1）一般情況下，可通過(guò)管殼上的標(biāo)記確定。有色環(huán)的二極管，色環(huán)所在的一端為負(fù)極；帶色點(diǎn)的二極管，色點(diǎn)所在的一端為正極。,（2）無(wú)標(biāo)記的二極管，可通過(guò)萬(wàn)用表來(lái)判斷正負(fù)極。,正負(fù)極的確定是利用了二極管正向電阻小、反向電阻大的特點(diǎn)。將萬(wàn)用表?yè)艿絉1k檔，用表筆分別接觸二極管的兩極，測(cè)出兩個(gè)電阻值。在所測(cè)得阻值較小的一次，與,5.2.4 二極管的檢測(cè),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,黑表筆相接的一端為正極。同理，在所測(cè)得阻值較大的一次，與黑表筆相接的一端為負(fù)極，如圖所示。,上述檢測(cè)使用的是指針式萬(wàn)用表，實(shí)際上也可使用數(shù)字萬(wàn)用表。如果用數(shù)字萬(wàn)用表，表筆情況正好相反，即在所測(cè)得阻值較小的一次，與黑表筆相接的一端為二極管負(fù)極。同理，在所測(cè)得電阻值較大的一次，與黑表筆相接的是二極管正極。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,利用萬(wàn)用表還可以判斷二極管的好壞。如果測(cè)得的正、反向電阻值均很小，說(shuō)明二極管內(nèi)部短路；若正、反向電阻值均很大，說(shuō)明二極管內(nèi)部開(kāi)路，這兩種情況下，二極管就不能使用了。,2. 二極管好壞的識(shí)別,以上是普通二極管的檢測(cè)方法，汽車交流發(fā)電機(jī)上的整流二極管就可以按照上述方法進(jìn)行檢測(cè)。,操作：用萬(wàn)用表檢測(cè)汽車交流發(fā)電機(jī)整流板上的正極管、負(fù)極管。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1. 整流電路,由三只正極管和三只負(fù)極管組成。,正極管的導(dǎo)通條件是：在某一瞬間，與三相繞組中電位最高相連接的正極管導(dǎo)通。,負(fù)極管的導(dǎo)通條件是：在某一瞬間，與三相繞組中電位最低相連接的負(fù)極管導(dǎo)通。,三相橋式整流電路,5.2.5 二極管在汽車電子電路中的應(yīng)用,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,設(shè)三相繞組輸出的電壓為三相對(duì)稱電壓，波形如圖所示。,為便于分析，現(xiàn)將一個(gè)周期等分成6個(gè)小區(qū)間加以說(shuō)明。,在t1t2內(nèi)，VD1、VD5導(dǎo)通，U1V1間電壓加到負(fù)載上。,在t2t3內(nèi)，VD1、VD6導(dǎo)通，U1W1間電壓加到負(fù)載上。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,在t4t5內(nèi)，VD2、VD4導(dǎo)通，V1U1間電壓加到負(fù)載上。,在t3t4內(nèi)，VD2、VD6導(dǎo)通，V1W1間電壓加到負(fù)載上。,按照正極管VD1VD2VD3、負(fù)極管VD5VD6VD4的順序輪流導(dǎo)通，在負(fù)載端便得到一個(gè)較平穩(wěn)的直流電壓。電壓波形如圖所示。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2. 保護(hù)電路,在電路中，VD4起保護(hù)作用。當(dāng)勵(lì)磁線圈斷電時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)VD4釋放，避免了反電動(dòng)勢(shì)疊加在電源電壓上對(duì)VT2、VT3的電壓沖擊，保證了它們的安全。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1. 穩(wěn)壓管,符號(hào),伏安特性,穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓,使用時(shí)要加限流電阻,穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用該特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。,UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,（1）穩(wěn)壓管的特性,5.2.6 特殊二極管及在汽車電子電路中的應(yīng)用,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。,穩(wěn)定電流IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM 穩(wěn)定電流是指穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓所對(duì)應(yīng)的電流值 最大穩(wěn)定電流是指穩(wěn)壓管反向擊穿后允許流過(guò)的最大電流值。使用時(shí)要加限流電阻。,動(dòng)態(tài)電阻,rZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。,（2）主要參數(shù),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,穩(wěn)壓電路,汽車儀表電路的穩(wěn)壓電路,由穩(wěn)壓管和限流電阻串聯(lián)組成。其中穩(wěn)壓管與負(fù)載電路并聯(lián)，以便發(fā)揮穩(wěn)壓作用。,穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理是：當(dāng)蓄電池電壓上升時(shí)，穩(wěn)壓管的反向電壓略有增大，根據(jù)反向擊穿特性可知，其反向電流大大增加。這將引起限流電阻的電流和電壓增加，若電阻選擇合適，則其電壓的增量將抵消掉蓄電池電壓的增量，使儀表上的電壓基本不變。相反，當(dāng)蓄電池電壓減小時(shí)，限流電阻上的電壓減小，保證了儀表上的電壓基本不變。,（3）穩(wěn)壓管在汽車電子電路中的應(yīng)用,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,限幅電路,在圖中，穩(wěn)壓管VZ2為限幅二極管，在電路中起限制電壓幅度的作用。其工作原理是：當(dāng)電路開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，在電壓調(diào)節(jié)器兩端會(huì)產(chǎn)生瞬間高壓，穩(wěn)壓管反向擊穿導(dǎo)通，將電壓限制在一定范圍內(nèi)，避免了瞬間高壓損壞電壓調(diào)節(jié)器。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2. 發(fā)光二極管,發(fā)光二極管的外形和符號(hào),有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見(jiàn)波段的光，它的電特性與一般二極管類似，但正向電壓較一般二極管高為1.53V，電流較小為幾 十幾mA,發(fā)光二極管具有體積小、反應(yīng)快、光度強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在汽車電路中得到廣泛應(yīng)用。如安裝在汽車組合儀表盤上各種指示燈、報(bào)警燈都是發(fā)光二極管組成的。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,汽車上的液面檢測(cè)報(bào)警電路,報(bào)警燈,液位傳感器,永久磁鐵是浮子 舌簧管是靜止的,在液位正常時(shí)，舌簧管觸點(diǎn)斷開(kāi)，報(bào)警燈不發(fā)光。當(dāng)液位低于規(guī)定值時(shí)，磁鐵浮子下移到舌簧管中部，在磁場(chǎng)作用下觸點(diǎn)閉合，報(bào)警燈電路接通而發(fā)光報(bào)警。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,3. 光電二極管,利用這一特性可以將許多光電二極管組成光電板，作為電源使用，稱為太陽(yáng)能電池。另外，光電二極管在汽車上作為光信號(hào)檢測(cè)元件得到了廣泛的應(yīng)用。,反向電流的數(shù)值隨著光照的增強(qiáng)而上升。無(wú)光照時(shí)，反向電流很?。挥泄庹諘r(shí)，反向電流急劇增加，且光照的越強(qiáng)，反向電流越大。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,汽車空調(diào)用日照強(qiáng)度傳感器等效電路,日照強(qiáng)度傳感器在空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中是一個(gè)日照強(qiáng)度檢測(cè)元件，它通過(guò)光電二極管檢測(cè)日光照射量的變化，并把這種變化轉(zhuǎn)換成電流值輸出。車內(nèi)空調(diào)計(jì)算機(jī)對(duì)這種變化進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)電流的變化情況控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)排風(fēng)口的風(fēng)量和溫度，達(dá)到調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度的目的。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,汽車光電式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器原理圖,主要由發(fā)光二極管、光電二極管和遮光轉(zhuǎn)子組成。發(fā)光二極管通入電流后產(chǎn)生光源，光電二極管受光后產(chǎn)生電壓，遮光轉(zhuǎn)子有與氣缸數(shù)相對(duì)應(yīng)的缺口，光源照射到光電二極管的光線受轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光轉(zhuǎn)子控制。,當(dāng)遮光轉(zhuǎn)子隨分電器軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，遮光轉(zhuǎn)子缺口周期性地通過(guò)光線，使光電二極管周期性受光，光電二極管便產(chǎn)生了與曲軸位置相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖，即點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)。,5.3 三極管,5.3.1 結(jié)構(gòu)與符號(hào),基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,符號(hào)：,NPN型,PNP型,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,發(fā)射結(jié),集電結(jié),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,集電區(qū)： 面積最大,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.3.2 電流分配與放大原理,發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,實(shí)驗(yàn)線路,1.三極管放大的外部條件,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,結(jié)論:,1）電流關(guān)系 IE = IB + IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB,把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為三極管的電流放大作用。 實(shí)質(zhì):用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。,2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.3.3 三極管的特性曲線,即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。,重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線,測(cè)量三極管特性的實(shí)驗(yàn)線路,輸入回路,輸出回路,共發(fā)射極電路,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,死區(qū)電壓,正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： 硅管 UBE 0.60.7V 鍺管 UBE 0.2 0.3V,硅Uth =0.5V,鍺Uth =0.1V。,1.輸入特性,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,放大區(qū),(1) 放大區(qū),在放大區(qū)有 IC= IB ，也稱為線性區(qū)。,在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，三極管工作于放大狀態(tài)。,輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：,在放大區(qū)有恒流特性。,2.輸出特性,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（2）截止區(qū),在截止區(qū)有 IB =0， IC = IE 0 。,在截止區(qū)發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏，三級(jí)管工作于截止?fàn)顟B(tài)。,飽和區(qū),截止區(qū),（3）飽和區(qū),在飽和區(qū)，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏，三級(jí)管工作于飽和狀態(tài)。 深度飽和時(shí)， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。,UCE= UBE,在飽和區(qū)，IC IB,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,例: 試根據(jù)圖示中管子的對(duì)地電位，判斷各管是硅管還是鍺管？處于何種狀態(tài)？,方法 (1) 硅管、鍺管的判斷,硅管：,鍺管：,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,(2) 判斷狀態(tài),根據(jù)不同狀態(tài)下的偏置條件進(jìn)行,(a) 硅管，放大。,解：,(b) 硅管，飽和。,(c) 鍺管，截止。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,直流電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時(shí)，,表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。,注意：,和 的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICEO 較小的情況下，兩者數(shù)值接近。,常用晶體管的 值在20 200之間。,5.3.4 三極管的特性曲線,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,例：在UCE= 6 V時(shí)， 在 Q1 點(diǎn)IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點(diǎn)IB=60 A, IC=2.3mA。,在 Q1 點(diǎn)，有,由 Q1 和Q2點(diǎn)，得,Q1,Q2,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2.集-基極反向截止電流 ICBO,ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBO,3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO,ICEO受溫度的影響大。 溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,4. 集電極最大允許電流 ICM,5. 集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,集電極電流 IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為 ICM。,當(dāng)集射極之間的電壓UCE 超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開(kāi)路時(shí)的擊穿電壓U(BR) CEO。,6. 集電極最大允許耗散功耗PCM,PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過(guò)大，溫升過(guò)高會(huì)燒壞三極管。 PC PCM =IC UCE,硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,ICUCE=PCM,安全工作區(qū),由三個(gè)極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.3.5 三極管管型和管腳的判別,判定的方法：主要有目測(cè)法和萬(wàn)用表檢測(cè)法，實(shí)際工作中優(yōu)先采用目測(cè)法，在目測(cè)不能做出準(zhǔn)確判斷時(shí)，再用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)。,（1）管型的判別,根據(jù)三極管型號(hào)的命名方法確定。,見(jiàn)下頁(yè)表,注意：國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的三級(jí)管還有一些以數(shù)字命名的，如90119018。,9011、9013、9014、9016、9018 為NPN硅管,9012、9015 為PNP硅管,1.目測(cè)法,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,三極管型號(hào)命名方法（GB249-89）,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（2）管腳的判別,小功率(PCM1W)管： 金屬圓殼封裝：管腳向上，它們組成半圓位于上部，按順時(shí)針?lè)较蛞来螢閑bc。,塑料半圓柱封裝：頭在上，平面向自己，左起ebc。,大功率(PCM1W)管：電極靠近孔，左起ecb 。其中c是金屬外殼。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（2）判別基極,（1）將指針式萬(wàn)用表置歐姆檔R100或R1k，將兩表筆短接調(diào)零。,用黑表筆接三級(jí)管的某一電極，用紅表筆分別接另外兩個(gè)電極，若測(cè)得電阻都較?。s為幾百歐至幾千歐），則與黑表筆相接的電極為基極，同時(shí)可知為NPN管。如果電阻不是都小，則換電極重新檢測(cè)，直到兩次電阻值都很小為止。,如果用黑表筆接觸三級(jí)管的某一電極，而紅表筆分別接另外兩個(gè)電極時(shí)，測(cè)得電阻都較大（約為幾百千歐以上），則與黑表筆相接的電極為基極，同時(shí)可知為PNP管。,2.用萬(wàn)用表電阻擋判別,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（3）判別集電極和發(fā)射極,對(duì)NPN管，基極確定后，假定其余兩電極中的一個(gè)為集電極，將黑表筆接到該電極上，紅表筆接到假定的發(fā)射極上。用手指把假定的集電極和已測(cè)出的基極捏起來(lái)（但不要相碰），記下電阻讀數(shù)；再將表筆對(duì)調(diào)，記下電阻讀數(shù)。比較兩次讀數(shù)，阻值較小時(shí)黑表筆所接的電極是集電極，余下的電極為發(fā)射極。,對(duì)PNP管，方法同NPN管，只需將表筆對(duì)調(diào)即可即紅表筆接的是集電極，而黑表筆接的是發(fā)射極。,注意：數(shù)字式萬(wàn)用表的正極與表內(nèi)電源正極相連，負(fù)極與表內(nèi)電源負(fù)極相連；而指針式萬(wàn)用表的正極是與表內(nèi)電源負(fù)極相連的，負(fù)極是與表內(nèi)電源正極相連的。因此，當(dāng)用數(shù)字式萬(wàn)用表檢測(cè)晶體管時(shí)，判定結(jié)果與指針式正好相反。,另外，在有些萬(wàn)用表（部分指針式和所有數(shù)字式）上，具有hFE擋 ，利用之一功能也可確定三極管的電極。方法是：將萬(wàn)用表的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到hFE擋，再把三級(jí)管的三個(gè)電極插入e、b、c插孔中，若能讀出放大倍數(shù)，則插孔中的三個(gè)電極分別是e、b、c 。,5.4 三極管基本放大電路,三極管的主要用途之一就是利用其放大作用組成放大電路，實(shí)現(xiàn)將微弱電信號(hào)放大的功能，以驅(qū)動(dòng)大功率的負(fù)載工作，如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)、使繼電器動(dòng)作、使儀表偏轉(zhuǎn)等。,放大電路在生產(chǎn)實(shí)踐與科學(xué)研究中的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)成為電子電路中常見(jiàn)的基本單元。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成放大電路占了主導(dǎo)地位，分立元件放大電路在實(shí)際應(yīng)用中已不多見(jiàn)。雖然如此，但分立元件放大電路是所有模擬集成電路的基本單元。對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，從分立元件放大電路入手，掌握一些放大電路的基本概念是十分必要的。,本節(jié)將定性分析幾種基本放大電路的組成、工作原理、性能指標(biāo)及常用的基本放大電路的特點(diǎn)和應(yīng)用，為后續(xù)章節(jié)打好基礎(chǔ)。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.4.1 基本放大電路的組成與工作原理,在放大電路中，三極管有共發(fā)射極、共集電極和共基極三種接法，即三種組態(tài)。,相應(yīng)地放大電路有三種：共發(fā)射極電路、共集電極電路和共基極電路。,以共射電路為例，介紹放大電路的組成和工作原理。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1.組成,三極管VT-放大元件，起電流放大作用,共發(fā)射極基本放大電路,基極電源UBB與基極電阻RB使發(fā)射結(jié)處于正向偏置，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流IB。,集電極電源UCC -為電路提供能量，并保證集電結(jié)反偏。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,1.組成,共發(fā)射極基本放大電路,集電極電阻RC-將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?耦合電容C1 、C2 -隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時(shí)使信號(hào)順利輸入、輸出，即隔直通交。,組成原則：電源的接法必須使三極管工作在放大狀態(tài)。 輸入信號(hào)ui應(yīng)能加到三極管的輸入極上，經(jīng)過(guò)放大后能從輸出端有效輸出。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,單電源供電時(shí)常用的畫法,共發(fā)射極基本放大電路,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2.工作原理,放大電路中電流、電壓的符號(hào)規(guī)定,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,uo = 0,2.工作原理,無(wú)輸入信號(hào)(ui = 0)時(shí):,輸入端相當(dāng)于短路，由于電容器的隔直流作用，直流電流只在電容器C1和C2之間的電路中從上而下流動(dòng)，從而使三級(jí)管各極上的電流和電壓均為恒定的直流量。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,直流(IB、UBE) 和(IC、UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)Q，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各直流電流和電壓也稱為靜態(tài)值。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2.工作原理,UBE,uCE = UCC iC RC,有輸入信號(hào)(ui 0)時(shí):,三極管各極電流和電壓的大小均發(fā)生變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,UBE,若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓將比輸入電壓幅度大，電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電壓的放大。,輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180，故共發(fā)射極電路具有反相作用。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.4.2 放大電路的性能指標(biāo),放大倍數(shù)是衡量電路放大能力的一項(xiàng)指標(biāo)，有電壓、電流和功率三種。,1.放大倍數(shù),電壓放大倍數(shù)Au：輸出電壓與輸入電壓的相量之比,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,電流放大倍數(shù)Ai：輸出電流與輸入電流的相量之比,在不考慮放大電路中電抗元件（即電容元件和電感元件）的影響時(shí)，放大倍數(shù)Au可寫成交流瞬時(shí)值或有效值之比。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,同樣，在不考慮放大電路中電抗元件的影響時(shí)，放大倍數(shù)Ai也可寫成交流瞬時(shí)值或有效值之比。,功率放大倍數(shù)Ap：輸出功率與輸入功率之比,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2.輸入電阻ri,輸入電阻是從放大電路的輸入端往里看，電路的等效電阻。定義為輸入電壓與輸入電流的相量之比。在不考慮放大電路中電抗元件的影響時(shí)，也可寫成交流瞬時(shí)值或有效值之比。,它是衡量放大電路對(duì)信號(hào)源影響程度的一個(gè)指標(biāo)。其值越大，放大電路從信號(hào)源索取的電流就越小，對(duì)信號(hào)源影響就越小。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,3.輸出電阻ro,輸出電阻是從放大電路的輸出端往里看，電路的等效電阻。它可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得。當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí)，測(cè)得輸出電壓為 接上負(fù)載，測(cè)得的輸出電壓為 。根據(jù)圖可得：,輸出電阻是描述放大電路帶負(fù)載能力的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。通常放大電路的輸出電阻越小越好。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,4. 最大輸出功率Pom和效率,Pom：在輸出信號(hào)基本不失真的情況下電路所能輸出的最大功率。,：最大輸出功率Pom與電源提供的直流功率Pu之比。,放大電路的性能指標(biāo)還有很多，如最大輸出幅度、失真系數(shù)、通頻帶、溫度漂移、抗干擾能力等等， 后面用到時(shí)再進(jìn)行介紹。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.4.3 基本放大電路的類型和特點(diǎn),在生產(chǎn)實(shí)踐中基本放大電路放大的信號(hào)往往不只是正弦信號(hào)，還有緩慢變化的直流信號(hào)；同時(shí)，不只是放大電壓信號(hào)，有時(shí)還需要放大電流和功率信號(hào)。為了完成不同信號(hào)的放大，需要有不同的結(jié)構(gòu)。,1共射放大電路,（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn),交流通路：交流電流的通路,交流通路的畫法見(jiàn)下頁(yè)圖,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,信號(hào)的輸入和輸出回路都以發(fā)射極為公共端 ，故稱為共發(fā)射極電路。,電路的信號(hào)由基極輸入，由集電極取出。,短路,短路,對(duì)地短路,交流通路,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,有較高的電壓放大倍數(shù),（2）性能特點(diǎn),輸入電阻較低而輸出電阻較高,一般用于電壓放大級(jí),2共集電極放大電路,（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn),信號(hào)的輸入和輸出回路都以集電極為公共端，故稱為共集電極放大電路。,因輸出信號(hào)由發(fā)射極對(duì)地輸出，又稱為射極輸出器。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（2）性能特點(diǎn),由交流通路可知， ，電壓跟隨性好。,輸入電阻高、輸出電阻低，對(duì)信號(hào)源的影響小且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)，可作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、輸出級(jí)和中間隔離級(jí)使用。,3差動(dòng)放大電路,（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電路對(duì)稱,雙端輸入方式,正負(fù)雙電源供電,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,差動(dòng)放大電路的基本輸入信號(hào)有兩種：差模輸入信號(hào)和共模輸入信號(hào)。,（2）性能特點(diǎn),差模輸入信號(hào)：大小相等、極性相反的一對(duì)信號(hào)即ui1= -ui2。,共模輸入信號(hào)：大小相等、極性相同的一對(duì)信號(hào)即ui1= ui2。,差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，理想情況下的共模放大倍數(shù),；,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,對(duì)差模信號(hào)有很好的放大作用，差模放大倍數(shù),對(duì)差動(dòng)放大電路而言，差模信號(hào)是有用的信號(hào)，通常要求對(duì)它有較大的放大倍數(shù)；而共模信號(hào)則是由于溫度變化或干擾產(chǎn)生的無(wú)用的信號(hào)，需要對(duì)它進(jìn)行抑制。為了全面反映了差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力，引出了共模抑制比的概念。,共模抑制比,在理想情況下，差動(dòng)放大電路,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,功率放大電路：以功率放大為主要目的的放大電路,4互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,因?yàn)樗苤苯域?qū)動(dòng)負(fù)載工作，如使揚(yáng)聲器發(fā)聲，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，繼電器動(dòng)作，儀表指針偏轉(zhuǎn)等，所以在多級(jí)放大電路中常作為末級(jí)或末前極使用。,（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電路對(duì)稱,工作時(shí)，輪流工作，互相補(bǔ)充，故稱為互補(bǔ)對(duì)稱電路。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（2）性能特點(diǎn), 無(wú)信號(hào)輸入時(shí)IB=0，IC0，管子本身的損耗很小，所以電路的效率高。,有信號(hào)輸入時(shí)，管子往往在接近極限狀態(tài)下工作，輸出功率大 。,兩管都是射級(jí)輸出，所以輸出電阻低也是它的主要特點(diǎn)。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,汽車在行駛過(guò)程中，由于顛簸、振動(dòng)等原因，電氣線路與車體發(fā)生摩擦而造成絕緣層損壞，出現(xiàn)接地（短路）故障，這就需要及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，以提醒駕駛?cè)藛T注意，避免發(fā)生更大的事故。下圖就是一種為適應(yīng)接地故障的快速檢測(cè)而制作的故障探測(cè)電路，它由傳感器、兩級(jí)放大電路、聲光報(bào)警裝置及直流電源等組成。,5.4.4 基本放大電路在汽車檢測(cè)中的應(yīng)用,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,探測(cè)器工作原理：當(dāng)導(dǎo)線接地后，在接地點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生短路電流，短路點(diǎn)就會(huì)向周圍發(fā)出高頻電磁信號(hào)。這個(gè)信號(hào)就被由線圈和鐵心構(gòu)成的傳感器接收到，并轉(zhuǎn)換成交流電信號(hào)輸出。這個(gè)交流信號(hào)很微弱，經(jīng)過(guò)三極管VT1放大后，在它的集電極就會(huì)得到放大了的交流信號(hào)，再送入VT2的基極進(jìn)行放大，使接在VT2集電極的發(fā)光二極管閃爍發(fā)光，接在發(fā)射極的蜂鳴器發(fā)出聲響。傳感器越接近故障點(diǎn)，接收到的信號(hào)越強(qiáng)，發(fā)光二極管越亮，蜂鳴器發(fā)出的聲響越強(qiáng)。根據(jù)發(fā)光二極管亮度變化和蜂鳴器聲音變化，就能快速找到故障點(diǎn)。,5.5 其他半導(dǎo)體器件,5.5.1 光電三極管,1. 光電三極管,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：也有兩個(gè)PN結(jié)，但集電結(jié)采用光電二極管結(jié)構(gòu)，由光電二極管提供基極電流，所以基極不引出，從外觀上看只有兩個(gè)電極即C和E極。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,光電三極管在汽車上主要應(yīng)用于傳感器中，實(shí)現(xiàn)空氣流量檢測(cè)、轉(zhuǎn)向角度檢測(cè)、車速測(cè)量、位置測(cè)量等功能。,光電效應(yīng)：光電三極管是光控元件，其集電極電流隨光照強(qiáng)度的上升而增大。,無(wú)光照,E: 光照強(qiáng)度,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2. 光電式傳感器,（1）空氣流量傳感器,空氣流量傳感器又稱空氣流量計(jì)，是用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量大小的傳感器，其作用是將進(jìn)氣量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入電腦ECU，由電腦計(jì)算出進(jìn)氣量的大小，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間。,空氣流量計(jì)的種類很多，有歧管壓力傳感器，翼片式、量芯式、渦旋式、熱線式與熱模式空氣流量計(jì)等，這里介紹渦旋式空氣流量計(jì)。,與空氣流速,成正比：,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,渦旋式空氣流量計(jì)是根據(jù)卡門渦旋理論測(cè)量空氣流量的一種傳感器。在進(jìn)氣道的中央設(shè)置一錐形渦旋發(fā)生器，當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)，在渦旋發(fā)生器的后面就會(huì)產(chǎn)生一系列十分規(guī)則的空氣旋渦，稱為卡門渦旋。 理論與實(shí)踐證明，渦旋發(fā)生器后方某一點(diǎn)的卡門渦旋頻率f與空氣流速v成正比：,這樣，只要測(cè)出卡門渦旋頻率f，就可知道空氣的流速v，再乘以空氣通道的截面積便可獲得空氣的流量。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,反光鏡式卡門渦旋空氣流量計(jì),反光鏡檢測(cè)式空氣流量計(jì)主要由渦旋發(fā)生器、導(dǎo)壓孔和反光鏡檢測(cè)裝置組成。,渦旋頻率的測(cè)量是通過(guò)渦旋發(fā)生器、導(dǎo)壓孔和反光鏡檢測(cè)裝置三者的配合實(shí)現(xiàn)的，,原理是：當(dāng)管道中進(jìn)氣量變化時(shí)，渦旋發(fā)生器后面的渦旋壓力就會(huì)發(fā)生變化，渦旋壓力的變化經(jīng)導(dǎo)壓孔作用到簧片上便使簧片產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與渦旋頻率相同。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,由于反光鏡隨簧片一同振動(dòng)，因此反光鏡將發(fā)光二極管投射的光束反射到光電三極管上的反射頻率與渦旋頻率相同。因?yàn)楣怆娙龢O管受到光束照射時(shí)導(dǎo)通，不受光束照射時(shí)截止，所以光電三極管的導(dǎo)通和截止頻率與渦旋頻率相同。電腦根據(jù)光電三極管的導(dǎo)通和截止的頻率即可計(jì)算出渦旋頻率及空氣流量。,反光鏡檢測(cè)式渦旋空氣流量計(jì)輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，所以輸入到汽車電腦時(shí)無(wú)需進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。此外，由于無(wú)可動(dòng)部件，信號(hào)反應(yīng)靈敏，測(cè)量精度也較高。但其制造成本高，一般只在高檔轎車上使用。如豐田系列高檔轎車。,反光鏡式卡門渦旋空氣流量計(jì),總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（2）轉(zhuǎn)角傳感器,轉(zhuǎn)角傳感器是用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向器主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的傳感器。它主要有光電式和磁電式兩種，目前汽車上使用較多的為光電式傳感器，其結(jié)構(gòu)和電路如圖所示。,由遮光盤和夾在其兩側(cè)的兩組光電耦合器組成。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,遮光盤隨轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線時(shí)而通過(guò)透光槽作用于光電三極管上，使三極管導(dǎo)通；時(shí)而被遮光盤遮擋，從而使三極管截止。每截止一次，就輸出一個(gè)電壓脈沖。汽車電腦根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)三極管輸出的電壓脈沖數(shù)即可判斷出轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.5.2 熱敏電阻,熱敏電阻是半導(dǎo)體元件，它是將錳、鎳、鈷、銅和鈦等金屬氧化物按一定比例混合后壓制成型，在高溫（1000oC左右）下燒結(jié)而成的。其外形有片狀、圓柱狀等多種。,熱敏電阻的主要特性是熱敏性即阻值隨溫度的變化而變化。,熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)型（NTC）、正溫度系數(shù)型(PTC)和臨界溫度系數(shù)型（CTR）三種類型。,熱敏電阻具有體積小、靈敏度高等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在溫度測(cè)量和溫度控制上。,熱敏電阻的外形,熱敏電阻的溫度特性,5.6 集成運(yùn)算放大器,分立元件放大電路因?yàn)榉糯蟊稊?shù)低、可靠性不高、體積大等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍逐漸萎縮。取而代之的是集成運(yùn)算放大器，它具有高放大倍數(shù)和高可靠性、低成本、小尺寸的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍十分廣泛，從信號(hào)的運(yùn)算、放大到信號(hào)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換以及信號(hào)的測(cè)量和自動(dòng)控制等方面都用到了集成運(yùn)放。,本節(jié)集成運(yùn)算放大器的基本組成、特性及應(yīng)用等方面作一介紹。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.6.1 集成運(yùn)算放大器概述,1. 組成與封裝,輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)功放電路或射極輸出器構(gòu)成。,輸入級(jí)：要求輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用差動(dòng)式放大電路 。,中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共射極放大電路構(gòu)成。,偏置電路：為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，一般由各種電流源構(gòu)成。,集成運(yùn)放的內(nèi)部組成,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,封裝形式：圓殼式和雙列直插式，各引腳按逆時(shí)針排列。,集成運(yùn)放的符號(hào)：,2、3為反相和同相輸入端。,4、7為負(fù)電源和正電源端,6為輸出端,1和5為外接調(diào)零電位器（10 k）的兩個(gè)端子，調(diào)整運(yùn)放輸出的零點(diǎn),8為空腳,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（1）開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud(Auo),2. 主要參數(shù),運(yùn)放沒(méi)有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。,Aud愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。一般幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)倍，理想的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)為。,（2）開(kāi)環(huán)差模輸入電阻rid,是指在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，運(yùn)放的兩輸入端之間對(duì)差模信號(hào)的動(dòng)態(tài)電阻。其值越大，從信號(hào)源取用的電流越小，對(duì)信號(hào)源影響越小。一般在幾百千歐到幾兆歐，理想輸入電阻為 。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,（3）開(kāi)環(huán)輸出電阻ro,指在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，負(fù)載開(kāi)路時(shí)輸出端對(duì)地的電阻值 。輸出電阻越小，集成運(yùn)放帶負(fù)載能力越強(qiáng)，一般在幾十到幾百歐，理想情況下為無(wú)窮大。,（4）共模抑制比KCMR,是集成運(yùn)放差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比的對(duì)數(shù)值,即,KCMR數(shù)值越大，抑制干擾信號(hào)能力越強(qiáng)。一般在80dB以上，理想值為無(wú)窮大。,（5）最大輸出電壓幅度 UOPP,基本不失真時(shí)，運(yùn)放能輸出的最大峰-峰值電壓，為電源70%,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,3. 理想運(yùn)放及分析依據(jù),Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR ,理想運(yùn)算放大器的符號(hào),電壓傳輸特性 uo= f (ui),線性區(qū)： uo = Auo(u+ u),非線性區(qū)： u+ u 時(shí)， uo = +Uo(sat) u+ u 時(shí)， uo = Uo(sat),線性區(qū),理想特性,實(shí)際特性,非線性區(qū),（2）分析依據(jù),（1）理想運(yùn)算放大器,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,因?yàn)?uo = Auo(u+ u ),所以 a) u+= u ,稱“虛短”,所以 b) i+= i 0 ,稱“虛斷”,Auo越大，運(yùn)放的 線性范圍越小，必 須加負(fù)反饋才能使 其工作于線性區(qū)。,理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn),因?yàn)?rid=,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回, 理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn),a) 輸出只有兩種可能, +Uo(sat) 或Uo(sat),b) i+= i 0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象,電壓傳輸特性,當(dāng) u+ u 時(shí)， uo = + Uo(sat) u+ u 時(shí)， uo = Uo(sat) 不存在 “虛短”現(xiàn)象,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,5.6.2 基本運(yùn)算電路,集成運(yùn)算放大器與外部電阻、電容、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行比例、加法和減法、積分和微分、指數(shù)和對(duì)數(shù)、乘法和除法等運(yùn)算。,在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，輸出量都能反映輸入量的某種運(yùn)算結(jié)果，因此運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)。在分析電路時(shí)線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)是電路的分析依據(jù)。,本節(jié)主要分析比例、加減運(yùn)算電路。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,電路組成,以后如不加說(shuō)明，輸入、輸出的另一端均為地()。,工作原理,因?yàn)?u=u+= 0， 稱反相輸入端“虛地” 反相輸入的重要特點(diǎn),因?yàn)?i = 0,所以 ii = ii + i- =if,1.比例運(yùn)算電路,平衡電阻 R2 = R1 / Rf,因要求靜態(tài)時(shí)u+、 u 對(duì)地電阻相同，所以,(1) 反相比例運(yùn)算電路,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,例：電路如下圖所示，已知 ui=-1V ，Rf = 20 k，R1 =2 k。求：uo=?,解：,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,因虛斷，所以u(píng)+ = ui, 電路組成, 工作原理,因虛短，所以 u = ui ， 反相輸入端不“虛地”,因要求靜態(tài)時(shí)u+、u對(duì)地電阻相同， 所以平衡電阻R2=R1/Rf,(2)同相比例運(yùn)算電路,若R1 =或R1 =、Rf=0， 則uo=ui，成為電壓跟隨器。,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,例：電路如上一頁(yè)所示，已知 ui=1V ，Rf = 20 k，R1 =2 k，最大輸出電壓UOPP=12V。求：uo并判斷運(yùn)放的工作區(qū)間。,例：電路如下圖所示，求：uo=？。,解：,解：,因 故運(yùn)放工作在線性區(qū),因運(yùn)放組成電壓跟隨器 所以,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,2.加減運(yùn)算電路,(1) 加法運(yùn)算電路,因虛短, u= u+= 0,因虛斷，i = 0,所以 i1+ i2 + i3 = if,平衡電阻： R= R1 / R2 / R3 /Rf,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,例：電路如下圖所示，設(shè) uo=-（4ui1 +2ui2 +0.5ui3) ，Rf = 100 k。求： R1 、 R2、 R3和R。,解：,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,減法運(yùn)算電路可看作是反相比例運(yùn)算電路與同相比例運(yùn)算電路的疊加。,(2) 減法運(yùn)算電路,若取 R1 = R2 ，R3 = Rf,如 R1 = R2 = R3 = Rf,總目錄,上頁(yè),章目錄,下頁(yè),返回,例：電路如下圖，設(shè) Rf = R1= R2 = R3 ， ui1= 1V，ui2 =3V， 求： uo=？,因?yàn)?R1 = R2 = R3 = Rf,在實(shí)際中，能實(shí)現(xiàn)上述各種運(yùn)算的集成放大器