高级维修电工理论培训教材DOC.docx

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高级维修电工理论培训教材

§1．半导体三极管：

一．基本结构：

三层半导体（N、P、N或P、N、P）；三个电极（基极B、发射极E和集电极C）；两个PN结（发射结、集电结）。

1．类别：

按频率可分为：

高频管和低频管

按功率可分为：

大功率管、中功率管和小功率管

按半导体材料可分为：

硅管和锗管

按结构可分为：

NPN型和PNP型。

目前国产的NPN型多为硅管（3D系列），PNP型多为锗管（3A系列）。

2．放大器中晶体管的三种接线方式：

以NPN型为例

（1）共发射极接法：

将发射极作为输入与输出的公共端。

如下图（a）

（2）共集电极接法：

将集电极作为输入与输出的公共端。

如下图（b）

（3）共基极接法：

将基极作为输入与输出的公共端。

如下图（c）

三种接法的性能比较见P.31表3-1

3．特性曲线：

（1）输入特性曲线：

是当集电极—发射极电压UCE为常数时，基极回路中基极电流IB与基极—发射极电压UBE之间的关系曲线。

即：

IB＝f（UBE）|UCE=C如下图（a）所示：

从图（a）中可以看出：

三极管的输入特性曲线也有一段死区，只有在发射结电压大于死区电压时，三极管才会导通，出现IB，硅管的死区电压约为0.5～0.6V，锗管的死区电压约为0.2～0.3V。

导通后，在正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE＝0.6～0.7V，PNP型锗管的发射结电压UBE＝-0.2～-0.3V。

（2）输出特性曲线：

是当基极电流IB为常数时，集电极回路中集电极电流IC与集电极—发射极电压UCE之间的关系曲线。

即

IC＝f（UCE）|IB=C如上图（b）所示。

在不同的IB下可以得到不同的曲线，所以三极管的输出特性曲线是一曲线族。

在输出特性曲线上可以划分三个区域：

1°截止区：

IB＝0以下的区域。

对NPN型硅管而言，当UBE＜0.5V时即已开始截止。

为了截止可靠，常使UBE≤0，此时集电结和发射结都处于反向电压下，称为反向偏置。

但是由于温度影响，集电极回路中仍有很小的电流ICEO（称为穿透电流）流过。

硅管的穿透电流很小，常温下在微安以下。

特点：

集电结和发射结都处于反向偏置。

2°放大区：

当发射结正向偏置时，曲线较平坦的部分是放大区。

对硅管来说，当UBE＞0.5V,而集电结又有一定的反向电压时,发射区扩散到基区的电子绝大部分被集电极所收集,IC≈IE,IB很小。

此时IC只随着IB而改变，和UCE的大小基本无关。

从特性曲线和电流形成过程都可以看出，IC的变化比IB的变化大得多，晶体管具有很强的电流放大作用。

特点：

发射结正偏而集电结反偏。

3°饱和区：

如果IC随IB增加时，使UCE下降为UCE≤UBE，发射结和集电结都将处于正向偏置，此时如果IB再增大，IC也不会按IC＝βIB增加，晶体三极管失去放大作用，这种情况称为饱和。

我们把UCE＝UBE的状态称为临界饱和，把UCE＜UBE的状态称为过饱和。

特点：

发射结和集电结皆正偏。

§2．基本放大电路

一．共射极放大电路的组成：

P．136图9-1（a）见下图

1．三极管V：

放大电路的放大元件，是电流控制元件。

2．集电极电源UGB：

直流电源，一般为几～几十伏。

作用：

（1）为输出信号提供能量。

（2）保证集电结处于反偏状态以及发射结处于正偏状态。

这样才能使三极管起到放大作用。

3．集电极负载电阻Rc：

一般为几～几十千欧。

作用：

将集电极电流变化成电压信号，以实现电压放大。

4．基极电阻Rb：

为几十～几百千欧。

作用：

提供适当的基极电流，使放大器有合适的工作状态。

5．耦合电容C1与C2：

一般为几～几十微法。

作用：

（1）隔直：

C1隔断放大器与信号源之间的直流通道；

C2隔断放大器与负载之间的直流通道。

（2）通交（交流耦合）：

沟通信号源、放大器和负载三者之间的交流通道，使交流信号畅行无阻。

二．直流通路与交流通路：

1．直流通路：

即放大电路的直流等效电路。

也就是在静态时，放大电路输入回路和输出回路的直流电流流过的路径。

如P．136图9-1（b）所示，放大电路进行静态分析时要用到直流通路。

见下图（a）

（1）静态——没有加入交流信号的放大电路。

（2）静态分析——求静态工作点Q，即分析静态时放大电路中各处的直流电流和直流电压。

即IbQ，ICQ，UceQ三个值。

（3）直流通路的画法：

在直流通路中，所有的电容器作开路处理，其余的不变。

（4）直流通路的作用：

用来求放大电路的静态工作点Q（即IbQ，ICQ，UceQ）。

2．交流通路：

即放大电路的交流等效电路。

也就是在动态时，放大电路输入回路和输出回路的交流电流流过的路径。

如P．136图9-1（C）所示，放大电路进行动态分析时要用到交流通路。

见上图（b）

（1）动态——加入交流信号后的放大电路。

（2）动态分析——求动态时（交、直流信号的迭加）的变化量。

（3）交流通路的画法：

在交流通路中，将电容器和直流电源都作短路处理（直流电源接地）。

（4）交流通路的作用：

交流通路用来计算放大电路的放大倍数，输入电阻，输出电阻等交流电量。

三．近似估算法：

以分压式偏置电路为例：

P．137图9-2。

1．静态工作点：

由直流通路求，即求IbQ，ICQ，UceQ三个值。

其直流通路如下图（a）所示：

2．电压放大倍数、输入电阻与输出电阻：

由交流通路求。

如上图（b）

A．求出三极管的输入电阻rbe：

rbe＝300＋（1＋β）26mV/IeQmA

B．求出交流负载电阻RL′：

RL′＝Rc∥RL

C．求输入电阻Ri：

Ri＝Rb1∥Rb2∥rbe≈rbe

（∵Rb1＞＞rbe，Rb2＞＞rbe，∴Ri≈rbe）

D．求输出电阻R0：

R0≈Rc

其中：

RL′＝Rc∥RL

“－”号表示UO与Ui反相位。

☆计算放大电路的静态工作点时，应考虑电路的名称正确的是A、C。

A．直流通道B．交流通道C．直流电路D．交流电路

☆估算放大电路的电压放大倍数，原则上应考虑电路的名称正确的是B、D。

A．直流通道B．交流通道C．直流电路D．交流电路

四．图解分析法：

运用三极管的输出、输入特性曲线簇，通过做图的方法，直观的分析放大电路性能的方法，称为图解分析法。

1．静态分析：

P．138图9-4为三极管的输出特性曲线。

即图（a）

（1）直流负载线：

电路如P．137图9-3所示，即图（b）由Uce＝UGB－IcRc

知，当Ic＝0时，Uce＝UGB，当Uce＝0时，Ic＝UGB／Rc，连接UGB与

UGB／Rc两点所作的直线称为直流负载线。

见P．138图9-4，即图（b）

（因为它是在静态时得到的而且又与集电极负载电阻Rc有关）

其斜率为tgα＝1／Rc。

（2）静态工作点Q：

直流负载线与三极管输出特性曲线的交点即为静态工作点。

它与基极电流Ib的大小有关。

Q点在两个坐标轴上所对应的点即为其静态值ICQ与UCEQ，再加上IbQ，即为Q值。

2．动态分析：

（1）交流负载线：

放大器加入交流信号后，交流信号迭加在直流信号上，如P．138图9-5所示。

当电路接入负载RL后，反映交流电压uce、交流电流ic之间关系的直线称为交流负载线。

其斜率为tgα′＝1／RL′。

（而RL′＝Rc∥RL）

（2）直流负载线与交流负载线的比较：

见图（b）

∵RL′＝Rc∥RL，∴RL′＜Rc，∴1／RL′＞1／Rc，tgα′＞tgα

交流负载线比直流负载线要陡一些（即其斜率要大一些）。

也就是说，放大器带的负载RL越小，RL′就越小，其交流负载线的斜率tgα′就越大，而电压放大倍数Au就越小。

交流放大器带负载后，电压放大倍数会降低。

§3．多级放大电路：

一．耦合——多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合。

二．多级放大器的耦合方式：

三种。

1．阻容耦合：

如P．139图9-8所示。

（1）电路组成：

第一级和第二级之间用耦合电容C2和第二级的输入电阻连接，即为阻容耦合。

主要用于交流放大电路的前置级。

（2）电路特点：

A．由于电容的“隔直”作用，前后级的静态工作点各自独立，互不影响，便于设置和调整各级的静态工作点。

B．由于电容的“通交”作用，并不影响前后级交流信号的传递。

C．结构简单，体积小，成本低。

D．耦合电容的容量对交流信号的传输有一定的影响——缺点。

（3）电压放大倍数：

电路总的电压放大倍数等于各个单级放大器电压放大倍数的乘积。

即Au＝Au1·Au2·Au3……

2．直接耦合：

如P．144图9-19所示。

（1）电路组成：

把前一级的输出端直接接到后一级的输入端，即为直接耦合。

主要用于放大直流信号。

（2）电路特点：

A．前后级静态工作点的相互影响：

其解决方法为：

1°提高后一级的发射极电位：

即在后一级三极管发射极中接入电阻或硅稳压管即可。

如P．144图9-20（a）（b）所示。

2°采用NPN—PNP管直接耦合：

利用两只三极管的极性不同，使得两级都能获得合适的静态工作点。

如P．145图9-21所示。

B．零点漂移的影响：

1°零点漂移——指放大器的输入端短路（即无输入信号）时，其输出端仍有变化缓慢而无规则的输出电压。

2°引起零点漂移的原因：

电源电压波动；电路元件的参数和晶体管特性的变化；温度的变化。

3°零漂的种类：

时漂和温漂。

4°零漂的抑制：

输入级采用差动放大电路。

3．变压器耦合：

前后级之间采用变压器连接。

主要用于交流放大器的功率输出级。

☆多级放大器的级间耦合方式一般有A、D、E。

A．阻容耦合B．电容耦合C．电感耦合D．变压器耦合E．直接耦合

§4．差动放大电路：

一．电路组成：

P．145图9-22所示。

1．两只三极管V1与V2的型号、特性、参数完全相同。

2．电路结构对称，各电阻元件的参数也对称。

3．两只三极管的静态工作点相同。

即Ic1＝Ic2，Uce1＝Uce2，

4．发射极电流为两管发射极电流之和。

即Ie＝Ie1＋Ie2

二．差动放大电路的特点：

静态时（无输入信号，即Ui＝0），输出电压Uo＝0，

（∵Rc1Ic1＝Rc2Ic2，∴Uo＝Rc1Ic1－Rc2Ic2＝0）

三．共模输入与差模输入：

1．共模信号与差模信号：

共模信号——差动放大器的两输入信号ui1与ui2的大小相等，极性相同，则称为共模信号。

这种输入方式称为共模输入方式。

差模信号——差动放大器的两输入信号ui1与ui2的大小相等，极性相反，则称为差模信号。

这种输入方式称为差模输入方式。

2．放大电路对共模信号抑制能力的大小，反映了它对零漂的抑制水平，而对差模信号则进行放大。

3．若输入的两个信号既非共模信号又非差模信号，则差动放大器只对其中的差模信号进行放大，同时又对共模信号进行抑制。

☆差动放大器的输入信号方式可分为A、B。

A．共模输入B．差模输入C．同向输入D．反向输入

四．对零漂的抑制：

1．利用电路的对称性来抑制零漂：

P．145图9-22

由于电路完全对称，∴输出电压Uo＝0，零漂被抑制。

有时还可加一调零电位器RP，通过调整以确保输出电压Uo＝0。

如下图所示。

*注意：

差动放大电路中利用电路的对称性，只能抑制零漂，而不能完全消除零漂。

所以差动放大电路中并不是没有零漂。

2．利用发射极电阻Re的深度负反馈来抑制零漂。

五．共模抑制比：

放大电路的差模信号放大倍数Ad与共模信号放大倍数Ac之比。

即KCMRR＝Ad／Ac

它反映了放大器质量的好坏，即对零漂的抑制水平。

六．差动放大电路的输出方式与电压放大倍数的关系：

1．双端输出：

电压放大倍数与每个单管放大器的电压放大倍数相等。

2．单端输出：

电压放大倍数是每个单管放大器的电压放大倍数的一半。

§5．放大电路中的反馈：

一．反馈：

将放大器输出信号的一部分或全部，经一定的电路送回到输入端，与输入信号合成的过程，称为反馈。

其中：

Xi——原输入信号；Xd——净输入信号

Xf——反馈信号；Xo——输出信号

二．反馈的分类：

正反馈——引回的反馈信号加强输入信号，使放大器能力上升。

负反馈——引回的反馈信号削弱输入信号，使放大器能力下降。

直流反馈——对直流量起反馈作用。

交流反馈——对交流量起反馈作用。

电压反馈——反馈信号与输出电压成正比。

电流反馈——反馈信号与输出电流成正比。

串联反馈——放大器的净输入信号由原输入信号和反馈信号串联而成。

并联反馈——放大器的净输入信号由原输入信号和反馈信号并联而成。

由反馈网络与放大器的输入、输出信号的不同而组成以下四种负反馈：

1．串联电压负反馈2．并联电压负反馈

3．串联电流负反馈4．并联电流负反馈

三．反馈的判断：

——瞬时极性法

1．正反馈与负反馈的判断：

2．并联负反馈与串联负反馈的判断：

——从输入端判断。

3．电流负反馈与电压负反馈的判断：

——从输出端判断。

四．负反馈对放大电路性能的影响：

1．使电路的放大倍数降低。

2．使电路放大倍数的稳定性得到提高。

3．使放大信号的非线性失真减小。

4．改变输入、输出电阻。

输入电阻Ri的变化与反馈的串联或并联有关；输出电阻RO的变化与电压反馈或电流反馈有关。

5．展宽通频带。

五．射极输出器：

见下图

1．组成：

输出信号由发射极取出，实际上为共集电极电路。

2．特点：

（1）放大电路的反馈系数为1，具有深度负反馈。

（2）电压放大倍数略小于1，而接近于1。

（3）具有电流放大作用。

（4）输出电压与输入电压同相位。

（5）输入电阻大，输出电阻小。

（6）属于串联电压负反馈。

§6．正弦波振荡电路：

一．振荡的基本概念：

1．自激振荡：

放大器的输入端不接入外加信号时，其输出端可以出现一定频率和幅度的交流信号的现象叫自激振荡。

或者说，能够自动地将直流电能转换成具有一定频率和一定幅度的交变振荡的电路，称为自激振荡。

2．自激振荡产生的原因：

主要是在电路中引入了正反馈。

3．产生自激振荡的条件：

（1）相位平衡条件：

反馈信号必须与输入信号同相位（电路必须有正反馈性质）。

（2）振幅平衡条件：

反馈信号的幅值必须等于输入信号的幅值。

4．正弦波振荡器的组成：

（1）放大部分：

利用晶体管的放大作用，使电路有较大的输出电压。

（2）反馈部分：

把输出信号反馈到输入端，让电路产生自激振荡。

（3）选频部分：

使电路只对某种频率的信号能满足自激振荡和条件。

二．LC正弦波振荡器：

用LC谐振回路作为选频网络的反馈振荡器。

1．变压器反馈式振荡器：

通过互感实现耦合和反馈，很容易实现阻抗匹配和达到起振要求，效率高，应用普遍。

但频率稳定度不高，输出波形不够理想。

如P．143图9-15（a）

2．电感三点式振荡器：

采用Lb和Lc紧耦合方式，容易起振，频率调整范围较宽。

但输出电压中含有高次谐波，波形较差，频率稳定度不高。

如P．143图9-15（b）

3．电容三点式振荡器：

电容Cb和Cc的容量可以选得很小，使电路的振荡频率较高，输出波形较好。

如P．143图9-15（c）

三．RC正弦波振荡器：

用RC谐振回路作为选频网络的振荡器。

用于较低频率（几赫兹到几千赫兹）的振荡信号。

1．RC桥式正弦波振荡器：

P．143图9-16（a）

2．RC移相式正弦波振荡器：

P．143图9-16（b）

四．石英体振荡器：

用石英晶体作为选频网络。

其频率稳定性较高。

1．并联型石英体振荡器：

P．144图9-17

2．串联型石英体振荡器：

P．144图9-18

☆石英体振荡器可分为A、C两种。

A．串联B．串并联C．并联D．混联

§7．集成运算放大器：

P．255

一．概述：

1．运算放大器的定义：

是一种具有深度负反馈的、高增益（105以上）的多

级直流放大器。

集成运算放大器是一种集成电路，它是将电阻器、电容器、二极管、三极管以及它们的连线等全部集成在一小块半导体基片的完整电路，具有体积小、质量轻、功耗小、外部接线少等优点，从而大大提高了设备的可靠性，降低了成本。

集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类，集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种，由于最初用于数值运算，所以称为集成运算放大器，简称集成运放或运放。

如下图：

2．集成运放的基本结构：

见下图：

3．集成运放的特点：

（1）具有很高的开环电压增益，一般在105以上。

（2）具有深度负反馈。

（3）可进行比例、加法、减法、微分和积分等数学运算。

二．运算放大器的输入端与输出端：

1．输入端：

运算放大器有两个输入端。

（1）反相输入端u－：

当输入电压由反相输入端u－输入时，输出电压u0与输入电压u－反相位。

（2）同相输入端u+：

当输入电压由同相输入端u+输入时，输出电压u0与输入电压u+同相位。

2．输出端u0：

三．集成运算放大器的内部结构：

1．输入级：

采用差动放大电路，有两个输入端。

要求Ri较大，为了抑制零漂。

2．中间级：

由一级或多级放大器组成，主要用于电压放大，要求Au较高。

3．输出级：

有一个输出端，与负载相连。

要求RO较小，以提高带负载能力。

☆集成运算放大器的内部电路主要由B、C、D组成。

A．差动级B．中间级C．输入级D．输出级

四．主要技术参数：

P．255

（1）~（9）

集成运算放大器的输入失调电压和输入失调电流愈小愈好。

（判断）

衡量一个集成运算放大器的内部电路对称程度的高低，是用输入失调电压来进行判断。

（单项选择）

☆运算放大器的A、B随温度改变而发生变化的漂移叫温度漂移。

A．输入失调电压B．输入失调电流

C．输出失调电压D．输出失调电流

☆运算放大器的A、B所能承受的最高电压值称为最大差模输入电压。

A．反相输入端B．同相输入端C．输出端D．接地端

五．分析理想运算放大器的两条规则：

1．理想运算放大器：

（1）电压放大倍数AV∞

（2）输入电阻Ri∞

（3）输出电阻RO0

2．分析理想运算放大器的两条规则：

（1）两输入端电流近似为零，即i+＝0，i-＝0——虚断路

（2）两输入端电压近似相等，即u+＝u-——虚短路

若为反相输入，则u-＝0——虚地

六．几种典型的运算电路：

将运算放大器接上一定的反馈电路和外接元件。

主要是求输出电压U0与输入电压Ui的关系。

方法：

若信号从反相输入端输入，应利用虚地的概念；

若信号从同相输入端输入或从双端输入，则应利用虚短路的概念。

1．反相比例运算：

（1）电路构成：

1°输入信号Ui由反相输入端经电阻R1输入。

2°同相输入端接地。

3°输出信号经反馈电阻Rf反馈到反相输入端。

（2）输出电压U0与输入电压Ui的关系：

☆反相比例运算放大器输出电压Uo与输入电压Ui的关系为A、B。

；

；

2．同相比例运算：

（1）电路构成：

1°输入信号Ui由同相输入端输入。

2°反相输入端经电阻R1接地。

3°输出信号经反馈电阻Rf反馈到反相输入端。

（2）输出电压U0与输入电压Ui的关系：

☆同相比例运算放大器输出电压Uo与输入电压Ui的关系为B、C。

；

；

3．加法运算：

（1）电路构成：

1°所有的输入信号U1、U2、U3由反相输入端输入。

2°同相输入端接地。

3°输出信号经反馈电阻Rf反馈到反相输入端。

（2）输出电压U0与输入电压Ui的关系：

☆已知：

Ui1＝0.5V，Ui2＝1V，Ui3＝－1V，则UO＝C、E。

A.12.5VB.2.5VC.-2.5VD.-1VE.-5/2

4．减法运算：

（1）电路构成：

1°输入信号U1、U2分别由反相输入端和同相输入端经电阻R1和R2输入。

（为双端输入，又称差动输入）

2°输出信号经反馈电阻Rf反馈到反相输入端。

（2）输出电压U0与输入电压Ui的关系：

§8．直流稳压电源：

一．整流电路：

1．单相半波整流：

（1）电路构成及工作原理：

P．28图3-8（a）电路图与波形图如下图所示：

只有一只二极管，利用二极管的单向导电性——正向导通，反向截止。

（2）输出直流电压平均值：

UL＝0.45U2

其中：

U2为变压器副边交流电压的有效值。

（3）二极管承受最高反向电压：

URm＝

U2

2．单相全波整流：

（1）电路构成及工作原理：

P．28图3-9

利用两只二极管在一个周期内轮流导通，（正半周V1导通，负半周V2导通），故负载上可得到较高的输出电压。

（2）输出直流电压平均值：

UL＝0.9U2

其中：

U2为变压器副边交流电压的有效值。

（3）二极管承受最高反向电压：

URm＝2

U2

3．单相桥式整流：

（1）电路构成及工作原理：

P．29图3-10

利用四只二极管在一个周期内两两轮流导通，（正半周V1、V2导通，负半周V3、V4导通），故负载上可得到较高的输出电压。

（2）输出直流电压平均值：

UL＝0.9U2

其中：

U2为变压器副边交流电压的有效值。

（3）二极管承受最高反向电压：

每只管子：

URm＝

U2

☆单相桥式整流电路中，输出直流电压平均值UL和变压器副边交流电压有效值U2的关系是B、D。

A．UL=0.45U2B．UL=0.9U2C．UL=0.7U2D．UL=1/1.11U2

二．滤波电路：

滤波—把脉动的直流电变为平滑的直流电，保留脉动电压的直流成分，尽量滤除它的交流成分称为滤波。

1．电容滤波电路：

（1）电路构成及工作原理：

P．29图3-12

利用电容的充、放电作用，使输出电压的平均值得到提高，并且脉动系数减小。

（2）输出直流电压平均值：

UL＝（1.1～1.4）U2

一般地：

UL＝1.2U2，所以提高了输出直流电压平均值。

波形见P.29图3—12（b）

（3）适用场合：

只适用于负载电流较小并保持不变的场合。

2．电感滤波电路：

（1）电路构成及工作原理：

P．30图3-13

利用电感元件对交流的“阻碍”作用，使流过电感元件的电流的变化变慢，达到减小脉动电流的脉动程度的目的。

（2）输出直流电压平均值：

UL＝（0.7～0.8）U2

虽然降低了输出电压，但波形平滑了。

见上图

（3）适用场合：

适用于负载电流较大且经常变化的场合。

3．复式滤波电路：

将电容滤波和电感滤波结合在一起。

（1）LC滤波：

P.30图3—14（a）

（2）π型滤波：

分LC-π型滤波和RC-π型滤波两种。

P.30图3—14（b）（c）

4．电子滤波电路：

三．稳压电路：

1．硅稳压管稳压电路：

P.31图3—17

2．串联型晶体管直流稳压电路：

由以下四部分组成：

（1）取样环节

（2）基准环节（3）比较放大环节（4）调