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Thursday, August 20, 2015

三極管的工作原理



三極管的工作原理



三極管是電流放大器件,有三個極,分別叫做集電極C,基極B,發射極E。分成NPNPNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。






一、電流放大
下面的分析僅對於NPN型矽三極管。如上圖所示,我們把從基極B流至發射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發射極E的電流叫做集電極電流
Ic。這兩個電流的方向都是流出發射極的,所以發射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話),並且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關係:集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(β一般遠大於1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發射極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大後,導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那麼根據電壓計算公式 U=R*I 可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大後的電壓信號了。

二、偏置電路
三極管在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由於三極管BE結的非線性(相當於一個二極體),基極電流必須在輸入電壓大到一定程度後才能產生(對於矽管,常取0.7V)。當基極與發射極之間的電壓小於0.7V時,基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比 0.7V要小,如果不加偏置的話,這麼小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小於0.7V時,基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),那麼當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時,小信號就會導致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會被放大並在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號範圍的要求,如果沒有加偏置,那麼只有對那些增加的信號放大,而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,當輸入的基極電流變小時,集電極電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時,集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。

三、開關作用
下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖,因為受到電阻 Rc的限制(Rc是固定值,那麼最大電流為U/Rc,其中U為電源電壓),集電極電流是不能無限增加下去的。當基極電流的增大,不能使集電極電流繼續增大時,三極管就進入了飽和狀態。一般判斷三極管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和狀態之後,三極管的集電極跟發射極之間的電壓將很小,可以理解為一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用:當基極電流為0時,三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止),相當於開關斷開;當基極電流很大,以至於三極管飽和時,相當於開關閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態,那麼這樣的三極管我們一般把它叫做開關管。

四、工作狀態
如果我們在上面這個圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那麼當基極電流為0時,集電極電流為0,燈泡滅。如果基極電流比較大時(大於流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數β),三極管就飽和,相當於開關閉合,燈泡就亮了。由於控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了,所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加,那麼燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。對於PNP型三極管,分析方法類似,不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反,因此發射極上面那個箭頭方向也反了過來——變成朝裏的了。---------------------------------------------------------------------------------------------

檢測三極管的口訣

三極管的管型及管腳的判別是電子技術初學者的一項基本功,為了幫助讀者迅速掌握測判方法,筆者總結出四句口訣:“三顛倒,找基極;PN結,定管型;順箭頭,偏轉大;測不准,動嘴巴。”下面讓我們逐句進行解釋吧。

一、三顛倒,找基極
大家知道,三極管是含有兩個PN結的半導體器件。根據兩個PN結連接方式不同,可以分為NPN型和PNP型兩種不同導電類型的三極管,圖1是它們的電路符號和等效電路。測試三極管要使用萬用電錶的歐姆擋,並選擇R×100R×1k擋位。圖2繪出了萬用電錶歐姆擋的等效電路。由圖可見,紅表筆所連接的是表內電池的負極,黑表筆則連接著表內電池的正極。假定我們並不知道被測三極管是NPN型還是PNP型,也分不清各管腳是什麼電極。測試的第一步是判斷哪個管腳是基極。這時,我們任取兩個電極(如這兩個電極為12),用萬用電表兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻,觀察錶針的偏轉角度;接著,再取13個電極和23個電極,分別顛倒測量它們的正、反向電阻,觀察錶針的偏轉角度。在這三次顛倒測量中,必然有兩次測量結果相近:即顛倒測量中錶針一次偏轉大,一次偏轉小;剩下一次必然是顛倒測量前後指針偏轉角度都很小,這一次未測的那只管腳就是我們要尋找的基極(參看圖1、圖2不難理解它的道理)

二、 PN結,定管型
找出三極管的基極後,我們就可以根據基極與另外兩個電極之間PN結的方向來確定管子的導電類型(1)。將萬用表的黑表筆接觸基極,紅表筆接觸另外兩個電極中的任一電極,若表頭指針偏轉角度很大,則說明被測三極管為NPN型管;若表頭指針偏轉角度很小,則被測管即為PNP型。  

三、順箭頭,偏轉大
找出了基極b,另外兩個電極哪個是集電極c,哪個是發射極e?這時我們可以用測穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發射極e
(1) 對於NPN型三極管,穿透電流的測量電路如圖3所示。根據這個原理,用萬用電錶的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻RceRec,雖然兩次測量中萬用表指針偏轉角度 都很小,但仔細觀察,總會有一次偏轉角度稍大,此時電流的流向一定是:黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆,電流流向正好與三極管符號中的箭頭方向一致(“順箭頭”),所以此時黑表筆所接的一定是集電極c,紅表筆所接的一定是發射極e
(2) 對於PNP型的三極管,道理也類似於NPN型,其電流流向一定是:黑表筆→e極→b極→c極→紅表筆,其電流流向也與三極管符號中的箭頭方向一致,所以此時黑表筆所接的一定是發射極e,紅表筆所接的一定是集電極c(參看圖1、圖3可知)  

四、 測不出,動嘴巴
若在“順箭頭,偏轉大”的測量過程中,若由於顛倒前後的兩次測量指針偏轉均太小難以區分時,就要“動嘴巴”了。具體方法是:在“順箭頭,偏轉大”的兩次測量中,用兩隻手分別捏住兩表筆與管腳的結合部,用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基電極b,仍用“順箭頭,偏轉大”的判別方法即可區分開集電極c與發射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用,目的是使效果更加明顯。

Thursday, December 6, 2012

收音機的基本工作原理


收音機的基本工作原理
 收音機的電路結構種類有很多,早期的多為分立元件電路,目前基本上都採用了大規模集成電路為核心的電路。集成電路收音機的特點是結構比較簡單,性能指標優越,體積小等優點。AM/FM 型的收音機電路可用如圖所示的方框圖來表示。收音機通過調諧迴路選出所需的電台,送到變頻器與本振電路送出的本振信號進行混頻,產生中頻輸出(我國規定的AM 中頻為465KHZ FM 中頻為10.7MHZ ),中頻信號將檢波器檢波後輸出調製信號,調制信號經低放、功放放大電壓和功率,推動喇叭發出聲音。











1.調諧(即選台)與變頻
由於同一時間內廣播電台很多,收音機天線接收到的不僅僅是一個電台的信號。各電台發射的載波頻率均不相同,收音機的選頻迴路通過調諧,改變自身的振盪頻率,當振盪頻率與某電台的載波頻率相同時,即可選中該電台的無線信號,從而完成選台。
選出的信號並不是立即送到檢波級,而是要進行頻率的變換。利用本機振盪產生的頻率與外接收到的信號進行差頻,輸出固定的中頻信號(AM的中頻為465KHzFM的中頻為10.7MHz)。



2.中頻放大與檢波

台、變頻後的中頻調製信號送入中頻放大電路進行中頻放大,然後再進行檢波,取出調製信號。中頻放大電路的特徵是具有“中周​​(中頻變壓器)”調諧電路和中頻陶瓷濾波器。
      IC內部變頻電路送出的中頻信號從14腳位輸出,經三端陶瓷濾波器CF2將10.7MHz調頻中頻信號送往IC的17腳位輸入。465kHz的調幅中頻經T1中周選出後,送往IC的16腳位。中頻信號進入IC內部進行放大並檢波。因為鑑頻(調頻檢波)和調幅檢波電路都在IC內部,檢波電路的濾波電容因無法集成到IC內部,因而外接。
    C16即是檢波電路中濾除中頻載波的濾波電容,IC的23與24腳位之間的C15是檢波信號經濾波耦合到音頻輸入端的耦合電容,而2腳位外接的T2是FM鑑頻中周。










1 AM/FM 型收音機電路方框圖

































CXA1191M/CXC1191P 的內部方框圖



直流電壓轉換電路


直流電壓轉換器是可以接受直流電壓的輸入而產生不同的輸出直流電壓。另外直流電壓轉換器常被使用來作為雜訊的隔離與電源系統的穩壓等功能。如圖為一般常見的直流電壓轉換器的架構 :
1. BUCK CONVERTER STEP-DOWN CONVERTER
Fig. 1: Buck Converter


2. BOOST CONVERTER STEP-UP CONVERTER

三極管為開關,二極管為限制電流為單向,防止電容對地放電,
此為DC 電感升壓電路。

Fig. 2: Boost Converter Circuit


3. BUCK-BOOST CONVERTER
Fig. 3: schematic for buck-boost converter




4. CUK CONVERTER
Fig. 4: CUK Converter


5. Isolated DC-DC Converters

在許多直流電壓轉換器的應用中,多組輸出電壓與輸出電壓隔離是常被使用到的,另外為了要能夠符合安全規範以及阻抗的匹配,在輸入與輸出之間做隔離是有必要的。

在上面提到的電壓轉換器的架構,在設計上可以適當的在輸入與輸出之間做隔離。

5.1 Flyback Converter

Fig. 5: Flyback converter

5.2 Forward Converter
Fig. 6: Forward converter with tertiary winding

Wednesday, December 5, 2012

三相橋式整流電路

流型三相橋式整流電路
電流型三相橋式整流電路如圖1所示,其優點是反饋控制簡單,不需要在控制電路中加入電流反饋,只須調節各開關管的佔空比就可以實現輸入電流正弦化;直流側的電壓較低。缺點是輸入電流正弦度不是很好,在輸入側必須加入並聯電容,實現移相。這種電路現在開始成為研究的熱點之一。這種電路適用於大功率整流電路且對功率因數要求不高的場合。


圖1 電流型三相橋式整流電路
電壓型三相橋式整流電路
    電壓型三相橋式整流電路如圖2所示,其特點是採用高頻PWM整流技術,器件處於高頻開關狀態,由於器件的開通和關斷狀態可以控制,所以整流器的電流波形是可控制的。這種電路的優點是可以得到與輸入電壓同相位的輸入電流,也就是輸入功率因數為1,輸入電流的諧波​​含量可以接近為零;能量可以雙向流動,正常時能量從交流側向直流側流動,直流輸出電壓高於給定值時,能量從直流側向交流側流動,具有較高的轉換效率。缺點是屬於Boost型整流電路,直流側電壓要求較高。這種電路也是近年來研究的一個熱點。

圖2 電壓型三相橋式整流電路

電路符號


CD1691CB IC 腳位



CD1691CB 應用線路圖2


CD1691CB 應用線路圖1



CF2: 三段陶瓷濾波器 L10.7A (10.7MHz)