【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 14，其為NPN型硅管，在本設(shè)計(jì)中具有開關(guān)作用。 NPN型、PNP型三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)NPN型三極管的結(jié)構(gòu)如圖所示，它在N型半導(dǎo)體的基片上通過雜質(zhì)補(bǔ)償，在中間長(zhǎng)生一個(gè)很薄的P型層，并與兩端的N型半導(dǎo)體緊密結(jié)合而構(gòu)成的管子。整個(gè)三極管是有兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的三層半導(dǎo)體，中間一層稱為基區(qū)，兩邊分別稱為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。從這三個(gè)區(qū)引出的電極分別稱為基極b、發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)Je，基區(qū)和集電區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)Jc。圖2—12為NPN型三極管的電路符號(hào)，其中箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正偏是發(fā)射極電流的實(shí)際方向。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。PNP型三極管的結(jié)構(gòu)與PNP型相似，也是有兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的三層半導(dǎo)體，不過這種管子是在P型半導(dǎo)體的基片上通過雜質(zhì)補(bǔ)償在中間產(chǎn)生一個(gè)很薄的N型層，并與兩端的P型半導(dǎo)體緊密結(jié)合而構(gòu)成的管子，圖2—13為PNP型三極管的電路符號(hào)，箭頭方向與NPN型相反，但意義相同。 圖2—12 NPN型三極管符號(hào) 圖2—13 PNP型三極管符號(hào) NPN型三極管電流放大原理三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。根據(jù)電流連續(xù)性原理得： 　　 Ie=Ib+Ic （2—1a）　　這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即： 　　 β1=Ic/Ib （2—1b）　　式中β1稱為直流放大倍數(shù)。　　集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為： 　　 β= △Ic/△Ib （2—1c）式中β稱為交流電流放大倍數(shù)。由于低頻時(shí)β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。 晶體三極管的三種工作狀態(tài)圖2—14為三極管的輸出特性曲線，由圖分析可知晶體三極管的三種工作狀態(tài) ：圖2—14 三極管的輸出特性曲線（1）截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用且呈高阻狀態(tài)，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。（2）放大狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對(duì)集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β＝ΔIc/ΔIb，這時(shí)三極管處于放大狀態(tài)。 （3）飽和導(dǎo)通狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，而電流卻較大，三極管呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管。而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。 場(chǎng)效應(yīng)管的作用與特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管屬于電壓控制元件，這一點(diǎn)類似于電子管的三極管，但它的構(gòu)造與工作原理和電子管是截然不同的，與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有如下特點(diǎn)： （1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過UGS來(lái)控制ID； （2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很大。 （3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好； （4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)； （5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)； （6）由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。功率場(chǎng)效應(yīng)管是根據(jù)三極管的原理開發(fā)出的新一代放大元件，有3個(gè)極性，柵極，漏極，源極，它的作用如下：場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。 場(chǎng)效應(yīng)管的分類場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類。按溝道材料型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種；按導(dǎo)電方式：耗盡型與增強(qiáng)型，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型；P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。如下表所示： 表2—2 場(chǎng)效應(yīng)管分類 關(guān)于MOSFET—IRF740由于MOSFET的柵極與源極、漏極都是絕緣的，故又稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。目前應(yīng)用最廣泛的的絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是用二氧化硅作為金屬（鋁）柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層，由于這種絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬（metal）、氧化物（oxide）和半導(dǎo)體（semiconductor）組成的，所以稱為MOSFET，簡(jiǎn)稱MOS管。MOS管也有N溝道和P溝道兩類，其中每一類又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。本設(shè)計(jì)中使用的MOS管IRF740為N溝道增強(qiáng)型MOS管。當(dāng)UGS=0時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道。不論UDS大小多少，均有ID=0，只有當(dāng)UGS0時(shí)才可能出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。 光電耦合器光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。是將一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏三極管組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，此光照射到封裝在一起的光敏三極管上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2—15所示圖2—15 光電耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第三章 電路設(shè)計(jì) 直流電源 177。6V直流穩(wěn)壓電源本次設(shè)計(jì)要求，采用橋式整流電路將變壓器T1和T2輸出的交流12V電流變化成直流12V電源，之后運(yùn)用三端穩(wěn)壓器7817912輸出電壓穩(wěn)定的直流12V電壓，其原理圖如圖31所示。圖31 177。12V直流穩(wěn)壓電源1)橋式整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓的電路。在交流電源的作用下，整流二極管周期性地導(dǎo)通和截止，使負(fù)載得到脈動(dòng)直流電。在電源的正半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓波形形狀完全相同；在電源電壓的負(fù)半周，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路，如圖3—2所示。整流電路在工作時(shí)，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運(yùn)用，根據(jù)圖32的電路圖可知：圖3—2 單相橋式整流電路當(dāng)交流電源電壓進(jìn)入正半周時(shí)，二極管VDVD3導(dǎo)通，VDVD4均承受反向電壓而處于阻斷狀態(tài)。由于二極管導(dǎo)通時(shí)管壓降可視為零，則負(fù)載兩端的整流電壓等于交流輸入電壓，當(dāng)電源電壓降到零時(shí)，VDVD3截止。所以在交流電源電壓處于正半周時(shí)在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；當(dāng)交流電源電壓進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，二極管VDVD4導(dǎo)通， VDTVD3均承受反向電壓而處于阻斷狀態(tài)截止。所以在交流電源電壓處于負(fù)半周時(shí)在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；所以，在交流電源的正、負(fù)半周里，VDVD3和VDVD4輪流導(dǎo)通，將交流電變成直流電。工作波形圖如圖3—3所示。 圖3—3單相橋式整流電路電壓波形（31）根據(jù)圖33可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。其輸出平均電壓為（32）流過二極管的平均電流為（33）二極管所承受的最大反向電壓2) 177。12V三端穩(wěn)壓器直流穩(wěn)壓電路如圖3—4所示為本設(shè)計(jì)中使用的177。6V直流穩(wěn)壓電源電路，其中A、B、C分別為橋式整流電源輸出的直流電源CBA C 圖3—4 三端穩(wěn)壓電路正常工作時(shí)，穩(wěn)壓器的輸入輸出電壓差為2～3V。電路中接入CC2和CC8是電解電容，在電路中起濾波作用，以減小穩(wěn)壓電源輸出端有輸入電源引入的低頻干擾。電容CC5和CC6用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激震蕩并抑制電路引入高頻干擾。