【文章內(nèi)容簡介】 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，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，箭頭方向與NPN型相反，但意義相同。 圖2—12 NPN型三極管符號 圖2—13 PNP型三極管符號 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)?！　〖姌O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)。 場效應(yīng)管場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(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)大競爭者。 場效應(yīng)管的作用與特點(diǎn)場效應(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，場效應(yīng)晶體管具有如下特點(diǎn)： （1）場效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過UGS來控制ID； （2）場效應(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）場效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)； （6）由于不存在雜亂運(yùn)動的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。功率場效應(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：場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(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。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。 場效應(yīng)管的分類場效應(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)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管，而MOS場效應(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，故又稱絕緣柵型場效應(yīng)管。目前應(yīng)用最廣泛的的絕緣柵型場效應(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。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(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)載得到脈動直流電。在電源的正半周，二級管導(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。