【導(dǎo)讀】~voltagesource.

　　

【正文】 電壓 U0 指的是它與接零管 腳之間的電位，我們就可得到 I1R1I2R2+U0=0 (12A2) 因?yàn)檫\(yùn)算放大器是按照沒(méi)有電流流入正輸入端和負(fù)輸入端的原則制作的，即I =0。那么對(duì)負(fù)輸入端利用基爾霍夫定律可得 I1 = I2， 利用等式 (12A2) ，并設(shè) I1 =I2 =I， U0 = (R1 +R2) I (12A3) 根據(jù)電流參考方向和接零管腳電位為零伏特的事實(shí)，利用歐姆定律，可得負(fù)極輸入電壓 U： (U0)/ R1=I 因此 U=IR1 ，并由式 (12A3)可得： U =[R1/(R1+R2)] U0 因?yàn)楝F(xiàn)在已有了 U+ 和 U的表達(dá)式，所以式 (12A1)可用于計(jì)算輸出電壓， U0 = A（ U+U） =A[USR1U0/(R1+R2)] 綜合上述等式，可得： U0 =[1+AR1/(R1+R2)]= AUS (12A4) 最后可得： AU = U0/US= A(R1+R2)/( R1+R2+AR1) (12A5a) 這是電路的增益系數(shù)。如果 A 是一個(gè)非常大的數(shù)，大到足夠使 AR1 (R1 +R2)，那么分式的分母主要由 AR1 項(xiàng)決定，存在于分子和分母的系數(shù) A 就可對(duì)消，增益可用下式表示這表明， AU =(R1+R2)/ R1 (12A5b) 如果 A 非常大，那么電路的增益與 A 的精確值無(wú)關(guān)并能夠通 過(guò) R1和 R2的選擇來(lái)控制。這是運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的重要特征之 在信號(hào)作用下，電路的動(dòng)作僅取決于能夠容易被設(shè)計(jì)者改變的外部元件，而不取決于運(yùn)算放大器本身的細(xì)節(jié)特性。注意，如果 A=100,000， 而 (R1 +R2) /R1 =10，那么為此優(yōu)點(diǎn)而付出的代價(jià)是用一個(gè)具有 100,000 倍電壓增益的器件產(chǎn)生一個(gè)具有 10倍增益的放大器。從某種意義上說(shuō)，使用運(yùn)算放大器是以 “ 能量 ” 為代價(jià)來(lái)?yè)Q取 “ 控制 ” 。 對(duì)各種運(yùn)算放大器電路都可作類似的數(shù)學(xué)分析，但是這比較麻煩，并且存在一些非常有用的捷徑，其涉及目前我們提出的運(yùn)算放大器兩個(gè)定律應(yīng)用。 1) 第一個(gè)定律指出：在一般運(yùn)算放大器電路中，可以假設(shè)輸入 端間的電壓為零，也就是說(shuō)， U+ =U 2) 第二個(gè)定律指出：在一般運(yùn)算放大器電路中，兩個(gè)輸入電流可被假定為零： I+ =I =0 第一個(gè)定律是因?yàn)閮?nèi)在增益 A的值很大。例，如果運(yùn)算放大器的輸出是 1V，并且 A=100,000, 那么 (U+ = U)=105 V這是一個(gè)非常小、可以忽略的數(shù)，因此可設(shè)U+ = U。第二個(gè)定律來(lái)自于運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)使得基本上沒(méi)有電流流入任何一個(gè)輸入端。 B 晶體管 簡(jiǎn)單地說(shuō)，半導(dǎo)體是這樣一種物質(zhì)，它能夠通過(guò) “ 摻雜 ” 來(lái)產(chǎn)生多余的電子，又稱自由電子（ N 型）；或者產(chǎn)生 “ 空穴 ” ，又稱正電荷（ P 型）。由 N型摻雜和 P 型摻雜處理的鍺或硅的單晶體可形成半導(dǎo)體二極管，它具有我們描述過(guò)的工作特性。晶體管以類似的方式形成，就象帶有公共中間層、背靠背的兩個(gè)二極管，公共中間層是以對(duì)等的方式向兩個(gè)邊緣層滲入而得，因此中間層比兩個(gè)邊緣層或邊緣區(qū)要薄的多。 PNP 或 NPN (圖 12B1)這兩種結(jié)構(gòu)顯然是可能的。 PNP 或 NPN被用于描述晶體管的兩個(gè)基本類型。因?yàn)榫w管包含兩個(gè)不同極性的區(qū)域（例如 “ P”區(qū)和“ N”區(qū)），所以晶體管被叫作雙向器件，或雙向晶體管。 一個(gè)晶體管有三個(gè)區(qū)域，并從這三個(gè)區(qū)域引出三個(gè)管腳。要使工作電路運(yùn)行，晶體管需與兩個(gè)外部電壓或極性連接。其中一個(gè)外部電壓工作方式類似于二極管。事實(shí)上，保留這個(gè)外部電壓并去掉上半部分，晶體管將會(huì)象二極管一樣工作。例如在簡(jiǎn)易收音機(jī)中用晶體管代替二極管作為檢波器。在這種情況下，其所起的作用和二極管所起的作用一模一樣。 可以 給二極管電路加正向偏置電壓或反向偏置電壓。在加正向偏置電壓的情況下，如圖 12B2所示的 PNP 晶體管，電流從底部的 P極流到中間的 N極。如果第二個(gè)電壓被加到晶體管的頂部和底部?jī)蓚€(gè)極之間，并且底部電壓極性相同，那么，流過(guò)中間層 N區(qū)的電子將激發(fā)出從晶體管底部到頂部流過(guò)的電流。 在生產(chǎn)晶體管的過(guò)程中，通過(guò)控制不同層的摻雜度，經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻流過(guò)第二個(gè)電路電流的導(dǎo)電能力非常顯著。實(shí)際上，當(dāng)晶體管下半部為正向偏置時(shí)，底部的 P 區(qū)就像一個(gè)取之不竭的自由電子源（因?yàn)榈撞康?P 區(qū)發(fā)射電子，所以它被稱為發(fā)射極）。這些電子被頂部 P 區(qū) 接收，因此它被稱為集電極，但是流過(guò)這個(gè)特定電路實(shí)際電流的大小由加到中間層的偏置電壓控制，所以中間層被稱為基極。 因此，當(dāng)晶體管外加電壓接連正確（圖 12B3）后工作時(shí)，實(shí)際上存在兩個(gè)獨(dú)立的 “ 工作 ” 電路。一個(gè)是由偏置電壓源、發(fā)射極和基極形成的回路，它被稱為基極電路或輸入電路；第二個(gè)是由集電極電壓源和晶體管的三個(gè)區(qū)共同形成的電路，它被稱為集電極電路或輸出電路。（注意：本定義僅適用于發(fā)射極是兩個(gè)電路的公共端時(shí) 被稱為共發(fā)射極連接。）這是晶體管最常見(jiàn)的連接方式，但是，當(dāng)然也存在其它兩種連接方法 共基極 連接和共集電極連接。但是，在每一種情況下晶體管的工作原理是相同的。 本電路的突出優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)小的基極電流能控制和激發(fā)出一個(gè)比它大得多的集電極電流 (或更恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)，一個(gè)小的輸入功率能夠產(chǎn)生一個(gè)比它大得多的輸出功率 )。換句話說(shuō)，晶體管的作用相當(dāng)于一個(gè)放大器。 在這種工作方式中，基極 發(fā)射極電路是輸入側(cè)；通過(guò)基極的發(fā)射極和集電極電路是輸出側(cè)。雖然基極和發(fā)射極是公共路徑，但這兩個(gè)電路實(shí)際上是獨(dú)立的，就基極電路的極性而言，基極和晶體管的集電極之間相當(dāng)于一個(gè)反向偏置二極管，因此沒(méi)有電流從基極電路流到集電極電路。 要讓電路正 常工作，當(dāng)然，加在基極電路和集電極電路的電壓極性必須正確（基極電路加正向偏置電壓，集電極電源的連接要保證公共端（發(fā)射極）的極性與兩個(gè)電壓源的極性相同）。這也就是說(shuō)電壓極性必須和晶體管的類型相匹配。在上述的 PNP 型晶體管中，發(fā)射極電壓必須為正。 因此，基極和集電極相對(duì)于發(fā)射極的極性為負(fù)。 PNP 型晶體管的符號(hào)在發(fā)射極上有一個(gè)指示電流方向的箭頭，總是指向基極。（在 PNP 型晶體管中， “ P”代表正）。 在 NPN 型晶體管中，工作原理完全相同，但是兩個(gè)電源的極性正好相反（圖12B4）。也就是說(shuō)，發(fā)射極相對(duì)于基極和集 電極來(lái)說(shuō)極性總是負(fù)的（在 NPN型晶體管中， “ N”代表負(fù)）。這一點(diǎn)也可以從 NPN 型晶體管符號(hào)中發(fā)射極上相反方向的箭頭看出來(lái)，即，電流從基極流出。 盡管現(xiàn)在生產(chǎn)的晶體管有上千種不同的型號(hào)，但晶體管各種外殼形狀的數(shù)量相對(duì)有限，并盡量用一種簡(jiǎn)單碼 TO（晶體管外形）后跟一個(gè)數(shù)字為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 TO1 是一種最早的晶體管外殼 即一個(gè)在底部帶有三個(gè)引腳的圓柱體 “ 外罩 ” ，這三個(gè)引腳在底部形成三角狀。觀看底部時(shí)， “ 三角形 ” 上面的管腳是基極，其右面的管腳（由一個(gè)彩色點(diǎn)標(biāo)出）為集電極，其左面的管腳為發(fā)射極。集電極引腳 到基集引腳的間距也許比發(fā)射極到基集引腳的間距要大 。 在其它 TO 外殼中，三個(gè)引腳可能有類似的三角形形狀（但是基極、集電極和發(fā)射極的位置不一定相同），或三個(gè)引腳排成一條直線。使人容易搞亂的問(wèn)題是同一 TO 號(hào)碼的子系列產(chǎn)品其管腳位置是不一樣的 。例如， TO92 的三個(gè)管腳排成一條直線，這條直線與半圓型 “ 外罩 ” 的切面平行，觀看 TO92 的底部時(shí)，將切面沖右，從上往下讀，管腳的排序?yàn)?1， 2， 3。 對(duì)于 TO92 子系列 a (TO92a): 1=發(fā)射極 2=集電極 3=基極 對(duì)于 TO92 子系列 b (TO92b): 1=發(fā)射極 2=基極 3=集電極 更容易使人搞亂的是一些晶體管只有兩個(gè)管腳（第三個(gè)管腳已在里邊和外殼連接）；一些和晶體管的外形很像的外殼底部有三個(gè)以上的管腳。實(shí)際上，這些都是集成電路 (ICs)，用和晶體管相同的外殼包裝的，只是看起來(lái)像晶體管。更復(fù)雜的集成電路（ ICs）用不同形狀的外殼包裝，例如平面包裝。 根據(jù)外殼形狀非常容易識(shí)別功率晶體管。它們是金屬外殼，帶有延長(zhǎng)的底部平面，底部平面上還有兩個(gè)安裝孔。功率晶體管只有兩個(gè)管腳（發(fā)射極和基極），通常會(huì)標(biāo)明。集電極在內(nèi)部被連接到外殼上，因此，與集電極的連接要通過(guò)一個(gè)裝配螺栓或外殼底面。