汽车电工电子-第5章汽车电喇叭电路

2．外形与基本结构
集成运算放大器的外形如图6-27所示。
5-25 集成运算放大器的外形
集成运算放大器的图形符号如图6-28所 示。
集成运算放大器一般由输入级、中间级、 输出级以及偏置电路4个部分组成，如图6-29 所示。
图5-26 集成运算放大器的图形符号
图5-27 集成运算放大器的组成
（1）输入级 集成运放的输入级通常采用采用差动放大
① 由于集成电路制造工艺中难以制造电 感以及大容量的电容，因此集成运放采用直 接耦合方式。
② 由于集成运放中的各个晶体管是通过 同一工艺过程制作在同一硅片上的，因此元 件参数对称性好，容易制成温度漂移很小的 运算放大器。
③ 集成运放中的二极管都是由三极管的 集电极-基极联结而成。
同时，由于制作高阻值的电阻成本高、 占用硅片面积大，且阻值偏差大，因此在集 成运放中常用恒流源代替大电阻，或采用外 接电阻的方式。
*** 三极管基本放大电路
1．共发射极放大电路
（1）电路的组成及各元件的作用 ① 三极管。三极管（VT）是NPN管，具
有放大功能，是放大电路的核心。 ② 直流电源。直流电源（VCC）使三极
管工作在放大状态，VCC一般为几伏到几十伏。
③ 基极偏置电阻。基极偏置电阻（Rb） 使发射结正向偏置，并向基极提供合适的基 极电流，Rb一般为几十千欧到几百千欧。
*** 半导体的基本特性
1．杂敏特性
半导体中参与导电的粒子有两种：带正 电荷的空穴和带负电荷的自由电子，它们统 称为载流子。
2．热敏特性 3．光敏特性
*** PN结及其单向导电性
1．外加正向电压
在PN结上施加正向电压，即P区接电源正 极、N区接电源负极称为PN结的正向偏置，简 称正偏，如图5-1（a）所示。
偏置电路为各级提供合适的静态工作点。
3．主要性能指标
（1）开环差模电压放大倍数 开环差模电压放大倍数（Aod）是集成运
放在开环（没有反馈电路）时的输出电压与输 入差模信号（有效输入信号）电压之比。
Aod越高，所构成的运算电路越稳定，运 算精度也越高。
一般集成运放的Aod为80～140dB，如型 号为A741的通用型集成运放的Aod为108dB。
（Ro）越小，集成运放带负载能力越强。
4．汽车电子电路中常用集成运放
汽车电子电路中常用的集成运放有LM741、 LM324和LM329等。
图5-28 LM741引脚图
图5-29 LM324引脚图
图5-30 LM339引脚图
*** 集成运放的理想化条件及传输特 性
1．集成运放的理想化条件
① 开环电压放大倍数Aod →∞。 ② 输入电阻Rid→∞。 ③ 输出电阻Ro→0。 ④ 共模抑制比KCMR→∞。
（2）静态工作点设置
图5-13 共发射极放大电路
图5-14 单管共射放大电路的直流通路
【例5-1】 在如图5-15所示共射电路中， 已 知 VCC=20V ， Rc=6.2k ， Rb=510k ， 三 极 管为3DG100，β=45。试求放大电路的静态工 作点。
为直观起见，还可以通过作图的方法 （图解法）在三极管输出特性曲线上确定静 态工作点的位置。
*** 三极管
1．三极管的结构、符号
图5-8 三极管的结构示意图
图5-9 三极管的图形符号
图5-10 三极管的外形及管脚排列
2．三极管的电流放大作用
图5-11 三极管电流放大作用实验电路
① IE=IB+IC
（5-1）
② 基极电阻（Rb）的值改变时，三极管
各极电流将随之改变，但在一定的范围内，
集电极电流（IC）与基极电流（IB）的比值
几乎保持不变。
③
IC （5-2）
IB
④ 当基极开路（IB=0）时，集电极将有
一个小于1A的电流流向发射极，这个电流称
为穿透电流，用ICEO表示。
3．三极管的特性曲线
图5-12 NPN硅三极管共发射极电路输入、输出特性曲线
4．三极管的主要参数 5．三极管的检测方法 6．三极管的选用
（2）同相输入放大电路
图5-32 反相输入放大电路
图5-33 同相输入放大电路
（3）差动输入放大电路 差动输入放大电路输出电压为
uo
uo1
uo2
RF R1
ui1
ui2
（5-5）
式（6-19）表明，输出电压与输入电压的
差值成正比，故称为差动输入放大电路，也称
减法运算电路，其电压放大倍数为
Auf
uo ui1 ui2
RF R1
（5-6）
（4）加法电路
当多个输入信号同时作用于集成运放的反 相输入端时，就构成反相加法电路，如图6-37 所示。
uo
RF R
ui1
ui2
ui3
（5-7）
图5-34 差动输入放大电路
图5-35 加法电路
2．信号比较
图5-36 单值电压比较器及其传输特性
用图解法求例5-1所示共射电路静态工作 点的步骤如下。
① 估算基极电流（IBQ）。
IBQ
VCC Rb
20V 500k
40μA
② 作直流负载线。 ③ 求静态工作点。
图5-15 用图解法确定静态工作点
（3）动态分析
图5-16 动态分析的波形
（4）放大电路非线性失真
图5-17 射极输出器
图5-18 非线性失真
图5-37 过零比较器
2．外加反向电压
在PN结上施加反向电压，即P区接电源负 极、N区接电源正极称为PN结的反向偏置，简 称反偏，如图5-1（b）所示。
图5-1 PN结的单向导电性
*** 半导体二极管
*** 二极管的结构 5.2.2 二极管的伏安特性 5.2.3 二极管的使用常识 5.2.4 特殊二极管
*** 二极管的结构
图5-24 汽油机用电子转速表原理电路
*** 集成运算放大器及其应用
*** 集成运算放大器 5.4.2 集成运放的理想化条件及传输 特性 5.4.3 集成运放的典型应用 5.4.4 集成运放在汽车中的应用实例
*** 集成运算放大器
1．特点
集成运算放大器的特点与其制造工艺紧 密相关，主要有以下几点。
图5-20 NPN型三极管开关电路
*** 三极管多谐振荡器电路
1．多谐振荡器的组成
图5-21 多谐振荡器的原理框图
2．多谐振荡器的工作原理
图5-22 多谐振荡器原理电路
*** 三极管在汽车中的应用实例
1．汽车电气线路搭铁探测器电路
图5-23 汽车电气线路搭铁探测器原理电路
2．汽油机用电子转速表电路
电路，该电路输入电阻大，并且能有效抑制零 点漂移。
（2）中间级 中间级主要进行电压放大，要求有较高的
电压放大倍数，一般由共发射极电路构成。
（3）输出级
输出级与负载相连，应具有较大的输出电 压，较高的输出功率和较低的输出电阻，并具 有过载保护。
因此，一般采用射极输出器或互补功率放 大电路。
（4）偏置电路
④ 集电极负载电阻。集电极负载电阻 （Rc）将集电极电流的变化转换成集电极-发 射极之间电压的变化，以实现电压放大。
Rc的值一般为几千欧姆到几十千欧姆。 ⑤ 耦合电容。耦合电容（C1、C2）又称 隔直电容，起通交流隔直流的作用。
C1、C2一般为几微法到几十微法的电解 电容器，在连接电路时，应注意电容器的极 性，不能接错。
第五章 汽车电喇叭电路
5.1 半导体的基本知识 5.2 半导体二极管 5.3 半导体三极管及其应用 5.4 集成运算放大器及其应用
*** 半导体的基本知识
*** 半导体的基本特性 5.1.2 PN结及其单向导电性
电能力介于导体和绝缘体之间的物体就 称为半导体。
常用的半导体有硅、锗、硒、砷化镓以 及大多数金属氧化物和硫化物等。
① 饱和失真。 ② 截止失真。 （5）性能指标分析 ① 电压放大倍数（Au）。
Au
Uo Ui
RL rbe
（5-3）
② 输入电阻（Ri）。输入电阻是从放大
电路输入端看进去的等效电阻。
③ 输出电阻（Ro）。输出电阻是从输出
端向放大电路看进去的等效电阻。
2．射极输出器
Байду номын сангаас
*** 三极管开关电路
图5-19 继电器控制原理电路
（2）共模抑制比
共模抑制比（KCMR）是全面衡量差动放大 电路的重要指标。
共模抑制比越大，说明电路对差模信号的 放大能力越强，对零点漂移等共模信号的抑制 能力也越强。
（3）输入电阻和输出电阻
输入电阻（Rid）是集成运放两输入端的动 态电阻，一般为M级。
输出电阻（Ro）是集成运放开环工作时， 从输出端向里看进去的等效电阻。
图5-2 半导体二极管
*** 二极管的伏安特性
图5-3 二极管的伏安特性曲线
1．正向特性 2．反向特性 3．反向击穿特性
*** 二极管的使用常识
1．二极管的型号 2．二极管的主要参数
（1）最大整流电流 （2）最高反向工作电压 （3）最大反向电流 （4）最高工作频率
3．二极管的管脚和质量识别
图5-4 二极管的管脚识别
*** 特殊二极管
1．稳压管
图5-5 稳压二极管
2．发光二极管
图5-6 汽车仪表稳压电路
图5-7 发光二极管
3．光电二极管
*** 半导体三极管及其应用
*** 三极管 5.3.2 三极管基本放大电路 5.3.3 三极管开关电路 5.3.4 三极管多谐振荡器电路 5.3.5 三极管在汽车中的应用实例
2．集成运放的传输特性
uo=Aod(uP − uN)
（5-4）
图5-31 集成运放的传输特性
*** 集成运放的典型应用
1．信号运算
（1）反相输入放大电路 ① iP=iN=0，因此i1=iF； ② uN=uP=0，即集成运放两输入端的电
位均为零，但由于反相输入端并没有真正接 地，因此称为“虚地”。