寬頻信號(hào)發(fā)生器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　寬頻信號(hào)發(fā)生器畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。本設(shè)計(jì)運(yùn)用4只三極管構(gòu)成放大器、調(diào)幅放大器、RC振蕩器、FET管構(gòu)成的振蕩器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)頻率、幅值可調(diào)的寬

2、頻帶信號(hào)發(fā)生器。經(jīng)過設(shè)計(jì)和電路測(cè)試，輸出波形達(dá)到了技術(shù)要求，控制靈活、性能較好。</p><p>　　關(guān)鍵詞：寬帶放大器；調(diào)幅；RC振蕩器；PFT</p><p>　　The broadband signal generator graduation design</p><p><b>　　Abstract</b></p>&l

3、t;p>　　Signal generator is a common source, widely used in electronic circuits, automatic control system and teaching experiment, etc. Current use of signal generator mostly function signal generator, and special wavef

4、orm generator price expensive. This design USES four only triode constitute an amplifier, am amplifiers, RC oscillator, FET tube oscillator design realized constitutes a frequency, amplitude adjustable broad-spectral-ban

5、dwidth signal generator. Through the design and circuit testing, the </p><p>　　Keywords: broadband amplifiers, modulation, RC oscillator, PFT</p><p><b>　　目錄</b></p><p>&

6、lt;b>　　摘要1</b></p><p><b>　　目錄3</b></p><p><b>　　1 緒 論4</b></p><p>　　2 寬頻帶信號(hào)發(fā)生器的方案論證與選擇5</p><p>　　2.1方案的提出與論證5</p><p>

7、;　　方案一：51單片機(jī)控制DAC0832產(chǎn)生信號(hào)5</p><p>　　方案二：采用AD9850的DDS信號(hào)發(fā)生器5</p><p>　　方案三：采用FET管分立元件6</p><p>　　3 寬頻信號(hào)發(fā)生器元器件及其基本電路簡(jiǎn)介7</p><p>　　3.1 半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)介7</p><p>　　3

8、.1.1 三極管共發(fā)射極放大電路7</p><p>　　3.1.2 多級(jí)放大電路10</p><p>　　3.2 FET場(chǎng)效應(yīng)管特性14</p><p>　　3.2.1 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管15</p><p>　　3.2.2 FET場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)18</p><p>　　3.2.3 FET實(shí)際器件的

9、跨導(dǎo)19</p><p>　　4 寬頻信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1 電源電路24</p><p>　　4.2FET移相式振蕩電路27</p><p>　　4.2.1 正弦波的產(chǎn)生27</p><p>　　4.2.2 方波產(chǎn)生電路29</p><p>　

10、　4.2.3 三角波的產(chǎn)生31</p><p>　　4.2.4 調(diào)幅電路原理32</p><p><b>　　心得體會(huì)33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p

11、><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　隨著電子測(cè)量及其他部門對(duì)各類信號(hào)發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號(hào)發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號(hào)發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。現(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測(cè)量?jī)x器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試

12、系統(tǒng)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。</p><p>　　在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器。而在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號(hào)是常用的基本測(cè)試信號(hào)。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏

13、顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。信號(hào)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測(cè)控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　寬帶放大器是指工作頻率上限與下限之比遠(yuǎn)大于1 的放大電路，這類電路主要用于放大視頻信號(hào)、脈沖信號(hào)或射頻信號(hào)。常用于電視圖像信號(hào)放大的視頻放大器是一種典型的基帶型寬帶放大器，所放大的信號(hào)的頻率范圍可以從幾赫或幾十赫的低頻直到幾兆赫或幾十兆赫的高頻。這類放大器通常以電阻器

14、為放大器的負(fù)載，以電容器作級(jí)間耦合。</p><p>　　該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說明對(duì)寬頻信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)要有一個(gè)全面的解、對(duì)寬頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，掌握低頻信號(hào)發(fā)生器工作流程、進(jìn)一步鍛煉了我們?cè)谛盘?hào)處理方面的實(shí)際工作能力。</p><p>　　第2章 寬頻帶信號(hào)發(fā)生器的方案論證與選擇</p><p>　　2.1方案的提出與論證</p><

15、;p>　　方案一：51單片機(jī)控制DAC0832產(chǎn)生信號(hào)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是由AT89S52 單片微處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832 、LM324 及其附屬電路構(gòu)成,在此基礎(chǔ)上還可加上數(shù)碼管顯示(顯示波形頻率等相關(guān)信息) 、波形指示及用戶自定義波形等電路和功能。</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1。</p><p><

16、;b>　　圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器波形的產(chǎn)生是通過單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的程序,再向D/ A 轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)送數(shù)據(jù),從而在D/ A 轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到的相應(yīng)的電壓波形.由AT89S52 單片微處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832 、LM324 及其附屬電路構(gòu)成,在此基礎(chǔ)上還可加上數(shù)碼管顯示(顯示波形頻率等相關(guān)信息) 、波形指示及用戶自定義波形等電路和功

17、能。在此電路中,為了不占用CPU 的時(shí)間,提高輸出信號(hào)頻率,按鍵采用外部中斷方式接受外部輸入的控制信息。D/ A 轉(zhuǎn)換電路主要由D/ A 轉(zhuǎn)換芯片DAC0832 和兩個(gè)運(yùn)算放大器LM324 組成。</p><p>　　方案二：采用AD9850的DDS信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　單片機(jī)啟動(dòng)DDS、對(duì)LCD進(jìn)行初始化，預(yù)置完畢后向單片機(jī)發(fā)出一應(yīng)答.接著單片機(jī)讀取存儲(chǔ)芯片中作為系統(tǒng)緩存器的數(shù)

18、據(jù)，送到LCD顯示，把LCD顯示的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為DDS的頻率數(shù)據(jù)，然后送給已經(jīng)啟動(dòng)DDS芯片，輸出相應(yīng)的頻率。然后進(jìn)入鍵盤掃描程序，判斷鍵盤按下，如有效鍵按下單片機(jī)則執(zhí)行送顯示等。然后返回鍵盤掃描程序處于等候狀態(tài)?？傮w框圖如下圖。</p><p><b>　　Fout</b></p><p>　　圖2.2 AD9850控制寬頻總體框圖</p><p&g

19、t;　　方案三：采用FET管分立元件</p><p>　　首先產(chǎn)生正弦波，再由過零比較器產(chǎn)生方波，最后由積分電路產(chǎn)生三角波。正弦波通過RC串并聯(lián)振蕩電路（文氏橋振蕩電路）產(chǎn)生，利用集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)，由最簡(jiǎn)單的過零比較器將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后將方波經(jīng)過積分運(yùn)算變換成三角波。這個(gè)是我最終選定的方案。</p><p><b>　　理由有四：</b></p

20、><p>　　這個(gè)方案具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用元件少、易于焊接等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　這個(gè)方案是教材上知識(shí)點(diǎn)的融合，有利于讓自己更好地熟悉教材。</p><p>　　我熟悉這個(gè)電路的原理，調(diào)試時(shí)會(huì)顯得相對(duì)容易。</p><p>　　最重要的一點(diǎn)是，這是自己的思路，自己畫的電路圖，想通過課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自己的成果。</p><p

21、>　　此方案的原理框圖如下：</p><p>　　圖2.3 FET管分立元件寬頻控制框圖</p><p>　　此方案的具體原理及總電路圖將在后面給出。</p><p>　　第3章 寬頻信號(hào)發(fā)生器元器件及其基本電路簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1 半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)介</p><p>　　晶體三極管，是最常用的基本

22、元器件之一，晶體三極管的作用主要是電流放大，他是電子電路的核心元件，現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路的基本組成部分也就是晶體三極管。 </p><p>　　三極管基本機(jī)構(gòu)是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種， 從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之

23、間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。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。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。</p><p>　　3.1.

24、1 三極管共發(fā)射極放大電路</p><p>　　在圖3.1（a）的共發(fā)射極交流基本放大電路中，輸入端接低頻交流電壓信號(hào)νi（如音頻信號(hào)，頻率為20HZ~20KHZ）。輸出端接負(fù)載電阻ＲL（可能是小功率的揚(yáng)聲器，微型繼電器、或者接下一級(jí)放大電路等），輸出電壓用νo表示。電路中各元件作用如下：</p><p>　　νi </p>

25、<p>　　(a) (b)</p><p>　　圖3.1 共發(fā)射交流放大</p><p>　　1.集電極電源VCC是放大電路的能源，為輸出信號(hào)提供能量，并保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，使晶體管工作在放大區(qū)。VCC取值一般為幾伏到幾十伏。 </p><

26、p>　　2.晶體管T是放大電路的核心元件。利用晶體管在放大區(qū)的電流控制作用，即ic = βib的電流放大作用，將微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大。</p><p>　　3.集電極電阻RC是晶體管的集電極負(fù)載電阻，它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，實(shí)現(xiàn)電路的電壓放大作用。RC一般為幾千到幾十千歐。</p><p>　　4.基極電阻RB以保證工作在放大狀態(tài)。改變RB使晶體管有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。R

27、B一般取幾十千歐到幾百千歐。</p><p>　　5．耦合電容C1、C2起隔直流通交流的作用。在信號(hào)頻率范圍內(nèi)，認(rèn)為容抗近似為零。所以分析電路時(shí)，在直流通路中電容視為開路，在交流通路中電容視為短路。C1、C2一般為十幾微法到幾十微法的有極性的電解電容。</p><p>　　1. 放大電路性能指標(biāo)的介紹</p><p>　　輸入信號(hào)經(jīng)放大電路放大后，輸出波形與輸入波形

28、不完全一致稱為波形失真，而由于晶體管特性曲線的非線性引起的失真稱為非線性失真。下面我們分析當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)位置不同時(shí)，對(duì)輸出波形的影響。</p><p>　?。?）波形的非線性失真</p><p>　　如果靜態(tài)工作點(diǎn)太低，如圖5-25所示點(diǎn)，從輸出特性可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)vi在負(fù)半周時(shí)，晶體管的工作范圍進(jìn)入了截止區(qū)。這樣就使的負(fù)半周波形和的正半周波形都嚴(yán)重失真（輸入信號(hào)vi為正弦波），如圖5-

29、25所示。這種失真稱為截止失真，</p><p>　　消除截止失真的方法是提高靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，適當(dāng)減小輸入信號(hào)vi的幅值。對(duì)于圖5-16的共射極放大電路，可以減小R B阻值，增大IBQ，使靜態(tài)工作點(diǎn)上移來消除截止失真。</p><p>　　如果靜態(tài)工作點(diǎn)太高，如圖3.2所示點(diǎn)，從輸出特性可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)vi在正半周時(shí)，晶體管的工作范圍進(jìn)入了飽和區(qū)。這樣就使的正半周波形和的負(fù)半周波形都

30、嚴(yán)重失真，如圖3.2所示。這種失真稱為飽和失真，</p><p>　　消除飽和失真的方法是降低靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，適當(dāng)減小輸入信號(hào)vi的幅值。對(duì)于圖3.2的共射極放大電路，可以增大R B阻值，減小IBQ，使靜態(tài)工作點(diǎn)下移來消除飽和失真。</p><p>　　總之，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，可避免放大電路產(chǎn)生非線性失真。如圖5-25所示Q點(diǎn)選在放大區(qū)的中間，相應(yīng)的ic和vo都沒有失真。但是，還應(yīng)注

31、意到即使Q點(diǎn)設(shè)置合適，若輸入v i的信號(hào)幅度過大，則可能既產(chǎn)生飽和失真又產(chǎn)生截止失真。</p><p>　　圖3.2 靜態(tài)工作點(diǎn)與非線性失真的的關(guān)系</p><p><b>　?。?）通頻帶</b></p><p>　　由于放大電路含有電容元件（耦合電容C1、C2及布線電容、PN結(jié)的結(jié)電容），當(dāng)頻率太高或太低時(shí)，微變等效電路不再是電阻性電路，輸

32、出電壓與輸入電壓的相位發(fā)生了變化，電壓放大倍數(shù)也將降低，所以交流放大電路只能在中間某一頻率范圍（簡(jiǎn)稱中頻段）內(nèi)工作。通頻帶就是反映放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)能力的性能指標(biāo)。</p><p>　　圖3.3（a）為電壓放大倍數(shù)Av與頻率f的關(guān)系曲線，稱為幅頻特性?？梢娫诘皖l段Av有所下降，這是因?yàn)楫?dāng)頻率低時(shí)，耦合電容的容抗不可忽略，信號(hào)在耦合電容上的電壓降增加，因此造成Av下降。在高頻段Av下降的原因，是由于高 <

33、;/p><p>　　（a） （b）</p><p>　　圖3.3 放大電路通頻帶</p><p>　　頻時(shí)三極管的β值下降和電路的布線電容、PN結(jié)的結(jié)電容的影響。</p><p>　　圖3.3（a）所示的幅頻特性中，其中頻段的電壓放大倍數(shù)為Avm。當(dāng)電壓放大倍數(shù)下降到時(shí)，所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率分別稱

34、為上限頻率fH和下限頻率fL，fH - fL的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶（或稱帶寬）BW。</p><p>　　BW = fH - fL</p><p>　　由于一般fL<< fH，故BW≈fH。通頻帶越寬，表示放大電路了的工作頻率范圍越大。</p><p>　　對(duì)于頻帶的放大電路，如果幅頻特性的頻率坐標(biāo)用十進(jìn)制坐標(biāo)，可能難以表達(dá)完整。在這種情況下，可

35、用對(duì)數(shù)坐標(biāo)來擴(kuò)大視野，對(duì)數(shù)幅頻特性如圖3.3（b）所示。其橫軸表示信號(hào)頻率，用的是對(duì)數(shù)坐標(biāo)；其縱軸表示放大電路的增益分貝值。這種畫法首先是由波特（H.W.Bode）提出的，故常稱為波特圖。</p><p>　　在工程為了便于計(jì)算，常用分貝（dB）表示放大倍數(shù)（增益）。</p><p>　　因此，在工程上通常把fH - fL的頻率范圍稱為放大電路的“-3dB”通頻帶（簡(jiǎn)稱3dB帶寬）。<

36、;/p><p><b>　　（3）最大輸出幅度</b></p><p>　　最大輸出幅度是指輸出波形的非線性失真在允許限度內(nèi)，放大電路所能供給的最大輸出電壓（或輸出電流），一般指有效值，以Vomax（或Iomax）表示。</p><p>　　圖解法能直觀地分析放大電路的工作過程。估算電壓放大倍數(shù)、清晰地觀察到波形失真情況、估算出不失真時(shí)最大限度的輸

37、出幅度。但圖解法也有局限性，作圖過程繁瑣，誤差大，且不能計(jì)算輸入、輸出電阻、多級(jí)放大電路及反饋放大電路等。圖解法適合于分析大信號(hào)下工作的放大電路（功率放大電路），對(duì)小信號(hào)放大電路用微變等效電路則簡(jiǎn)便得多。</p><p>　　3.1.2 多級(jí)放大電路</p><p>　　小信號(hào)放大電路的輸入信號(hào)一般為毫伏甚至微伏量級(jí)，功率在1毫瓦以下。為了推動(dòng)負(fù)載工作，輸入信號(hào)必須經(jīng)多級(jí)放大后，使其在輸

38、出端能獲得一定幅度的電壓和足夠的功率。多級(jí)放大電路的框圖如圖5-32所示。它通常包括輸入級(jí)、中間級(jí)、推動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)幾個(gè)部分。</p><p>　　多級(jí)放大電路的第一級(jí)稱為輸入級(jí)，對(duì)輸入級(jí)的要求往往與輸入信號(hào)有關(guān)。中間級(jí)的用途是進(jìn)行信號(hào)放大，提供足夠大的放大倍數(shù)，常由幾級(jí)放大電路組成。多級(jí)放大電路的最后一級(jí)是輸出級(jí)，它與負(fù)載相接。因此對(duì)輸出級(jí)的要求要考慮負(fù)載的性質(zhì)。推動(dòng)級(jí)的用途就是實(shí)現(xiàn)小信號(hào)到大信號(hào)的緩沖和轉(zhuǎn)換。&

39、lt;/p><p>　　耦合方式是指信號(hào)源和放大器之間，放大器中各級(jí)之間，放大器與負(fù)載之間的連接方式。最常用的耦合方式有三種：阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。阻容耦合應(yīng)用于分立元件多級(jí)交流放大電路中。放大緩慢變化的信號(hào)或直流信號(hào)則采用直接耦合的方式，變壓器耦合在放大電路中的應(yīng)用逐漸減少。本書只討論前兩種級(jí)間耦合方式。</p><p><b>　　阻容耦合放大電路：</b>

40、</p><p>　　圖3.5是兩級(jí)阻容耦合共射放大電路。兩級(jí)間的連接通過電容C2將前級(jí)的輸出電壓加在后級(jí)的輸入電阻上（即前級(jí)的負(fù)載電阻），故名阻容耦合放大電路。</p><p>　　由于電容有隔直作用，因此兩級(jí)放大電路的直流通路互不相通，即每一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)各自獨(dú)立。耦合電容的選擇應(yīng)使信號(hào)頻率在中頻段時(shí)容抗視為零。多級(jí)放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析與單級(jí)放大電路時(shí)一樣。兩級(jí)放大電路的微變等效電

41、路如圖5-34所示。</p><p>　　多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)為各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)必須考慮到后級(jí)的輸入電阻對(duì)前級(jí)的負(fù)載效應(yīng)，因?yàn)楹蠹?jí)的輸入電阻就是前級(jí)放大電路的負(fù)載電阻，若不計(jì)其負(fù)載效應(yīng)，各級(jí)的放大倍數(shù)僅是空載的放</p><p>　　大倍數(shù)，它與實(shí)際耦合電路不符，這樣的得出的總電壓放大倍數(shù)是錯(cuò)誤的。</p><p>　　耦合電容的

42、存在，使阻容耦合放大電路只能放大交流信號(hào)，一樣只對(duì)低頻信號(hào)的中頻段才近似為電壓放大倍數(shù)與輸入信號(hào)的頻率無關(guān)，并且阻容耦合多級(jí)放大電路比單級(jí)放大電路的通頻帶要窄。</p><p>　　例: 圖3.7（a）為一阻容耦合兩級(jí)放大電路，其中 RB1=300KΩ, RE1=3KΩ, RB2=40KΩ, RC2=2KΩ, RB3=20KΩ, RE2=3.3KΩ, RL=2KΩ,VCC=12V。晶體管T1和T2的β = 50，

43、VBE=0.7V。各電容容量足夠大。求：</p><p>　　計(jì)算各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)；</p><p>　　② 計(jì)算Av, ri 和 ro。</p><p>　　(a) 放大電路 (b) 直流通路</p><p>　　圖3.6 阻容耦合兩級(jí)放大電路</p>

44、;<p>　　(c) 微變等效電路</p><p><b>　　直接耦合放大電路：</b></p><p>　　放大器各級(jí)之間，放大器與信號(hào)源或負(fù)載直接連起來，或者經(jīng)電阻等能通過直流的元件連接起來，稱為直接耦合方式。直接耦合方式不但能放大交流信號(hào)，而且能放大變化極其緩慢的超低頻信號(hào)以及直流信號(hào)?，F(xiàn)代集成放大電路都采用直接耦合方式，這種耦合方式得到越來越

45、廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　然而，直接耦合方式有其特殊的問題，其中主要是前、后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相牽制與零點(diǎn)漂移兩個(gè)問題。</p><p>　　1. 前、后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響</p><p>　　從圖3.7可見，在靜態(tài)時(shí)輸入信號(hào)v i =0，由于T1的集電極和T2的基極直接相連使的兩點(diǎn)電位相等，即VCE1 = VC1 = VB2 = VBE2 = 0.7V，則

46、晶體管T1處于臨界飽和狀態(tài)；另外第一級(jí)的集電極電阻也是第二級(jí)的基極偏置電阻，因阻值偏小，必定IB2過大使T2處于飽和狀態(tài)，電路無法正常工作。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，通常采用抬高T2管發(fā)射極電位的方法。有兩種常用的改進(jìn)方案，分別如圖3.8所示。 </p><p>　　圖3.8（a）是利用RE2的壓降來提高T2管發(fā)射極電位，來提高T1管的集電極電位，增大了T1管

47、的輸出幅度；以及減小電流IB2。但RE2的接入使第二級(jí)電路的電壓放大倍數(shù)大為降低，RE2越大，RE2上的信號(hào)壓降越大，電壓放大倍數(shù)降低的越多，因此要進(jìn)一步改進(jìn)電路。</p><p>　　圖3.8（b）是用穩(wěn)壓管DZ（也可以用二極管D）的端電壓VZ來提高T2管的發(fā)射極電位，起到RE2的作用。但對(duì)信號(hào)而言，穩(wěn)壓管（或二極管）的動(dòng)態(tài)電阻都比較很小，信號(hào)電流在動(dòng)態(tài)電阻上產(chǎn)生的壓降也小，因此不會(huì)引起放大倍數(shù)的明顯下降。&l

48、t;/p><p>　　(a) 后級(jí)發(fā)射極接電阻 （b） 后級(jí)發(fā)射極接穩(wěn)壓管</p><p>　　圖3.8 提高后級(jí)發(fā)射極電位的直接耦合電路</p><p><b>　　2. 零點(diǎn)漂移問題</b></p><p>　　在直接耦合放大電路中，若將輸入端短接（讓輸入信號(hào)為零），在輸出端接上記錄儀，可發(fā)現(xiàn)輸出

49、端隨時(shí)間仍有緩慢的無規(guī)則的信號(hào)輸出，如圖3.9所示。這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，能夠淹沒真正的輸出信號(hào)，使電路無法正常工作。所以零點(diǎn)漂移的大小是衡量直接耦合放大器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。</p><p>　　衡量放大器零點(diǎn)漂移的大小不能單純看輸出零漂電壓的大小，還要看它的放大倍數(shù)。因?yàn)榉糯蟊稊?shù)越高，輸出零漂電壓就越大，所以零漂一般都用輸出零漂電壓折合到輸入端來衡量，稱為輸入等效零漂電壓。</p&g

50、t;<p>　　引起零漂的原因很多，最主要的是溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響所造成的靜態(tài)工作點(diǎn)波動(dòng)，而在多級(jí)直接耦合放大器中，前級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的微小波動(dòng)都能像信號(hào)一樣被后面逐級(jí)放大并且輸出。因而，整個(gè)放大電路的零漂指標(biāo)主要由第一級(jí)電路的零漂決定，所以，為了提高放大器放大微弱信號(hào)的能力，在提高放大倍數(shù)的同時(shí)，必須減小輸入級(jí)的零點(diǎn)漂移。因溫度變化對(duì)零漂影響最大，故常稱零漂為溫漂。</p><p>　　減小零點(diǎn)漂移

51、措施很多，但第一級(jí)采用差動(dòng)放大電路是多級(jí)直接耦合放大電路的主要電路形式。 </p><p>　　3.2 FET場(chǎng)效應(yīng)管特性</p><p>　　場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管.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。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，它的特點(diǎn)是柵極的內(nèi)

52、阻極高，采用二氧化硅材料的可以達(dá)到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。</p><p>　　場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型的半導(dǎo)體器件，它具有輸入電阻高（可達(dá)109Ω—1015Ω，而晶體三極管的輸入電阻僅有102Ω—104Ω），噪聲低，受溫度、幅射等外界條件的影響較小，耗電省、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。，因此得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)的不同可分為結(jié)型和絕緣柵型；從工作性能可分耗盡型和增強(qiáng)

53、型；所用基片（襯底）材料不同，又可分P溝道和N溝道兩種導(dǎo)電溝道。因此，有結(jié)型P溝道和N溝道，絕緣柵耗盡型P溝道和N溝及增強(qiáng)型P溝道和N溝六種類型的場(chǎng)效應(yīng)管。它們都是以半導(dǎo)體的某一種多數(shù)載流子（電子或空穴）來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。在本書中只簡(jiǎn)單介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。</p><p>　　3.2.1 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管</p><p>　　目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種金屬(

54、M)－氧化物(O)－半導(dǎo)體(S)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱為MOS（Metal Oxide Semiconductor）管。本節(jié)以Ｎ溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管為主進(jìn)行討論。</p><p>　　N溝道增強(qiáng)MOS型管</p><p><b>　　(1) 結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖3.10（a）是Ｎ溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。用一塊Ｐ型半

55、導(dǎo)體為襯底，在襯底上面的左、右兩邊制成兩個(gè)高摻雜濃度的Ｎ型區(qū)，用N+表示，在這兩個(gè)N+區(qū)各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D，管子的襯底也引出一個(gè)電極稱為襯底引線b。管子在工作時(shí)b通常與S相連接。在這兩個(gè)N+　區(qū)之間的Ｐ型半導(dǎo)體表面做出一層很薄的二氧化硅絕緣層，再在絕緣層上面噴一層金屬鋁電極，稱為柵極G，圖3.10(b)是Ｎ溝增強(qiáng)型MOS管的符號(hào)。Ｐ溝道增強(qiáng)型MOS管是以Ｎ型半導(dǎo)體為襯底，再制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)做源極S和漏極D，

56、其符號(hào)如圖3.10(c)，襯底b的箭頭方向是區(qū)別Ｎ溝道和Ｐ溝道的標(biāo)志。</p><p>　　S G 鋁 D</p><p><b>　　Sio2</b></p><p><b>　　絕緣層 </b></p><p><b>　　PPP襯</b></p>

57、<p><b>　　b(襯底引線)</b></p><p>　　（a） （b） （c）</p><p>　　圖3.10 增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)</p><p>　　(2) 工作原理

58、 </p><p>　　如圖3.11所示。當(dāng)VGS = 0時(shí)，由于漏源之間有兩個(gè)背向的ＰＮ結(jié)不存在導(dǎo)電溝道，所以即使D、S間電壓VDS≠0，但I(xiàn)D = 0，只有VGS增大到某一值時(shí)，由柵極指向P型襯底的電場(chǎng)的作用下，襯底中的電子被吸引到兩個(gè)N+區(qū)之間構(gòu)成了漏源極之間的導(dǎo)電溝道，電路中才有電流ID。對(duì)應(yīng)此時(shí)的VGS稱為開啟電壓VGS(th) = VT。在一定VDS下，V

59、GS值越大，電場(chǎng)作用越強(qiáng)，導(dǎo)電的溝道越寬，溝道電阻越小，ID就越大，這就是增強(qiáng)型管子的含義。 </p><p><b>　　(3) 輸出特性</b></p><p>　　輸出特性是指VGS為一固定值時(shí)，ID與VDS之間的關(guān)系，即</p><p><b>　?。?-1）

60、</b></p><p>　　同三極管一樣輸出特性可分為三個(gè)區(qū)，可變電阻區(qū)，恒流區(qū)和截止區(qū)。</p><p>　　可變電阻區(qū)：圖3.12（a）的Ⅰ區(qū)。該區(qū)對(duì)應(yīng)VGS＞VT，VDS很小，VGD=VGS－VDS＞VT的情況。該區(qū)的特點(diǎn)是：若VGS不變，ID隨著VDS的增大而線性增加，可以看成是一個(gè)電阻，對(duì)應(yīng)不同的VGS值，各條特性曲線直線部分的斜率不同，即阻值發(fā)生改變。因此該區(qū)是一

61、個(gè)受VGS控制的可變電阻區(qū)，工作在這個(gè)區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控電阻。</p><p>　　恒流區(qū)（亦稱飽和區(qū)，放大區(qū)）：　圖3.12（a）的Ⅱ區(qū)。該區(qū)對(duì)應(yīng)VGS＞VT，VDS較大，該區(qū)的特點(diǎn)是若VGS固定為某個(gè)值時(shí)，隨VDS的增大，ID不變，特性曲線近似為水平線，因此稱為恒流區(qū)。而對(duì)應(yīng)同一個(gè)VDS值，不同的VGS值可感應(yīng)出不同寬度的導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生不同大小的漏極電流ID，可以用一個(gè)參數(shù)，跨導(dǎo)gm來表示VGS對(duì)ID

62、的控制作用。gm定義為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　（a）輸出特性 (b)轉(zhuǎn)移特性</p><p>　　圖3.12　N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線</p><p>　　截止區(qū)（夾斷區(qū)）：該區(qū)對(duì)應(yīng)于VGS

63、≤VT　的情況，這個(gè)區(qū)的特點(diǎn)是：由于沒有感生出溝道，故電流ID=0　，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　圖3.12（a）的Ⅲ區(qū)為擊穿區(qū)，當(dāng)VDS增大到某一值時(shí)，柵、漏間的PN結(jié)會(huì)反向擊穿，使ID急劇增加。如不加限制，會(huì)造成管子損壞。</p><p><b>　　(4) 轉(zhuǎn)移特性</b></p><p>　　轉(zhuǎn)移特性是指VDS為固定值時(shí)，I

64、D與VGS之間的關(guān)系，表示了VGS對(duì)ID的控制作用。即：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　由于VDS對(duì)ID的影響較小，所以不同的VDS所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線基本上是重合在一起的，如圖3.12（b）所示。這時(shí)ID可以近似地表示為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p&

65、gt;<p>　　其中IDSS是VGS=2VGS（th）時(shí)的值ID</p><p>　　Ｎ溝道耗盡型MOS管</p><p>　?。螠系篮谋M型MOS管的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型一樣，所不同的是在制造過程中，在sio2絕緣層中摻入大量的正離子。當(dāng)VGS=0時(shí)，由正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)就能吸收足</p><p>　　夠的電子產(chǎn)生原始溝道，如果加上正向VDS電壓，就可在原始溝

66、道的中產(chǎn)生電流。其結(jié)構(gòu)、符號(hào)如圖5-15所示。</p><p>　　圖3.13 N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管</p><p>　?。╝）結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 輸出特性 （c) 轉(zhuǎn)移特性 (d)符號(hào)</p><p>　　當(dāng)VGS正向增加時(shí)，將增強(qiáng)由絕緣層中正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，感生的溝道加寬，ID將增大，當(dāng)VGS加反向電壓時(shí)，削弱由絕緣層中正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，感生的溝道變窄

67、，ID將減小，當(dāng)VGS達(dá)到某一負(fù)電壓值VGS(off) = VP時(shí)，完全抵消了由正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)則導(dǎo)電溝道消失，使ID≈0，VP稱為夾斷電壓。</p><p>　　在VGS＞VP后，漏源電壓VDS對(duì)ID的影響較小。它的特性曲線形狀，與增強(qiáng)型MOS管類似，如圖3.13（b）、（c）所示.。</p><p>　　由特性曲線可見，耗盡型MOS管的VGS值在正、負(fù)的一定范圍內(nèi)都可控制管子的ID，因

68、</p><p>　　此，此類管子使用較靈活，在模擬電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管在集成數(shù)字電</p><p>　　路中被廣泛采用，可利用VGS＞VT 和VGS＜VT來控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止，使管子工作在</p><p>　　開關(guān)狀態(tài)，數(shù)字電路中的半導(dǎo)體器件正是工作在此種狀態(tài)。</p><p>　　3.2.2 FET場(chǎng)效應(yīng)管主要參

69、數(shù)</p><p>　　1．場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管的比較 </p><p>　　(1) 場(chǎng)效應(yīng)管的溝道中只有一種極性的載流子（電子或空穴）參于導(dǎo)電，故稱為單極型晶體管。而在雙極型晶體三極管里有兩種不同極性的載流子（電子和空穴）參于導(dǎo)電。</p><p>　　(2) 場(chǎng)效應(yīng)管是通過柵源電壓VGS來控制漏極電流ID，稱為電壓控制器件。晶體管是利用基極電流IB來控制集電極

70、電流IC，稱為電流控制器件。</p><p>　　(3) 場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很大，有較高的熱穩(wěn)定性，抗輻射性和較低的噪聲。而晶體管的輸入電阻較小，溫度穩(wěn)定性差，抗輻射及噪聲能力也較低。</p><p>　　(4) 場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm的值較小，而雙極型晶體管β的值很大。在同樣的條件下，場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力不如晶體管高。</p><p>　　(5) 場(chǎng)效應(yīng)管在制造時(shí)，如襯

71、底沒有和源極接在一起時(shí)，也可將D、S互換使用。而晶體管的C和E互換使用，稱倒置工作狀態(tài)，此時(shí)β將變得在非常小。</p><p>　　(7) 工作在可變電阻區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管，可作為壓控電阻來使用。</p><p>　　另外，由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很高，使得柵極間感應(yīng)電荷不易泄放，而且絕緣層做得很薄，容易在柵源極間感應(yīng)產(chǎn)生很高的電壓，超過V（BR）GS而造成管子擊穿。因此MOS管在使用時(shí)避免

72、使柵極懸空。保存不用時(shí)，必須將MOS管各極間短接。焊接時(shí)，電烙鐵外殼要可靠接地。</p><p>　　2．場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)</p><p><b>　　(1) 直流參數(shù)</b></p><p>　　直流參數(shù)是指耗盡型MOS管的夾斷點(diǎn)電位VP(VGS(off))，增強(qiáng)型MOS管的開啟電壓VT(VGS(on))以及漏極飽和電流IDSS，直流輸入

73、電阻RGS</p><p><b>　　(2) 交流參數(shù)</b></p><p>　　低頻跨導(dǎo)gm：gm的定義是當(dāng)VDS=常數(shù)時(shí)，vgs的微小變量與它引起的iD的微小變量之比，即：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　它是表征柵、源電壓對(duì)漏極電流控制作用大小的一個(gè)參

74、數(shù)，單位為西門子s或ms。</p><p>　　極間電容：場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極間存在極間電容。柵、源電容Cgs和柵、漏電容Cg d一般為1~3pF，漏源電容Cds約在0.1~1pF之間。極間電容的存在決定了管子的最高工作頻率和工作速度。</p><p><b>　　(3) 極限參數(shù)</b></p><p>　　最大漏極電流IDM。管子工作時(shí)允許的

75、最大漏極電流。</p><p>　　最大耗散功率PDM。由管子工作時(shí)允許的最高溫升所決定的參數(shù)。</p><p>　　漏、源擊穿電壓V（BR）DS。VDS增大時(shí)使ID急劇上升時(shí)的VDS值。</p><p>　　柵、源擊穿電壓V（BR）GS。在MOS管中使絕緣層擊穿的電壓。</p><p>　　3.2.3 FET實(shí)際器件的跨導(dǎo)</p&g

76、t;<p>　　圖3.14是系統(tǒng)電路中使用的N溝道JFET2SK184（東芝）的傳輸特性。圖中的多根曲線說明器件特性存在分散性。</p><p>　　圖3.14 ２ＳＫ１８４的傳輸特性</p><p>　　即使同一型號(hào)的ＦＥＴ，ＤＳＳ的分散性也會(huì)很大。因此，Ｄ為１ｍＡ?xí)r的ＧＳ會(huì)在－０．７～－０．１Ｖ范圍變動(dòng)。但是不論什么樣的雙極晶體管，它們的ＢＥ都在０．６～０．７Ｖ之間。&l

77、t;/p><p>　　實(shí)際的ＦＥＴ的漏極飽和電流ＤＳＳ具有較大的分散性。由于ＤＳＳ的原因，使得Ｄ為零時(shí)的電壓———夾斷電壓也有變化。</p><p>　　雙極晶體管的特性是按直流電流放大系數(shù)值ＦＥ分檔次的。但是對(duì)于ＦＥＴ不是按跨導(dǎo)ｍ而是按ＤＳＳ區(qū)分檔次。</p><p>　　ｍ與ＤＳＳ之間有關(guān)系，ＤＳＳ愈大，ｍ也愈大（如果是同型號(hào)的ＦＥＴ，ＤＳＳ愈大，傳輸特性曲線的斜率

78、愈大，因而ｍ也大）。</p><p>　　表２．１是２ＳＫ１８４的ＤＳＳ各檔次。東芝器件的ＤＳＳ、ＦＥ的檔次是用Ｙ（黃）、Ｒ（紅）等顏色標(biāo)記的。有的公司是用羅馬字母標(biāo)記的。</p><p>　　表２．１　２ＳＫ１８４的ＤＳＳ分檔（ＪＦＥＴ的ＤＳＳ的分散性大，因此按照ＤＳＳ的值進(jìn)行分檔）</p><p>　　圖２．１的電路中，Ｄ約為１ｍＡ，由圖２．１１看出，由于電路中

79、使用的ＦＥＴ的ＤＳＳ值存在分散性，ＧＳ在－０．７～－０．１Ｖ的范圍內(nèi)變動(dòng)。</p><p>　　照片２．８是圖２．１電路中使用的２ＳＫ１８４的柵極電位與源極電位Ｓ的波形（設(shè)定輸入信號(hào)ｉ為１ｋＨｚ，０．５Ｖ）。</p><p>　　照片２．８２ＳＫ１８４的與ｓ的波形</p><p>　　（０．５Ｖ／ｄｉｖ，２００ｓ／ｄｉｖ）（使用２ＳＫ１８４的圖２．１的電路中，ＧＳ—

80、——與ｓ的直流成分之差為－０．４Ｖ）</p><p>　　由于ＧＳ是與ｓ的直流成分之差，從照片看出這里使用的２ＳＫ１８４的ＧＳ為－０．４Ｖ（以源極電位為基準(zhǔn)，所以是負(fù)值）。因此，從圖２．１１中Ｄ為１ｍＡ的線與ＧＳ＝－０．４Ｖ的線的交叉點(diǎn)可以看出這里使用的２ＳＫ１８４的ＤＳＳ約為６．５ｍＡ。</p><p>　　實(shí)際上設(shè)計(jì)電路時(shí)的情況與此相反，從所使用ＦＥＴ的ＤＳＳ檔次找到ＤＳＳ，從傳輸特特

81、性曲線確定電路工作點(diǎn)的ＧＳ值 。</p><p>　?。停希樱疲牛缘目鐚?dǎo)：</p><p>　　ＭＯＳＦＥＴ的跨導(dǎo)ｍ與ＪＦＥＴ相同，是傳輸函數(shù)曲線的斜率，即ΔＧＳ與Δ Ｄ之比。圖２．１３是高頻放大用Ｎ溝ＭＯＳＦＥＴ２ＳＫ２４１（東芝）的傳輸特性。這個(gè)ＦＥＴ是耗盡型器件，ＧＳ在負(fù)電壓區(qū)時(shí)有電流流出，即使ＧＳ越過０Ｖ，Ｄ仍然相應(yīng)地繼續(xù)增加。多根曲線表明ＤＳＳ的分散性。 </p>

82、<p>　　圖２．１３２ＳＫ２４１的傳輸特性 </p><p>　　（２ＳＫ２４１是用于高頻放大的Ｎ溝ＭＯＳＦＥＴ。傳輸特性是耗盡型，Ｄ從ＧＳ負(fù)的區(qū)域流出） </p><p>　　圖２．１４是開關(guān)用Ｎ溝ＭＯＳＦＥＴ２ＳＫ６１２（ＮＥＣ）的傳輸特性。這種ＦＥＴ是增強(qiáng)型器件，可以看出如果ＧＳ不是在正電壓區(qū)，就沒有Ｄ流出。</p><p>　　圖 ２．１４２ＳＫ

83、６１２的傳輸特性 </p><p>　?。ǎ玻樱耍叮保彩怯糜陂_關(guān)的Ｎ溝ＭＯＳＦＥＴ。傳輸特性是增強(qiáng)型，當(dāng)ＧＳ不在正的區(qū)域時(shí)沒有Ｄ流出） </p><p>　　這里我們稍微分析一下用這兩種ＭＯＳＦＥＴ器件２ＳＫ２４１和２ＳＫ６１２替代圖２．１電路中的ＪＦＥＴ時(shí)電路的工作情況。</p><p>　　照片２．９和照片２．１０是這時(shí)的柵極電位和源極電位ｓ的波形（輸入電壓ｉ與

84、照片２．８中相同，即１ｋＨｚ，０．５Ｖ）。</p><p>　　對(duì)于２ＳＫ２４１，如照片２．９所示ＧＳ為－０．５Ｖ。這與２ＳＫ１８４的ＧＳ值基本相同。如從圖２．１３所看到的那樣，當(dāng)漏極電流Ｄ為１ｍＡ?xí)r，ＧＳ還處于負(fù)的區(qū)域，不是正值。</p><p>　　照片２．９使用２ＳＫ２４１時(shí)的與ｓ的波形（０．５Ｖ／ｄｉｖ，２００ｓ／ｄｉｖ） </p><p>　?。▓D２．１電

85、路中使用２ＳＫ２４１時(shí)，ＧＳ＝－０．５Ｖ） </p><p>　　照片２．１０使用２ＳＫ６１２時(shí)的與ｓ的波形（０．５Ｖ／ｄｉｖ，２００ｓ／ｄｉｖ） </p><p>　?。▓D２．１電路中使用２ＳＫ６１２時(shí)，ＧＳ＝＋１．３Ｖ） </p><p>　?。玻樱耍叮保驳那闆r如照片２．１０所示，ＧＳ為＋１．３Ｖ。因?yàn)椋玻樱耍叮保彩窃鰪?qiáng)型器件，所以如從圖２．１４所看到的那樣，Ｇ

86、Ｓ是正值。</p><p>　　這樣，即使同一電路中使用結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性完全不同的ＦＥＴ，都能夠很方便地使其正常工作。</p><p>　　但是，對(duì)于２ＳＫ２４１和２ＳＫ６１２來說，由于是替換２ＳＫ１８４，它們的工作點(diǎn)與２ＳＫ１８４的工作點(diǎn)（Ｄ＝１ｍＡ）稍有不同，這時(shí)因ＦＥＴ的型號(hào)而會(huì)導(dǎo)致的ＧＳ不同。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)所使用ＦＥＴ的傳輸特性求出ＧＳ確定工作點(diǎn)就可以了。</p>&

87、lt;p>　　第4章 寬頻信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 電源電路</b></p><p>　　小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖4.1、4.2。,所示。</p><p>　　+ 電 源 + 整 流 + 濾 波 +

88、 穩(wěn) 壓 +</p><p>　　u1 u2 u3 uI U0</p><p>　　_ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _</p

89、><p><b>　　圖4.1</b></p><p>　　u1 u2 u3 uI U0 </p><p>　　0 t 0 t 0

90、 t 0 t 0 t </p><p><b>　　圖4.2</b></p><p><b>　　變壓器電路：</b></p><p>　　電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。為了滿足要求，此處將采用15V變壓器進(jìn)行變換。

91、</p><p>　　其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 小型變壓器的效率</p><p>　　因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。</p><p><b>　　整流電路：</b></p><p>　

92、　在穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為：</p><p>　　在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： </p><p>　　流過每只二極管的平均電流為：</p>

93、<p>　　其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)滿足：</p><p>　　其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。</p><p>　　橋式整流電路原理圖,如圖4.3所示,變壓器的次級(jí)只有一組線圈。但用四只二</p><p>　　極管互相接成橋式形式，整流橋后并聯(lián)了濾波電容故稱為橋式整流電路。圖4.4所&l

94、t;/p><p><b>　　示是其簡(jiǎn)化法。</b></p><p><b>　　圖4.3圖4.4</b></p><p>　　整流過程中，四個(gè)二極管兩兩輪流導(dǎo)通，正負(fù)半周內(nèi)都有電流流過RL。例如，當(dāng)u2為正半周是（如圖中所示極性），二極管VD1和VD2因加正相電壓而導(dǎo)通，VD3和VD4因加反向電壓而截止。電流i′（如圖中實(shí)

95、線所示）從變壓器端出發(fā)流經(jīng)二極管VD1、負(fù)載電阻RL和二極管VD2，最后流入變壓器端，并在負(fù)載RL上產(chǎn)生電壓降u0′;反之，當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管VD3、VD4因加正向電壓導(dǎo)通，而二極管VD1和VD2因加反向電壓而截止，電流i″(如圖中虛線所示)流經(jīng)VD3、RL和VD4，并同樣在RL上產(chǎn)生電壓降u0″。由于i′和i″流過RL的電流方向是一致的，所示RL上的電壓u0為兩者之和，即u0= u0′+ u0″。橋式整流電路的波形如圖4.5所示

96、，因而其輸出電壓為：</p><p><b>　　U0=0.9U2</b></p><p>　　而二極管反向峰值電壓是全波整流電路的一半，即：</p><p>　　URM=1.414 U2</p><p><b>　　圖4.5 </b></p><p><b>　　

97、濾波電路：</b></p><p>　　無論哪種整流電路,它們的輸出電壓都含有較大的脈動(dòng)成分。為了減少這種脈動(dòng)成分，在整流后都加上濾波電路。所謂濾波就是濾掉輸出電壓中的脈動(dòng)成分，而盡量保留其中的直流成分，使輸出接近理想的直流電壓。</p><p>　　如4.6圖8所示，這里給出了電容濾波電路在帶電阻負(fù)載后的工作情況。接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供

98、電流,輸出電壓的波形是正弦形。在 時(shí)刻，即達(dá)到u2 90°峰值時(shí)，u2開始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達(dá)到90°后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過90°以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著u2的下降，正弦波的下降速率越來

99、越快，uC 的下降速率越來越慢。所以在超過90°后的某一點(diǎn)，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個(gè)半周的正弦波來到，u2再次超過uC，，二極管重又導(dǎo)電。</p><p><b>　　圖4.6</b></p><p>　　FET移相式振蕩電路</p><p>　　4.2.1

100、正弦波的產(chǎn)生</p><p>　　RC移相式振蕩電路由一個(gè)反相輸入比例電路和三節(jié)RC移相電路組成，電路原理圖如圖所示。</p><p>　　放大電路的相位移。三節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)每節(jié)移相60°，則反饋網(wǎng)絡(luò)的，此時(shí)=+=0，滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻RF 使||適當(dāng)，就可同時(shí)滿足產(chǎn)生振蕩的幅值平衡條件和起振條件，產(chǎn)生正弦波振蕩。</p><p>

101、;<b>　　圖 4.7</b></p><p>　　本電路采用RC文氏電橋振蕩電路，其產(chǎn)生自激振蕩的條件：</p><p>　　文氏電橋振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：不僅振蕩較穩(wěn)定，波形良好，而且振蕩頻率在較寬的范圍內(nèi)能方便地連續(xù)調(diào)節(jié)。</p><p>　　1)產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件</p><p>　　=, =，則=+=。滿足相位

102、平衡條件。</p><p>　　2)產(chǎn)生振蕩的幅值條件</p><p>　　起振條件： ||>3</p><p>　　同相比例放大電路電壓放大倍數(shù)為  =1+   所以1+>3，或 RF>2 R1上式是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路的起振條件。</p><p>　　考慮到維持等幅振蕩的條件是RF＝2R1

103、，所以電路在RF和R1的取值上需要仔細(xì)調(diào)試，使電路既能起振，又不失真。若RF過大，雖起振容易，但過大的輸入信號(hào)將使放大管進(jìn)入非線性區(qū)，輸出波形畸變，若RF偏小，雖不失真，但起振困難。最好在電路起振階段，應(yīng)滿足RF>2R1，而當(dāng)振幅增大到一定程度后，應(yīng)轉(zhuǎn)變成RF＝2R1。</p><p><b>　　振蕩頻率：</b></p><p><b>　　f0=

104、</b></p><p>　　改變R、C的值，就可調(diào)節(jié)振蕩頻率，通常以調(diào)節(jié)電容為頻率粗調(diào)，調(diào)節(jié)R為頻率細(xì)調(diào)。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路的振蕩頻率范圍為幾赫茲至幾百千赫茲。</p><p>　　說明：放大電路的輸入、輸出電阻對(duì)振蕩頻率有影響。</p><p>　　對(duì)電路輸入、輸出電阻的要求→對(duì)負(fù)反饋類型的要求（電壓串聯(lián)負(fù)反饋）。</p><

105、p><b>　　振蕩的穩(wěn)幅：</b></p><p>　　目的：①使起振后輸出電壓幅度達(dá)到穩(wěn)定；②避免外界因素影響；實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的等幅振蕩。</p><p>　　原因：RF>2R1和RF=2R1不容易平衡（又能可靠起振又不失真）；外界溫度、電源電壓等因素的變化→電路元器件參數(shù)變化→打破原有平衡→可能停振、可能失真加劇。</p><p>

106、　　方法：①用熱敏電阻實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)；②利用二極管的正向特性改變負(fù)反饋系數(shù)；③利用FET的線性電阻區(qū)實(shí)現(xiàn)壓控負(fù)反饋；……</p><p>　　總之，利用非線性元件使負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)成為非線性的。</p><p>　　為了滿足增益的要求，在輸出端加入多級(jí)放大電路進(jìn)行放大,其電路如下圖：</p><p><b>　　圖 4.8</b></

107、p><p>　　4.2.2 方波產(chǎn)生電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，由于方波是由正弦波變換而來，所以沒有用到單獨(dú)的矩形波發(fā)生電路，而是利用集成運(yùn)放的非線性特點(diǎn)，由電壓比較器變換波形。常用的比較器有:過零比較器、單限比較器、滯回比較器、雙限比較器以及集成電壓比較器。本次設(shè)計(jì)由于對(duì)波形的抗干擾能力無太高要求，故選用最簡(jiǎn)單且靈敏度高的過零比較器。</p><p>　　過

108、零比較器的電路圖如圖4.9a所示,其傳輸特性如圖4.9b所示：</p><p>　　圖4.9a 圖4.9b</p><p>　　在實(shí)際使用中常利用穩(wěn)壓管限幅，利用穩(wěn)壓管限幅的過零比較器如圖4.10a和圖4.10b所示，其傳輸特性如圖4.10c所示：</p><p>　　圖4.10a

109、 圖4.10b</p><p>　　兩個(gè)背靠背的穩(wěn)壓管，任意一個(gè)被擊穿而另一個(gè) 導(dǎo)通，此時(shí)輸出幅值的上下限變成了穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值</p><p><b>　　圖4.10c</b></p><p>　　4.2.3 三角波的產(chǎn)生</p><p>　　三角波的產(chǎn)生

110、是由積分電路實(shí)現(xiàn)的，積分電路將方波轉(zhuǎn)換成三角波。</p><p>　　積分電路的原理圖如圖4.11所示：</p><p><b>　　圖4.11</b></p><p>　　電容兩端的電壓與流過電容的電流之間存在積分關(guān)系，即</p><p>　　由于集成運(yùn)放的反相輸入端“虛地”，故 ；又由于“虛斷”，運(yùn)放反相輸入端的電流

111、為零，則，故,由以上幾個(gè)表達(dá)式可得積分電路輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系為：</p><p>　　由于輸入的是方波，所以 的值為兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng) >0時(shí)，，輸出波形以的斜率上升，當(dāng) <0時(shí)，輸出波形以的斜率下降。上升和下降的斜率相等所以波形對(duì)稱，形成三角波。</p><p>　　4.2.4 調(diào)幅電路原理</p><p><b>　

112、　圖 4.12</b></p><p>　　調(diào)幅原理：本方案選用了最簡(jiǎn)單有效的電阻分壓的方式調(diào)幅，在輸出端通過電阻接地，輸出信號(hào)的幅值取決于電阻分得的電壓多少。其最大幅值為電路的輸出電壓峰值，最小值為0。</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　通過一個(gè)月的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，自己確實(shí)感覺掌握了不少東西，而且這些東

113、西在過去自己一直認(rèn)為那時(shí)很深?yuàn)W的，這些知識(shí)在我今后的工作中將使我受益匪淺?，F(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)總算是基本上完成，雖然覺得有點(diǎn)辛苦，但是確很充實(shí)，而且小有成就感?？傊?，在這次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了不少新知識(shí)，了解了很多的設(shè)計(jì)思想與方法，我也將繼續(xù)努力，不斷地完善和充實(shí)自己。</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我才發(fā)現(xiàn)三年中我們還有很多東西都不曾了解，有很多東西我們都還沒熟練掌握。畢業(yè)設(shè)計(jì)，是把我們所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和具體操作相結(jié)合

114、的一個(gè)過程；畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我將這三年所學(xué)到的知識(shí)得到了系統(tǒng)化，貫穿成一條線；畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到了一個(gè)道理：再難的東西，再難的程序。只要自己努力，耐心的分析，查資料或請(qǐng)問別人，最后總會(huì)解決。等你解決完了回頭來看就會(huì)發(fā)現(xiàn)原本認(rèn)為很深?yuàn)W的東西也在你的掌握之中。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解到做什么事都要按部就班，不能麻木的辦事。一開始我就選中一個(gè)方案，怕畢業(yè)設(shè)計(jì)不能按期完成，所以早就想著拿到元器件開始做，并認(rèn)真去思考它到底可不可以實(shí)行。幸虧有搭檔