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【導讀】~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) 因為運算放大器是按照沒有電流流入正輸入端和負輸入端的原則制作的，即I =0。那么對負輸入端利用基爾霍夫定律可得 I1 = I2， 利用等式 (12A2) ，并設 I1 =I2 =I， U0 = (R1 +R2) I (12A3) 根據電流參考方向和接零管腳電位為零伏特的事實，利用歐姆定律，可得負極輸入電壓 U： (U0)/ R1=I 因此 U=IR1 ，并由式 (12A3)可得： U =[R1/(R1+R2)] U0 因為現在已有了 U+ 和 U的表達式，所以式 (12A1)可用于計算輸出電壓， 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。如果 A 是一個非常大的數，大到足夠使 AR1 (R1 +R2)，那么分式的分母主要由 AR1 項決定，存在于分子和分母的系數 A 就可對消，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 的精確值無關并能夠通 過 R1和 R2的選擇來控制。這是運算放大器設計的重要特征之 在信號作用下，電路的動作僅取決于能夠容易被設計者改變的外部元件，而不取決于運算放大器本身的細節特性。注意，如果 A=100,000， 而 (R1 +R2) /R1 =10，那么為此優點而付出的代價是用一個具有 100,000 倍電壓增益的器件產生一個具有 10倍增益的放大器。從某種意義上說，使用運算放大器是以 “ 能量 ” 為代價來換取 “ 控制 ” 。 對各種運算放大器電路都可作類似的數學分析，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算放大器兩個定律應用。 1) 第一個定律指出：在一般運算放大器電路中，可以假設輸入 端間的電壓為零，也就是說， U+ =U 2) 第二個定律指出：在一般運算放大器電路中，兩個輸入電流可被假定為零： I+ =I =0 第一個定律是因為內在增益 A的值很大。例，如果運算放大器的輸出是 1V，并且 A=100,000, 那么 (U+ = U)=105 V這是一個非常小、可以忽略的數，因此可設U+ = U。第二個定律來自于運算放大器的內部電路結構，此結構使得基本上沒有電流流入任何一個輸入端。 B 晶體管 簡單地說，半導體是這樣一種物質，它能夠通過 “ 摻雜 ” 來產生多余的電子，又稱自由電子（ N 型）；或者產生 “ 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體二極管，它具有我們描述過的工作特性。晶體管以類似的方式形成，就象帶有公共中間層、背靠背的兩個二極管，公共中間層是以對等的方式向兩個邊緣層滲入而得，因此中間層比兩個邊緣層或邊緣區要薄的多。 PNP 或 NPN (圖 12B1)這兩種結構顯然是可能的。 PNP 或 NPN被用于描述晶體管的兩個基本類型。因為晶體管包含兩個不同極性的區域（例如 “ P”區和“ N”區），所以晶體管被叫作雙向器件，或雙向晶體管。 一個晶體管有三個區域，并從這三個區域引出三個管腳。要使工作電路運行，晶體管需與兩個外部電壓或極性連接。其中一個外部電壓工作方式類似于二極管。事實上，保留這個外部電壓并去掉上半部分，晶體管將會象二極管一樣工作。例如在簡易收音機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。如果第二個電壓被加到晶體管的頂部和底部兩個極之間，并且底部電壓極性相同，那么，流過中間層 N區的電子將激發出從晶體管底部到頂部流過的電流。 在生產晶體管的過程中，通過控制不同層的摻雜度，經過負載電阻流過第二個電路電流的導電能力非常顯著。實際上，當晶體管下半部為正向偏置時，底部的 P 區就像一個取之不竭的自由電子源（因為底部的 P 區發射電子，所以它被稱為發射極）。這些電子被頂部 P 區 接收，因此它被稱為集電極，但是流過這個特定電路實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，當晶體管外加電壓接連正確（圖 12B3）后工作時，實際上存在兩個獨立的 “ 工作 ” 電路。一個是由偏置電壓源、發射極和基極形成的回路，它被稱為基極電路或輸入電路；第二個是由集電極電壓源和晶體管的三個區共同形成的電路，它被稱為集電極電路或輸出電路。（注意：本定義僅適用于發射極是兩個電路的公共端時 被稱為共發射極連接。）這是晶體管最常見的連接方式，但是，當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。 本電路的突出優點是相對小的基極電流能控制和激發出一個比它大得多的集電極電流 (或更恰當地說，一個小的輸入功率能夠產生一個比它大得多的輸出功率 )。換句話說，晶體管的作用相當于一個放大器。 在這種工作方式中，基極 發射極電路是輸入側；通過基極的發射極和集電極電路是輸出側。雖然基極和發射極是公共路徑，但這兩個電路實際上是獨立的，就基極電路的極性而言，基極和晶體管的集電極之間相當于一個反向偏置二極管，因此沒有電流從基極電路流到集電極電路。 要讓電路正 常工作，當然，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（發射極）的極性與兩個電壓源的極性相同）。這也就是說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，發射極電壓必須為正。 因此，基極和集電極相對于發射極的極性為負。 PNP 型晶體管的符號在發射極上有一個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，但是兩個電源的極性正好相反（圖12B4）。也就是說，發射極相對于基極和集 電極來說極性總是負的（在 NPN型晶體管中， “ N”代表負）。這一點也可以從 NPN 型晶體管符號中發射極上相反方向的箭頭看出來，即，電流從基極流出。 盡管現在生產的晶體管有上千種不同的型號，但晶體管各種外殼形狀的數量相對有限，并盡量用一種簡單碼 TO（晶體管外形）后跟一個數字為統一標準。 TO1 是一種最早的晶體管外殼 即一個在底部帶有三個引腳的圓柱體 “ 外罩 ” ，這三個引腳在底部形成三角狀。觀看底部時， “ 三角形 ” 上面的管腳是基極，其右面的管腳（由一個彩色點標出）為集電極，其左面的管腳為發射極。集電極引腳 到基集引腳的間距也許比發射極到基集引腳的間距要大 。 在其它 TO 外殼中，三個引腳可能有類似的三角形形狀（但是基極、集電極和發射極的位置不一定相同），或三個引腳排成一條直線。使人容易搞亂的問題是同一 TO 號碼的子系列產品其管腳位置是不一樣的 。例如， TO92 的三個管腳排成一條直線，這條直線與半圓型 “ 外罩 ” 的切面平行，觀看 TO92 的底部時，將切面沖右，從上往下讀，管腳的排序為 1， 2， 3。 對于 TO92 子系列 a (TO92a): 1=發射極 2=集電極 3=基極 對于 TO92 子系列 b (TO92b): 1=發射極 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管腳（第三個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以上的管腳。實際上，這些都是集成電路 (ICs)，用和晶體管相同的外殼包裝的，只是看起來像晶體管。更復雜的集成電路（ ICs）用不同形狀的外殼包裝，例如平面包裝。 根據外殼形狀非常容易識別功率晶體管。它們是金屬外殼，帶有延長的底部平面，底部平面上還有兩個安裝孔。功率晶體管只有兩個管腳（發射極和基極），通常會標明。集電極在內部被連接到外殼上，因此，與集電極的連接要通過一個裝配螺栓或外殼底面。