电子实验与电子制作之晶体管电路

一、单管无线话筒

电路原理

电路图见图22-11。电路用一只高频三极管组成电容式振荡电路，用驻极式话筒将声音变成模拟电信号，控制三极管的基极，从而改变振荡频率，输出按照声音规律而变化的高频振荡信号，再由天线发射出去。高频振荡频率在调频广播波段，所以可以使用调频收音机作为接收器。为了小型化，电路采用一节5号电池供电。电路输出功率很小，工作半径约为十几米。

图22-11

制作要点

由于电路工作在100MHz，所以电路应使用环氧树脂的印刷板。如果使用普通绝缘纸印刷电路板，则电路不易起振。由于电路比较简单，所以印刷电路板的设计也很容易。

学习、实验与思考

1．三极管放大电路

三极管具有放大功能，在这个电路中，这个放大功能主要用来产生高频振荡。其工作原理简单说是这样的，对于高频信号而言，基极接地，组成了共基极放大电路；从集电极输出的高频信号，通过电容分压电路，反馈到发射极，再由共基极电路进行放大，从而维持高频振荡。

对于直流电压和音频信号而言，三极管组成了共发射极电路。这种电路具有电流放大倍数高的特点。在基极输入很小的电流，就可以在集电极上获得较大的电流输出。这样，改变基极电阻的阻值，就可以调整三极管的输出电流大小，进而改变其工作点。电路工作时，由驻极体话筒输出的音频信号由三极管进行放大，在集电极上获得较大的电流变化。由于三极管的集电极与发射极之间存在一定的电容，并且这个电容的大小可以根据集电极的电压变化而变化，所以，当基极电流根据声音信号产生变化时，其集电极电容也产生相应的变化；这个电容是并联在振荡回路上的，从而振荡的频率也会随着声音信号的变化而改变。这样，由天线发射出去的高频信号是被声音信号调制的变频信号。这种调制方式叫做调频。

2．共发射极电路工作点调整实验

所谓三极管的工作点是指其集电极静态电流的大小，它决定了三极管的工作状态。它的大小可以改变了三极管的放大倍数、输入阻抗和频率特性。在本电路中，集电极电流一般在0.5～3mA之间为宜。

调整工作点的实验可以用一个串联在基极电阻的电位器，也可以用逐次改变基极电阻的方法来进行。电流表应串联在电源电路中进行测量，这样得到的数据虽然不是集电极电流，但是也能够基本反映出集电极电流的大小。为什么电流表不宜串联在集电极电路中呢？因为这样做电流表会影响到振荡回路的性质。

每次实验要做好记录，记录下基极电阻的大小，对应的基极电流，及在这个电流下，无线话筒的使用状况，包括音质、发射有效距离等。

实验的主要目的是了解基极电阻与三极管工作点的关系，三极管工作点与其放大倍数的关系等，从而对共发射极电路有比较深刻的认识和理解。

3．频率稳定性实验

所谓频率稳定性是指无线话筒在工作中发射频率的稳定。我们希望它在工作中，发射频率保持不变。但是实际上，这个电路的稳定性较差。有时工作了几分钟后，频率就“跑”了；这时你会发现接收机需要重新调整才能收到信号。还有时用手靠近发射天线，也会改变发射频率。为了检验电路的频率稳定性，同样需要进行测试。具体的实验步骤和方法读者可自行设计。

4．驻极体话筒偏置电阻实验

驻极体话筒工作时需要外加直流电压，这个电压是通过偏置电阻给出的。外加电压的大小可以影响话筒的工作效率。由于电路的电源电压不同，不同的电路中驻极体话筒的偏置电阻的大小也不同。一般这个电阻可在1k～10k之间选择。通过实验选择适当的偏置电阻，可以使话筒获得最佳的灵敏度。

二、频率稳定的无线话筒

电路原理

电路图见图22-21。这个电路在单管无线话筒的基础上，增加了一级输出隔离电路，以提高发射频率的稳定性。单管电路的主要缺点就是工作频率不稳定，尤其易受发射天线的干扰；使用时如果发射天线周围环境改变了，频率就会随之变化，影响无线话筒的正常工作。分析造成这一现象的原因就是天线直接接在振荡回路上，由于天线本身与周围环境形成一个电容，所以天线改变，就会引起振荡回路的电容变化，导致振荡频率漂移。针对这一缺点，在原来高频振荡器与发射天线之间，用一级共集电极放大电路来传输高频信号。由于共集电极电路具有较大的输入阻抗和较小的输出阻抗，所以可以提高发射电路的频率稳定性。另一方面，天线对振荡回路不会产生直接影响，从而消除了由于天线产生的频率漂移。

图22-21

制作要点

由于共集电极电路输入阻抗较高，高频信号输入电容C6只要10个pF，甚至可以不用，只要将这级三极管的基极靠近高频振荡电路的集电极即可。

学习、体验与思考

1．调整共集电极电路工作点实验

在一定范围调整共集电极电路的工作点，可以改变输出功率。

2．频率稳定性实验

设计的目标是获得频率稳定的电路，应该做到即使用手触摸天线，发射频率也不会改变。可通过实验检验电路是否达到预期的目标。实验应该与单管无线话筒对比进行。

三、1.5V电压多谐振荡器LED闪灯

在通常的电路中，发光二极管LED的电源电压一般在3V以上，通过限流电阻保持LED的正常工作。本电路采用1.5V电源可驱动工作电压在1.7V以上的LED发光。而且，当电池电压降至1.2V时仍可驱动发光二极管工作。

电路原理

电路图见图22-31。用两个三极管组成多谐振荡器，然后用倍压整流电路将多谐振荡器输出的脉冲电压升高，驱动LED闪亮。

图22-31

制作要点

为了方便地进行实验，可在面包电路板上进行制作。有关面包板的使用方法，请参阅第一章有关内容。

学习、体验与思考

1．发光二极管的工作电压

发光二极管俗称LED，它的工作电压是多少？也许有人觉得太简单了——1.7V，书本上早有答案。其实我们应该通过实验更进一步认识LED的工作电压。如果我们多收集一些各种型号的LED，就会有一些新发现。

普通LED，红、绿、橙三种颜色各若干。

高亮度LED，红、绿、橙三种颜色各若干。

然后通过测量就会发现，普通亮度的LED工作电压在1.7～2.1V之间，而高亮度LED工作电压在1.4～1.8V之间。而且型号不同，工作电压也不同。红色的工作电压最低。一种蓝色LED，工作电压在2.8V以上，在相同的电流下，比红色的LED亮上百倍。与此同时，研制白色LED的工作也取得了进展，相信在不久的将来，利用白色发光二极管做照明光源的时代就会到来。

2．三极管多谐振荡器

多谐振荡器也叫自激多谐振荡器，是一种产生矩形脉冲的单元电路。所谓多谐振荡器，是由于矩形波含有脉冲频率各种整数倍数的高次谐波；例如频率为6Hz的矩形脉冲，除了含有6Hz的基波，还包含12Hz、18Hz、……等谐波成分。典型的多谐振荡器的电路结构也是对称的，即位置对称的电阻、电容、三极管的型号和参数相同。

多谐振荡器电路的两个三极管互相接成正反馈电路，可产生矩形波振荡。其振荡过程如下。电源接通后，左右两个晶体管分别通过自己的基极电阻得到正向电压，它们都趋向导于通；但是两个晶体管的参数不可能完全相同，总会有一个通过的电流强一些。不妨设左边的集电极电流强些，则由于集电极电阻的降压作用，导致左边晶体管的集电极电位下降；这样，电容C2充电，引起右边的三极管基极电流减小，进而导致右边三极管集电极电流减小；这样右边的集电极电位升高，引起左边的三极管电流进一步变强；由于这种强烈的正反馈，最终导致左边三极管饱和，右边三极管截止。但这是一个暂稳状态。进入暂稳状态后，C2上的电压逐渐升高，当这个电压达到右边三极管基极导通电压时，右边三极管开始导通，右边三极管进入放大区，集电极电流变大；这样右边三极管集电极电位变低，这样，电容C1充电，引起左边的三极管基极电流减小，导致左边三极管电流减小；最后到达右边三极管饱和，左边三极管截止的暂稳状态。如此完成了多谐振荡器的一个脉冲周期。脉冲宽度约为暂稳态的持续时间，即

d=0.7Rb1*C1=0.7Rb2*C2

3．改变多谐振荡器频率实验

从上面可以看出，电容C1和C2的大小可以影响振荡频率。事实上多谐振荡器的频率还与外接的基极电阻和集电极电阻有关，也与电源电压有关。但是它们对频率的影响是不同的。电容是最主要的因素，振荡频率与电容成反比。至于其他元件对频率的影响，可以通过实验来认识。做实验要注意，每次只改变一种元件，并且做好记录。

实验的目的是弄清楚这个电路中，影响频率的主要因素和次要因素。

在本电路中，通过实验，采用了非对称的电容器，以取得满意的灯光效果。

4．硅晶体管与锗晶体管实验

将导通二极管D1分别用硅管和锗管接入，其他不变，可以看出，用锗管时，LED的亮度明显大于用硅管时的亮度。从这个对比实验可以认识到，锗管的正向导通电压的确比硅管的要小。

5．一种更简单的1.5V发光二极管驱动电路

电路图见图22-32。这个电路采用晶体管直接耦合放大电路，因而只需1只电容器；电路具有电路简单，节省元件的优点。其驱动发光二极管的原理与前面的电路不同。电路通过电容器反馈产生振荡。由于电路采用独特的设计，左边的三极管对交流信号来说是共基极放大电路，右边的三极管对交流信号来说是共集电极放大电路；共基极电路的特点是输入电阻小，共集电极电路的特点是输出电阻小，发光二极管接在振荡电路的输出端可以获得超过电源电压的驱动。共基极电路的电流放大系数小于1，其电压放大系数取决于输出电阻与输入电阻之比；共集电极电路的电压放大系数小于1，所以整个电路的电压放大系数和电流放大系数相当于1个共发射极三极管的放大系数。由于整个电路的放大系数较低，所以电路产生振荡的条件比较苛刻。通过实验可知，电路对外接的电阻数值要求比较严格，稍有偏离，电路不易起振；它的振荡频率范围窄，需细心调整才能成功。

图22-32

6．面包板使用技巧

为了更方便地进行电子实验活动，通常在面包板上进行电路的设计和开发。使用时把电路中各种元器件插到面包板上，再按照电路图用插线将电路组装好，就可以看到电路的效果了。在面包板上组装电路，可以方便快速地修改设计，不但可以做到心中有数，使得作品的完成更顺利，还可以进行各种实验，通过实验直接体验到电路的性能，学到许多书本上没有的知识和技能，开发出更多更好的作品。使用面包板组装电路要用大量长短不同的接线。在面包板上有一种专用插线，但是这种专用插线的接头很容易损坏。可用直径为1mm的硬绝缘铜线自制面包连接线。根据所需连线的长度，剪裁电线并将电线两端的绝缘皮剥离，再插入面包板。使用自制插线有几点好处：价格便宜、长度合适、接线牢固、使用方便，可谓物美价廉。另外，在频繁地将电子元器件插入面包板的过程中，遇到的一个困难是插孔太紧，导致用力过大而将元器件的引线损坏。为解决这个问题，可以制作一个专用的锥子，在每次插入零件之前，先用它来插入孔内一次，再将零件的引线插入，就十分容易了。这种锥子可用大头针制作。取一枚大头针，将头部折弯，然后用电热塑枪打出一团塑胶将大头针的头部及中间部分包裹起来，留出约８毫米的针尖。等到塑胶冷却后，一个方便的小工具就制作成功了（见图13-14）。还要提醒大家，不用时别乱放，要把这个锥子插到面包板上。

7．思考

①设计一种在多谐振荡器驱动电路上带动2只LED发光的电路。

②回答：可使电路正常工作的电源电压是多少？使用的LED启动电压是多少？两者相差多少？

四、电话通话灯光显示器

把它接在电话线上，没有通话时，它不发出灯光；当电话摘机后，会发出灯光提示。把显示器放在明显的地方，可以减少发生电话听筒没有放置在正确的位置的情况。

电路原理

电路图见图22-41。电路由整流电路、电压识别电路、灯光显示驱动电路组成。整流电路可使显示器接入电话线路时不必考虑电话线路的正负极。电压识别电路用来识别电话的工作状态。在没有摘机时，电话处于待机状态，电话线路的电压约为50V的直流电压；当电话摘机时，线路电压降低到10V以下。50V的较高电压可击穿电路的12V稳压管，使三极管V1导通；V1的集电极与三极管V2的基极并联，V1导通后，使V2基极电位变低，V2截止，接在V2集电极的发光二极管不亮。当线路电压降低到10V以下时，稳压管截止，三极管V1截止，使V2基极电压升高，V2导通；接在V2集电极的发光二极管被点亮，显示电话在使用中。为了防止电路对来电振铃电压产生影响，电路中设置了时间延迟电路。

图22-41

制作要点

为了尽量减少电路对电话线路的影响，电路工作时使用的电流要尽可能的小，所以要使用高亮度的发光二极管。

学习、体验与思考

1．评价电路对电话线路的影响

首先进行理论分析，计算或者估算电路在没有摘机时最大消耗电流是多少，然后再用电流表进行测量，验证理论分析。如果出现很大出入，一定要找出导致非正常现象的原因。按照电路给出的数据可知，电路静态消耗电流约为200微安，不会对线路产生不利影响。

2．9014晶体三极管

电路采用了2只9014型三极管。9014是一种小功率低频硅三极管，常用来进行低频电压放大；它在90系列三极管中的特点是电流放大倍数高，β值在200以上，最高的达1000倍。在如此高的放大倍数工作，三极管的工作状态还十分稳定，这是其他任何三极管所达不到的。电流放大倍数越高，基极所需的电流就越小；此外它的集电极—发射极反相击穿电压也比较高，因此特别适合使用在这个电路中。

3．来电振铃灯光显示实验

为了确保电路不影响振铃信号，电路用积分电路对信号进行延迟，可通过实验测定延迟时间。根据实验可知，电路延迟时间约为半秒钟，也就是摘机后约过半秒钟灯光才亮。这样，对振铃信号也起到了过滤作用，在电话响铃时灯光不亮。如果取消电容器C1，则可观察到振铃时灯光也在闪亮。

4．电器电源电压过低提醒电路设计

很多电器设备上都有电池电压过低提醒电路。利用本电路的原理，可以设计这样的电路。例如采用3V电压的电器，当电源电压降到2.5V时就不能正常工作，设计这样的电路，使得电源电压高于2.5V显示灯不亮，当电压降至2.5V显示灯亮，以提醒使用者注意。