电子技术基础与技能一体化教案.doc

课题一 半导体器件及其应用半导体器件的概念利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件。半导体器件的特点体积小、质量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率。任务一 半导体二极管及其应用学习目标1掌握二极管的符号和工作特点，了解二极管的主要参数。2熟悉二极管的识别方法。3了解二极管的分类，熟悉它的实际应用。任务引入电子数码产品在人们的生活中无处不在这些电子产品的电源是什么？如何将插座上的交流工频电变成直流电？ 二极管整流稳压显示电路方框图交流电电源变压器整流电路稳压电路状态显示电路直流二级管整流稳压显示电路板整流二极管发光二极管稳压二极管二极管是什么？它能起什么作用？相关理论一、二极管的的结构和符号半导体二极管制造材料有硅（Si）、锗（Ge）及其化合物。半导体材料是指导电性能介于导体和绝缘体之间的物体，常见的有硅和锗。不加杂质的半导体称为本征半导体。在本征半导体中加不同杂质，能产生P型半导体和N型半导体举例说明你在何处曾经见到过二极管，它在电路中起什么作用呢？按照所用材料不同，二极管可分为硅管和锗管两大 类。二极管的内部分为P型半导体区和N型半导体区，交界处形成PN结，从P区引出的电极为正极，用符号“A”表示，从N区引出的电极为负极，用符号“K”表示。二、二极管的工作特点、主要参数和分类（1）二极管的单向导电性正偏导通 反偏截止二极管的导电性能实验定义： 二极管导通时，其正极电位高于负极电位，此时的外加电压称为正向电压，二极管处于正向偏置，简称“正偏”；二极管截止时，其正极电位低于负极电位，此时的外加电压称为反向电压，二极管处于反向偏置，简称“反偏”。结论： 二极管在加正向电压时导通，加反向电压时截止，这就是二极管的单向导电性。（2）二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线2二极管的主要参数（1）最大整流电流IFM 二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压URM 二极管正常工作时所允许外加的最高反向电压。（3）反向电流IR 在规定的反向电压（IBQ ，UBQ UBEQVBQ与温度无关【例2-3】分压式射极偏置放大电路如所示，已知Vcc=18V，Rb1=39k，Rb2=10k，Rc=3k ，Re=1.7k， RL=6k，=50，求静态工作点。四、射极输出器原理与分析1电路的组成2静态工作点的估算【例2-4】如图所示，已知Vcc=12V，Re=2k，=30， =120k。求静态工作点。ICQIBQ300.062 1.86mAUCEQVCCIEQRe VCCICQRe 121.862 8.3V3射极输出器的特点（1）电压放大倍数小于1，且接近于1。（2）输出电压与输入电压相位相同。（3）输入电阻大。（4）输出电阻小。 由于射极输出器的输出电压uo和输入电压ui相位相同且近似相等，可以近似看作uo随着ui的变化而变化，所以射极输出器又称为射极跟随器。4射极输出器的应用（1）用作输入级（2）用作输出级（3）用在两级共射放大电路之间作为隔离级（或简称为缓冲级）任务实施一、实训目的1学会单管放大电路的装配，体验单管放大电路的放大作用。2学会单管放大电路静态工作点和动态参数的测量方法。3理解合理设置静态工作点的意义，观察静态工作点变化导致的波形失真。4熟悉单管放大电路的检修方法。 二、实训器材电路名称单管放大电路及其应用序号名称规格数量1示波器通用1台2低频信号发生器1台3无线电工具1套4电位器RP1500k1只5RP210k1只11电阻R1k1只12R6100k1只13电解电容C3,C410uF/25V2只16三极管V290141只17开关S单刀单掷1个18扬声器LS81只19实验板1块三、训练内容1单管放大电路装配图的设计步骤和方法（1）确定装配电路板及尺寸（2）装配图设计（3）装配图的修改2单管放大电路的组装过程3单管放大电路放大功能的体验4单管放大电路的测试内容和操作方法（1）静态工作点的测量（2）电压放大倍数的测量（3）放大电路输入电阻的测量（4）放大电路输出电阻的测量（5）观察静态工作点对输出波形的影响5单管放大电路的检修四、实训报告要求1分别画出单管放大电路图和装配图。2完成测试记录，分析调节RP1为什么会导致输出波形出现饱和和截止失真现象？ 五、评分标准内容要求配分评分标准三极管测试 判断三极管的半导体类型和电极要正确20一处错误扣5分电路安装 电路安装正确，完整10 一处不符合扣5分 元件完好，无损坏5 一处损坏扣2.5分 布局层次合理，主次分清5 一处不符合扣1分 接线规范：布线美观，横平竖直，接线牢固，无虚焊，焊点符合要求5 一处不符合扣1分 按图接线5 一处不符合扣5分调试 通电调试不成功，扣10分静态工作点的测量 正确使用万用表测量静态工作点（UBE、UCE、IB、IC）20一处错误扣4分动态参数的测量 正确使用示波器测量并计算Au、Ri、Ro10一处错误扣2分失真波形的观察 正确使用示波器分别观察饱和失真和截止失真输出电压波形。10一处错误扣5分任务二 反馈多级放大器及其应用学习目标1了解多级放大电路的概念、耦合方式的分类，以及电压放大倍数和输入输出电阻的计算。 2掌握负反馈的概念、作用和分类。 3熟悉实用负反馈多级放大电路的组成、原理、安装、调试及测量。任务引入在上一个任务中学习的音乐门铃电路有何缺点？改进：采用负反馈多级放大电路的音乐门铃电路相关知识一、多级放大电路1耦合形式耦合问题产生原因：多级放大电路的连接产生了单元电路间的级联问题。 直接耦合 电抗性元件耦合 阻容耦合 变压器耦合直接耦合 阻容耦合 变压器耦合2多级放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻总电压放大倍数：Av=Av1Av2Avn输入电阻为第一级放大电路的输入电阻，即Ri=Ri1输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻，即Ro=Ron二、反馈的概念1定义将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程称为反馈。 2信号的两种流向正向传输：输入 输出开环反向传输：输出 输入闭环放大电路反馈电路输出输入三、反馈的分类1正反馈和负反馈正反馈：增强放大电路净输入量变化趋势的反馈。 负反馈：削弱放大电路净输入量变化趋势的反馈。 判断法：瞬时极性法（1）先假设输入信号在某一瞬间对地极性为“+”。（2）从输入端到输出端，依次标出放大电路各点的瞬时极性。（3）根据反馈信号的极性，再与输入信号进行比较，最后确定反馈极性。 反馈加到基极反馈加到发射极判别反馈极性示意图2电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号取自放大电路的输出电压。电流反馈：反馈信号取自放大电路的输出电流。判断法：输出短路法 将负载短路，使输出电压为零，若反馈信号也为零，则为电压反馈，否则便是电流反馈。电压反馈 电流反馈3串联反馈与并联反馈串联反馈：反馈信号在输入端是与信号源串联。并联反馈：反馈信号在输入端是与信号源并联。串联反馈并联反馈 判断法：输入端短路法 将输入端短路，如反馈信号同时被短路，即净输入信号为零，则为并联反馈；否则为串联反馈。 也可以从反馈电路在输入端的连接方式来判别，若输入信号和反馈信号分别从不同端引入，为串联反馈；若二者从同一端引入则为并联反馈。4直流反馈与交流反馈直流反馈：反馈量中只含有直流量。交流反馈：反馈量中只含有交流量。R5引入的为直流反馈去掉交流旁路电容C2后，R5引入的为交、直流反馈。四、负反馈对放大电路性能的影响直流负反馈稳定静态工作点交流负反馈改善放大电路的动态特性1放大倍数下降，稳定性提高。2减小了非线性失真。负反馈对非线性失真的影响3展宽通频带负反馈对通频带的影响4改变了放大电路的输入、输出电阻（1）串联反馈使输入电阻增大，并联反馈使输入电阻减小。负反馈对输入电阻的影响（2）电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大。负反馈对输出电阻的影响电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即当负载变化时，输出电压的变化很小，这相当于输出端等效电源的内阻减小了，也就是输出电阻减小了。五、负反馈多级放大电路的工作原理第一级放大电路（V1、R1R5、C1、C2）第二级放大电路（V2、RP1、RP2、R6、C3 、C4 ）反馈电路（Rf）任务实施一、实训目的1 体验并且理解多级放大与单管放大之间的差异。2 体验并且理解负反馈对放大电路性能的影响。3 熟悉放大电路静态工作点和电路动态参数的测量方法。4 掌握调节静态工作点消除波形失真的方法。5 熟悉负反馈放大电路的装配、调试与检修。 二、实训器材电路名称单管放大电路及其应用序号名称规格数量1示波器通用1台2低频信号发生器1台3无线电工具1套4电位器RP1500k1只5RP210k1只6Rf20k1只6电阻R1k1只7R6100k1只8电解电容C3、C410uF/25V2只9三极管V290141只10开关S单刀单掷1个11扬声器LS81只12实验板1块三、训练内容1负反馈多级放大电路的组装过程2单级与多级放大电路放大功能比较的体验3体验负反馈对放大电路性能的影响4负反馈多级放大电路的测试内容和操作方法5负反馈多级放大电路的检修四、实训报告要求1分别画出负反馈多级放大电路图和装配图。2完成测试记录。3说明负反馈对多级放大电路有何影响。 五、评分标准内容要求配分评分标准三极管测量 判断三极管半导体类型和电极要正确20一处错误扣2.5分电路安装 电路安装正确，完整10一处不符合扣5分 元件完好，无损坏5一处损坏扣2.5分 布局层次合理，主次分清10一处不符合扣5分 接线规范：布线美观，横平竖直，接线牢固，无虚焊，焊点符合要求10一处不符合扣2分 按图接线5一处不符合扣5分调试 通电调试不成功，扣10分静态工作点的测量 正确使用万用表测量静态工作点（UBE、UCE、IB、IC）20一处错误扣2分动态参数的测量 正确使用示波器测量并计算Au、Ri、Ro10一处错误扣1分任务三 功率放大器及应用学习目标1 了解功率放大电路的概念、技术要求及分类。2理解功率放大电路的原理，掌握常用功率放大电路的功能和特点。3熟悉OTL功率放大电路的组装、调试与检修。任务引入说一说：家庭影院都包括哪些组件？相关理论一、低频功率放大电路1定义向负载提供低频功率的放大电路称为低频功率放大电路，简称“功放”。功放中使用的半导体功率三极管称为功率放大管，简称“功放管”。2低频功率放大电路的特点及对它的要求（1）要求功放级的输出功率尽可能大。（2）要求功放级的效率尽可能高。（3）要求功放级的非线性失真尽可能小。（4）要考虑功放管的散热问题。3功率放大电路的分类（1）按照功放管静态工作点的设置分类甲类功放：Q点在交流负载线的中点，静态电流大，效率低乙类功放：Q点在交流负载线的截止点，静态电流几乎为零，效率高。输出波形为半波，有失真甲乙类功放：Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，功放管导通时间略大于半个周期，静态电流稍大于零，效率仍然较高。输出波形削波程度小于乙类（2）按照功率放大电路的输出端特点分类变压器耦合功率放大电路无输出变压器功率放大电路（OTL）无输出电容功率放大电路（OCL）桥式功率放大电路（BTL）二、单电源互补对称功率放大电路（OTL）1电路的组成激励放大级功率放大输出级交越失真如果两个功放管在零偏状态下工作，那么输入正弦信号在正负半周的交替过程中，由于存在死区，两个功放管都处于截止状态，输出信号的波形随输入信号的波形变化会出现失真的现象。交越失真波形2工作过程ui为负半周V1倒相放大加到V2和V3管基极的为正半周信号，功放管V2导通，V3管截止负载RL上获得正半周信号。 ui为正半周负载（扬声器或者R5）获得负半周信号。OTL功率放大电路2 自举电容的作用功放管的最大效率78.5%OTL功率放大电路输出电压的平顶失真波形OTL功率放大电路三、双电源互补对称功率放大电路（OCL1电路的组成一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，这种电路也称为OCL互补功率放大电路。2工作原理输入信号处于正半周且幅度远大于三极管的开启电压NPN型三极管导电，电流通过负载RL，方向由上到下，与假设正方向相同。输入信号为负半周且幅度远大于三极管的开启电压 PNP型三极管导电，电流通过负载RL，方向由下到上，与假设正方向相反。可能存在的问题：交越失真输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处也会出现交越失真。解决方案：给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。负载可获得的最大功率为功放管的最大效率78.5%四、变压器耦合推挽功率放大电路1电路的组成（1）功率放大管V1和V2。（2）T1是输入变压器；T2是输出变压器。2工作过程变压器耦合推挽功率放大电路五、集成功率放大器1LM386集成功率放大器通用型集成功率放大器， 特点是频带宽（可达几百千赫）、功耗低（常温下为660 mW）、适用的电源电压范围宽（416V）， 广泛用于收音机、 对讲机、 方波和正弦波发生器等。LM386的外形和引脚排列LM386内部电路原理图LM386组成的OTL功放电路2BTL互补功率放大电路主要特点：在同样的电源电压和负载电阻条件下，它可得到比OCL或OTL大几倍的输出功率。任务实施一、实训目的1 学会OTL功放电路静态工作点的调整方法，要求理解中点电压调整和交越失真的消除方法。2 掌握测量OTL功放电路最大不失真输出功率的方法。3 理解自举电路对最大不失真输出功率的影响。4 了解负载的变化与最大不失真输出功率之间的关系。5 熟悉OTL功放电路的检修。二、实训器材电路名称OTL功率放大电路序号名称规格数量1示波器通用1台2正弦信号发生器1台3直流稳压电源1台4无线电工具1套5二极管VIN40071只6三极管V1VT90141只7V2TIP411只8V3TIP421只9R14.7k1只10R21001只11R35101只12R44701只13R5101只14RP1100k1只15RP24701只16C110uF/25V1只17C2220uF/25V1只18C3100uF/25V1只19C4470uF/25V1只20扬声器LS8 1只21开关S1单刀双掷1个22S2和S3单刀单掷2个23铝型散热片2块24实验板1块三、训练内容1OTL功率放大电路的组装过程2OTL功率放大电路的测试内容和操作方法 3功率放大电路与负反馈多级放大电路放大功能比较的体验4OTL功率放大电路的检修四、实训报告要求1分别画出OTL功率放大电路图和装配图。2完成测试记录。3说明OTL功率放大电路中点电压的调整步骤。 4说明什么是交越失真以及OTL功率放大电路消除交越失真的操作步骤。五、评分标准内容要求配分评分标准三极管测量 判断三极管的半导体类型和电极要正确12一处错误扣1分电路安装 电路安装正确，完整10一处不符合扣5分 元件完好，无损坏5一处损坏扣2.5分 布局层次合理，主次分清10一处不符合扣5分 接线规范：布线美观，横平竖直，接线牢固，无虚焊，焊点符合要求10一处不符合扣2分 按图接线5一处不符合扣8分静态工作点的调整 1）有交越失真的输出波形形状记录正确 2）调好的电路中点电压、电流表数值在允许的范围内，输出波形无交越失真。24一处错误扣6分最大不失真功率的测量 正确使用示波器测量Ui和Uo并计算POM24一处错误扣1分课题三 直流稳压电源任务一 串并联型稳压电源学习目标1掌握整流电路和滤波电路的组成和工作原理。2掌握并联型稳压电源、串联型稳压电源的组成和工作原理3掌握串联型稳压电源的装配、调试与检修。任务引入生活中什么地方用到了直流电源？家里墙壁上的插座提供的是直流电源吗？相关知识一、整流和滤波电路作用：对电网交流220V电压进行整流，将其变成脉动直流电压后滤波，输出较为平滑的直流电。种类：单相半波整流电路单相全波整流电路单相桥式整流电路1单相半波整流电路电路原理图波形图单相半波整流电路的输出波形有什么特点，与输入波形比较为何会发生变化呢？电路分析：忽略二极管的正向压降u20V导通uo= u2u20V截止uo= 0结论：二极管V在信号的正半周期导通，信号的负半周期截止。定义：电路在输入电压为单相正弦波时，负载RL上得到只有正弦波的半个波，称为单相半波整流电路。2单相半波整流电容滤波电路电路原理图波形图该电路与单相半波整流电路相比有何不同？不同之处有何作用？电路分析V导通时给C 充电, V截止时C 向RL放电。滤波后uo 的波形变得平缓，平均值提高。结 论滤波电容与负载并联，由于滤波电容的充放电作用，输出电压的脉动程度大为减弱，波形相对平滑，输出电压平均值也得到提高。定义：把脉动直流电中的交流成分滤除掉，这一过程称为滤波。RC越大Uo越大单相半波整流电容滤波电路电压和电流的估算整流电路形式输入交流电压（有效值）整流电路输出电压整流器件上电压和电流负载开路时的电压带负载时的电压（估计值）最大反向电压URM通过的电流IF半波整流U2U2IL【例3-1】在图示单相半波整流电容滤波电路中，要求输出直流电压为6V，负载电流为60mA。求电源变压器二次侧电压U2、流过二极管的正向平均电流IF和二极管承受的最大反向电压URM。若将开关S断开，则输出的直流电压和负载电流又会是多少？解：负载电阻电源变压器二次侧电压流过二极管的正向平均电流二极管承受的最大反向电压若将开关S断开，则为单相半波整流电路。输出的直流电压负载电流3单相桥式整流电路电路原理图波形图电路分析忽略二极管的正向压降u20V2、V3导通V1、V4截止uo= u2u20V2、V3截止V1、V4导通uo= u2结 论二极管V2、V3和V1、V4两组轮流导通，V2、V3在正半周导通，V1、V4在负半周导通，在负载上可得到全波脉动的直流电压和电流。4单相桥式整流电容滤波电路电路原理图波形图电路分析V2、V3或者V1、V4导通时给C 充电, 它们都截止时C 向RL放电。滤波后uo 的波形变得平缓，平均值提高。结 论滤波电容与负载并联，由于滤波电容的充放电作用，输出电压的脉动程度大为减弱，波形相对平滑，输出电压平均值也得到提高。RC越大Uo越大单相桥式整流电容滤波电路电压和电流的估算整流电路形式输入交流电压（有效值）整流电路输出电压整流器件上电压和电流负载开路时的电压带负载时的电压（估计值）最大反向电压URM通过的电流IF桥式整流U21.2U20.5IL【例3-2】在桥式整流电容滤波电路中，要求输出直流电压为6V，负载电流为60mA。试选择合适的整流二极管。解：电源变压器二次侧电压U2=Uo/1.2=6/1.2=5V流过每只二极管的电流IF=0.5IL=0.560=30mA每只二极管承受的最大反向电压经查手册，整流二极管 可以选用2CZ82A（IFM=100mA，URM=25V）。二、稳压管并联型稳压电路作用：使直流电源的输出电压稳定，基本不受电网电压或负载变动的影响。1电路组成稳压管VZ反向并联在负载RL两端2稳压原理（1）当输入电压变化时（2）当负载电流变化时三、串联型稳压电路1电路组成串联型稳压电路的组成框图2稳压过程（1）输出电压Uo上升（2）输出电压降低3输出电压的调节RP滑动触点移至最上端时RP滑动触点移至最下端时任务实施一、实训目的1 熟悉串联型稳压电源的工作原理，掌握调节电源输出电压的方法。2 掌握串联型稳压电源内阻的概念和测量方法。3 理解减小串联型稳压电源输出电压纹波的措施。4 熟悉串联型稳压电路的装配、调试与检修。二、实训器材电路名称串联型稳压电源序号名称规格数量1示波器通用1台2无线电工具1套3电源变压器 T220V/15V1只4整流二极管 V1V4IN40074只5稳压二极管V82CW141只6发光二极管V95红色1只7三极管V5VT90131只8V6TIP411只9V7VT90141只10电位器RP6801只11电阻器R1、R62k2只12R2、R3、R51k3只13R43901只14RL100/2W1只15开关S单刀单掷1只16电解电容器C12200F/50V1只17C2100F/50V1只18C3、C410F/25V2只19C5470F/25V1只20铝型散热片1片21实验板1块三、训练内容1串联型稳压电源的组装过程2串联型稳压电源的测试内容和操作方法3串联型稳压电源的检修四、实训报告要求1分别画出串联型稳压电源电路图和装配图。2完成测试记录。3分析串联型稳压电源有哪几部分组成，它们的作用是什么？五、评分标准内容要求配分评分标准电路安装 电路安装正确，完整30一处不符合扣5分 元件完好，无损坏5一处损坏扣2.5分 布局层次合理，主次分清10一处不符合扣5分 接线规范:布线美观，横平竖直，接线牢固，无虚焊，焊点符合要求10一处不符合扣2分 按图接线10一处不符合扣5分调试 通电调试不成功，扣10分波形的测量 正确使用示波器测量波形，测量的结果（波形形状和幅度）要正确。10一处不符合扣2分电压的测量 正确使用万用表测量电压，测量的结果要正确15一处不符合扣2分任务二 集成稳压电源学习目标1熟悉CW78和CW79系列三端集成稳压器，掌握固定输出集成稳压电源的工作原理、安装、调试与检修。2熟悉 LM317，掌握可调输出集成稳压电源的工作原理、安装、调试与检修。任务引入集成稳压电源与分离元件制作的稳压电源相比有何不同？成本有何差异？相关知识按照稳压原理：串联调整式、并联调整式、开关调整式按照封装形式分：金属封装、塑料封装一、固定式三端稳压器C W 78（79） L 用数字表示输出电压值（输出电流：L为0.1A，M为0.5A，无字母为1.5A）78：输出固定正电压79：输出固定负电压国家标准稳压器输入端电容C1用于减小输入电压的脉动和防止过电压。输出端电容C2用于削弱电路的高频干扰，并具有消振作用。为保证稳压器正常工作，输入电压至少大于输出电压23V二、可调式三端稳压器产品序号为三位数： 前一位的含义：1军工；2工业和半军工；3民用。 后两位的含义：17为输出正电压，37为输出负电压。3脚为输入端1脚为调整端2脚为输出端可调稳压电路Uo= UR1+ URPUo1.25（1+RP/R1）V三、集成稳压电源的工作原理输出正负两组电压，其中电源变压器要求带中心抽头，分别经过桥式整流、滤波，再利用集成稳压器稳压，输出12V两组电压。另外它也能输出可调直流电压。任务实施一、实训目的1 熟悉集成稳压电源的空载工作电压和电源内阻的测量方法。2 掌握可调稳压电源调节电源输出电压的方法。3熟悉集成稳压电源的安装、调试与检修。 二、实训器材电路名称集成稳压电源序号名称规格数量1无线电工具1套2电源变压器 T带中心抽头220V/15V13电