模拟电子技术教案.doc

学校教 案20112012学年 第二学期学院(系、部)机电工程学院教研室(实验室)电气工程课 程 名 称模拟电子技术授 课 班 级主 讲 教 师职 称 使 用 教 材泰州师范高等专科学校二一二年二月- 5 - 模拟电子技术 课程教案第1讲课程类别 理论课授课题目 1.1 半导体基础知识教学目的与要求1. 了解PN结的形成；2. 理解PN结的单向导电性。教学重点与难点重点：PN结的单向导电性；难点：1. 掺杂半导体中的多子和少子的概念；2. PN结的形成；3. 半导体的导电机理：两种载流子参与导电；教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：介绍日常生活中由半导体器件构成的物品。新授：一、半导体基本概念1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-310-9 Wcm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性，这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时，本征半导体不导电。3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。5、杂质半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。在本征半导体中掺入五价元素（如磷），就形成N型（电子型）半导体；掺入三价元素（如硼、镓、铟等）就形成P型（空穴型）半导体。杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关，掺杂浓度越大、温度越高，其导电能力越强。在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。多子（自由电子）的数量正离子数少子（空穴）的数量在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。多子（空穴）的数量负离子数少子（自由电子）的数量二、PN结的形成及其单向导电性1、PN结的形成半导体中的载流子有两种有序运动：载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。PN结的形成：在同一块半导体上形成P型和N型半导体区域，在这两个区域的交界处，当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时，空间电荷区（亦称为耗尽层或势垒区）的宽度基本上稳定下来，PN结就形成了。2、PN结的单相导电性当P区的电位高于N区的电位时，称为加正向电压（或称为正向偏置），此时，PN结导通，呈现低电阻，流过mA级电流，相当于开关闭合；当N区的电位高于P区的电位时，称为加反向电压（或称为反向偏置），此时，PN结截止，呈现高电阻，流过A级电流，相当于开关断开。PN结是半导体的基本结构单元，其基本特性是单向导电性：即当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能。PN结的单向导电性：PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。PN结的反向击穿特性：当PN结的反向电压增大到一定值时，反向电流随电压数值的增加而急剧增大。PN结的反向击穿有两类：齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿，若对其电流不加以限制，都可能造成PN结的永久性损坏。2、PN结温度特性当温度升高时，PN结的反向电流增大，正向导通电压减小，这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。3、PN结电容效应PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定：一是势垒电容CB ，二是扩散电容CD，它们均为非线性电容。*势垒电容是耗尽层变化所等效的电容。势垒电容与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电压等因素有关。扩散电容是扩散区内电荷的积累和释放所等效的电容。扩散电容与PN结正向电流和温度等因素有关。PN结电容由势垒电容和扩散电容组成。PN结正向偏置时，以扩散电容为主；反向偏置时以势垒电容为主。只有在信号频率较高时，才考虑结电容的作用。作业：1. 复习PN结的形成过程；2. 预习下一小节“半导体二极管”相关内容。教学反思模拟电子技术 课程教案第2讲课程类别 理论课授课题目 1.1 半导体二极管1.2 特殊二极管教学目的与要求1. 掌握二极管的特性和主要参数；2. 掌握稳压管的工作原理；3. 了解发光二极管、光敏二极管等特殊二极管的功能和用途。教学重点与难点重点：1. 二极管的伏安特性、单向导电性及等效电路； 2. 稳压管稳压原理及简单稳压应用电路； 3. 二极管的箝位、限幅和小信号应用举例。难点：1. 二极管在电路中导通与否的判断方法；2. 稳压管稳压原理教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：思考：P型和N型半导体中，多子或少子各指什么？思考：PN结是如何形成的？新授：一、二极管的特性和主要参数1、半导体二极管的几种常见结构及其应用场合在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。点接触型二极管PN结面积小，结电容小，常用于检波和变频等高频电路；面接触型二极管PN结面积大，结电容大，用于工频大电流整流电路；平面型二极管PN结面积可大可小，PN结面积大的，主要用于功率整流；结面积小的可作为数字脉冲电路中的开关管。2、二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性曲线如P5图1-10所示，处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。1）正向特性：当V0，即处于正向特性区域，正向区又分为两段：（1）当0VUon时，正向电流为零，Uon称为死区电压或开启电压。（2）当VUon时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。2）反向特性：当V0时，即处于反向特性区域，反向区也分两个区域：（1）当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流Isat。（2）当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7 V时，主要是雪崩击穿；若VBR4 V则主要是齐纳击穿，当在4 V7 V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。3、温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，硅二极管温度每增加8，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加12，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1，正向压降UD大约减小2mV，即具有负的温度系数。4、二极管的等效电路（或称为等效模型）1）理想模型：即正向偏置时管压降为0，导通电阻为0；反向偏置时，电流为0，电阻为。适用于信号电压远大于二极管压降时的近似分析。2）简化电路模型：是根据二极管伏安特性曲线近似建立的模型，它用两段直线逼近伏安特性，即正向导通时压降为一个常量Uon；截止时反向电流为0。3）小信号电路模型：即在微小变化范围内，将二极管近似看成线性器件而将它等效为一个动态电阻rD 。这种模型仅限于用来计算叠加在直流工作点Q上的微小电压或电流变化时的响应。5、二极管的主要参数1）最大整流电流I：二极管长期工作允许通过的最大正向平均电流。在规定的散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则会因结温过高而烧坏。2）最高反向工作电压UBR：二极管工作时允许外加的最大反向电压。若超过此值，则二极管可能因反向击穿而损坏。一般取UBR值的一半。3）电流IR：二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。IR越小，则二极管的单向导电性越好。4）最高工作频率fM：二极管正常工作的上限频率。若超过此值，会因结电容的作用而影响其单向导电性。6、稳压二极管（稳压管）及其伏安特性二、稳压管稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管，通过反向击穿特性实现稳压作用。稳压管的伏安特性与普通二极管类似，其正向特性为指数曲线；当外加反压的数值增大到一定程度时则发生击穿，击穿曲线很陡，几乎平行于纵轴，当电流在一定范围内时，稳压管表现出很好的稳压特性。1、稳压管等效电路稳压管等效电路由两条并联支路构成：加正向电压以及加反向电压而未击穿时，与普通硅管的特性相同；加反向电压且击穿后，相当于理想二极管、电压源Uz和动态电阻rz的串联。如P7图1-11所示。2、稳压管的主要参数1）稳定电压UZ：规定电流下稳压管的反向击穿电压。2）最大稳定工作电流IZMAX 和最小稳定工作电流IZMIN：稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax ；而Izmin对应UZmin，若IZIZmin，则不能稳压。3）额定功耗PZM：PZM UZ IZMAX ，超过此值，管子会因结温升太高而烧坏。4）动态电阻rZ：rz =DVZ /DIZ，其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。RZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡，稳压效果愈好。5）温度系数：温度的变化将使UZ改变，在稳压管中，当UZ7 V时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿；当UZ4 V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿；当4 VVZ7 V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。 9、稳压管稳压电路稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻有两个作用：一是起限流作用，以保护稳压管；二是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。三、其他特殊二极管如上节利用PN结击穿时的特性可制成稳压二极管，利用发光材料还可制成发光二极管，利用PN结的光敏特性可制成光电二极管，等等。作业： 教材p19 习题4、5、6、7、8。教学反思- 9 -模拟电子技术 课程教案第3讲课程类别 理论课授课题目 1.4 晶体管教学目的与要求1. 理解晶体管的电流分配及放大原理；2. 掌握晶体管的输入输出特性；3. 熟悉晶体管的主要参数。教学重点与难点重点：1. 晶体管电流放大原理及其电流分配关系式；2. 晶体管的输入、输出特性；3. 晶体管三种工作状态的判断方法。难点：1. 晶体管放大原理及电流分配关系式；2. 晶体管的特性曲线的理解。教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：思考：温度对二极管伏安特性的影响主要体现在什么区域？思考：稳压管是利用二极管的什么特性来稳定电压的？ 新授：一、晶体管的主要类型和应用场合双极型晶体管BJT（简称晶体管）是通过一定的工艺，将两个PN结接合在一起而构成的器件，是放大电路的核心元件，它能控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出，放大的对象是变化量。BJT常见外形有四种，分别应用于小功率、中功率或大功率，高频或低频等不同场合。二、BJT的电流分配及放大原理1BJT具有放大作用的内部条件和外部条件1）BJT的内部条件为：结构：BJT有三个区（发射区、集电区和基区）、两个PN结（发射结和集电结）、三个电极（发射极、集电极和基极）组成；制造工艺：并且发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，基区厚度很小。2）BJT放大的外部条件为：发射结正偏，集电结反偏。2BJT的电流放大作用及电流分配关系晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时，从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流IC，体现出IB对的IC控制作用。此时，可将IC看成电流IB控制的电流源。三个重要的电流分配关系式：IEIBIC ICIBICEOIBICIEICBOIE3晶体管的输入特性和输出特性晶体管的输入特性和输出特性表明各电极之间电流与电压的关系。现以共射电路为例说明。1）共射输入特性：iBf (uBE)VCE=常数，如P14图1-18所示。输入特性曲线分为三个区：死区、非线性区和线性区。其中uCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当uCE1V时，特性曲线将会向右稍微移动一些。但uCE再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部反馈很小。2）共射输出特性：iCf (uCE)iB =常数 如P14图1-19所示，它是以iB为参变量的一族特性曲线。对于其中某一条曲线，当uCE=0 V时，iC=0；当uCE微微增大时，iC主要由uCE决定；当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，特性曲线进入与uCE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线随uCE增大而右移的原因是一致的)。因此，输出特性曲线可以分为三个区域：饱和区、截止区和放大区。3）晶体管工作在三种不同工作区外部的条件和特点工作状态NPN型PNP型特点截止状态E结、C结均反偏VBVE、VBVCE结、C结均反偏VBVE、VBVCIC 0放大状态E结正偏、C结均反偏VC VB VEE结正偏、C结均反偏VC VB VEIC IB饱和状态E结、C结均正偏VB VE、VB VCE结、C结均正偏VB VE、VB VCV CEV CES三、晶体管的主要参数1直流参数(1)共射直流电流放大系数：=（ICICEO）/IBIC/IB |，在放大区基本不变。(2)共基直流放大系数：=（ICICBO）/IEIC/IE显然与之间有如下关系： = IC/IE=IB/(1+)IB=/(1+)(3)穿透电流ICEO：ICEO=（1+）ICBO；式中ICBO相当于集电结的反向饱和电流。2交流参数(1)共射交流电流放大系数：b=DIC/DIB，在放大区b 值基本不变。(2)共基交流放大系数：=DIC/DIE当ICBO和ICEO很小时，a、b，可以不加区分。(3)特征频率fT ：三极管的b 值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的b 将会下降。当b下降到1时所对应的频率称为特征频率。3极限参数和三极管的安全工作区（1）最大集电极电流ICM：当集电极电流增加时，b 就要下降，当b 值下降到线性放大区b值的7030时，所对应的集电极电流称为最大集电极电流ICM。至于b 值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当ICICM时，并不表示三极管会损坏。（2） 最大集电极耗散功率PCM：PCM = iCuCE 。对于确定型号的晶体管，PCM是一个定值。当硅管的结温大于150、锗管的结温大于70时，管子的特性明显变坏，甚至烧坏。（3）极间反向击穿电压：晶体管某一级开路时，另外两个电极之间所允许加的最高反向电压，即为极间反向击穿电压，超过此值管子会发生击穿现象。极间反向电压有三种：UCBO、UCEO和UEBO。由于各击穿电压中UCEO值最小，选用时应使其大于放大电路的工作电源VCC。（4）三极管的安全工作区：由PCM、ICM和击穿电压V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定四个区：过损耗区、过电流区、击穿区和安全工作区。使用时应保证三极管工作在安全区。如P28图1.29所示。4. 温度对晶体管特性及参数的影响1）温度对反向饱和电流的影响：温度对ICBO和ICEO等由本征激发产生的平衡少子形成的电流影响非常严重。2）温度对输入特性的影响：当温度上升时，正向特性左移。当温度变化1时，UBE大约下降22.5mV，UBE具有负温度系数。3）温度对输出特性的影响温度升高时，由于ICEO和增大，且输入特性左移，导致集电极电流IC增大，输出特性上移。总之，当温度升高时，ICEO和增大，输入特性左移，最终导致集电极电流增大。作业：教材p19 习题9-11。教学反思- 13 -模拟电子技术 课程教案第4讲课程类别 理论课授课题目 2.1 放大电路的基本概念2.2 共射固定偏置基本放大电路教学目的与要求1. 了解放大电路的基本概念；2. 掌握共射固定偏置基本放大电路的电路组成和工作原理； 3. 熟悉基本放大电路的静态分析方法、动态分析方法；教学重点与难点重点：1. 放大的本质2. 放大电路工作原理及静态工作点的作用；利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；难点：1. 放大电路静态工作点的设置方法；2. 放大电路的微变等效电路的画法；教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：思考：晶体管的放大条件？新授：一、放大的基本概念在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。放大电路放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT或FET）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得输出信号的能量，比信号源向放大电路提供的能量大的多。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如BJT和FET等。放大的前提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。1、电路的主要性能指标1）输入电阻：从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。2）输出电阻：从输出端看进去的等效输出信号源内阻，说明放大电路带负载的能力。3）放大倍数（或增益）：输出变化量幅值与输入变化量幅值之比；或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同，有四种不同的放大倍数：电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。电压放大倍数定义为：；电流放大倍数定义为： 互阻放大倍数定义为：； 互导放大倍数定义为：注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。4）最大不失真输出电压：未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值或峰值。一般用有效值UOM表示；也可以用峰峰值UOPP表示。5）上限频率、下限频率和通频带：由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电容，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的幅值会下降并产生相移。一般，放大电路只适合于放大某一特定频率范围内的信号。如P22图2-5所示。上限频率fH（或称为上限截止频率）：在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。下限频率fL（或称为下限截止频率）：在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。通频带fBW：fBW = fH - fL 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。二、共射固定偏置基本放大电路1、电路组成阻容耦合共射放大电路：信号源与放大电路、放大电路与负载之间均通过耦合电容相连。不能放大直流信号和变化缓慢的交流信号；只能放大某一频段范围的信号。如P22图2-6所示。放大电路中元件及作用：（1）三极管T 起放大作用。（2）集电极负载电阻RC 将变化的集电极电流转换为电压输出。（3）偏置电路VCC，RB使三极管工作在放大区，VCC还为输出提供能量。（4）耦合电容C1，C2输入电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。2、放大电路的组成原则1）为了使BJT工作于放大区、FET工作于恒流区，必须给放大电路设置合适的静态工作点，以保证放大电路不失真；2）在输入回路加入ui应能引起uBE的变化，从而引起iB和iC的变化；3）输出回路的接法应当使iC尽可能多地流到负载RL中去，或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。 3、放大电路的基本分析（1）静态工作点设置的必要性对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。只有保证在交流信号的整个周期内三极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。故需要设置合适的静态工作点。Q点不仅电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。（2）基本共射放大电路的工作原理及波形分析对于基本放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。 （3）直流通路、交流通路及其画法直流通路：在直流电源的作用下，直流电流流经的通路，用于求解静态工作点Q的值。直流通路的画法：电容视为开路、电感视为短路；信号源视为短路，但应保留内阻。交流通路：在输入信号作用下，交流信号流经的通路，用于研究和求解动态参数。交流通路的画法：耦合电容视为短路；无内阻直流电源视为短路；（4）放大电路的静态分析和动态分析静态分析：就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，BJT或FET各电极间的电流和电压就是Q点，可用估算法或图解法求解。动态分析：就是求解各动态参数和分析输出波形。通常，利用三极管等效模型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路，并进而计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数；或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。放大电路的分析应遵循“先静态，后动态”的原则，只有静态工作点合适，动态分析才有意义；Q点不但影响电路输出信号是否失真，而且与动态参数密切相关。（5）等效电路法求解静态工作点即利用直流通路估算静态工作点、和。其中硅管的；锗管的，无须求解；其余三个参数的求解方法为：A.列放大电路输入回路电压方程可求得；B.根据放大区三极管电流方程可求得；C.列放大电路输出回路电压方程可求得；【思考】：什么是微变等效信号？为什么分析动态特性采用微变等效信号？【思考】：交流负载线是什么运动轨迹？与静态工作点的关系？作业：教材p46 习题1-4。教学反思- 17 -模拟电子技术 课程教案第5讲课程类别 理论课授课题目 2.3 共射分压偏置基本放大电路教学目的与要求1. 掌握共射分压偏置基本放大电路的电路组成和工作原理；2. 掌握共射分压偏置基本放大电路的动、静态分析方法教学重点与难点重点：1. 掌握共射分压偏置基本放大电路的电路结构特点；2. 分压式偏置电路Q的估算；3. 分压式偏置电路动态性能指标的计算；难点：1. 稳定静态工作点的原理；2. 分压式偏置电路微变等效电路画法及动态性能指标的计算。教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：1. 静态等效电路的画法，静态点的估算方法，静态分析时的两个电压回路；2. 三极管的微变等效电路的画法；3. 静态工作点对放大器工作波形的影响。新授：一、分压式偏置放大电路的原理1）Q点稳定原理分压偏置电路如P28图2-15所示。稳定静态工作点的条件为：I1IB和VBUBE；此时， ，即当温度变化时，基本不变。 静态工作点的稳定过程为：T（）（）（因为基本不变）当温度降低时，各物理量向相反方向变化。这种将输出量（）通过一定的方式（利用将的变化转化为电压的变化）引回到输入回路来影响输入量的措施称为反馈。可见，在Q点稳定过程中，作为负反馈电阻起着重要的作用。典型静态工作点稳定电路利用直流负反馈来稳定Q点。二、分压式偏置电路的静态分析分压式偏置电路的静态分析有两种方法：一是戴维南等效电路法；二是估算法，这种方法的使用条件为I1IBE，或者。三、分压式偏置电路的动态分析动态分析时，射极旁路电容应看成短路。画放大电路的微变等效电路时，要特别注意射极电阻有无被射极旁路电容旁路，正确画出“交流地”的位置，根据实际电路进行计算即可。作业：习题6、7。教学反思- 19 -模拟电子技术 课程教案第6讲课程类别 理论课授课题目 2.4 共集电路2.5 共基放大电路及三种基本组态的比较教学目的与要求1. 了解共集、共基放大电路的电路结构组成及工作原理；2. 熟悉共集、共基放大电路的分析方法和电路特点；3. 了解三种接法放大电路的特点及应用场合。教学重点与难点重点：1. 共集、共基放大电路的静、动态特性的分析。难点：1. 共集放大电路微变等效电路分析法。教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：思考：共射分压偏置基本放大电路中，p28图2-15，电阻RB1和电容CE的作用？新授： 一、共集放大电路的组成及静态和动态分析1. 共集放大电路的组成共集放大电路（亦称为射极输出器）如P33图2-24（a）所示，为了保证晶体管工作在放大区，在晶体管的输入回路，、与VCC共同确定合适的静态基极电流；晶体管输出回路中，电源 VCC，提供集电极电流和输出电流，并与配合提供合适的管压降UCE 。2. 共集放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同：（1）列放大电路输入方程可求得；（2）根据放大区三极管电流方程可求得；（3）列放大电路输出方程可求得；3共集放大电路的动态分析共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共集放大电路的“交流地”是集电极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同，如图P33图2-24（c）二、共基放大电路的组成及静态和动态分析1共基放大电路的静态分析共基放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同：（1）列放大电路输入回路电压方程可求得；（2）根据放大区三极管电流方程 可求得；（3）列放大电路输出回路电压方程可求得；2共基放大电路的动态分析共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共基放大电路的“交流地”是基极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同。如P37图2-26所示。三、三极管放大电路的基本接法1. 三种接法三极管放大电路的基本接法亦称为基本组态，有共射（包括工作点稳定电路）、共基和共集三种：共射放大电路以发射极为公共端，通过iB 对ic的控制作用实现功率放大；共集放大电路以集电极为公共端，通过iB对iE的控制作用实现功率放大；共基放大电路以基极为公共端，通过iE对iB的控制作用实现功率放大。2. 三种接法的比较共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适用于一般放大；共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随；共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。【课堂讨论】：三种放大电路组态的特点及应用场合。作业：练习题8、9，请写出详细过程。教学反思- 22 -模拟电子技术 课程教案第7讲课程类别 理论课授课题目 3.2 绝缘栅型场效应晶体管教学目的与要求1. 熟悉绝缘栅场效应管的结构特点、工作原理；2. 熟悉绝缘栅场效应管的伏安特性；3. 了解场效应管的主要参数。教学重点与难点重点：1. N沟道增强型MOS管的结构特点、工作原理；2. N沟道增强型MOS管的伏安特性及其特性曲线。难点：1. 绝缘栅场效应管的结构特点、工作原理。教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入：回忆：晶体管的工作原理和特性？新授： 一、场效应管及其类型场效应管FET是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。根据结构不同可分为两大类：结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET简称MOS管）；每一类又有N沟道和P沟道两种类型，其中MOS管又可分为增强型和耗尽型两种。二、MOS管的结构、原理1、N沟道增强型MOS管结构N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出两个电极，漏极D，和源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。因为这种MOS管在VGS=0V时ID=0；只有当UGSUGS(th) 后才会出现漏极电流，所以称为增强型MOS管。2、N沟道增强型MOS管的工作原理1）夹断区工作条件UGS=0时，D与S之间是两个PN结反向串联，没有导电沟道，无论D与S之间加什么极性的电压，漏极电流均接近于零；当0UGSUGS(th)时，由柵极指向衬底方向的电场使空穴向下移动，电子向上移动，在P型硅衬底的上表面形成耗尽层，仍然没有漏极电流。 1）可变电阻区2）可变电阻区工作条件当UGS UGS(th) 时，栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道(反型层)，若D、S间加上正向电压后可产生漏极电流ID。若uDSuGS- UGS(th)，则沟道没夹断，对应不同的uGS，ds间等效成不同阻值的电阻，此时，FET相当于压控电阻。3）恒流区（或饱和区）工作条件当uDS=uGS- UGS(th) 时，沟道预夹断；若uDSuGS - UGS(th)，则沟道已夹断，iD仅仅决定于uGS，而与uDS无关。此时，iD近似看成uGS控制的电流源，FET相当于压控流源。可见，对于N沟道增强型MOS管，栅源电压VGS对导电沟道有控制作用，即当UGS UGS(th)时，才能形成导电沟道将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。当场效应管工作在恒流区时，利用栅源之间外加电压uGS所产生的电场来改变导电沟道的宽窄，从而控制多子漂移运动所产生的漏极电流ID。此时，可将ID看成电压uGS控制的电流源。4、N沟道耗尽型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。如P57图3-9所示。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当UGS0时，将使ID进一步增加。UGS0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，三、场效应管的伏安特性场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。以增强型N沟MOSFET为例，输出特性：iDf (uDS)UGS =常数 反映UGSUGS(th) 且固定为某一值时，UDS对ID的影响；转移特性：iDf (uGS)UDS =常数 反映UGS对漏极电流的控制关系；输出特性和转移特性反映了场效应管工作的同一物理过程，因此，转移特性可以从输出特性上用作图法一一对应地求出。场效应管的输出特性可分为四个区：夹断区、可变阻区、饱和区（或恒流区）和击穿区。在放大电路中，场效应管工作在饱和区。四、场效应管的主要参数：1） 直流参数（1）开启电压UGS(th)：开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值，场效应管不能导通。（2）夹断电压UGS(off)：夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UGS(off) 时，漏极电流为零。（3）饱和漏极电流IDSS：IDSS是耗尽型FET的参数，当UGS=0时所对应的漏极电流。（4）直流输入电阻RGS（DC）：FET的栅源输入电阻。对于JFET，反偏时RGS约大于107；对于MOSFET，RGS约是1091015。 2） 交流参数（1）低频跨导gm：低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用十分相像。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。（2）级间电容：FET的三个电极间均存在极间电容。通常Cgs和Cgd约为13pF,而Cds约为0.11pF。在高频电路中，应考虑极间电容的影响。3） 极限参数（1）最大漏极电流IDM：是FET正常工作时漏极电流的上限值。（2）漏-源击穿电压U(BR)DS：FET进入恒流区后，使iD骤然增大的uDS值称为漏源击穿电压，uDS超过此值会使管子烧坏。（3）最大耗散功率PDM：可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。五、场效应管FET与晶体管BJT的比较1） FET是另一种半导体器件，在FET中只是多子参与导电，故称为单极型三极管；而普通三极管参与导电的既有多数载流子，也有少数载流子，故称为双极型三极管（BJT）。由于少数载流子的浓度易受温度影响，因此，在温度稳定性、低噪声等方面FET优于BJT。2） BJT是电流控制器件，通过控制基极电流达到控制输出电流的目的。因此，基极总有一定的电流，故BJT的输入电阻较低；FET是电压控制器件，其输出电流取决于栅源间的电压，栅极几乎不取用电流，因此，FET的输入电阻很高，可以达到109014。高输入电阻是FET的突出优点。3） FET的漏极和源极可以互换使用，耗尽型MOS管的栅极电压可正可负，因而FET放大电路的构成比BJT放大电路灵活。4） FET 和BJT都可以用于放大或作可控开关。但FET还可以作为压控电阻使用，可以在微电流、低电压条件下工作，且便于集成。在大规模和超大规模集成电路中应用极为广泛。【课堂讨论】：与晶体管相比，场效应管有哪些特点？作业：习题1、3(2)，请写出详细过程。教学反思- 26 -模拟电子技术 课程教案第8讲课程类别 理论课授课题目 4.1反馈的基本概念教学目的与要求1. 熟悉反馈的基本概念；2. 掌握反馈的分类及其判别方法。教学重点与难点重点：1. 反馈的基本概念；2. 各种反馈类型的判断。难点：1. 反馈的判断方法。教具和媒体使用 多媒体课件。教学方法 讲授法、问题教学法。教学时数 2学时。教学过程导入： 常规基本放大电路信号传输方式及其缺点，导入反馈概念。新授： 一、反馈的基本概念1、什么是反馈反馈：将放大器输出信号的一部分或全部经反馈网络送回输入端。反馈的示意图见下图所示，反馈信号的传输是反向传输。开环：放大电路无反馈，信号的传输只能正向从输入端到输出端。闭环：放大电路有反馈，将输出信号送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。图示中是输入信号，是反馈信号，称为净输入信号。所以有 2、负反馈和正反馈负反馈：加入反馈后，净输入信号，输出幅度增加。应用：正反馈提高了增益，常用于波形发生器。3、交流反馈和直流反馈直流反馈：反馈信号只有直流成分；交流反馈：反馈信号只有交流成分；交直流反馈：反馈信号既有交流成分又有直流成分。直流负反馈作用：稳定静态工作点；交流负反馈作用：从不同方面改善动态技术指标，对Au、Ri、Ro有影响。二、反馈的判断1、有无反馈的判断（1）是否存在一条支路是输入回路和输出回路的共用支路；（2）是否存在一条支路，一端接在输入回路、另一端接在输出回路。注意： 反馈至输入端不能接地，否则不是反馈。2、正、负反馈极性的判断之一：瞬时极性法（1）在输入端，先假定输入信号的瞬时极性；可用“+”、“-”或“”、“”表示；（2）根据放大电路各级的组态，决定输出量与反馈量的瞬时极性;（3）最后观察引回到输入端反馈信号的瞬时极性，若使净输入信号增强，为正反馈，否则为负反馈。注意：（1）极性按中频段考虑；（2）必须熟悉放大电路输入和输出量的相位关系；（3）反馈类型主要取决于电路的连接方式，而与Ui的极性无关；（4）对单个运放一般有：反馈接至反相输入端为负反馈；反馈接至同相输入端为正反馈。3、正、负反馈极性的判断法之二：在明确串联反馈和并联反馈后，正、负反馈极性可用下列方法来判断：（1）反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时：瞬时极性相同的为正反馈；瞬时极性相反的是负反馈；（2）反馈信号和输入信号加于输入回路两点时：瞬时极性相同的为负反馈；瞬时极性相反的是正反馈。对三极管放大电路来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。 注意：输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。4、电压反馈和电流反馈（1）电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例（采样输出电压）；（2）电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例（采样输出电流）。（3）判断方法：将输出电压“短路”，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。应用中，若要稳定输出端某一电量，则采样该电量，以负反馈形式送输入端。电压负反馈作用：稳定放大电路的输出电压。电流负反馈作用：稳定放大电路的输出电流。5、串联反馈和并联反馈（根据反馈信号在输入端的求和方式）（1）串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极上，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。（2）并联反馈，反馈信号加在放大电路输入回路的同一个电极，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。（3）判别方法：将反馈节点对地短接，若输入信号仍能送入放大电路，则反馈为串联反馈，否则为并联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。6、直、交流反馈方法判断：根据反馈网络中是否有动态元件进行判断。（1）若反馈网络无动态元件（通常为电容），则反馈信号交、直流并存；（2）若反馈网络有电容串联，则只有交流反馈；（3）若反馈网络有电容并联，则只有直流反馈。三、负反馈放大电路的四种基本组态1、负反馈的基本组态类型：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。2、负反馈放大电路反馈组态的判断方法： （1）从放大器输出端的采样物理量，看反馈量取自电压还是电流；（2）从输入端的连接方式，判断反馈是串联还是并联。3、四种负反馈组态及组态的判断（1）电压串联负反馈* 表现形式：输出和反馈均以电压的形式出现(a)分立元件放大电路 (b)集成运放放大电路在放大器输出端，采样输出电压, 反馈量 与 成正比，为电压反馈；在放大器输入端,信号以电压形式出现, 与 相串联,为串联反馈；* 参量表示：因输出端采样电压，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以：闭环放大倍数： 反馈系数 。对于图上 (a) ，对于图下 (b) * 判断方法对上图(a)所示电路，根据瞬时极性法判断