电子技术基础电子教案

湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 1 第一章 半导体的基础知识 第一节 半导体二极管半导体二极管 教学目的 1 了解半导体材料 2 知道 PN 结的特性 3 了解晶体二极管的结构和工作原理 4 掌握基本二极管电路的分析方法 教学重点 1 PN 结导电特性 2 二极管的导电特性及主要参数 教学难点 1 PN 结导电特性 2 二极管伏安特性 教学方法与手段 1 教师讲授与学生练习 实验实训相结合 2 板书与多媒体课件相结合 课时计划 4 课时 一 本征半导体 纯净的半导体称为本征半导体 1 半导体的特性 按导电能力物质划分为 导体 绝缘体 半导体 半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间 半导体的导电特性 有热敏性 光敏性和掺杂性 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 2 本征激发 我们把在热或光的作用下 本征半导体中产生电子空穴对 的现象 称为本征激 发 又称为热激发 本征激发产生了电子 空穴 对 二 杂质半导体 1 N 型半导体 在纯净的半导体硅 或锗 中掺入微量五价元素 如磷 后 就可成为 N 型半导体 在这种半导体中 自由电子数远大于空穴数 导电以电子为 主 故此类半导体亦称电子型半导体 自由电子 多数载流子 简称多子 空穴 少数载流子 简称少子 2 P 型半导体 在硅 或锗 的晶体内掺入少量三价元素杂质 如硼 或铟 等 就构 成了 P 型半导体 在这种半导体中 自由电子数远小于空穴数 导电 以空穴为主 故此类半导体亦称为空穴型半导体 三 PN 结 1 PN 结的形成 在一块完整的晶片上 通过一定的掺杂工艺 一边形成 P 型半导体 另一边形成 N 型半导体 在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子 层 称为空间电荷区 并产生内电场 其方向是从 N 区指向 P 区 内电场 的建立阻碍了多数载流子的扩散运动 随着内电场的加强 多子的扩散 P型半导体N型半导体 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 3 运动逐步减弱 直至停止 使交界面形成一个稳定的特殊的薄层 即 PN 结 因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了 或者 说消耗尽了 因此空间电荷区又称为耗尽层 因多子浓度差因多子浓度差 形成内电场形成内电场 多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散 促使少子漂移 阻止多子扩散 促使少子漂移 PNPN结合结合 2 PN 结的单向导电特性 偏置电压 在 PN 结两端外加电压 称为给 PN 结以偏置电压 1 PN 结正向偏置 正向偏置 给 PN 结加正向偏置电压 即 P 区接电源正极 N 区接电源 负极 此时称 PN 结为正向偏置 简称正偏 此时 PN 结处于正向导通状 态 如上图所示 由于外加电场与内电场的方向相反 因而削弱了内电 P区 N区 载流子的扩散运动 P区 空间电荷区 N区 PN结及其内电场 内电场方向 空间电荷区 变窄 E R 内电场 外电场 PN I 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 4 场 使 PN 结变窄 促进了多子的扩散运动 形成了较大的正向电流 2 PN 结反向偏置 反向偏置 给 PN 结加反向偏置电压 即 N 区接电源正极 P 区接电源 负极 称 PN 结反向偏置 简称反偏 只有少数载流子形成的很微弱的 电流 称为反向电流 如上图所示 由于外加电场与内电场的方向一致 因而加强了内电 场 使 PN 结加宽 阻碍了多子的扩散运动 在外电场的作用下 应当指 出 少数载流子是由于热激发产生的 因而 PN 结的反向电流受温度影 响很大 结论 PN 结具有单向导电性 即加正向电压时导通 加反向电 压时截止 四 半导体二极管 一 二极管的结构 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图 4 7 所示 a 结构 b 符号 c 外形 PN a b V 2AP 2CP 2CZ542CZ132CZ30 c E R 内电场 外电场 空间电荷区 变宽 PN I 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 5 在图所示电路符号中 箭头指向为正向导通电流方向 类型 1 按材料分 有硅 锗二极管和砷化镓二极管等 2 按结构分 有点接触型 面接触型二极管 平面型二极管 3 按用途分 有整流 稳压 开关 发光 光电等二极管 4 按封装形式分 有塑封及金属封等二极管 5 按功率分 有大功率 中功率及小功率等二极管 二 二极管的伏安特性 二极管伏安特性曲线 若以电压为横坐标 电流为纵坐标 用作图法把电压 电流的对应值 用平滑的曲线连接起来 就构成二极管的伏安特性曲线 如上图所示 图中虚线为锗管的伏安特性 实线为硅管的伏安特性 下面对二极 管伏安特性曲线加以说明 1 正向特性 二极管两端加正向电压时 就产生正向电流 当正向电压 较小时 正向电流极小 几乎为零 这一部分称为死区 相应的 A A 点 的电压称为死区电压或门槛电压 也称阈值电压 如上图中 OA OA 段 0 20 40 60 8 O 5 10 15 30 U BR C C D D IR A A B B iV mA uV V A 5 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 6 死区电压 硅管约为 0 5V 锗管约为 0 1V 当正向电压超过门槛电压时 正向电流就会急剧地增大 二极管呈 现很小电阻而处于导通状态 正向导通压降 硅管的正向导通压降约 为 0 6 0 7V 锗管约为 0 2 0 3V 如图 4 8 中 AB A B 段 二极管正向 导通时 要特别注意它的正向电流不能超过最大值 否则将烧坏 PN 结 2 反向特性 二极管两端加上反向电压时 在开始很大范围内 二极管 相当于非常大的电阻 反向电流很小 且不随反向电压而变化 此时的 电流称之为反向饱和电流 IR 见上图中 OC OC 段 3 二极管的击穿特性 反向击穿 二极管反向电压加到一定数值时 反向电流急剧增大 这 种现象称为反向击穿 此时对应的电压称为反向击穿电压 用 UBR 表 示 如 C D 段 三 二极管的主要参数 1 最大整流电流 IF 2 最大反向工作电压 URM 本课小结 1 PN 结是组成半导体二极管和其他有源器件的重要环节 2 当 PN 结加正向电压时正向偏置时的情况 加反向电压时反向 偏置的情况 3 PN 结具有单向导电性 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 7 4 二极管的重要特性是单向导电性 5 二极管的主要参数有最大整流电流 最大反向电压和最大反向 电流 练习题与作业题 1 思考题 PN 结在什么情况下正偏 什么情况下反偏 2 作业题 PN 结为什么具有单向导电性 3 电子技术基础 教材 P20 1 5 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 8 第二节 半导体三极管 教学目的 教学目的 了解半导体三极管结构 输入输出特性曲线 主要参数 教学重点 教学重点 了解半导体三极管结构 输入输出特性曲线 主要参数 教学教学难难点 点 输入输出特性曲线 电流放大作用 教学方法与手段 教学方法与手段 教师讲授与学生练习 实验实训相结合 板书与多媒 体课件相结合 课时计课时计划划 4 课时 一一 晶体三极管的晶体三极管的结结构构 结结构构组组成 成 由两个 PN 结 3 个杂质半导体区域和三个电极组成 杂 质半导体有 P N 型两种 三个区 三个区 基区 很薄 一般仅有 1 微米至几十微米厚 发射区 发射区浓度很高 集电区 集电结截面积大于发射结截面积 两个两个 PN 结结 发射结 为发射区与基区之间的 PN 结 集电结 为集电区与基区之间的 PN 结 三个三个电电极 极 发射极 e 基极 b 和集电极 c 分别从这三个区引出 的电极 三个区三个区组组成形式 成形式 有 NPN 型和 PNP 型两种 结构和符号如图 5 1 1 所示 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 9 NPN 型 晶体三极管的结构图及表示符号 PNP 型 三极管种三极管种类类 按基片材料分按基片材料分 硅管 目前国内生产硅管多为 NPN 型 3D 系列 锗管 目前国内生产锗管多为 PNP 型 3A 系列 按按频频率特性分率特性分 高频管和低频管 按功率大小分按功率大小分 大功率管 中功率管和小功率管等 按组成形式分 有 NPN 型和 PNP 型两种 实际应用中采用 NPN 型三极管较多 PNP 型和 NPN 型三极管表示符号的区别是发射极的箭头方向不 同 这个箭头方向表示发射结加正向偏置时的电流方向 二 二 电电流放大原理流放大原理 1 产生放大作用的条件 内部 a 发射区杂质浓度 基区 集电区 b 基区很薄 外部 发射结正偏 集电结反偏 2 三极管内部载流子的传输过程 a 发射区向基区注入电子 形成发射极电流 iE 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 10 b 电子在基区中的扩散与复合 形成基极电流 iB c 集电区收集扩散过来的电子 形成集电极电流 IC 3 电流分配关系 IE IC IB 1 发射区向基区发射电子的过程 2 电子在基区的扩散和复合过程 3 电子被集电区收集的过程 三极管的三极管的电电流放大作用 流放大作用 实验表明 IC比 IB大数十至数百倍 因而有 IB虽然很小 但对 IC 有控制作用 IC随 IB的改变而改变 即基极电流较小的变化可以引起 集电极电流较大的变化 表明基极电流对集电极具有小量控制大量的 作用 这就是三极管的电流放大作用 当 ICBO可以忽略时 上式可简 化为把集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比定义为三极管 的共发射极交流电流放大系数 其表达式为 N P N IC IE IB RB UBB UCC RC 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 11 I I B C 三 晶体三极管的特性曲三 晶体三极管的特性曲线线 三极管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间的关系曲线 三极管特性曲三极管特性曲线线的的测试电测试电路路 一 一 输输入特性曲入特性曲线线 三极管的输入特性曲线如图下图所示 1 当当 uCE 时时 从输入端看进去 相当于两个 结并联且正向偏置 此时的 特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线 2 当当 uCE 1 时时 图中可见 的曲线比 uCE V 时的曲线稍向右移 IIBC mA A V V UBB uBE uCE UCC iE Rb Rc iB iC IC IB RB UBB UCC RC V V A mA UCE UBE 0 4 0 8 UBE V 40 30 20 10 IB mA 0 UCE 1V 测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 12 移动 但当 uCE 2 后 曲线基本重合 2 输输出特性曲出特性曲线线 1 放大区 放大区 发发射极正向偏置 集射极正向偏置 集电结电结反向偏置 反向偏置 2 截止区 发射结反向偏置 集电结反向偏置 3 饱和区 发射结正向偏置 集电结正向偏置 四 晶体三极管的主要参数四 晶体三极管的主要参数 1 三极管 三极管为为共共发发射极接法射极接法 静态 直流 电流放大系数 三极管为共发射极接法 在集电极 发 射极电压 UCE 一定的条件下 由基极直流电流 IB 所引起的集电极直 流电流与基极电流之比 称为共发射极静态 直流 电流放大系数 记作 B C B CEOC I I I II BC ii 0 0 CB ii 4 3 2 1 IB 0 0 3 6 9 12 UCE V 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 饱和区 截止区 放 大 区 IC mA 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 13 动态 交流 电流放大系数 当集电极电压 UCE为定值时 集电极电 流变化量 IC与基极电流变化量 IB之比 即 B I Ic 二 极间反向截止电流 发射极开路 集电极 基极反向截止电流 ICBO 基极开路 集电极 发射极反向截止电流 ICEO ICEO是当三极管 基极开路而集电结反偏和发射结正偏时的集电极电流 也叫穿透电流 ICEO 1 ICBO 他们均随温度的上升而增大 三 极限参数 1 集电极最大允许电流 ICM 当 IC超过一定数值时 下降 下降到 正常值的 2 3 时所对应的 IC值为 ICM 当 IC ICM时 可导致三极管损 坏 2 集电极最大耗散功率 PCM集电极最大耗散功率是指三极管正常工 作时最大允许消耗的功率 致击穿 施加在集电极 发射极之间允许 的最高反向电压 U BR CEO为发射极开路时集电结不致击穿 施加在 集电极 基极之间允许的最高反向电压 U BR EBO为集电极开路时发 射结不致击穿 施加在发射极 基极之间允许的最高反向电压 使用 中取 CEOBRCE UU 3 2 2 1 本课小结 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 14 1 三极管有硅管和锗管两种 硅管和锗管均有 NPN 型和 PNP 型两类 2 为使三极管具有放大作用 必须满足的加电原则 3 三极管放大作用的主要公式 1 2 3 BCE III B E I I B E I I 4 三极管的特性曲线 是指各电极间电压和电流之间的关系曲线 5 三极管的三种工作状态 1 放大 2 截止 3 饱和 6 三极管的极限参数 1 集电极最大允许电流 ICM 2 集电极最大耗散功率 PCM 3 反向击穿电压 U BR CEO 练习与作业 电子技术基础 教材 P21 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 15 第 3 节 场效应管 教学目的 1 了解场效应管的结构 2 掌握场效应管的工作原理 教学重点 绝缘栅型场效应管的工作原理 教学难点 绝缘栅型场效应管的工作原理 教学方法与手段 1 教师讲授与学生练习相结合 2 板书与多媒体课件相结合 课时计划 3 课时 1 场效应管的特点及分类 1 特点 场效应管 Field Effect Transistor 简称 FET 是一种电压控制器件 工作时 只有一种载流子参与导电 因此它是单极型器件 FET 因其 制造工艺简单 功耗小 温度特性好 输入电阻极高等优点 得到了广 泛应用 2 分类 2 绝缘栅场效应管的结构及工作原理 增强型 耗尽型 N 沟道 P 沟道 N 沟道 P 沟道 N 沟道 P 沟道 FET 分类 绝缘栅场效应管 结型场效应管 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 16 s 二氧化硅 P g DD V N d b N VGG id 1 结构 绝缘栅型场效应管 Metal Oxide Semiconductor FET 简称 MOSFET 分为 增强型 N 沟道 P 沟道 耗尽型 N 沟道 P 沟道 1 N 沟道增强型 MOS 管 1 结构 4 个电极 漏极 D 源极 S 栅极 G 和 衬底 B 2 工作原理 栅源电压 uGS的控制作用 当 uGS 0V 时 漏源之间相当两个背靠背的 二极管 在 d s 之间 加上电压也不会形成电流 即管子截止 当 uGS 0V 时 纵向电场 将靠近栅极下方的空穴向下排斥 耗尽层 再增加 uGS 纵向电场 将 P 区少子电子聚集到 P 区表面 形成导电沟道 如果此时加有 漏源电压 就可以形成漏极电流 id N N P sgd b g s d b 符号 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 17 定义 开启电压 UT 刚刚产生沟道所需的 栅源电压 UGS N 沟道增强型 MOS 管的基本特性 uGS UT 管子截止 uGS UT 管子导通 uGS 越大 沟道越宽 在相同的漏源电压 uDS作用下 漏极电流 ID越 大 漏源电压 uDS对漏极电流 id的控制作用 当 uGS UT 且固定为某一值时 来分析漏源电 压 VDS对漏极电流 ID的影响 设 UT 2V uGS 4V a uds 0 时 id 0 b uds id 同时沟道靠漏区变窄 c 当 uds增加到使 ugd UT时 沟道靠漏区夹断 称为预夹断 d uds再增加 预夹断区 加长 uds增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上 id基本不 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 18 变 3 特性曲线 输出特性曲线 四个区 可变电阻区 预夹断前 恒流区也称饱和 区 预夹断 后 夹断区 截止区 击穿区 转移特性曲线 可根据输出特性曲线作出移特性曲线 例 作 uDS 10V 的一条转移特性曲线 击穿 区 截止 区 恒流 区 可变电阻 区 i V mA D DS u GS 6V u u 5V GS 4V uGS u 3V GS i mA D GS 6V u u 5V GS 4V uGS u 3V GS uDS V D i mA 10V 1 2 3 4 1 4 3 2 V uGS 246 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 19 一个重要参数 跨导 gm gm iD uGS uDS const 单位 mS gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用 在转移特性曲线上 gm为的曲线的斜率 在输出特性曲线上也可求出 gm 2 N 沟道耗尽型 MOSFET 在栅极下方的 SiO2 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 特点 当 uGS 0 时 就有沟道 加入 uDS 就有 iD 当 uGS 0 时 沟道增宽 iD进一步增加 当 uGS 0 时 沟道变窄 iD减小 定义 夹断电压 UP 沟道刚刚消失所需的栅源电压 uGS N 沟道耗尽型 MOSFET 的特性曲线 s b g d 符号 g s N P d b N 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 20 输出特性曲线 转移特性曲线 3 P 沟道耗尽型 MOSFET P 沟道 MOSFET 的工作原理与 N 沟道 MOSFET 完全相同 只不过导 电的载流子不同 供电电压极性不同而已 这如同双极型三极管有 NPN 型和 PNP 型一样 4 MOS 管的主要参数 1 开启电压 UT 2 夹断电压 UP 3 跨导 gm gm iD uGS uDS const 4 直流输入电阻 RGS 栅源间的等效电阻 由于 MOS 管栅源间 有 sio2 绝缘层 输入电阻可达 109 1015 3 结型场效应管的结构与工作原理 同学们自已分析 本课小结 4 2 u u 3 10V 2V 1 DS GS D mA i 1V u GS GS GS 0V 1V u u V 2V UP GS u 1 GS u 0 1 D V 12 2 mA 4 3 2 i UP 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 21 1 FET 分为 JFET 和 MOSFET 两种 2 工作时只有一种载流子参与导电 因此称为单极性晶体管 3 FET 是一种电压控制电流型器件 改变其栅源电压就可以改变其 漏极电流 4 FET 的特性可用转移特性曲线和输出特性曲线来描述 其性能可 以用一系列参数来表征 本课小结 1 场效管有两种 结型与绝缘栅型 2 绝缘栅型场效应管的结构与工作原理 3 绝缘栅型场效应管的特点及参数 练习与作业 电子技术基础 教材 P21 1 11 1 12 1 13 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 22 第二章 整流与滤波电路 教学目的 了解整流 滤波 稳压的工作原理 教学重点 单相桥整流电路工作原理 电容滤波 二极管稳压电路 教学难点 单相桥式整流电路 教学方法与手段 教师讲授与学生练习 实验实训相结合 板书与多媒 体课件相结合 课时计划 3 课时 第一节第一节 单相整流电路单相整流电路 整流电路 利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等 将交流电 转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路 整流电路按输入电源相 数可分为单相整流电路和三相整流电路 按输出波形又可分为半波整 流电路和全波整流电路 目前广泛使用的是桥式整流电路 1 半波整流半波整流电电路路 1 电电路路结结构构 t u2 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo u2 u1 D a 电路 b 波形 uo RL 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 23 上图是单相半波整流电路 它是最简单的整流电路 由整流变压器 Tr 整流元件 D 晶体二极管 及负载电阻 RL组成 2 工作原理 当 u2为正半周时 二极管 D 承受正向电压而导通 此时有电流流 过负载 并且和二极管上的电流相等 即 io id 忽略二极管的电压降 则负载两端的输出电压等于变压器副边电压 即 uo u2 输出电压 uo 的波形与 u2相同 当 u2为负半周时 二极管 D 承受反向电压而截止 此时负载上无电 流流过 输出电压 uo 0 变压器副边电压 u2全部加在二极管 D 上 3 负载两端电压 流过负载的电流及二极管两端最高反相电压与流 过二极管的平均电流 单相半波整流电压的平均值为 0 222o 45 0 2 sin2 2 1 UUttdUU 流过负载电阻 RL的电流平均值为 L 2 L o o 45 0 R U R U I 流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等 即 L 2 oD 45 0 R U II 二极管截止时承受的最高反向电压为 u2的最大值 即 22MRM 2UUU 例例 有一单相半波整流电路 如图 5 2 a 所示 已知负 载电阻 750 L R 变压器副边电压V 20 2 U 试求 Uo Io 并选用二极管 解解 V 92045 0 45 0 2o UU mA 12 A 012 0 750 9 L o o R U I mA 12 oD II V 2 282022 2DRM UU 查半导体手册 二极管可选用2AP4 其最大整流电流为 16mA 最高反向工作电压为 50V 为了使用安全 二极管的反 向工作峰值电压要选得比 UDRM大一倍左右 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 24 2 单相桥式整流电路 1 电路结构 由四个二极管接成电桥的形式构成的 1 工作原理 u2为正半周时 a 点电位高于 b 点电位 二极管 D1 D3承受正向电 压而导通 D2 D4承受反向电压而截止 此时电流的路径为 a D1 RL D3 b u2为负半周时 b 点电位高于 a 点电位 二极管 D2 D4承受正向电 压而导通 D1 D3承受反向电压而截止 此时电流的路径为 b D2 RL D4 a u1 u2 D4 D3 D1 D2 RL uo a 原理电路 a b u1 u2 RL uo b 简化画法 a b VD3 u1 u2 VD1 RL uo a b u1 u2 VD4 VD2 RL uo 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 25 正 负半周交替工作后波形的合成情况 3 负载两端电压 流过负载的电流及二极管两端最高反相电压与流 过二极管的平均电流 t u2 0 2 3 4 t iD1 0 2 3 4 t iD2 0 2 3 4 t uo 0 2 3 4 整流变压器副边电压有效值为 o o 2 11 1 0 9 U U U 整流变压器副边电流有效值为 o 22 2 11 1 11 1I R U R U I LL 由以上计算 可以选择整流二极管和整流变压器 单相全波整流电压的平均值为 0 222o 9 0 2 2 sin2 1 UUttdUU 流过负载电阻 RL的电流平均值为 L 2 L o o 9 0 R U R U I 流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半 即 L 2 oD 45 0 2 1 R U II 每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u2的 最大值 即 22MRM 2UUU 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 26 3 单相全波整流电路的工作原理由同学们自行分析 本课小结 1 介绍了整流的概念 2 了解了单相半波整流电路的结构及工作原理 3 掌握了单相桥式整流电路的结构及工作原理 4 整流电路的有关计算 练习与作业 电子技术基础 教材 P35 2 2 2 1 2 3 2 4 2 5 2 6 例 例 试设计一台输出电压为 24V 输出电流为 lA 的直流电 源 电路形式可采用半波整流或全波整流 试确定两种电路形式 的变压器副边绕组的电压有效值 并选定相应的整流二极管 解解 1 当采用半波整流电路时 变压器副边绕组电压有 效值为 3 53 45 0 24 0 45 o 2 U UV 整流二极管承受的最高反向电压为 2 75 3 5341 12 2RM UUV 流过整流二极管的平均电流为 1 oD IIA 因此可选用 2CZ12B整流二极管 其最大整流电流为 3 A 最高反向工作电压为 200V 2 当采用桥式整流电路时 变压器副边绕组 电压有效值为 7 26 9 0 24 0 9 o 2 U UV 整流二极管承受的最高反向电压为 6 37 7 2641 1 2 2RM UUV 流过整流二极管的平均电流为 5 0 2 1 oD IIA 因此可选用四只 2CZ11A 整流二极管 其最大整 流电流为 1 A 最高反向工作电压为 100V 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 27 第第 2 2 节节 滤波电路滤波电路 教学目的 了解滤波常用的元件及工作原理 教学重点 单相桥整流电路电容滤波电路 教学难点单相桥式整流电路电容滤波电路 教学方法与手段 教师讲授与学生练习相结合 板书与多媒体课件相 结合 课时计划 3 课时 滤波的概念 整流电路可以将交流电转换为直流电 但脉动较大 在某 些应用中如电镀 蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源 但许多电 子设备需要平稳的直流电源 这种电源中的整流电路后面还需加滤波 电路将交流成分滤除 以得到比较平滑的输出电压 滤波通常是利用 电容或电感的能量存储功能来实现的 一 一 电电容容滤滤波器波器 组组成 成 电容器与负载并联 是一个最简单的滤波器 t u2 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo u2 uo u1 D a 电路 b 波形 C RL 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 28 原理 原理 单相半波整流电容滤波电路的输出特性曲线如图所示 从图中可见 电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大 说明它的带负载能 力较差 只适用于负载较轻且变化不大的场合 桥式整流电容滤波电路的工作原理与半波相似 只不过是一个周期 充放电两次 波形更加平稳 假设电路接通时恰恰在 u2由负到正过零的时刻 这时二 极管 D 开始导通 电源 u2在向负载 RL供电的同时又对电容 C 充电 如果忽略二极管正向压降 电容电压 uC紧随输入电压 u2按正弦规律上升至 u2的最大值 然后 u2继续按正弦规律下 降 且 C2 uu 使二极管 D 截止 而电容 C 则对负载电阻 RL按指数规律放电 uC降至 u2大于 uC时 二极管又导通 电 容 C 再次充电 这样循环下去 u2周期性变化 电容 C 周而复始地进行充电和放电 使输出电压脉动减小 如图 9 4 b 所示 电容 C 放电的快慢取决于时间常数 CRL 的大小 时间常数越大 电容 C 放电越慢 输出电压 uo就越 平坦 平均值也越高 Uo 1 4Uo 0 9Uo 0 Io 般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值 半波 2o UU 全波 2o 2 1 UU 为了获得较平滑的输出电压 一般要求 C R 1 15 10 L 即 2 5 3 L T CR 式中 T 为交流电压的周期 滤波电容 C 一般选择体积小 容量大的电 解电容器 应注意 普通电解电容器有正 负极性 使用时正极必须接高 电位端 如果接反会造成电解电容器的损坏 加入滤波电容以后 二极管导通时间缩短 且在短时间内承受较大的 冲击电流 oC ii 为了保证二极管的安全 选管时应放宽裕量 单相半波整流 电容滤波电路中 二极管承受的反向电压为 2CDR uuu 当负载开路时 承受的反向电压为最高 为 2RM 22UU 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 29 2 电感滤波 电感滤波适用于负载电流较大的场合 它的缺点是制做复杂 体积 大 笨重且存在电磁干扰 3 复合滤波电路 LC CLC 型滤波电路适用于负载电流较大 要求输出电压脉动 例例 设计一单相桥式整流 电容滤波电路 要求输出电压 48 o UV 已知负载电阻100 L R 交流电源频率为 50Hz 试选 择整流二极管和滤波电容器 解解 流过整流二极管的平均电流 240A24 0 100 48 2 1 2 1 2 1 L o oD R U IImA 变压器副边电压有效值 40 2 1 48 1 2 o 2 U UV 整流二极管承受的最高反向电压 4 564041 12 2RM UUV 因此可选择 2CZ11B作整流二极管 其最大整流电流为 1 A 最 高反向工作电压为 200V 取05 0 2 02 0 5 2 5 L T CR s 则 500F10500 100 05 0 6 L R C F u1 u2 RL uo L L CCC L CC R a LC滤波电路 b CLC滤波电路 c CRC滤波电路 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 30 较小的场合 在负载较轻时 经常采用电阻替代笨重的电感 构成 CRC 型滤波电路 同样可以获得脉动很小的输出电压 但电阻对交 直流均有压降和功率损耗 故只适用于负载电流较小的场合 本课小结 1 滤波元件有两种 电容与电感 电容与负载并联 电 感与负载串联 整流电路带电容滤波之后的有关计算 练习与作业 电子技术基础 教材 P36 2 7 2 8 2 9 2 11 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 31 3 二极管二极管应应用用电电路路 教学目的 了解硅稳压二极管的结构及特性曲线 教学重点 简单硅稳压管稳压电路的工作原理 教学难点简单硅稳压管稳压电路的工作原理 教学方法与手段 教师讲授与学生练习相结合 板书与多媒体课件相 结合 学生实验实训相结合 课时计划 3 课时 1 稳压二极管 稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管 稳压管的稳定电 压就是反向击穿电压 稳压管的稳压作用在于 电流增量很大 只引 起很小的电压变化 稳压管的主要参数 1 稳定电压 UZ 反向击穿后稳定工作的电压 2 稳定电流 IZ 工作电压等于稳定电压时的电流 3 动态电阻 rZ 稳定工作范围内 管子两端电压的变化量与相应电 流的变化量之比 即 rZ UZ IZ 4 额定功率 PZ和最大稳定电流 IZM 额定功率 PZ是在稳压管允许结 温下的最大功率损耗 最大稳定电流 IZM是指稳压管允许通过的最大 电流 它们之间的关系是 PZ UZIZM 阳极 阴极 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 32 2 简单硅稳压管稳压电路 稳压二极管正常工作电压为 反向击穿电压 工作原理 输入电压 Ui波动时会引起输出电压 Uo波动 如 Ui升高将引起随 之升高 导致稳压管的电流 IZ急剧增加 使得电阻 R 上的电流 I 和电 压 UR迅速增大 从而使 Uo基本上保持不变 反之 当 Ui减小时 UR 相应减小 仍可保持 Uo基本不变 当负载电流 Io发生变化引起输出电压 Uo发生变化时 同样会引起 IZ 的相应变化 使得 Uo保持基本稳定 如当 Io增大时 I 和 UR均会随之 增大使得 Uo下降 这将导致 IZ急剧减小 使 I 仍维持原有数值保持 UR不变 使得 Uo得到稳定 3 发光二极管 当发光二极管的 PN 结加上正向电压时 电子与空穴复合过程以光 的形式放出能量 Ui Uo RL DZ UZ R UR Io IZ I 阳极 阴极 a b LED LED R E 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 33 不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光 发光二极管具有亮度高 清晰度高 电压低 1 5 3V 反应快 体积 小 可靠性高 寿命长等特点 是一种很有用的半导体器件 常用于信 号指示 数字和字符显示 4 光电二极管 光电二极管的正常工作电压为 反向电压 光电二极管的又称为光敏二极管 其工作原理恰好与发光二极管 相反 当光线照射到光电二极管的 PN 结时 能激发更多的电子 使 之产生更多的电子空穴对 从而提高了少数载流子的浓度 在 PN 结 两端加反向电压时反向电流会增加 所产生反向电流的大小与光的照 度成正比 所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压 为使 光线能照射到 PN 结上 在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗 口 本课小结 1 稳压二极管的特性曲线及参数 2 简单硅稳压管的稳压电路的工作原理 3 发光二极管与光电二极管的工作原理 练习与作业 电子技术基础 教材 P36 2 12 2 13 2 14 2 15 2 16 阳极 阴极 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 34 第 3 章 低频小信号放大电路 第一节 放大器概述 教学目的 了解放大的概念 对放大器的基本要求 教学重点 对放大器的基本要求 教学难点放大器的输入 输出 教学方法与手段 教师讲授与学生练习相结合 板书与多媒体课件相 结合 课时计划 1 课时 一 放大的概念 将微弱的电信号进行有限的放大得到所需要的信号 放大器的方框图如下 放大器输入输出 放大器满足的两个条件 1 输出信号的功率大于输入信号的功率 2 输出信号的波形与输入信号的波形相同 二 对放大器的要求 1 要有足够的放大倍数 2 要具有一定宽度的通频带 3 非线性失真要小 4 工作要稳定 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 35 三 放大器的输入 信号源放大器 输出输入 对输入信号的要求 输入电流不能过大 电压不能过高 功率不能 太大 输入信号的幅度要限制在一定的范围内 四 放大器的输出 放大器后级电路 输出输入 对放大器输出端的要求 由放大器输出给下一级电路的电流 电压 功率都不能超过规定值 本课小结 1 放大器的概念及组成放大器的条件 2 对放大器的基本要求 3 对放大器输入 输出端的要求 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 36 第二节 三极管基本放大电路 教学目的 基本放大电路的组成 教学重点 基本放大电路的组成及各元件的作用 教学难点基本放大电路各元件的作用 教学方法与手段 教师讲授与学生练习 实验实训相结合 板书与多媒 体课件相结合 课时计划 6 课时 放大的实质 用较小的信号去控制较大的信号 一 基本放大电路的组成 1 晶体管 V 放大元件 用基极电流 iB 控制集电极电流 iC 2 电源 UCC和 UBB 使晶体管的发射结正偏 集电结反偏 晶体管处 在放大状态 同时也是放大电路的能量来源 提供电流 iB和 iC UCC 一般在几伏到十几伏之间 3 偏置电阻 RB 用来调节基极偏置电流 IB 使晶体管有一个合适的 工作点 一般为几十千欧到几百千欧 4 集电极负载电阻 RC 将集电极电流 iC的变化转换为电压的变化 RsRB us ui UBB RL uo UCC RC C1 C2 V 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 37 以获得电压放大 一般为几千欧 5 电容 Cl C2 用来传递交流信号 起到耦合的作用 同时 又使放 大电路和信号源及负载间直流相隔离 起隔直作用 为了减小传递信 号的电压损失 Cl C2应选得足够大 一般为几微法至几十微法 通常 采用电解电容器 共发射极放大电路的实用电路 二 放大器中电流电压符号使用规定 1 用大写字母带大写下标表直流分量 如 IB VC 2 用小写字母带小写下标表交流分量 如 ib vc 3 用小写字母带大写下标表直流分量与交流分量的叠加 即 总量 如 iB 4 用大写字母加小写下标表示交流分量的有效值 如 Vi Vo 三 放大器的静态工作点 1 静态工作点的概念 静静态态是指无交流信号输入时 电路的工作状态 电路中由于 电源的存在 产生了一组直流分量 如下图所示 Rs us ui RL uo UCC RC C1 C2 V RB 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 38 ui 0 IC IE IB UBE UCE u v R 2 b o C C u 1 R C C i V c 由于 IB UBE 和 IC UCE 分别对应于输入 输出特性曲线上 的一个点 用 Q 表示 所以称为静态工作点 IB UB E Q I B UB E Q UC E I C IC UC E IB 2 放大器设置静态工作点的目的 1 放大器没有静态工作点的情况 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 39 动态 ui 0 时电路的工作状态 u v 2 o C C u1 R CC i V c u i t uo t ic t i b t 放大器没有设置静态工作点产生了波形失真 2 放大器设置静态工作点的目的是保证信号不失真 1 2 C c C V R CC Rb ui t uo t IB t iB u i o u 放大器由于设置了静态工作点 保证了信号在整个周期放 大器都处于放大状态 保证了信号不失真 四 放大原理 在放大电路中 设输入信号电压 ui 从基极与发射极输入 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 40 被输出的信号从集电极与发射极输出 变化的 ui 产生了变化 的 ib 使各点的波形都产生了相应的变化 它们的变化作用如 下图所示 ui uBE iB iC vCE vo 从上图可知 输出信号与输入信号反相 这是基本放大器 的重要特点 五 直流通路与交流通路 1 直流通路 直流信号流经的路径 直流通路的画法 将交流电源短路 电容开路 IB O UBE UBE O t a O iB t t IBib t O O b O iC t t ICIc t O O c ui ui uBE UBE ib uCE UCE uo 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 41 3 交流通路 交流信号流经的路径 交流通路的画法 将电容短路 直流电源对地短路 经整 理如下图所示 六 基本放大电路的分析方法 一 放大器的常用指标 1 放大倍数 1 电压放大倍数 AV AV VO Vi 2 电流放大倍数 Ai Ai Io Ii 3 功率放大倍数 Ap Ap Po Pi 开路开路 开路开路 u V R 2 L b o C R C u 1 R CC i V c Rb Rc V RL Uo Ui 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 42 2 放大器的增益 1 功率增益 GP lgAp 10lg Po Pi dB 2 电压增益 Gv 20lgAv 3 电流增益 Gi 20lgAi 3 输入电阻和输出电阻 1 输入电阻 从放大器的输入端看进去的交流等效电阻 放大器的输入电阻越大越好 越大对信号源的影响越小 2 输出电阻 从放大器的输出端看进去的交流等效电阻 放大器的输出电阻越小越好 越小对负载越好 4 通频带 放大器的通频带是指放大器的幅频特性曲线的上限截止 与下限截止频率之间的频率范围 放大器的通频带不能太宽 也不能太窄 太宽干扰信号易进 太窄会丢失信号 二 放大器的估算法 1 静态工作点的估算 由直流通路估算 例例 1 计计算下算下图图所示所示电电路的静路的静态态工作点 工作点 已知 VCC 12V RC 4K Rb 300K 37 5 Rs us ui RL uo UCC RC C1 C2 V RB 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 43 解 画出直流通路如下图所示 IBRB UBE VCC IB VCC UBE Rb VCC RB 12 300 30uA IC IB 40 37 5 1 5mA ICRC UCE VCC UCE VCC ICRC 12 1 5 4 6V 2 输入电阻和输出电阻的估算 1 三极管输入电阻 rbe 的估算公式 2 放大器的输入电阻 ri 和输出电阻 ro 的估算 ri Rb rbe rbe ro Rc 3 放大器放大倍数的估算 由交流通路估算 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 44 ui ii Rb rbe ibrbe vo ic RC RL icR L ic ib vo icR L ibR L Av vo vi ibR L ibR L R l Rb Rc V RL Uo Ui Rs us ui RL uo UCC RC C1 C2 V RB 例例 图示电路 已知V12 CC U 300 B Rk 3 C Rk 3 L Rk 3 s Rk 50 试求 1 RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍 数 u A 2 输入电阻 Ri和输出电阻 Ro 3 输出端开路时的源电压放大倍数 s us U U A o 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 45 本课小结 1 了解放大器中电流 电压符号使用规定 2 放大器的静态工作点的概念 静态工作点的作用 3 静态工作点 输入 输出电阻 放大倍数的估算 4 放大器的分析方法 练习与作业 电子技术基础 教材 P60 3 1 3 2 3 3 3 4 3 9 3 10 解解 先先求求静静态态工工作作点点 40A 300 12 B CC B BEQCC BQ R U R UU I A mA204 0 50 BQCQ II V63212 CCQCCCEQ RIUU 再求三极管的动态输入电阻 963 mA 2 mV 26 501 300 mA mV 26 1 300 EQ be I r 963 0 k RC UCC V RB UCEQ UBEQ ICQ IBQ 1 RL接入时的电压放大倍数 u A 为 78 963 0 33 33 50 be L r R Au RL断开时的电压放大倍数 u A 为 156 963 0 350 be C r R Au 2 输入电阻 Ri为 96 0963 0 300 beB rRRik 输出电阻 Ro为 3 Co RR k 3 39 156 13 1 oo u is i is i s us A RR R U U U U U U A 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 46 第二节 具有稳定工作点的放大电路 教学目的 1 分压式偏置电路的结构及工作原理 2 分压式偏置电路静态工作点 电压放大倍数 输入 输出 电阻的计算 教学重点 1 分压式偏置电路稳定静态工作点的原理 2 静态工作点的计算 教学难点 1 静态工作点的计算 2 分压式偏置电路稳定静态工作点的原理 教学方法与手段 教师讲授与学生练习相结合 板书与多媒体课件相 结合 课时计划 2 课时 分压式偏置电路的结构及工作原理 电路结构 条件条件 I2 IB 则与温度基本无关 二 工作原理 温度温度对对静静态态工作点的影响工作点的影响 Rs us ui RL uo UCC RC C1 C2 V RB1 RB2 RE CE CC B2B1 B2 B U RR R U 湘乡市第一职业中专 电子技术基础 教案 教师 李梅阳 47 温度升 高 UBE 减小 ICBO 增 大 增大 IC 增大 在该电路中与 Re 并联的电容 Ce 是提供