中职-《电子技术基础》第四版-电子教案

目录,11半导体的基本知识,21半导体三极管,22共射极基本放大电路,23分压式射极偏压电路,24多级放大器,25负反馈放大电路,26功率放大电路,31差动放大电路,32集成运算放大器概述,33集成运算放大器的基本电路,34集成运算放大器的应用电路,35集成运放的使用常识,41正弦波振荡电路的基本原理,42LC正弦波振荡电路,43RC正弦波振荡电路,44石英晶体振荡电路,51单相整流电路,52整流器件的选用,53滤波电路,54稳压电路,55集成稳压器,56开关型稳压电源简介,61晶闸管,62晶闸管整流电路,63负载类型对晶闸管整流的影响,64晶闸管的选择和保护,65晶闸管的触发电路,66晶闸管的其它应用电路,67双向晶闸管简介,12半导体二极管,（点击目录以打开相应章节）,电子技术基础（第四版）中国劳动与社会保障出版社ISBN978-7-5045-6043-8,11半导体的基本知识,一、半导体的基本概念,物质按照导电能力分为：,导体：容易导电,绝缘体：不导电,半导体：导电性能随条件变化,影响半导体导电性能（电阻值）的常见条件因素有：,1、温度：称热敏特性，电阻值随温度变化。,2、光照：称光敏特性，电阻值随亮度变化。,3、杂质：称掺杂特性，电阻值随掺入的微量元素显著变化。,声光控开关（楼梯灯开关）在夜晚，人上楼梯发出的脚步声会自动点亮楼梯灯；在白天，哪怕使劲跺脚发出巨大声响，楼梯灯还是不会点亮，为什么？开关面板上的窗口有什么作用？,P,N,P型半导体或者N型半导体虽然具备导电能力，但单纯的一块P型半导体或者一块N型半导体还是没有实用价值。,把P型半导体和N型半导体结合到一块，交界处形成一个很特殊的薄层，称为PN结，有特殊的导电性能，这是制造半导体器件的基础。,把这个PN结用管壳封装成一体、并分别从P型半导体和N型半导体各引一个电极出来，这样构成的器件叫二极管，因此，PN结的导电特性可用二极管的实验来导出。,PN结（即二极管）的基本特性,实验一：请2位同学上台进行如下实验的演示,实验电路图：,灯泡亮吗？,再把二极管反过来接试试看,请分析得出什么结论？,PN结（即二极管）的基本特性,实验结论：,PN结具有单向导电性,12半导体二极管,二极管的种类,(1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极管等。(2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面接触型二极管。(3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。(4）按封装形式分:有塑封、玻璃封及金属封装等。(5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。,常见各种类型二极管的外观,塑料封装整流管,玻璃封装稳压/普通管,金属封装大功率管,发光二极管,贴片二极管,快恢复二极管,半桥整流堆（复合2只）,桥式整流堆（复合4只）,由图可见二极管型号比较多样，如今很少厂家按书本提到的命名方法定型号，有兴趣同学自己参考一下课本。,实验二：1、按下图连接实验设备,4、总结实验，由图可见：（1）、小于0.5V时I很小，二极管截止，称0.5V为死区电压（2）、达0.7V时I急剧增大，二极管导通，称0.7V为导通电压,7、总结实验，由图可见：（1）、反向电压小于某个电压值时I很小，二极管截止。（2）、反向电压达到某个电压值时I急剧增大，二极管击穿。（3）、反向电压达到击穿电压后，时间一长二极管将会烧毁。,现在将二极管极性调转连接，测试其反向伏安特性,现在把二极管换成锗管2AP4再重复上述实验，并归纳实验结果，看看与之前硅管有何不同。,锗管的死区电压为0.2V，导通电压为0.3V,半导体二极管的主要参数1.最大整流电流IF2.最大反向工作电压URM3.反向饱和电流IR,二极管的检测,检测依据：,二极管的单向导电性,？,可见，我们可以用万用表电阻档检测二极管的正反向阻值来判断二极管性能。,二极管的检测,2、测量正向电阻.对于指针式万用表，黑表笔连接着万用表内部电池的正极，所以是黑表笔流出电流，因此测正向电阻时黑表笔接二极管的正极，如图,正常的二极管正向电阻值较小，指针摆幅大,3、测量反向电阻.测反向电阻时红表笔接二极管的正极，如图,正常的二极管反向电阻值很大，指针不摆动,作业P91、2、3、4、5、6,21半导体三极管,一、半导体三极管的结构、符号和类型1、结构和符号,（1）、NPN结构三极管,P,N,N,3块半导体区,3个电极,2个PN结,注意：这3块半导体和2个PN结的工艺特殊，所以：（1）、不能简单理解成2个二极管的反向串联（2）、集电结和发射结不能互换使用。,21半导体三极管,一、半导体三极管的结构、符号和类型1、结构和符号,（1）、NPN结构三极管,P,N,集电结,发射结,P,（2）、PNP结构三极管,2、三极管的类型,三极管的种类很多,有下列常见的分类形式：(1)按其结构类型分为NPN管和PNP管;(2)按其制作的半导体材料分为硅管和锗管;(3)按工作频率分为高频管和低频管;(4)按功率分为小功率、中功率、大功率管。,三极管的型号命名方法三极管型号多样，实际上厂家在生产三极管时很少按照书本的命名方法去定型号，该内容请课后自行参考书本。,二、三极管的放大作用,实验环节：,1、按下图连接实验设备,Ib,Ic,Ie,3、分析实验数据，得出实验结论（1）、Ib、Ic、Ie三者之间有什么关系？（2）、Ib和Ic两者之间有什么关系？（3）、Ic和Ie两者之间有什么关系？,（1）、IcIeIb（2）、每次实验Ic和Ib两者的比值都相等即：IcIb（称放大倍数）（3）、IeIbIc（1）Ib,可见，三极管要实现放大作用的外部条件是：发射结正向偏置,集电结反向偏置。现在把三极管换成PNP型的再做一次实验，请注意PNP型管应该如何接线。,最后请大家把E极的电流表去掉，并将B极和C极的数字电流表换成指针式的uA表和mA表，然后来回调节变阻器，不用记录任何数据，只要观察两个表的变化规律，更直观地来体会一下三极管的电流放大作用。,IB只要有几十微安的变化，就会引起IC有几十毫安的同方向变化，变化量被扩大了千多倍。,二、三极管的放大作用,三、三极管的特性曲线,1、输入特性,从输入回路看Ib只跟一个发射结有关，与集电结没关，所以等效成了一个二极管，b极相当二极管的正极，e极相当负极，因此三极管的输入特性就是二极管的伏安特性。,三、三极管的特性曲线,2、输出特性,从输出回路看Ic与发射结、集电结均有关系，所以三极管的输出特性就比较复杂，即要反映Ic和Ube的关系，又要反映Ic和Ib的关系。,（1）截止区：IB0,三极管截止，IC接近0，CE极之间相当开路（2）放大区：IC受IB的控制，即有ICIB（3）饱和区：UCE很小(0.3V)，CE之间相当短路，IC很大且不受IB控制,用三极管做放大器时要避免三极管工作在截止区或饱和区。用三极管做开关用途时，饱和区为开关通态，截止区为开关断态。要避免三极管工作在放大区。,例21判断下面三极管的工作状态,四、三极管的主要参数,三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的,也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有:（1）电流放大系数：hfe、（2）反向饱和电流ICBO（3）穿透电流ICEO（4）集电极最大允许电流ICM（5）集电极发射极间的击穿电压U（BR）CEO（6）集电极最大耗散功率PCM,五、三极管的识别与检测,很多资料、教材、包括我们的课本都会教我们用万用表去判断三极管的管型（NPN或PNP）、引脚极性（区分哪个是B/C/E极）、以及放大系数等等，在早期，三极管的外观和引脚排列多样化，这些测试方法普遍让初学者难以承受，如今三极管的外形和引脚排列日趋标准化、单一化，给测试带来很大方便，测试时记住如下几点，一般即可满足实际需要。,1、记住三极管的两种结构,测试时，一个PNP三极管等效成两个二极管，电流能从B流向C或E，即黑表笔（机械表）接B极、红表笔接C或E极时导通，其它任何接法都截止。,测试时，一个PNP三极管等效成两个二极管，电流能从C或E流向B，即红表笔（机械表）接B极、黑表笔接C或E极时导通，其它任何接法都截止。,把一个三极管看作两个二极管，能测出B极并确定管型，还能判断两个PN结是否正常，从而确定三极管的性能。,2、记住三极管的几种封装规律,记住这几种排列规律，在确定B极和管型后，可不必再通过测试去判断C、E极。,实验环节各小组同学对现场提供的各种三极管进行检测，分清引脚排列、管型、并说明三极管的性能好坏。,作业P521、2、3、4、5、6,22共射极基本放大电路,一、放大电路概述,所谓放大,从表面上看是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。三极管有三个电极,在电路中可有三种不同的连接方式（或称三种组态）,即共(发)射极接法、共集电极接法和共基极接法。这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的公共端,而构成不同的放大电路,如下图所示。,二、共射极基本放大电路的组成及工作原理,1、组成及各元件的作用,2、电压、电流的符号与方向规定,(1)直流分量：用大写字母和大写下标表示。如IB表示基极的直流电流。(2)交流分量：用小写字母和小写下标表示。如ib表示基极的交流电流。(3)总变化量：是直流分量和交流分量之和,即交流叠加在直流上,用小写字母和大写下标表示。如iB表示基极电流总的瞬时值,其数值为iB=IB+ib。(4)交流有效值：用大写字母和小写下标表示。如Ib表示基极的正弦交流电流的有效值。,直流电交流电交直流叠加量,3、静态工作点设置,这是我们前面提到的共射基本放大电路,现在我们把基极电阻断开不要，看看,思考：该电路能否把输入的波形不失真地放大成右边波形输出？,事实上只有输入信号中0.5V的那小部分能得到放大，大部分0.5V和负半周信号都没有放大输出，为什么？,很多实际情况是输入信号都很微弱，例如0.1V0。2）当输入信号为负半周时,ui0,三极管V2导通,V1截止,V2管的射极电流ie2经CC自下而上流过负载,在RL上形成负半周输出电压,uou时,uo=Uom（2）当反相端电压大于同相端电压,即uu时,uo=Uom。,二、集成运算放大器的两种基本电路,常见的基本运算电路有比例运算、加法、减法、微积分和乘法运算等。1.反相输入比例运算电路如图所示为反相输入比例运算电路。,输出电压与输入电压成比例关系,且相位相反。此外,由于反相端和同相端的对地电压都接近于零,所以集成运放输入端的共模输入电压极小,这就是反相输入电路的特点。当R1=Rf=R时,输入电压与输出电压大小相等,相位相反,称为反相器。,如图所示,当Rf=0或R1时,即输出电压与输入电压大小相等,相位相同,该电路称为电压跟随器。,34集成运算放大器应用电路,1、加法运算如图所示。,2.减法运算,当R1=R2=R3=Rf=R时,uo=ui1ui2。在理想情况下,它的输出电压等于两个输入信号电压之差,具有很好的抑制共模信号的能力。但是,该电路作为差动放大器有输入电阻低和增益调节困难两大缺点。因此,为了满足输入阻抗和增益可调的要求,在工程上常采用多级运放组成的差动放大器来完成对差模信号的放大。,集成运放的调零电路有两类,一类是内调零,集成运放设有外接调零电路的引线端,按说明书连接即可,例如我们常用的A741,其中电位器RP可选择10k的电位器,如图所示。,另一类是外调零,即集成运放没有外接调零电路的引线端,可以在集成运放的输入端加一个补偿电压,以抵消集成运放本身的失调电压,达到调零的目的。常用的辅助调零电路如图所示。,二、集成运放的保护1、电源保护为了防止正负电源接反,可用二极管保护,若电源接错,二极管反向截止,集成运放上无电压,如图所示。,2、输入端保护当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放,为此,可在输入端加入两个反向并联的二极管,如图所示,将输入电压限制在二极管的正向压降以内。,3、输出端保护为了防止输出电压过大,可利用稳压管来保护,如图所示,将两个稳压管反向串联,就可将输出电压限制在稳压管的稳压值UZ的范围内。,41正弦波振荡电路的基本原理,来看一个在卡拉OK中常见的现象啸叫,声音经话筒拾音、功放扩音后从音箱发出，再经空间传播重新进入话筒、再被放大从音箱出来、再次进入话筒形成循环。,类似于啸叫现象：当开关转接到2时就构成了振荡电路,.正弦波振荡的形成过程放大电路在接通电源的瞬间,随着电源电压由零开始的突然增大,电路受到扰动,在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压ui,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈,如此反复循环,输出信号的幅度很快增加。这个扰动电压包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分。为了能得到我们所需要频率的正弦波信号,必须增加选频网络,只有在选频网络中心频率上的信号能通过,其他频率的信号被抑制,在输出端就会得到如图的ab段所示的起振波形。,那么,振荡电路在起振以后,振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节,当振荡电路的输出达到一定幅度后,稳幅环节就会使输出减小,维持一个相对稳定的稳幅振荡,如图的bc段所示。也就是说,在振荡建立的初期,必须使反馈信号大于原输入信号,反馈信号一次比一次大,才能使振荡幅度逐渐增大;当振荡建立后,还必须使反馈信号等于原输入信号,才能使建立的振荡得以维持下去。,42LC正弦波振荡电路,先看看是否为正反馈,变压器反馈式LC振荡电路电路如图,是正反馈,看看是否满足条件,（1）相位平衡条件。为了满足相位平衡条件,变压器初次级之间的同名端必须正确连接，电路振荡时,f=f0,LC回路的谐振阻抗是纯电阻性,由图中L1及L2同名端可知,反馈信号与输出电压极性相反,即F=180。于是A+F=360,保证了电路的正反馈,满足振荡的相位平衡条件。对频率ff0的信号,LC回路的阻抗不是纯阻抗,而是感性或容性阻抗。此时,LC回路对信号会产生附加相移,造成F180,那A+F360,不能满足相位平衡条件,电路也不可能产生振荡。由此可见,LC振荡电路只有在f=f0这个频率上,才有可能振荡。,（2）幅度条件。为了满足幅度条件AF1,对晶体管的值有一定要求。一般只要值较大,就能满足振幅平衡条件。反馈线圈匝数越多,耦合越强,电路越容易起振。,电路优缺点(1)易起振,输出电压较大。由于采用变压器耦合,易满足阻抗匹配的要求。(2)调频方便。一般在LC回路中采用接入可变电容器的方法来实现,调频范围较宽,工作频率通常在几兆赫左右(3)输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端,它对高次谐波的阻抗大,反馈也强,因此在输出波形中含有较多高次谐波成分。,RC正弦波振荡电路结构简单,性能可靠,用来产生几兆赫兹以下的低频信号,常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。1.RC桥式振荡电路,43RC振荡电路,二、RC串并联网络的选频特性RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成,如图所示。,当f=f0时,电压传输系数最大,其值为:F=1/3,相角为零,即F=0。此时,输出电压与输入电压同相位。当ff0时,F1/3,且F0,此时输出电压的相位滞后或超前于输入电压。由以上分析可知:RC串并联网络只在f=f0=1/2RC时,输出幅度最大,而且输出电压与输入电压同相,即相位移为零。所以,RC串并联网络具有选频特性。,一、石英晶体的特点石英晶体谐振器是从一块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片,这种晶片可以是正方形、矩形或圆形、音叉形的,然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层,并装上一对金属板,接出引线,封装于金属壳内。,为什么石英晶体能作为一个谐振回路,而且具有极高的频率稳定度呢？这要从石英晶体的固有特性来进行分析。物理学的研究表明,当石英晶体受到交变电场作用时,即在两极板上加以交流电压,石英晶体便会产生机械振动。反过来,若对石英晶体施加周期性机械力,使其发生振动,则又会在晶体表面出现相应的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的频率等于晶体的固有频率时,便会产生“机电共振”,振幅明显加大,这种现象称为压电谐振。它与LC回路的谐振现象十分相似。,图示为串联型石英晶体振荡电路。,作业P861、2、3、4,电源适配器,市电220V,4.2V,交流,直流,51单相整流电