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文檔簡介

1、;.課題 : 1.1半導體的基本知識 教學重點難點:1、半導體的基本概念,2、PN結(二極管)的重要特性教學過程:(一)半導體的基本知識1、概念:導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體,2、元素:半導體器件中用的最多的是硅和鍺。現代電子學中,用的最多的半導體是硅和鍺,它們的最外層電子(價電子)都是四個。硅和鍺的共價鍵結構Ge 3、半導體的特點:(1)、當受外界熱和光的作用時,它的導電能力明顯變化。(2)、當受外界熱和光的作用時,它的導電能 力明顯變化。. (3)、純凈的半導體中摻入某些雜質,會使它的導電能力明顯改變。二、本征半導體的導電形式: 1、兩種載流子:自由電子(帶負電)和空穴(帶

2、正電)在常溫下,使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛,成為自由電子,同時共價鍵上留下一個空位,稱為空穴。這一現象稱為本征激發,也稱熱激發2、電子空穴對:因熱激發而出現的自由電子和空穴是同時成對出現的,3、本征半導體中電流由兩部分組成: 1. 自由電子移動產生的電流。 2. 空穴移動產生的電流。三、雜質半導體1、概念:在本征半導體中摻入某些微量的雜質,就會使半導體的導電性能發生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。2、N 型半導體:自由電子濃度大大增加的雜質半導體,也稱為(電子半導體)。加五價元素(磷)自由電子占大多數,稱為多子 空穴占少數,叫少子3、P 型半導體:空穴濃

3、度大大增加的雜質半導體,也稱為(空穴半導體)。加三價元素(硼)空穴占大多數,稱為多子 自由電子占少數,叫少子四、PN結:1、PN結的形成:在同一片半導體基片上,分別制造P 型半導體和N 型半導體,經過載流子的擴散,在它們的交界面處就形成了PN 結。2、重要特性: 單向導電性:PN 結加上正向電壓、正向偏置的意思都是: P 區加正、N 區加負電壓。3、注意:(1)、空間電荷區中內電場阻礙P中的空穴、N區 中的電子(都是多子)向對方運動(擴散運動)。(2)、P 區中的電子和 N區中的空穴(都是少),數量有限,因此由它們形成的電流很小。4、PN結的伏安特性:測二極管的伏安特性曲線圖 正向: 正向電壓

4、VF小于門坎電壓VT時,二極管V截止,正向電流IF =0;其中,門檻電壓 VF > VT時,V導通,IF急劇增大。導通后V兩端電壓基本恒定:結論:正偏時電阻小,具有非線性。反向反向電壓VR < VRM(反向擊穿電壓)時,反向電流IR很小,且近似為常數,稱為反向飽和電流。VR > VRM時,IR劇增,此現象稱為反向電擊穿。對應的電壓VRM稱為反向擊穿電壓。結論:反偏電阻大,存在電擊穿現象。電擊穿可逆熱擊穿不可逆雪崩擊穿高反壓,碰撞電離齊納擊穿較低反壓,場致激發課后總結課題2:半導體二極管重點難點:掌握半導體二極管的重要特性教學過程:(一)半導體二極管1、外型:實物2、內部結構:

5、PN節3、二極管的電路符號:4、半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下:(二)、主要參數 1. 最大整流電流 IOM:二極管長期使用時,允許流過二極管的最大正向平均電流。2. 反向擊穿電壓UBR:二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增,二極管的單向導電性被破壞,甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。3. 反向電流 IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大,說明管子的單向導電性差,因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響,溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小,鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。(三)、常用二極管類型

6、1分類(1) 按材料分:硅管、鍺管;(2) 按PN結面積:點接觸型(電流小,高頻應用)、面接觸型(電流大,用于整流);(3) 按用途:如圖1.1.9所示,圖1.1.9 二極管圖形符號例如利用單向導電性把交流電變成直流電的整流二極管;利用反向擊穿特性進行穩壓的穩壓二極管;利用反向偏壓改變PN結電容量的變容二極管;利用磷化鎵把電能轉變成光能的發光二極管;將光信號轉變為電信號的光電二極管。2型號舉例如下整流二極管2CZ82B穩壓二極管2CW50變容二極管2AC1等等課后總結課題13 二極管的應用舉例教學重點難點:1、掌握二極管在生活中的應用 2、難點是穩壓二極管電路和限幅電路教學過程1、開關:重要利

7、用二極管的導通截止狀態2、箝位:見書本電子線路數字電路部分的與門電路3、整流電路:以后詳細介紹4、穩壓:圖1.3.6 硅穩壓管的伏安特性及符號穩壓電路:抑制電網電壓和整流電路負載的變化引起的輸出電壓變化,將平滑的直流電變成穩定的直流電。1硅穩壓二極管的特性(1) 穩壓管工作在反向擊穿狀態。(2) 當工作電流滿足條件時,穩壓管兩端電壓幾乎不變。2穩壓二極管的主要參數(1) 穩定電壓穩壓管在規定電流下的反向擊穿電壓。(2) 穩定電流IZ穩壓管在穩定電壓下的工作電流。(3) 最大穩定電流IZmax穩壓管允許長期通過的最大反向電流。(4) 動態電阻rZ穩壓管兩端電壓變化量與電流變化量的比值,即rZ =

8、 DVZ/DIZ。此值越小,管子穩壓性能越好。圖1.3.7 硅穩壓管整流穩壓電路3穩壓管穩壓電路的工作原理(1) 電路圖穩壓管穩壓電路如圖1.3.7所示。V為穩壓管,起電流調整作用;R為限流電阻,起電壓調整作用。(2) 電路的穩壓過程:VOIZIRVRVO(3) 應用:小功率場合。4、限幅什么是限幅電路(限幅電路的功能)當輸入信號電壓在一定范圍內變化時,輸出電壓隨輸入電壓相應變化;當輸入電壓超出該范圍時,輸出電壓保持不變,這就是限幅電路。限幅電平和上下限幅限幅電平:通常將輸出電壓開始不變的電壓值稱為限幅電平。上 限 幅:當輸入電壓高于限幅電平時,輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅。下限幅:當輸入

9、電壓低于限幅電平時,輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。限幅電路并聯二極管上限幅電路E=0V,限幅電平為0V,ui>0V時二極管導通,uo=0V;ui<0V,二極管截止,uo=ui0<E<Um,則限幅電平為+E,ui>E,二極管導通,uo=E;ui<E,二極管截止,uo=uiUm<E<0,則限幅電平為E,ui>E,二極管導通,uo=E;ui<E,二極管截止,uo=ui并聯下限幅電路并聯雙向限幅電路串聯上限幅電路串聯下限幅電路課后總結課題14 半導體二極管的簡單測試教學重點難點:掌握二極管的簡單測試方法 難點是二極管的極性判別教學過程:實

10、驗判別方法: 用萬用表檢測二極管如圖1.1.8所示。圖1.1.8 萬用表檢測二極管1判別正負極性萬用表測試條件:R ´ 100 W 或R ´ 1 kW;將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時,黑表筆接觸處為正極,紅表筆接觸處為負極。2判別好壞萬用表測試條件:R ´ 1 kW。(1) 若正反向電阻均為零,二極管短路;(2) 若正反向電阻非常大,二極管開路。(3) 若正向電阻約幾千歐姆,反向電阻非常大,二極管正常。課后總結:課題15 晶體二極管整流電路教學重點難點:掌握二極管的半波全波整流電路 難點是二極管橋式整流教學過程: 整流:把交流電變成直流電的過程。二極管

11、單相整流電路:把單相交流電變成直流電的電路。整流原理:利用二極管的單向導電特性,將交流電變成脈動的直流電。圖1.2.1 單相半波整流電路(一) 單相半波整流電路1 電路如圖1.2.1(a)所示。V:整流二極管,把交流電變成脈動直流電;T:電源變壓器,把v1變成整流電路所需的電壓v2。2 工作原理設v2為正弦波,波形如圖1.2.1(b)所示。(1) v2正半周時,A點電位高于B點電位,二極管V正偏導通,則vL » v2;(2) v2負半周時,A點電位低于B點電位,二極管V反偏截止,則vL » 0。圖1.2.2 變壓器中心抽頭式全波整流電路由波形可見,v2一周期內,負載只有單方

12、向的半個波形,這種大小波動、方向不變的電壓或電流稱為脈動直流電。上述過程說明,利用二極管單向導電性可把交流電v2變成脈動直流電vL。由于電路僅利用v2的半個波形,故稱為半波整流電路。3負載和整流二極管上的電壓和電流(1) 負載電壓 VL = 0.45V2 (1.2.1)(2) 負載電流 (1.2.2)(3) 二極管正向電流和負載電流 (1.2.3)(4) 二極管反向峰值電壓 (1.2.4)選管條件:(1) 二極管允許的最大反向電壓應大于承受的反向峰值電壓;(2) 二極管允許的最大整流電流應大于流過二極管的實際工作電流。電路缺點:電源利用率低,紋波成分大。解決辦法:全波整流。(二) 單相全波整流

13、電路一、變壓器中心抽頭式單相全波整流電路1電路圖變壓器中心抽頭式單相全波整流電路如圖1.2.2所示。V1、V2為性能相同的整流二極管;T為電源變壓器,作用是產生大小相等而相位相反的v2a和v2b。2工作原理圖1.2.3 橋式整流電路(1) v1正半周時,T次級A點電位高于B點電位,在v2a作用下,V1導通(V2截止),iV1自上而下流過RL;(2) v1負半周時,T次級A點電位低于B點電位,在v2b的作用下,V2導通(V1截止),iV2自上而下流過RL;可見,在v1一周期內,流過二極管的電流iV1、iV2疊加形成全波脈動直流電流iL,于是RL兩端產生全波脈動直流電壓vL。故電路稱為全波整流電路

14、。圖1.2.4 橋式整流電路工作過程3負載和整流二極管上的電壓和電流(1) 負載電壓 (1.2.5)(2) 負載電流 (1.2.6)圖1.2.5 橋式整流電路工作波形圖(3) 二極管的平均電流 (1.2.7)(4) 二極管承受反向峰值電壓 (1.2.8)缺點:單管承受的反向峰值壓比半波整流高一倍,變壓器T需中心抽頭。二、單相橋式全波整流電路1電路圖單相橋式全波整流電路如圖1.2.3所示。V1 V4為整流二極管,電路為橋式結構。2工作原理(1) v2正半周時,如圖1.2.4(a)所示,A點電位高于B點電位,則V1、V3導通(V2、V4截止),i1自上而下流過負載RL;(2) v2負半周時,如圖1

15、.2.4(b)所示,A點電位低于B點電位,則V2、V4導通(V1、V3截止),i2自上而下流過負載RL;由波形圖1.2.5可見,v2一周期內,兩組整流二極管輪流導通產生的單方向電流i1和i2疊加形成了iL。于是負載得到全波脈動直流電壓vL。3負載和整流二極管上的電壓和電流(1) 負載電壓 (1.2.9)(2) 負載電流 (1.2.10)(3) 二極管的平均電流 (1.2.11)(4) 如圖1.2.6所示,二極管承受反向峰值電壓為 (1.2.12)優點:輸出電壓高,紋波小,VRM較低,應用廣泛。橋式整流電路簡化畫法如圖1.2.7所示。 圖1.2.6 橋式整流二極管承受的反向峰值電壓 圖1.2.7

16、 橋式整流電路簡化畫法例1.2.1 有一直流負載,需要直流電壓VL = 60 V,直流電流IL = 4 A。若采用橋式整流電路,求電源變壓器次級電壓V2,并選擇整流二極管。解 因為 所以流過二極管的平均電流圖1.2.8 半橋和全橋整流堆二極管承受的反向峰值電壓查晶體管手冊,可選用整流電流為3A,額定反向工作電壓為100 V的整流二極管2CZ12A(3A/100V)四只。整流元件組合件稱為整流堆,常見的有半橋2CQ型,如圖1.2.8(a)所示;全橋QL型,如圖1.2.8(b)所示。優點:電路組成簡單、可靠。課后總結:課題16 電子技術基礎知識教學重點難點:掌握常用元件器如電阻電容的基礎知識教學過

17、程: 1. (一)、電阻電阻在電路中用“R”加數字表示,如:R15表示編號為15的電阻。電阻在電路中的主要作用為分流、限流、分壓、偏置、濾波(與電容器組合使用)和阻抗匹配等。1. 參數識別:電阻的單位為歐姆(),倍率單位有:千歐(K),兆歐 (M)等。換算方法是:1兆歐=1000千歐=1000000歐 電阻的參數標注方 法有3種,即直標法、色標法和數標法。 1、 數標法主要用于貼片等小體積的電路,如: 472 表示 47×102(即4.7K); 104則表示100K2、置和倍率關系如下表所示: 顏色 有效數字 倍率 允許偏差(%) .銀色 / 10-2 ±10 金色 / 1

18、0-1 ±5 黑色 0 100 / 棕色 1 101 ±1 紅色 2 102 ±2 橙色 3 103 / 黃色 4 104 / 綠色 5 105 ±0.5 藍色 6 106 ±0.2 紫色 7 107 ±0.1 灰色 8 108 / 白色 9 109 +5至 -20 無色 / / ±20 (二)、電容1、電容在電路中一般用“C”加數字表示(如C25表示編號為25的電容)。電容是由兩片金屬膜緊靠,中間用絕緣材料隔開而組成的元件。電容的特性主要是隔直流通交流。電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小,電容對交流信號的阻礙作用稱為容

19、抗,它與交流信號的頻率和電容量有關。容抗XC=1/2f c (f表示交流信號的頻率,C表示電容容量)電話機中常用電容的種類有電解電容、瓷片電容、貼片電容、獨石電容、鉭電容和滌綸電容等。2、識別方法:電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同,分直標法、色標法和數標法3種。電容的基本單位用法拉(F)表示,其它單位還有:毫法(mF)、微法(uF)、納法(nF)、皮法(pF)。其中:1法拉=103毫法=106微法=109納法=1012皮法容量大的電容其容量值在電容上直接標明,如10 uF/16V 容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數字表示字母表示法:1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=

20、1000PF數字表示法:一般用三位數字表示容量大小,前兩位表示有效數字,第三位數字是倍率。如:102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF3、電容容量誤差表符 號FGJKLM允許誤差±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%如:一瓷片電容為104J表示容量為0. 1 uF、誤差為±5%。4、故障特點 在實際維修中,電容器的故障主要表現為:(1) 引腳腐蝕致斷的開路故障。(2)脫焊和虛焊的開路故(3)漏液后造成容量小或開路故障。(4)漏電、嚴重漏電和擊穿故障

21、。課題 : 2.1半導體三極管 教學重點難點:1、了解三極管的結構,2、掌握三極管的重要特性教學過程:半導體三極管又稱為晶體管、雙極性三極管。它是組成各種電子電路的核心器件。三極管有三個電極。一、 三極管的結構及類型三極管是由兩個PN結組成,按PN結的組成方式,三極管有PNP型和NPN型兩種類型。從結構上看,三極管內部有三個區域,分別稱為發射區、基區和集電區,并相應地引出三個電極,發射極(e)、基極(b)和集電極(c)。三個區形成的兩個PN結分別稱為發射結和集電結。常用的半導體材料有硅和鍺,因此三極管有四種類型。它們對應的系列為:3A(鍺PNP) 3B(鍺NPN) 3C(硅PNP) 3D(硅N

22、PN)由于硅NPN三極管用得最廣,在今后無說明時,即為硅NPN三極管。二、三極管的三種連接方式因為放大器一般為4端網絡,而三極管只有3個電極,所以組成放大電路時,勢必要有一個電極作為輸入與輸出信號的公共端。根據所選公共端電極的不同,有以下三種連接方式。共基極、共發射極、共集電極。三、三極管的放大作用1. 三極管實現放大的結構要求和外部條件結構要求發射區重摻雜,多數載流子電子濃度遠大于基區多數載流子空穴濃度。基區做的很薄,通常只有幾微米到幾十微米,而且是低摻雜。集電極面積大,以保證盡可能收集到發射區發射的電子。外部條件外加電源的極性應使發射結處于正向偏置;集電結處于反向偏置狀態。復習電源、電流、

23、非靜電力等概念。2. 電流分配載流子運動即形成電流,相應的各極的電流如圖和下面各式集電極電流:發射極電流:基極 電流:3實測晶體管的電流關系表從實測數據,我們可以看出ICIE4交流電流的放大系數課后小結:課題 : 2.2三極管的特性曲線和一寫參數 教學重點難點:1、了解三極管的輸入輸出特性曲線的意義,2、了解三極管的一 些參數 以及跟溫度的關系 3、難點是三極管的輸出特性曲線教學過程:三極管外部各極電壓電流的相互關系,當用圖形描述時稱為三極管的特性曲線。它即簡單又直觀,全面地反映了各極電流與電壓之間的關系。特性曲線與參數是選用三極管的主要依據。所以很好地理解三極管特性曲線。1. 輸入特性當UC

24、E不變時,輸入回路中的電流與IB與電壓UBE之間的關系曲線稱為輸入特性,即UCE0V時,從三極管的輸入回路看,相當于兩個PN結的并聯,當b、e間;加上正電壓時,三極管的輸入特性就是兩個正向二極管的伏安特性。UCE1V,b、e間加正電壓,此時集電極電位比基極高,集電結為反向偏置,阻擋層變寬,基區變窄,基區電子復合減少,故基極電流IB下降。與UCE0V時相比,在相同條件下,IB要小得多。結果輸入特性曲線將右移。2. 輸出特性當IB不變時,輸出回路中的電流IC與電壓UCE之間的關系曲線稱為輸出特性。固定一個IB值,得一條輸出特性曲線,改變IB值,可提一簇輸出特性曲線。在輸出特性曲線上可以劃分為三個區

25、域。截止區IB0的區域稱為截止區在截止區,集電結和發射結均處于反向偏置。即UBE<0、 UBC<0放大區發射結正向偏置,集電結反向偏置。對于硅NPN型三極管,UBE0.7 UBC<0IC=IB飽和區在靠近縱軸附近,各條輸出曲線的上升部分屬于飽和區,在這個區域,不同IB值的各條曲線幾乎重疊在一起。IC不再隨IB變化,此時三極管失去了放大作用。發射結和集電結都處于正向偏置狀態。對NPN型三極管,UBE>0 UBC>0臨界飽和: UCE=UBE 即UCB=0時過飽和:UCE<UBE 在深度飽和時,小功率管的管壓降為UCES通常小于0.3、三極管的主要參數(1)電流

26、放大系數共發射極交流電流放大系數共發射極直流電流放大系數共基極交流電流放大系數共基極直流電流放大系數 (2)極間反向電流集電極-基極反向飽和電流ICBO集電極-發射極穿透電流ICEO這兩項越小,管子質量越高。(3)極限參數a.集電極最大允許電流ICM由于三極管的電流放大系數值與工作電流有關,工作電流太大,就下降,使三極管的性能下降,也使放大的信號產生嚴重失真。一般定義當值下降為正常值的1/32/3時的IC值為ICM。b.集電極最大允許功率損耗PCMPC=ICUCEPC  <PCM為安全區 PC>PCM為過耗區(4)擊穿電壓BUCBO發射極開路時,集電極-基極間的反向擊穿電

27、壓。BUCEO基極開路時,集電極-發射極間的反向擊穿電壓。BUCER基射極間接有電阻R時,集電極-發射極間的反向擊穿電壓。BUCES基射極間短路時,集電極-發射極間的反向擊穿電壓。BUEBO集電極開路時,發射極-基極間的反向擊穿電壓,此電壓一般較小。僅有幾伏左右。上述電壓一般存在如下關系:BUCBO>BUCES>BUCER>BUCEO>BUEBO三極管應工作在安全工作區。UCE<BUCEO4、溫度對三極管參數的影響由于半導體的載流子濃度受溫度影響,因而三極管的參數也會受溫度的影響。這將嚴重影響到三極管電路的熱穩定性。通常三極管的如下參數受溫度影響比較明顯。1溫度對

28、UBE的影響輸入特性曲線隨溫度升高向左移動。即IB不變時,UBE將下降,其變化規律是溫度每升高1,UBE減小22.5mV2溫度對ICBO的影響ICBO是由少數載流子形成的。當溫度上升時,少數載流子增加,故ICBO也上升。其變化規律是,溫度每上升10,ICBO約上升1倍。ICEO隨溫度的變化規律大致與ICBO相同。在輸出特性曲線上,溫度上升,曲線上移。3溫度對的影響隨溫度的升高而增大,變化的規律是:溫度每升高1,值增大0.51%。在輸出特性曲線上,曲線間的距離隨溫度升高而增大。綜上所述,溫度對UBE、ICBO、的影響,均使IC隨溫度上升而增加,這將嚴重影響三極管的工作狀課題: 3.1 放大電路的

29、基礎知識教學重點難點:1、了解放大電路的基礎知識 2、掌握直流通路和交流通路的畫法教學過程:引言:實際中常常需要把一些微弱信號,放大到便于測量和利用的程度。例如,從收音機天線接收到的無線電信號或者從傳感器得到的信號,有時只有微伏或毫伏的數量級,必須經過放大才能驅動揚聲器或者進行觀察、記錄和控制。所謂放大,表面上是將信號的幅度由小增大,但是,放大的實質是能量的轉換,即由一個較小的輸入信號控制直流電源,使之轉換成交流能量輸出,驅動負載。(一)放大電路的基本概念:1、放大:所謂放大,表面上是將信號的幅度由小增大,但是,放大的實質是能量的轉換,即由一個較小的輸入信號控制直流電源,使之轉換成交流能量輸出

30、,驅動負載。注意:一定要有功率放大(變壓器不是放大器)2、放大電路的組成的原則是:為保證三極管工作在放大區,發射結必須正向偏置;集電結必須反向運用。電路中應保證輸入信號能加至三極管的發射結,以控制三極管的電流。同時,也要保證放大了的信號從電路中輸出。3、放大電路的組成:如下圖:元件介紹:1)、c1 、c2耦合電容(隔直電容)的作用:使交流信號順利通過,而無直流聯系。耦合電容容量較大,一般采用電解電容器,而電解電容分正負極,接反就會損壞。2)RB RC 偏置電阻。3)核心元件為三極管。4)直流電源為能量提供者。上圖是NPN型三極管組成的放大電路,若用PNP型,則電源和電解電容極性反接就可以了。實

31、際中,為了方便,采用單電源,如下左圖。習慣畫法如下右圖。(二)、直流通路和交流通路當輸入信號為零時,電路只有直流電流;當考慮信號的放大時,我們應考慮電路的交流通路。所以在分析、計算具體放大電路前,應分清放大電路的交、直流通路。由于放大電路中存在著電抗元件,所以直流通路和交流通路不相同。直流通路:電容視為開路,電感視為短路交流通路:電容和電感作為電抗元件處理,一般電容按短路處理,電感按開路處理。直流電源因為其兩端的電壓固定不變,內阻視為零,故在畫交流通路時也按短路處理。要求同學能畫出一個放大電路的直流通路和交流通路。下面我們畫出基本共發射極電路的交、直流通路。課后練習題目(略)課題: 3.2 共

32、射放大電路的靜態分析和動態分析教學重點難點:1、了解放大電路靜態分析的物理意義。 2、掌握靜態的分析方法和結論 3、電路參數對Q點的影響以及對工作狀態的重要影響教學過程:一、概念1、靜態:無輸入信號ui時2、直流分析:又稱為靜態分析,用于求出電路的直流工作狀態,即基極直流電流IB;集電極直流電流IC;集電極與發射極間的直流電壓UCE。二、放大電路的直流工作狀態放大電器核心器件是具有放大能力的三極管,而三極管要保證在放大區,其e結應正向偏置,c結應反向偏置,即要求對三極管設置正常的直流工作狀態,如何計算出一個放大電路的直流工作狀態,是本節討論的主要問題。直流工作點,又稱靜態工作點,簡稱Q點它可通

33、過公式求出,也可以通過作圖的方法求出。(一)解析法確定靜態工作點根據放大電路的直流通路,可以估算出該放大電路的靜態工作點。求靜態工作點就是求IB IC UCE1. 求IB由于三極管導通時,UBE變化很小,可視為常數。一般地硅管 UBE0.60.8V 取0.7V鍺管 UBE0.10.3V 取0.2V當UCC、Rb已知,可求出IBQ2. 求IC3. 求UCE(二)圖解法確定靜態工作點三極管電流、電壓關系可用其輸入特性曲線和輸出特性曲線表示。我們可以在特性曲線上,直接用作圖的方法來確定靜態工作點。圖解法求Q點的步驟:1. 在輸出特性曲線所在坐標中,按直流負載線方程,作出直流負載線。2. 由基極回路求

34、出IBQ3. 找出這一條輸出特性曲線與直流負載線的交點即為Q點。讀出Q點的電流、電壓即為所求。【例】如下圖電路,已知Rb=280k,Rc=3k,Ucc=12V,三極管的輸出特性曲線也如下圖所示,試用圖解法確定靜態工作點。解:首先寫出直流負載方程,并做出直流負載線uCE=UCCiCRciC=0,uCE=UCC=12V,得M點;uCE=0,iC=UCC/Rc=12/3=4mA,得N點;連接MN,即得直流負載線。直流負載線與iB=IBQ=40A這一條特性曲線的交點,即為Q點,從圖上可得ICQ=2mA,UCEQ=6V。三、電路參數對靜態工作點的影響在后面我們將看到靜態工作點的位置十分重要,而靜態工作點

35、與電路參數有關。下面將分析電路參數Rb、Rc、UCC對靜態工作點的影響,為調試電路給出理論指導。1. Rb對Q點的影響RbIBQ工作點沿直流負載線下移RbIBQ工作點沿直流負載線上移2. RC對Q點的影響RC的變化,僅改變直流負載線的N點,即僅改變直流負載線的斜率。RCN點上升直流負載線變陡工作點沿ib=IBQ這一條特性曲線右移RCN點下降直流負載線變平坦工作點沿ib=IBQ這一條特性曲線左移3. UCC對Q點的影響UCC的變化不僅影響IBQ,還影響直流負載線,因此,UCC對Q點的影響較復雜。UCCIBQMN直流負載線平行上移工作點向右上方移動UCCIBQMN直流負載線平行下移工作點向左下方移

36、動實際調試中,主要通過改變電阻Rb來改變靜態工作點,而很少通過改變UCC來改變工作點。課題: 3.3 共射放大電路的動態分析教學重點難點:1、了解放大電路動態分析的物理意義。 2、掌握動態的分析方法和結論 3、動態時可能出現的失真和原因以及解決方法教學過程:一 、 放大電路的動態分析1、動態:簡單來講就是有輸入信號的時候我們討論當輸入端加入信號ui時,電路的工作情況。由于加進了輸入信號,輸入電流iB不會靜止不動,而是變化的。這樣三極管的工作狀態將來回移動,故又將加進輸入交流信號時的狀態稱為動態。2、交流分析:又稱為動態分析,用來求出電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。(一)圖解法分析動態特性通過

37、圖解法,我們將畫出對應輸入波形時的輸出電流和輸出電壓的波形。由于交流信號的加入,此時應按交流通路來考慮。交流負載。在信號的作用下。三極管的工作狀態的移動不再沿直流負載線,而是按交流負載線移動。因此,分析交流信號前。應先畫出交流負載線。1. 畫交流負載線交流負載線具有如下兩個特點交流負載線必通過Q點,因為當輸入信號ui的瞬時值為零時,如忽略電容C1和C2的影響,則電路狀態和靜態相同。交流負載線的斜率由決定。因此,按上述特點,可做出交流負載線,即通過Q點,作一條的直線,就是交流負載線。具體作法如下:首先作一條的輔助線(此線有無數條),然后過Q點作一條平行于輔助線的直線即為交流負載線。由于,所以,故

38、一般情況下交流負載線比直流負載線陡。交流負載線的另外一種作法:交流負載線也可以通過求出交流負載線在uCE坐標的截距,再與Q點相連即可得到。設截距點為,則有:推導過程如下:例:如下圖所示電路,做出交流負載線。已知Rb=280k,Re=3k,UCC=12V,RL=3k。解:首先做出直流負載線,求出Q點。做出交流負載線的輔助線取U=6V可得I=4mA,連接這兩點即為交流負載線的輔助線。過Q點做輔助線的平行線,即為交流負載線。也可以用:做出交流負載線。2. 畫輸入輸出的交流波形圖設電路使則:從圖28可讀出相應的數據,畫出波形,數據如下表所示t0/23/22iB/uA4060402040IC/mA232

39、12UCE/V64.567.56ic、ib、ube三者同相,uce與它們的相位相反。即輸出電壓與輸入電壓相位是相反的,這是共發射極放大電路的特征之一。(二)放大電路的非線性失真作為對放大電路的要求,應使輸出電壓盡可能的大,但它受到三極管非線性的限制,當信號過大或工作點選擇不合適,輸出電壓波形將產生失真。這些失真是由于三極管的非線性(特性曲線的非線性)引起的失真,所以稱為非線性失真。1. 由三極管特性曲線非線性引起的失真非線性失真。輸入特性曲線彎曲引起的失真。輸出曲線簇上疏下密引起的失真。輸出曲線簇上密下疏引起的失真。輸出曲線彎曲也引起失真。2. 工作點不合適引起的失真截止失真和飽和失真。截止失

40、真(波形圖如上)當工作點設置過低(IB過小),在輸入信號的負半周,三極管的工作狀態進入截止區。因而引起iB、iC、uCE的波形失真,稱為截止失真。對于NPN型共e極放大電路,截止失真時,輸出電壓uCE的波形出現頂部失真。對于PNP型共e極放大電路,截止失真時,輸出電壓uCE的波形出現底部失真。飽和失真當工作點設置過高(IB過大),在輸入信號的正半周,三極管的工作狀態進入飽和區。因而引起iC、uCE的波形失真,稱為飽和失真。對于NPN型共e極放大電路,飽和失真時,輸出電壓uCE的波形出現底部失真。對于PNP型共e極放大電路,飽和失真時,輸出電壓uCE的波形出現頂部失真。3最大不失真輸出電壓幅值U

41、max(或最大峰峰Up-p)由于存在截止失真和飽和失真,放大電路存在最大不失真輸出電壓幅值Umax(或最大峰峰Up-p) 最大不失真輸出電壓是指:當直流工作狀態已定的前提下,逐漸增大輸入信號,三極管尚未進入截止或飽和時,輸出所能獲得的最大不失真電壓。如ui增大首先進入飽和區,則最大不失真輸出電壓受飽和區限制,則如ui增大首先進入截止區,則最大不失真輸出電壓受截止區限制,則最大不失真輸出電壓值,選取其中小的一個。課題:3.4靜態工作點的穩定及其偏置電路教學重點難點:1、了解Q點與溫度的關系,2、掌握分壓式穩定靜態工作點的電路以及他的工作原理教學過程:一、溫度對晶體管的影響ICBOICE

42、O輸出特性曲線上移。UBEIB輸出特性曲線間距增大可見,IC二、電流反饋式偏置電路我們知道,工作點的變化集中在集電極電流Ic的變化。因此,工作點穩定的具體表現就是Ic的穩定。為了克服Ic的漂移,可將集電極電流或電壓變化量的一部分反過來饋送到輸入回路,影響基極電流Ib的大小,以補償IC的變化,這就是反饋法穩定工作點。反饋法中常用的電路有電流反饋式偏置電路、電壓反饋式偏置電路和混合反饋式偏置電路三種,其中最常用的是電流反饋式偏置電路,電路如上圖原理:ICUEUBEIBIC電路上要滿足要保持基極電位UB恒定,使它與IB無關UCC=(IR+IB)RB2+IRRB1IR>>IB說明UB與晶體

43、管無關,不隨溫度而改變。由于IE=UE/Re,所以要穩定工作點,應使UE恒定,不受UBE的影響,因此要求滿足條件UB>>UBE具備上述條件,就可以認為工作點與三極管參數無關,達到穩定工作點的目的。同時,當選用不同值的三極管時,工作點也近似不變,有利于調試和生產。穩定工作點的過程可表示如下:IEIEReUBEIE實際公式中應滿足如下關系IR(510)IB (硅管可以更小)UB(510)UBE對于硅管,UB=35V;鍺管,UB=13V。課題:3.5多級放大電路.教學重點難點:1、了解多級放大電路的作用,2、掌握三種耦合方式教學過程: 一般單管放大器的放大倍數有限,一些微弱的信號還不能夠

44、得到足夠的放大,這時候就需要多級放大電路來提高放大倍數。一、多級放大電路的組成多級放大電路方框圖如下所示。二:對多級放大電路的要求:對輸入級的要求,與信號源的性質有關,例如,當輸入信號源為高阻電壓源時,則要求輸入級也必須有高的輸入電阻(例如用共集電極放大電路),以減少信號在內阻上的損失。如果輸入信號為電流源,為了充分利用信號電流,則要求輸入級有較低的輸入電阻(例如用共基極放大電路)。中間級的主要任務是電壓放大,多級放大電路的放大倍數,主要取決于中間級,它本身就可能由幾級放大電路組成。輸出級主要是推動負載。當負載僅需較大的電壓時,則要求輸出具有大的電壓動態范圍。更多場合下,輸出級推動揚聲器、電機

45、等執行部件,需要輸出足夠大的功率,常稱為功率放大電路。二、多級放大電路的耦合方式:1阻容耦合(1) 電路圖:(2) 阻容耦合的優缺點:靜態工作點是相互獨立的,不互相影響,這給放大電路的分析、設計和調試帶來了很大的方便。而且只要電容選的足夠大,就可以使得前級輸出的信號在一定的頻率范圍內,幾乎不衰減地傳到下一級。所以阻容耦合方式在分立元件組成的放大電路中得到廣泛的應用。阻容耦合的缺點:不適用傳送緩慢變化的信號。更不能傳送直流信號;另外,大容量的電容在集成電路中難以制造,所以,阻容耦合在線性集成電路中無法采用。2直接耦合(1) 電路圖:為了避免電容對緩慢信號帶來的不良影響,去掉耦合電容,將前級輸出直

46、接連到下一級,我們稱之為直接耦合。但這又出現了新問題。第二級發射結正向電壓僅有0.7V左右,所以限制了第一級管子的集電極電壓,使其處于飽和狀態附近,限制了輸出電壓。如果選擇過大,將會使V2管的基極電流增大,可使V2管進入飽和,甚至燒毀V2管的發射結。解決辦法:在V2管的發射極接入電阻Re2,提高了V2管的基極電位UB2,從而保證第一級集電極可以有較高的靜態電位,而不致于進入飽和區。但是,Re2的接入,將使第二級的電壓放大倍數大降低。(加旁路電容因頻率低作用不大,如果頻率較高就采用阻容耦合方式)用穩壓管VDz代替電阻Re2,由于穩壓管的動態電阻很小,這樣可使第二級的放大倍數損失較小,解決了前一電

47、路物缺陷。但V2集電極電壓變化范圍變小,限制了輸出電壓的幅度。如果是多于二級的放大電路,還會帶來電平上移問題。(如果Uz=5.3V,則UB2=5.3+0.7=6V,為保證V2管工作在放大區,且也要求具有較大的動態范圍,即要求UCE2較大,設UCE2=5伏,則UC2=UE2=Uz=5+5.3V=10.3V。若有第三級,則UC3=UCE3+UE3=UCE3+UB3-0.7=UCE3+UC2-0.7=5+10.3-0.7=14.6V如此下去,使得基極、集電極電位逐級上升,最終由于UCC的限制而無法實現。)前一級的集電極經過穩壓管接至下一級基極,這樣既降低了UB2,又和致使放大倍數下降太多。但穩壓管噪

48、聲大。第二級采用PNP管,由于PNP管的集電極電位比基極電位低,可使各級獲得合適的工作點。在集成電路中經常采用這種電路形式。但輸入電壓為0時,輸出電壓不為0采用雙電源(正負電源)供電。可解決此問題。在第六章還要專門討論。3變壓器耦合通過變壓器,把初級的交流信號傳送到次級。而直流電壓和電流通不過變壓器。變壓器耦合主要用于功率放大電路。它的優點是不光實現交流的傳送而直流不能通過。而且可變換電壓和實現阻抗匹配。但缺點是體積大、重量大、頻率特性差。三、多級放大電路的指標計算1電壓放大倍數多級放大電路如下圖所示,其電壓放大倍數為:說明多級放大電路的電壓放大倍數,等于各級電壓放大倍數的乘積。2輸入輸出電阻

49、一般說來,多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻,而輸出電阻就是輸出級的電阻。由于多級放大電路的放大倍數為各級放大倍數的乘積,所以,在設計多級放大電路的輸入和輸出級時,主要考慮輸入電阻和輸出電阻的要求,而放大倍數的要求由中間級完成。具體計算輸入電阻和輸出電阻時,可直接利用已有的公式。但要注意,有的電路形式要考慮后級對輸入電阻的影響和前一級對輸出電阻的影響。課題:3.7差分放大電路教學重點難點:1、了解差分放大電路的特點作用2、此電路的兩種輸入方式和放大倍數3、明白為什么此電路可以有效的抑制零漂教學過程:1、電路圖:差動放大電路的基本形式如圖所示。2、電路特點:對電路的要求:兩個電路的參數完

50、全對稱,兩個管子的溫度特性也完全對稱。3、電路的作用:克服零點漂移(解釋什么是零點漂移)4、輸入方式和放大倍數:輸入信號可有兩種類型:共模信號和差模信號共模信號是指在差動放大管V1和V2的基極接入幅度相等、極性相同的信號。Uic1Uic2共模信號通常都是無用信號。共模信號對兩管的作用是同向的,共模放大倍數說明當差動放大電路對稱時,對共模信號的抑制能力特強。差模信號定義為幅度相等而極性相反的一對信號。差模放大電壓放大倍數:5、總結:動放大電路靠電路的對稱性,在電路的兩管集電極c1、c2間輸出,將溫度的影響抵消,這種輸出我們稱為雙端輸出。能有效的抑制零漂6、差分放大電路的一些參數(簡單介紹)1差模電壓放大倍數Aud差模電壓放大倍數Aud是在差模輸入信號的作用下,產生輸出電壓Uod 與差模輸入電壓Uid之比,即2共模電壓放大倍數Auc共模電壓放大倍數Auc是在共模輸入信號的作用下,產生輸出電壓Uoc 與差模輸入電壓Uic之比,即在Aud不變的條件下,Auc越小,共模抑制能力越強,零點漂移越小。3共模抑制比CMRRCMRR=Common Mode Rejection Ratio 共模抑制比共模抑制比CMRR是差模電壓放大倍數是差模電壓放大倍數Aud與共模放大倍數Auc

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