《电子技术基础》教案

《电子技术基础》教案适用学时：前60（54）学时编写日期：2006年2月1日《电子技术基础》教案2§绪言学时：1学时教学内容一、电子技术基础课的性质电子技术研究怎样通过各种半导体管以及由它们组成的电路将微弱电信号进行放大、变换或重新组合，然后应用到各个领域。电子技术基础课主要介绍半导体器件的结构、工作原理和功能等，进而说明各种基本电路的应用范围、效率和形式。二、电子技术基础课程的内容1、半导体器件二极管、三极管、场效应管等是最常用的半导体器件，本书重点介绍二极管、三极管、场效应管的结构、工作原理、特性和主要参数，以及它们的简单检测方法。2、放大和振荡电路放大电路的放大功能是电子技术的重要理论依据。3、集成运算放大器4、直流电源5、晶闸管电路6、门电路及组合逻辑电路7、触发器和时序电路三、课程目的和学习方法“电子技术基础”虽然是专业理论基础，但它具有很强的实践性。§第一章常用半导体器件第一节半导体的基本知识学时：1学时教学要求：1．了解半导体的一般概念2．理解半导体的导电机理与导电特性3．理解掺杂半导体的产生及导电类型4．了解PN结的概念5．理解PN结形成的原理及PN结的单向导电性教学内容一、半导体的导电特性价电子＋4空穴自由电子abc＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4共价键的两个价电子《电子技术基础》教案3（a）硅和锗原子的简化结构模型(b)晶体的共价键结构及电子空穴对的产生图1.1硅、锗原子结构模型及共价键结构示意图二、N型和P型半导体1、N型半导体在本征半导体中参入微量五价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.2所示。常用的三价元素的杂质有磷、砷和锑等。图1.2N型半导体的结构2、P型半导体在本征半导体中参入微量三价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.3所示。常用的三价元素的杂质有硼、铟等。图1.3P型半导体的结构三、PN结及其单向导电性1、PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型半导体和N型半导体的结合面上形成的物理过程示意图如图图图111...444所示。磷原子自由电子＋4＋4＋4＋4＋5＋4＋4＋4＋4电子一空穴对空穴硼原子＋4＋4＋4＋4＋3＋4＋4＋4＋4电子一空穴对内电场P区N区空间电荷区《电子技术基础》教案4图1.4PN结的形成2、PN结的单向导电性正偏与反偏：当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。（1）PN结的正向导通特性(a)正向偏置（b）反向偏置图1.5PN结的导电特性(2)PN结的反向截止特性第二节二极管学时：2学时教学要求：1．了解二极管的结构、图形符号、型号类型2．理解二极管的伏安特性及其主要参数3．掌握二极管的简单检测方法教学内容在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。（a）结构（b）电路符号（c）实物外形图1.6二极管结构、符号及外形(1)最大整流电流I(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VR(3)反向电流IR－外壳(阴极)(阳极)PN阳极引线阴极引线VD－＋(阴极)R外电场内电场IR空穴(多数)电子(多数)NP变薄NP变厚IR≈0R外电场内电场电子(少数)空穴(少数)《电子技术基础》教案5七、二极管的识别和间易检测方法在实践中，常用万用表的电阻档来测量二极管的电阻以判断它的极性及其质量好坏。万用表的红笔(正端)接表内电池的负级，黑笔（负端）接表内电池的正极。要注意的是，由于二极管正向特性曲线起始端的非线性，PN接的正向电阻是随外加电压的变化而变化的，所以同一二极管用R×100和R×1K档时测得的正向电阻读数是不一样的。第三节三极管学时：4学时教学要求：1了解三极管的结构、图形符号、型号类型、分类2．理解三极管的放大作用和原理、特性曲线、主要参数3．掌握三极管的识别和简单检测方法教学内容一、三极管的结构、符号和类型图1.8三极管的结构示意图及其在电路中的符号uv/V015105£¨μA£©iv/mAABB¡äA¡ä-5IR0.20.40.60.8C¡äD¡äDC-30-U£¨BR£©¹èÕà图1.7二极管伏安特性曲线基极bbceceb集电区发射区发射结集电结基极bccbeeb基区发射极e集电极cNPN发射极e集电极cPNP《电子技术基础》教案6二、三极管的电路放大作用1、三极管的工作电压要使三极管具有正常的电流放大作用，必须在其发射结上加正向偏置电压，在集电结上加反向偏置电压。2、三极管内电流分配关系3、三极管的电流放大作用三、三极管的特性曲线三极管的特性曲线是描述三极管各极的电压和电流变化关系的曲线，一些重要参数均可以从特性曲线上反映出来。四、三极管的主要参数1、电流放大系数2、极间反向电流五、三极管的识别和简单的测试作业教材P235、6、7§课题一二、三极管检测实验学时2学时§第五节其他半导体器件学时：2学时教学要求：1、了解稳压二极管、开关二极管、变容二极管、发光二极管的原理、图形符号、性能、应用等基本知识教学内容一、稳压二极管稳压二极管是一种特殊的二极管，它的正常工作区为PN结的反向击穿区，由于制作工艺上采取了特殊的措施，在一定的反向电流数值内不会损坏，其特点是反向电流在一定范围内变化时稳压管两端的电压几乎不变。二、开关二极管uBE/v0.2uCE/v（a）（b）uCE≥1VuCE=00.80.60.4iB/μA1008060402025℃饱和区放大区100μA80μA60μA40μA20μAiB=0μA108642ic/mA4321截止区图1.9三极管的特性曲线《电子技术基础》教案7开关二极管和前述普通二极管的导电特性相同，即加正向偏置电压导通，正向电阻小；加反向偏置电压截止，反向电阻很大。二极管的这一特性在电路中可起到接通和关断的作用。三、变容二极管变容二极管具有显著的变容效应，当变容二极管加上反向电压时，其PN结的结电容随着反向电压变化而变化。四、发光二极管发光二极管通常用砷化镓半导体等制成，它在通过正向电流时会发光，发光的颜色取决于所用的材料，可发出红、黄、绿及红外光等作业教材P697、8、9第二章放大和振荡电路§2－1低频电压放大电路学时：2学时教学要求：1、了解放大器的概念2、理解放大器的工作原理3、掌握低频电压放大电路的组成教学内容本章侧重介绍公发射极基本放大电路，因为在电工技术中，工作频率一般属于低频范围，共发射极放大电路应用最为广泛，掌握它的分析方法就可以为学习其他放大电路打下良好的基础。一、共发射极基本放大电路三极管处于放大状态时必须满足发射结正偏、集电结反偏的外部条件，对三极管放大电路来说也是如此。下面讨论如果放大电路中三极管的基极不加偏置电压，将会发生什么情况。1、不设静态工作点的放大电路当放大器的输入信号0iu时，三极管的基极回路和集电极回路中只有直流通过，放大器这时的状态称为静态。静态时的基极电流、集电极电流和集射极电压分别用BQI、CQI和CEQU表示。通常将静态时的基极电流BQI称为基极偏置电流，将CQI和CEQU的交点Q称为静态工作点。图2－1所示是一个不设静态工作点的电路，因为电路中基极未加偏置电压。《电子技术基础》教案8ICQUCEQIBQiBtttttuiiCui+iB+VBBRb–+–图2.2(a)ui=0时（静态）VCCRc–uCEuoiCuCEuo2、静态工作点的设置为了消除上述电路产生的严重失真，必须在放大器的静态时设置一个合适的静态工作点，即在三极管的基极回路中加一偏置电压，为基极提供一个合适的偏置电流BQI。在给三极管加了一个合适的偏置电流BQI后，相应的就有一定大小的BEQU、CQI和CEQU，使放大器具有合适的静态工作点。这时再来考虑有一个较小的正弦交流信号输入时的情况（称为放大电路的动态）。由上面的分析可以看出，给放大器设置一个合适的工作点，即给三极管的基极加一个偏置电压，提高基极电压而避开“死区”，使三极管基本工作在输入特性曲线的直线段，使可避免输入信号在放大过程中产生失真。二、共发射极放大电路的工作原理(a)ui=0静态工作情况；(b)ui=sinwt动态工作情况§2－2共发射极放大电路的分析学时：4学时教学要求：1．了解直流通路与交流通路的含义与画法2．理解图解分析法3．理解电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的意义，并会进行近似估算4．掌握静态工作点的近似估算教学内容一、直流通路和交流通路ui+–Rb1+–VCCRcuoRb2RL图2.1共发射极放大电路ICQUCEQIBQiBtttttuiiCui+iB+VBBRb–+–图2.2(b)ui=sinwt时（动态）VCCRc–uCEuoiCuCEuo《电子技术基础》教案91、直流通路直流通路就是放大电路的直流等效电路，是在静态时放大电路的输入回路和输出回路的直流电流流通的路径。由于电容器对直流相当于断开，因此画直流通路时，把有电容器的支路断开，其他不变。2、交流通路交流通路就是放大电路的交流等效电路，是动态时放大电路的输入回路和输出回路的交流电流流通的路径。由于电容器对交流近似短路，因此画交流通路时，可将电容器简化成一直线。另外电源的内阻也很小，也可以视为对交流短路，因此画交流通路时，将电源也简化成一直线。二、近似估算法1、近似估算静态工作点近似估算静态工作点时用直流通路，可得：BBEQCCBQRUUI从三极管的输入特性和实际测量可知道，三极管的UBEQ很小，硅管约0.7V，锗管约为0.3V，与电源电压相比，UBEQ可忽略，因此上式可写为：BCCBQRUI根据三极管的电流关系CEOBCIII,忽略穿透电流ICEO时有：BQCQII从集电极回路来看：CCQCEQCCRIUU经整理后可得：CCQCCCEQRIUU2、近似估算放大电路的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数输入电阻大小为：iiiiuR输出电阻大小为：CceoRrR//三、图解分析法用图解分析放大器的工作原理时，需要利用三极管的输入和输出特性曲线，以及放大器有关元器件的参数。先分析静态，然后再分析动态。1、用图解法确定静态工作点的步骤：（1）在ic、uce平面坐标上作出晶体管的输出特性曲线。（2）根据直流通路列出放大电路直流输出回路的电压方程式：UCE=VCC－IC·RC（3）根据电压方程式，在输出特性曲线所在坐标平面上作直流负载线。因为两点可决定一条直线，所以分别取（IC=0，UCE=VCC）和（UCE=0，IC=EC/Rc）两点，这两点也就是横轴和纵《电子技术基础》教案10轴的截距，连接两点，便得到直流负载线。（4）根据直流通路中的输入回路方程求出IBQ。（5）找出IB=IBQ这一条输出特性曲线，该曲线与直流负载线的交点即为Q点（静态工作点），该Q点直观地反映了静态工作点（IBQ、ICQ、UCQ）的三个值。即为所求静态工作点的值。2、动态时的图解分析（1）在放大电路静态分析的基础上，根据静态工作点的数值及相关公式，求出rbe。（2）画出放大电路的微变等效电路。（3）根据微变等效电路及Au、ri、ro的定义式，分别求出Au、ri、ro。§2－3静态工作点的稳定学时：4学时教学要求：1、了解静态工作点稳定的因素2、理解常用的几种稳定工作点的偏置电路的工作原理教学内容一、温度对静态工作点的影响(a)温度变化对ICBO的影响：温度T上升输出特性曲线上移。(b)温度变化对输入特性曲线的影响温度T上升输入特性曲线左移。(c)温度变化对b的影响：温度T上升输出特性曲线族间距增大。图2.3分压式偏置放大电路1、工作点稳定过程（1）由基极电阻R1、R2分压而得到固定的基极电位UB。（2）利用发射极电阻Re的电流负反馈作用稳定静态工作点。（1）画出放大电路的直流通路（2）由直流通路列出输入回路和输出回路方程，代入方程，分别求出IBQ、ICQ、UCEQ。作业教材P6911、12、13§课题二低频小信号电压放大电路实验学时4学时C1Ce+++uoIEI2I1ReR2＋VCCVC2RLR3R1+ui－R