電子技術(shù)基礎(chǔ)電子教案

第一章半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

第一節(jié)半導(dǎo)體二極管

教學(xué)目的：1、了解半導(dǎo)體材料

2、知道PN結(jié)的特性

3、了解晶體二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理

4、掌握基本二極管電路的分析方法

教學(xué)重點：1、PN結(jié)導(dǎo)電特性

2、二極管的導(dǎo)電特性及主要參數(shù)

教學(xué)難點：1、PN結(jié)導(dǎo)電特性

2、二極管伏安特性

教學(xué)方法與手段：1、教師講授與學(xué)生練習(xí)、實驗實訓(xùn)相結(jié)合。

2、板書與多媒體課件相結(jié)合。

課時計劃：4課時

一、本征半導(dǎo)體

純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

1）半導(dǎo)體的特性

按導(dǎo)電能力物質(zhì)劃分為:導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：有熱敏性、光敏性和摻雜性。

本征激發(fā)：我們把在熱或光的作用下,本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)

象，稱為本征激發(fā)，又稱為熱激發(fā)。本征激發(fā)產(chǎn)生了電子-空穴對。

二、雜質(zhì)半導(dǎo)體

1）N型半導(dǎo)體

在純凈的半導(dǎo)體硅（或褚）中摻入微量五價元素（如磷）后，就可成為

N型半導(dǎo)體，在這種半導(dǎo)體中啟由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，導(dǎo)電以電子為主，故

此類半導(dǎo)體亦稱電子型半導(dǎo)體。

自由電子一多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴一少數(shù)載流子（簡稱少子）

G④OQQQ

?oO

G④OOOQ

?④OoO

仇④?0QQ

OO

?。

N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體

2）P型半導(dǎo)體

在硅（或褚）的晶體內(nèi)摻入少量三價元素雜質(zhì)，如硼（或錮）等，就構(gòu)

成了P型半導(dǎo)體，在這種半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)小于空穴數(shù)，導(dǎo)電以

空穴為主，故此類半導(dǎo)體亦稱為空穴型半導(dǎo)體。

三、PN結(jié)

1）PN結(jié)的形成

在一塊完整的晶片上，通過一定的摻雜工藝,一邊形成P型半導(dǎo)體,另一

邊形成N型半導(dǎo)體。在交界面兩側(cè)形成一個帶異性電荷的離子層,稱為空

間電荷區(qū),并產(chǎn)生內(nèi)電場，其方向是從N區(qū)指向P區(qū)內(nèi)電場的建立阻礙了

多數(shù)載流子的擴(kuò)散運動，隨著內(nèi)電場的加強，多子的擴(kuò)散運動逐步減弱，直至

停止，使交界面形成一個穩(wěn)定的特殊的薄層，即PN結(jié)。因為在空間電荷區(qū)

內(nèi)多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對方并復(fù)合掉了，或者說消耗盡了，因此空間電荷區(qū)

又稱為耗盡層。

PN結(jié)合因多子濃度差多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)

形成內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。

①0aP區(qū)-空間電荷區(qū)AN區(qū)

O))G一O

。0QJ④?張0O

OG一O?

°oJ④*

。O0oG0O?

°°Q④,④0。?

<----內(nèi)電場萬向

載流子的擴(kuò)散運動

PN結(jié)及其內(nèi)電場

2)PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?/p>

偏置電壓：在PN結(jié)兩端外加電壓,稱為給PN結(jié)以偏置電壓。

(1)PN結(jié)正向偏置

正向偏置：給PN結(jié)加正向偏置電壓，即P區(qū)接電源正極,N區(qū)接電源負(fù)極,

此時稱PN結(jié)為正向偏置(簡稱正偏)，此時PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。

空間電荷區(qū)

->1變窄

?②，

O

P雷N

G

八v1內(nèi)電場

外電場一

—E>R

如上圖所示。由于外加電場與內(nèi)電場的方向相反，因而削弱了內(nèi)電場,

使PN結(jié)變窄，促進(jìn)了多子的擴(kuò)散運動。形成了較大的正向電流。

(2)PN結(jié)反向偏置

反向偏置：給PN結(jié)加反向偏置電壓，即N區(qū)接電源正極,P區(qū)接電源負(fù)極,

稱PN結(jié)反向偏置(簡稱反偏)。只有少數(shù)載流子形成的很微弱的電流，稱為

反向電流。

空間電荷區(qū)

O一O變O寬④一④①

POOO④G罌N

OOO④④

——內(nèi)電場

----外電訪

ER

------1I—

如上圖所示。由于外加電場與內(nèi)電場的方向一致，因而加強了內(nèi)電場,

使PN結(jié)加寬，阻礙了多子的擴(kuò)散運動。在外電場的作用下，應(yīng)當(dāng)指出，少數(shù)

載流子是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的，因而PN結(jié)的反向電流受溫度影響很大。結(jié)

論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＜醇诱螂妷簳r導(dǎo)通，加反向電壓時截止。

四、半導(dǎo)體二極管

一)、二極管的結(jié)構(gòu)

二極管的結(jié)構(gòu)外形及在電路中的文字符號如圖4.7所示，

(a)結(jié)構(gòu)；(b)符號；(c)外形

在圖所示電路符號中，箭頭指向為正向?qū)娏鞣较颉?/p>

類型：

(1)按材料分:有硅、諸二極管和碑化錢二極管等。

(2)按結(jié)構(gòu)分:有點接觸型、面接觸型二極管、平面型二極管。

(3)按用途分:有整流、穩(wěn)壓、開關(guān)、發(fā)光、光電等二極管。

(4)按封裝形式分:有塑封及金屬封等二極管。

(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二極管。

二)、二極管的伏安特性

二極管伏安特性曲線

若以電壓為橫坐標(biāo),電流為縱坐標(biāo)，用作圖法把電壓、電流的對應(yīng)值用

平滑的曲線連接起來，就構(gòu)成二極管的伏安特性曲線，如上圖所示(圖中虛

線為褚管的伏安特性，實線為硅管的伏安特性)。下面對二極管伏安特性

曲線加以說明。

1.正向特性：二極管兩端加正向電壓時，就產(chǎn)生正向電流，當(dāng)正向電壓較小

時,正向電流極小(幾乎為零)，這一部分稱為死區(qū)相應(yīng)的A(A。點的電壓

稱為死區(qū)電壓或門檻電壓(也稱閾值電壓。如上圖中OA(OA')段。

死區(qū)電壓：硅管約為0.5V,諸管約為0.1V

當(dāng)正向電壓超過門檻電壓時，正向電流就會急劇地增大，二極管呈現(xiàn)很小

電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)。正向?qū)▔航担汗韫艿恼驅(qū)▔航导s為

0.6?0.7V,褚管約為0.2?0.3V。如圖4.8中AB(AB)段。二極管正向?qū)?/p>

時,要特別注意它的正向電流不能超過最大值，否則將燒壞PN結(jié)。

2.反向特性：二極管兩端加上反向電壓時，在開始很大范圍內(nèi)，二極管相當(dāng)

于非常大的電阻,反向電流很小，且不隨反向電壓而變化。此時的電流稱之

為反向飽和電流IR,見上圖中0C(0C)段。

3、二極管的擊穿特性

反向擊穿：二極管反向電壓加到一定數(shù)值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)

象稱為反向擊穿。此時對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓，用UBR表示，如C'

6)段。

三)、二極管的主要參數(shù)

1.最大整流電流IF

2.最大反向工作電壓URM

本課小結(jié)：

1.PN結(jié)是組成半導(dǎo)體二極管和其他有源器件的重要環(huán)節(jié)。

2.當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時正向偏置時的情況，加反向電壓時反向偏置

的情況。

3.PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

4、二極管的重要特性是單向?qū)щ娦浴?/p>

5、二極管的主要參數(shù)有最大整流電流、最大反向電壓和最大反向電

流。

練習(xí)題與作業(yè)題：

1、思考題：PN結(jié)在什么情況下正偏？什么情況下反偏？

2、作業(yè)題：PN結(jié)為什么具有單向?qū)щ娦?

3、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材P201-50

第二節(jié)半導(dǎo)體三極管

教學(xué)目的：了解半導(dǎo)體三極管結(jié)構(gòu)、輸入輸出特性曲線、主要參數(shù)。

教學(xué)重點：了解半導(dǎo)體三極管結(jié)構(gòu)、輸入輸出特性曲線、主要參數(shù)。

教學(xué)難點：輸入輸出特性曲線、電流放大作用。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)、實驗實訓(xùn)相結(jié)合；板書與多媒體

課件相結(jié)合。

課時計劃：4課時

一.晶體三極管的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)組成：由兩個PN結(jié)、3個雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域和三個電極組成，雜

質(zhì)半導(dǎo)體有P、N型兩種。

三個區(qū)：基區(qū)---很薄。一般僅有1微米至幾十微米厚.

發(fā)射區(qū)--發(fā)射區(qū)濃度很高。

集電區(qū)--集電結(jié)截面積大于發(fā)射結(jié)截面積。

兩個PN結(jié)：發(fā)射結(jié)--為發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)。

集電結(jié)--為集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)。

三個電極：發(fā)射極e、基極b和集電極c;分別從這三個區(qū)引出的電

極。

三個區(qū)組成形式：有NPN型和PNP型兩種。結(jié)構(gòu)和符號如圖5.1.1

所示。

NPN型晶體三極管的結(jié)構(gòu)圖及表示符號PNP型

三極管種類：

按基片材料分--硅管，目前國內(nèi)生產(chǎn)硅管多為NPN型（3D系

歹I」）；

諸管，目前國內(nèi)生產(chǎn)褚管多為PNP型（3A系列）。

按頻率特性分一高頻管和低頻管。

按功率大小分---大功率管、中功率管和小功率管等。

按組成形式分--有NPN型和PNP型兩種。實際應(yīng)用中采用NPN

型三極管較多。

PNP型和NPN型三極管表示符號的區(qū)別是發(fā)射極的箭頭方向不

同，這個箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向偏置時的電流方向。

二、電流放大原理

（1）產(chǎn)生放大作用的條件

內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度＞＞基區(qū)＞＞集電區(qū)

b）基區(qū)很薄

外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程

a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流iE

b）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流iB

c）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子，形成集電極電流Ic

（3）電流分配關(guān)系：

N'

—>P

11j11N-

°BBV/E

1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程

2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過程

3）電子被集電區(qū)收集的過程

三極管的電流放大作用：

實驗表明Ic比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有。1B雖然很小，但對Ic有控

制作用，Ic隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電

流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是

三極管的電流放大作用。當(dāng)ICBO可以忽略時，上式可簡化為把集電極電

流的變化量與基極電流的變化量之比定義為三極管的共發(fā)射極交流電流放

大系數(shù)B,其表達(dá)式為：

Ic^L

三、晶體三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是指各電極間電壓和電流之間的關(guān)系曲線。

三極管特性曲線的測試電路

（-）輸入特性曲線

三極管的輸入特性曲線如圖下圖所示。

十4B-004（）-8UBEN

測量三極管特性的實驗電路三極管的輸入特性曲線

1.當(dāng)UCE=0時

從輸入端看進(jìn)去,相當(dāng)于兩個PN結(jié)并聯(lián)且正向偏置,此時的特性

曲線類似于二極管的正向伏安特性曲線。

2.當(dāng)UCE“V時

圖中可見，的曲線比UCE=0V時的曲線稍向右移

移動。但當(dāng)UCE22V后,曲線基本重合。

（二）輸出特性曲線

（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置。

=P^B

（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置o

iB<0,ic?0

（3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置。

,飽和區(qū)100uA

80nA

放60口A

大40uA

區(qū)20uA

截止區(qū)

,々=0

6912/V

四、晶體三極管的主要參數(shù)

1、三極管為共發(fā)射極接法

靜態(tài)（直流）電流放大系數(shù)萬：三極管為共發(fā)射極接法，在集電極-發(fā)射

極電壓UCE一定的條件下，由基極直流電流IB所引起的集電極直流電流

與基極電流之比，稱為共發(fā)射極靜態(tài)（直流）電流放大系數(shù)，記作：

下=-1CEO工上

1BIB

動態(tài)（交流）電流放大系數(shù)B：當(dāng)集電極電壓UCE為定值時，集電極電流

變化量Ale與基極電流變化量之比，即：

Me

△IB

(二)極間反向截止電流

1、發(fā)射極開路，集電極-基極反向截止電流ICBO0

2、基極開路，集電極-發(fā)射極反向截止電流IcEOoIcEO是當(dāng)三極管基

極開路而集電結(jié)反偏和發(fā)射結(jié)正偏時的集電極電流。也叫穿透電流。

ICEO=(1+0)ICBO，他們均隨溫度的上升而增大。

(三)極限參數(shù)

L集電極最大允許電流1CM：當(dāng)ic超過一定數(shù)值時0下降，0下降到正常

值的2/3時所對應(yīng)的Ie值為1CM,當(dāng)Ic>IcM時，可導(dǎo)致三極管損壞。

2、集電極最大耗散功率PCM集電極最大耗散功率是指三極管正常工作時

最大允許消耗的功率。致?lián)舸┘釉诩姌O一發(fā)射極之間允許的最高

反向電壓。U(BR)CEO為發(fā)射極開路時集電結(jié)不致?lián)舸?，施加在集電極一基

極之間允許的最高反向電壓。U(BR)EBO為集電極開路時發(fā)射結(jié)不致?lián)舸?/p>

施加在發(fā)射極一基極之間允許的最高反向電壓。使用中?。?/p>

UCE4(RU(BR)CEO

本課小結(jié)

1,三極管有硅管和褚管兩種，硅管和褚管均有NPN型和PNP型兩類。

2.為使三極管具有放大作用，必須滿足的加電原則。

3.三極管放大作用的主要公式：

(1)IE=IC+1B(2)【B(3)"B

4.三極管的特性曲線：是指各電極間電壓和電流之間的關(guān)系曲線。

5.三極管的三種工作狀態(tài)：1）放大；2）截止；3）飽和

6.三極管的極限參數(shù)：1）集電極最大允許電流1CM；

2）集電極最大耗散功率PCM

3）反向擊穿電壓U（BR）CEO

練習(xí)與作業(yè)：《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材、、

P211-61-71-8.1-9.l-10o

第三節(jié)場效應(yīng)管

教學(xué)目的：1、了解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)。

2、掌握場效應(yīng)管的工作原理。

教學(xué)重點：絕緣柵型場效應(yīng)管的工作原理。

教學(xué)難點：絕緣柵型場效應(yīng)管的工作原理。

教學(xué)方法與手段：1、教師講授與學(xué)生練習(xí)相結(jié)合。

2、板書與多媒體課件相結(jié)合。

課時計劃：3課時。

一'場效應(yīng)管的特點及分類。

1、特點

場效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件，

工作時，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。FET因其制造

工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)

用。

2、分類

溝道

增強型p

絕緣柵場效應(yīng)管＜rt溝道

溝道

FET分類:I耗盡型F

I溝道

結(jié)型場效應(yīng)管溝道

r心溝道

od

片片口

付萬:g

0<

0b

0

S襯底b

二'絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、結(jié)構(gòu)

絕緣柵型場效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductorFET),簡稱

MOSFET,分為：增強型：N溝道、P溝道

耗盡型:N溝道、P溝道

1.N溝道增強型MOS管

(1)結(jié)構(gòu)

4個電極：漏極D,

源極S,柵極G和襯底B。

(2)工作原理

①柵源電壓UGS的控制作用

當(dāng)UGS=OV時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的二極管，在d、s之間加

上電壓也不會形成電流，即管子截止。當(dāng)UGS>0V時一縱向電場T將靠

近柵極下方的空穴向下排斥T耗盡層。再增加UGS-縱向電場T-將P區(qū)

少子電子聚集到P區(qū)表面一形成導(dǎo)電溝道，如果此時加有漏源電壓，就

可以形成漏極電流id。

定義：

開啟電壓(UT)——剛剛產(chǎn)生溝道所需的

柵源電壓UGS0

N溝道增強型MOS管的基本特性：

UGS<UT,管子截止，

UGS>UT,管子導(dǎo)通。

UGS越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓UDS作用下，漏極電流ID越

②漏源電壓UDS對漏極電流id的控制作用

當(dāng)UGS>UT,且固定為某T直時，來分析漏源電

壓VDS對漏極電流ID的影響。(設(shè)UT=2V,UGS=4V)

==

(a)UdsO時,id0o

(b)UdsT—idT；

同時溝道靠漏區(qū)變窄。

(c)當(dāng)Uds增加到使Ugd=UT時,

溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。

(d)Uds再增加，預(yù)夾斷區(qū)

加長，Uds增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，id基本不變。

(3)特性曲線

①輸出特性曲線：

四個區(qū)：

可變電阻區(qū)(預(yù)夾斷前)。

恒流區(qū)也稱飽和區(qū)(預(yù)夾斷后)。

夾斷區(qū)(截止區(qū))。

擊穿區(qū)。

②轉(zhuǎn)移特性曲線：

可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。

例：作UDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線:

一個重要參數(shù)一一跨導(dǎo)gm：

gm=io/UGSuos=const（單位mS）

gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。

在轉(zhuǎn)移特性曲線上，gm為的曲線的斜率。

在輸出特性曲線上也可求出gmo

2、N溝道耗盡型MOSFET

在柵極下方的Si02層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時,

這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。

特點：

當(dāng)UGS=O時，就有溝道，加入UDS,就有iDo

當(dāng)UGS>0時，溝道增寬，iD進(jìn)一步增加。

N溝道耗盡型MOSFET的特性曲線

輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線

村底b

三、P溝道耗盡型MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電

的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型

和PNP型一樣。

4.MOS管的主要參數(shù)

1)開啟電壓UT

(2)夾斷電壓UP

(3)跨導(dǎo)gm：gm=\D/UGSUDs=const

(4)直流輸入電阻RGS——柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有

sio2絕緣層，輸入電阻可達(dá)109?1015。

三、結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與工作原理(同學(xué)們自已分析)

本課小結(jié)：

1、FET分為JFET和MOSFET兩種。

2、工作時只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此稱為單極性晶體管。

3、FET是一種電壓控制電流型器件。改變其柵源電壓就可以改變其漏極

電流。

4、FET的特性可用轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線來描述。其性能可以用

一系列參數(shù)來表征。

本課小結(jié)：1、場效管有兩種，結(jié)型與絕緣柵型。

2、絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與工作原理。

3、絕緣柵型場效應(yīng)管的特點及參數(shù)。

練習(xí)與作業(yè)：《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材P211-11.1-12.1-13

第二章整流與濾波電路

教學(xué)目的：了解整流、濾波、穩(wěn)壓的工作原理。

教學(xué)重點：單相橋整流電路工作原理、電容濾波、二極管穩(wěn)壓電路。

教學(xué)難點：單相橋式整流電路。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)、實驗實訓(xùn)相結(jié)合；板書與多媒

體課件相結(jié)合。

課時計劃：3課時

第一節(jié)單相整流電路

整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換

成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為

單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波

整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。

一、半波整流電路

上圖是單相半波整流電路。它是最簡單的整流電路，由整流變壓器開、

整流元件D(晶體二極管)及負(fù)載電阻RL組成。

2、工作原理

當(dāng)U2為正半周時，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負(fù)

載，并且和二極管上的電流相等，即i0=ido忽略二極管的電壓降，則負(fù)

載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即Uo=U2,輸出電壓u。的波形

與U2相同。

當(dāng)U2為負(fù)半周時，二極管D承受反向電壓而截止。此時負(fù)載上無電流流

過，輸出電壓Uo=0,變壓器副邊電壓U2全部加在二極管D上。

3、負(fù)載兩端電壓、流過負(fù)載的電流及二極管兩端最高反相電壓與流過二

單相半波整流電壓的平均值為：

1兀L

U。=—\>I2Usin^j((yz)=—1/=0.45(7

2〃o2兀22

流過負(fù)載電阻&的電流平均值為：

0.45

0工區(qū)

&RL

流經(jīng)二極管的電流平均值與負(fù)載電流平均值相等，即：

ZD=ZO=0.45-^

二極管截止時承受的最高反向電壓為的的最大值，即:

“RM=U2M=6U2

例有一單相半波整流電路，如圖5-2(a)所示。已知負(fù)

載電阻時=750。，變壓器副邊電壓。2=20V,試求U。、I。,

并選用二極管。

解

UQ=0.45。2=0.45x20=9(V)

U9

=j=——=0.012(A)=12(mA)

750

/D=/。=12(3)

°DRM=V2t/2=V2x20=28.2(V)

查半導(dǎo)體手冊，二極管可選用2Ap4,其最大整流電流為

16mA,最高反向工作電壓為50V。為了使用安全，二極管的反

向工作峰值電壓要選得比UDRM大一倍左右。

二、單相橋式整流電路

由四個二極管接成電橋的形式構(gòu)成的。

1、工作原理

U2為正半周時，a點電位高于b點電位，二極管Di、D3承受正向電壓

而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：a-Di-RL

-D3tb。

a

?

+J.+

凡仇0

U2為負(fù)半周時，b點電位高于a點電位，二極管D2、D4承受正向電壓

而導(dǎo)通，Di、D3承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：b-D2TRL

-DLa。

>

3、負(fù)載兩端電壓、流過負(fù)載的電流及二極管兩端最高反相電壓與流過二

單相全波整流電壓的平均值為：

極方

Uosin&d（初）=2交U2=094

乃0冗

流過負(fù)載電阻&的電流平均值為：

1。="=。9幺

RLRL

流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半,

即：

每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為“2的

最大值，即：

URM=U2M=2

整流變壓器副邊電壓有效值為：

U-,=2=1.11。。

-0.90

整流變壓器副邊電流有效值為：

，2=5=1.11幺=111/。

RLRL

由以上計算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。

例：試設(shè)計一臺輸出電壓為24V,輸出電流為1A的直流電

源，電路形式可采用半波整流或全波整流，試確定兩種電路形式

的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。

解：（1）當(dāng)采用半波整流電路時，變壓器副邊繞組電壓有

效值為：

U2=幺=二=53.3V

?0.450.45

整流二極管承受的最高反向電壓為：

URM=同2=L41X53.3=75.2V

流過整流二極管的平均電流為：

‘D=/<>=1A

因此可選用2czi2B整流二極管，其最大整流電流為3A,

最高反向工作電壓為200V。

（2）當(dāng)采用橋式整流電路時，變壓器副邊繞組

電壓有效值為：

jr_Uo_24

Uo===26./V

-0.90.9

整流二極管承受的最高反向電壓為：

0KM=V2t72=1.41x26.7=37.6V

流過整流二極管的平均電流為：

ZD=1/O=0.5A

因此可選用四只2CZ11A整流二極管，其最大整

流電流為1A,最高反向工作電壓為100V。

三、單相全波整流電路的工作原理由同學(xué)們自行分析

本課小結(jié)：L介紹了整流的概念。

2、了解了單相半波整流電路的結(jié)構(gòu)及工作原理。

3、掌握了單相橋式整流電路的結(jié)構(gòu)及工作原理。

4、整流電路的有關(guān)計算。

練習(xí)與作業(yè)：《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材P352-2、2-1、2-3、2-4、2-5、

2-60

第二節(jié)濾波電路

教學(xué)目的：了解濾波常用的元件及工作原理。

教學(xué)重點：單相橋整流電路電容濾波電路。

教學(xué)難點單相橋式整流電路電容濾波電路。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)相結(jié)合；板書與多媒體課件相結(jié)

合。

課時計劃：3課時

濾波的概念：整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動較大，在某些

應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。但許多電子設(shè)備

需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流

成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能

組成：電容器與負(fù)載并聯(lián)，是一個最簡單的濾波器。

原理：假設(shè)電路接通時恰恰在的由負(fù)到正過零的時刻，這時二

極管D開始導(dǎo)通，電源畋在向負(fù)載&供電的同時又對電容C

充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓“c緊隨輸入電壓

“2按正弦規(guī)律上升至刈的最大值。然后的繼續(xù)按正弦規(guī)律下

降，且“2<〃c，使二極管D截止，而電容C則對負(fù)載電阻

出按指數(shù)規(guī)律放電。氣降至的大于"C時，二極管又導(dǎo)通，電

容。再次充電……。這樣循環(huán)下去，的周期性變化，電容C

周而復(fù)始地進(jìn)行充電和放電，使輸出電壓脈動減小，如圖9-4

(b)所示。電容C放電的快慢取決于時間常數(shù))

的大小，時間常數(shù)越大，電容C放電越慢，輸出電壓人就越

平坦，平均值也越高。

單相半波整流電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電

容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時波動較大，說明它的帶負(fù)載能力較

差，只迄?4U。

Q.9U0

o

橋式整流電容濾波電路的工作原理與半波相似，只不過是一個周期充放

一般常用如下經(jīng)驗公式估算電容濾波時的輸出電壓平均值。

隹半波：uo=u2

全波：Uo=1.2C/2

為了獲得較平滑的輸出電壓，一般要求之2(10?15)」-，即：

CDC

r=/?LC>(3~5)y

式中7為交流電壓的周期。濾波電容C一般選擇體積小，容量大的電

解電容器。應(yīng)注意，普通電解電容器有正、負(fù)極性，使用時正極必須接高

電位端，如果接反會造成電解電容器的損壞。

加入濾波電容以后，二極管導(dǎo)通時間縮短，且在短時間內(nèi)承受較大的

沖擊電流('c+i。)，為了保證二極管的安全，選管時應(yīng)放寬裕量。

單相半波整流、電容濾波電路中，二極管承受的反向電壓為

?DR=?c+?2,當(dāng)負(fù)載開路時，承受的反向電壓為最高，為：

URM—2叵1]2

例：設(shè)計一單相橋式整流、電容濾波電路。要求輸出電壓

U0=48V,已知負(fù)載電阻號-=100。，交流電源頻率為50Hz,試選

擇整流二極管和濾波電容器。

解：流過整流二極管的平均電流：

黃

——I--------=—x=0.24A=240mA

2°2RL2100

變壓器副邊電壓有效值：

U48c

UJrr=--o=——=4710V

1.21.2

整流二極管承受的最高反向電壓：

URM=V2t/2=1.41x40=56.4y

因此可選擇2CZ1IB作整流二極管，其最大整流電流為1A,最

高反向工作電壓為200V。

T()02

取T=RLC=5X3=5X-^-=0.05S,貝I」：

C=—=^^=5()0X10-6F=500nF

RL100

5.電感濾泄

電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場合。它的缺點是制做復(fù)雜、體積大、

笨重且存在電磁干擾。

(a)LC濾波電路(b)CLC濾波電路(c)CRC濾波電路

LC、CLCII型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的

場合。在負(fù)載較輕時，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRCTI型濾波

電路，同樣可以獲得脈動很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和

功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場合。

本課小結(jié)：L濾波元件有兩種，電容與電感，電容與負(fù)載并聯(lián)，電

感與負(fù)載串聯(lián)。

2、整流電路帶電容濾波之后的有關(guān)計算。

練習(xí)與作業(yè)：《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材P362-7、2-8、2-9、2-11

(2)二極管應(yīng)用電路

教學(xué)目的：了解硅穩(wěn)壓二極管的結(jié)構(gòu)及特性曲線。

教學(xué)重點：簡單硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理。

教學(xué)難點簡單硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)相結(jié)合；板書與多媒體課件相結(jié)

合。學(xué)生實驗實訓(xùn)相結(jié)合。

課時計劃：3課時

一、艇被極邕陰極

°-——°

穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是

反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電

壓變化。

穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：

(1)穩(wěn)定電壓Uz0反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。

(2)穩(wěn)定電流Izo工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。

(3)動態(tài)電阻rZo穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流

的變化量之比。即：rz=AUz/AIz

(4)額定功率Pz和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率Pz是在穩(wěn)壓管允許結(jié)

溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電

流。它們之間的關(guān)系是：

Pz=UzIzM

/+UR一

O->--1I-----?-----

+R，zY+

RL

9DzSUz\]U0

穩(wěn)壓二極管正常工作電壓為：反向擊穿電壓。

工作原理：

輸入電壓Ui波動時會引起輸出電壓Uo波動。如Ui升高將引起隨之升

高，導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電流Iz急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅

速增大，從而使U?；旧媳３植蛔?。反之，當(dāng)Ui減小時，UR相應(yīng)減

小，仍可保持U?；静蛔?。

當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時，同樣會引起Iz的相

應(yīng)變化，使得U。保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)I。增大時，I和UR均會隨之增大使

得U。下降，這將導(dǎo)致Iz急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，

使得U。得到穩(wěn)定。力

三、發(fā)光二極管就

力

陽極。-----囹——°陰極

LEDE

AD

-1=]~||---------

(a)(b)

當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的形

式放出能量。

不同材料制成的發(fā)光二極管會發(fā)出不同顏色的光。

發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5?3V）、反應(yīng)快、體積

小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導(dǎo)體器件，常用于信號

指示、數(shù)字和字符顯示。

心

四、陽建3極管——o陰極

光電二極管的正常工作電壓為：反向電壓。

光電二極管的又稱為光敏二極管，其工作原理恰好與發(fā)光二極管相

反。當(dāng)光線照射到光電二極管的PN結(jié)時，能激發(fā)更多的電子，使之產(chǎn)生

更多的電子空穴對，從而提高了少數(shù)載流子的濃度。在PN結(jié)兩端加反向

電壓時反向電流會增加，所產(chǎn)生反向電流的大小與光的照度成正比，所以

光電二極管正常工作時所加的電壓為反向電壓。為使光線能照射到PN結(jié)

上，在光電二極管的管殼上設(shè)有一個小的通光窗口。

本課小結(jié)：L穩(wěn)壓二極管的特性曲線及參數(shù)。

2、簡單硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路的工作原理。

3、發(fā)光二極管與光電二極管的工作原理。

練習(xí)與作業(yè):《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材P362-12、2-13、2-14、2-

15、2-16

第三章低頻小信號放大電路

第一節(jié)放大器概述

教學(xué)目的：了解放大的概念、對放大器的基本要求

教學(xué)重點：對放大器的基本要求。

教學(xué)難點放大器的輸入、輸出。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)相結(jié)合；板書與多媒體課件相結(jié)

合。

課時計劃：1課時

一、放大的概念

將微弱的電信號進(jìn)行有限的放大得到所需要的信號。

放大器的方框圖如下：

輸入放大器輸出

放大器滿足的兩個條件：

1、輸出信號的功率大于輸入信號的功率。

2、輸出信號的波形與輸入信號的波形相同。

二、對放大器的要求

1、要有足夠的放大倍數(shù)。

2、要具有一定寬度的通頻帶。

3、非線性失真要小。

4、工作要穩(wěn)定。

三、放大器的輸入。

輸出輸入

對輸入信號的要求：輸入電流不能過大，電壓不能過高，功率不能太

大，輸入信號的幅度要限制在一定的范圍內(nèi)。

四、放大器的輸出

輸出輸入

對放大器輸出端的要求：由放大器輸出給下一級電路的電流、電壓、

功率都不能超過規(guī)定值。

本課小結(jié)：1、放大器的概念及組成放大器的條件。

2、對放大器的基本要求。

3、對放大器輸入、輸出端的要求。

第二節(jié)三極管基本放大電路

教學(xué)目的：基本放大電路的組成。

教學(xué)重點：基本放大電路的組成及各元件的作用。

教學(xué)難點基本放大電路各元件的作用。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)、實驗實訓(xùn)相結(jié)合；板書與多媒

體課件相結(jié)合。

課時計劃：6課時

放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。

晶體管放大元件，用基極電流控制集電極電流。

(1)VoiBic

(2)電源Ucc和UBBO使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處

在放大狀態(tài)，同時也是放大電路的能量來源，提供電流iB和ic。Ucc一般

在幾伏到十幾伏之間。

(3)偏置電阻RB0用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個合適的工

作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。

(4)集電極負(fù)載電阻Rc.將集電極電流ic的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，

以獲得電壓放大，一般為幾千歐。

(5)電容G、C2o用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放

大電路和信號源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的

電壓損失，CkC2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用

二、放大器中電流電壓符號使用規(guī)定

1、用大寫字母帶大寫下標(biāo)表直流分量，如IB、VCO

2、用小寫字母帶小寫下標(biāo)表交流分量，如ib、vc.

3、用小寫字母帶大寫下標(biāo)表直流分量與交流分量的疊加，即總量。如iB.

4、用大寫字母加小寫下標(biāo)表示交流分量的有效值。如Vi、Voo

三、放大器的靜態(tài)工作點

1、靜態(tài)工作點的概念

靜態(tài)是指無交流信號輸入時，電路的工作狀態(tài)。電路中由于電源的存

在。產(chǎn)生了一組直流分量。如下圖所示。

Ui=O

由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，用

Q表示，所以稱為靜態(tài)工作點。

Uc

2、放大器設(shè)置靜態(tài)工作點的目的。

1)、放大器沒有靜態(tài)工作點的情況。

動態(tài)——uiHO時電路的工作狀態(tài)。

放大器沒有設(shè)置靜態(tài)工作點產(chǎn)生了波形失真。

2）、放大器設(shè)置靜態(tài)工作點的目的是保證信號不失真

放大器由于設(shè)置了靜態(tài)工作點，保證了信號在整個周期放大器都處于放

大狀態(tài)，保證了信號不失真。

四、放大原理

在放大電路中，設(shè)輸入信號電壓ui從基極與發(fā)射極輸入，被輸出的信號

從集電極與發(fā)射極輸出。變化的Ui產(chǎn)生了變化的ib,使各點的波形都產(chǎn)生

了相應(yīng)的變化。它們的變化作用如下圖所示。

從上圖可知，輸出信號與輸入信號反相。這是基本放大器的重要特

點。

五、直流通路與交流通路

1、直流通路：直流信號流經(jīng)的路徑。

直流通路的畫法：將交流電源短路，電容開路。

3、交流通路：交流信號流經(jīng)的路徑。

交流通路的畫法：將電容短路，直流電源對地短路。經(jīng)整理如下圖所

六、基本放大電路的分析方法

（一）、放大器的常用指標(biāo)

1、放大倍數(shù)

1）、電壓放大倍數(shù)AvAv=Vo/Vi

2）、電流放大倍數(shù)AiAi=Io/Ii

3）、功率放大倍數(shù)ApAp=P0/Pi

2、放大器的增益

1）、功率增益Gp=lgAp=10lg（P0/Pi）dB

2）、電壓增益Gv=20lgAv

3）、電流增益Gi=20lgA

3、輸入電阻和輸出電阻、

1）、輸入電阻：從放大器的輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻。

放大器的輸入電阻越大越好，越大對信號源的影響越小。

2）、輸出電阻：從放大器的輸出端看進(jìn)去的交流等效電阻。

放大器的輸出電阻越小越好，越小對負(fù)載越好。

4、通頻帶

放大器的通頻帶是指放大器的幅頻特性曲線的上限截止與下限截止頻

率之間的頻率范圍。放大器的通頻帶不能太寬，也不能太窄。太寬干擾

信號易進(jìn)，太窄會丟失信號。

（二）、放大器的估算法

1、靜態(tài)工作點的估算（由直流通路估算）

例1:計算下圖所示電路的靜態(tài)工作點。

已知：VCC=12V,RC=4KQ,Rb=300KQ邛=37.5

Rs鳳UO

解：畫出直流通路如下圖所示

IBRB+UBE=Vcc

IB=(Vcc-UBE)/Rb*Vcc/RB=12/300=30uA

Ic=piB=40x37.5=1.5mA

IcRc+UCE=Vcc

UCE=VCC-ICRC=12-1.5X4=6V

2、輸入電阻和輸出電阻的估算

(1)、三極管輸入電阻rbe的估算公式

26(mV)

&=300+(1+

/EQ(mA)

(2)、放大器的輸入電阻ri和輸出電阻ro的估算

ri=Rb岸*rbe

ro~Rc

3、放大器放大倍數(shù)的估算(由交流通路估算)

Ui=ii(Rb幽?ibrbe

,

v0=-ic(Rc/KL)=icRL

ic邛ib

Vo=-icRL=-pibRL

,,

Av=v0/vi=(-pibRL)/ibRL=-pR'i

例：圖示電路，已知Ucc=12V,/?B=300kQ,

&=3kQ,/?L=3kQ,&=3kQ,4=50,試求：

(1)RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍

數(shù)A?；

(2)輸入電阻用和輸出電阻凡；

(3)輸出端開路時的源電壓放大倍數(shù)A,="。

解：先求靜態(tài)工作點

=3-皿必='=40UA

BQRBRB300

IQQ=々BQ=50x0.04=2mA

°CEQ=UQQ—1CQRc=12-2x3=6V

再求三極管的動態(tài)輸入電阻

26(mV)

=300+(1+夕)2amV)=3()()+(i+5o)=963Q?0.963kQ

/EQ(mA)2(mA)

(1)心接入時的電壓放大倍數(shù)4為:

“3x3

QD，50x----

4=-絲=3±1=-78

小0.963

&斷開時的電壓放大倍數(shù)人為：

;俄c50x3

----=-----=-130

rbe0.963

(2)輸入電阻尺為:

Rj=RBH%=300//0.963?0.96kQ

輸出電阻凡為:

R°=Rc=3k。

(3).=U%=—U上U=—R=’]x(-156)=—39

UsUs5&+&3+1

本課小結(jié)：L了解放大器中電流、電壓符號使用規(guī)定.

2、放大器的靜態(tài)工作點的概念、靜態(tài)工作點的作用.

3、靜態(tài)工作點、輸入、輸出電阻、放大倍數(shù)的估算.

4、放大器的分析方法.

練習(xí)與作業(yè):《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材P603-1、3-2、3-3、3-4、3-9、3-

10.

第二節(jié)具有穩(wěn)定工作點的放大電路

教學(xué)目的：1、分壓式偏置電路的結(jié)構(gòu)及工作原理。

2、分壓式偏置電路靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入、輸出

電阻的計算。

教學(xué)重點：L分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理。

2、靜態(tài)工作點的計算

教學(xué)難點：L靜態(tài)工作點的計算。

2、分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理。

教學(xué)方法與手段：教師講授與學(xué)生練習(xí)相結(jié)合；板書與多媒體課件相結(jié)

合。

課時計劃：2課時

一、分壓式偏置電路的結(jié)構(gòu)及工作原理

一）電路結(jié)構(gòu)

二）、工作原理

溫度對靜態(tài)工作點的影響

UBE減小

溫度升/CBO增大7c增大

￡增大

溫度

d-/cfftfUE(=/ERE)t-UBE(=UB-IERE)I-/B,

/cH---------------------------------------------1

在該電路中與Re并聯(lián)的電容Ce是提供交流信號的通道，減少信號的損

耗，使放大器的交流信號放大能力不致因Re而降低。

二、靜態(tài)工作點的計算

靜態(tài)工作點的計算如下：

U=—V

&B1+?B2

UB-°BEQ

1CQb，EQ=

RE

1CQ

，BQ=

P

UCEQ=Ucc—1CQ(Rc+RE)

三、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的計算

畫出放大器的交流通路如下所示:

+b

e

5小□M

M

Au

小e

&-RB1〃RB2"rbe

R。

例：圖示電路（接在），已知6CC=12V,/?Bl=20kQ,/?B2=10kQ,

AC=3kQ,/?E=2kQ,/?L=3kQ邛=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓

放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點

若小二…

4-0.7

=1.65mA