模拟电子线路第2章教案.docx
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模拟电子线路第2章教案
第2章晶体三极管和场效应管
教学重点
1.掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。
2.熟练掌握晶体三极管的放大作用;共发射极电路的输入、输出特性曲线;主要参数及温度对参数的影响。
3.了解MOS管的工作原理、特性曲线和主要参数。
教学难点
1.晶体三极管的放大作用
2.输入、输出特性曲线及主要参数
学时分配
序号
内容
学时
1
2.1晶体三极管
4
2
2.2场效应管
2
3
本章小结与习题
4
本章总课时
6
授课课题:
2.1晶体三极管
教学时间:
教学时数:
4学时
教学目的与要求:
1.掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。
2.熟练掌握晶体三极管的放大作用;共发射极电路的输入、输出特性曲线;主要参数及温度对参数的影响。
教学重点与难点:
1.晶体三极管的放大作用
2.输入、输出特性曲线及主要参数
教学方法:
讲授法
教学过程:
Ⅰ复习旧课
1.滤波电路的作用是使脉动的直流电压变换为较平滑的直流电压。
常见的滤波器有电容滤波器、电感滤波器和复式滤波器。
2.稳压电路的作用是保持输出电压的稳定,不受电网电压和负载变化的影响。
最简单的稳压电路是带有稳压管的稳压电路。
3.讲评作业。
Ⅱ新课内容
2.1晶体三极管
晶体三极管:
是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。
特点:
管内有两种载流子参与导电。
图2.1.1三极管外形
2.1.1三极管的结构、分类和符号
一、晶体三极管的基本结构
1.三极管的外形:
如图2.1.1所示。
2.特点:
有三个电极,故称三极管。
3.三极管的结构:
如图2.1.2所示。
图2.1.2三极管的结构图
晶体三极管有三个区――发射区、基区、集电区;
两个PN结――发射结(BE结)、集电结(BC结);
三个电极――发射极e(E)、基极b(B)和集电极c(C);
两种类型――PNP型管和NPN型管。
工艺要求:
发射区掺杂浓度较大;基区很薄且掺杂最少;集电区比发射区体积大且掺杂少。
二、晶体三极管的符号
晶体三极管的符号如图2.1.3所示。
箭头:
表示发射结加正向电压时的电流方向。
图2.1.3三极管符号
文字符号:
V
三、晶体三极管的分类
1.三极管有多种分类方法。
按内部结构分:
有NPN型和PNP型管;
按工作频率分:
有低频和高频管;
按功率分:
有小功率和大功率管;
按用途分:
有普通管和开关管;
按半导体材料分:
有锗管和硅管等等。
2.国产三极管命名法:
见《电子线路》P249附录二。
例如:
3DG表示高频小功率NPN型硅三极管;3CG表示高频小功率PNP型硅三极管;3AK表示PNP型开关锗三极管等。
2.1.2三极管的工作电压和基本连接方式
一、晶体三极管的工作电压
三极管的基本作用是放大电信号;工作在放大状态的外部条件是发射结加正向电压,集电结加反向电压。
图2.1.4三极管电源的接法
如图2.1.4所示:
V为三极管,GC为集电极电源,GB为基极电源,又称偏置电源,Rb为基极电阻,Rc为集电极电阻。
二、晶体三极管在电路中的基本连接方式
如图2.1.5所示,晶体三极管有三种基本连接方式:
共发射极、共基极和共集电极接法。
最常用的是共发射极接法。
图2.1.5三极管在电路中的三种基本联接方式
2.1.3三极管内电流的分配和放大作用
图2.1.6三极管三个电流的测量
一、电流分配关系
测量电路如图2.1.6所示:
调节电位器,测得发射极电流、基极电流和集电极电流的对应数据如表2.1.1所示。
表2.1.1
IB/mA
-0.001
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
IC/mA
0.001
0.01
0.56
1.14
1.74
2.33
2.91
IE/mA
0
0.01
0.57
1.16
1.77
2.37
2.96
由表2.1.1可见,三极管中电流分配关系如下:
(2.1.1)
因IB很小,则
ICIE(2.1.2)
说明:
图2.1.7ICBO和ICEO示意图
1.时,IC=IB=ICBO。
ICBO称为集电极――基极反向饱和电流,见图2.1.7(a)。
一般ICBO很小,与温度有关。
2.时,。
ICEO称为集电极――发射极反向电流,又叫穿透电流,见图2.1.7(b)。
ICEO越小,三极管温度稳定性越好。
硅管的温度稳定性比锗管好。
二、晶体三极管的电流放大作用
由表2.1.1得出
结论:
1.三极管有电流放大作用――基极电流微小的变化,引起集电极电流IC较大变化。
2.交流电流放大系数――表示三极管放大交流电流的能力
(2.1.3)
3.直流电流放大系数――表示三极管放大直流电流的能力
(2.1.4)
4.通常,,所以可表示为
(2.1.5)
考虑ICEO,则
(2.1.6)
2.1.4三极管的输入和输出特性
图2.1.9共发射极输入特性曲线
一、共发射极输入特性曲线
输入特性曲线:
集射极之间的电压VCE一定时,发射结电压VBE与基极电流IB之间的关系曲线,如图2.1.9所示。
由图可见:
1.当VCE2V时,特性曲线基本重合。
2.当VBE很小时,IB等于零,三极管处于截止状态;
3.当VBE大于门槛电压(硅管约0.5V,锗管约0.2V)时,IB逐渐增大,三极管开始导通。
4.三极管导通后,VBE基本不变。
硅管约为0.7V,锗管约为0.3V,称为三极管的导通电压。
5.VBE与IB成非线性关系。
二、晶体三极管的输出特性曲线
图2.1.10三极管的输出特性曲线
输出特性曲线:
基极电流一定时,集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线,如图2.1.10所示。
由图可见:
输出特性曲线可分为三个工作区。
1.截止区
条件:
发射结反偏或两端电压为零。
特点:
。
2.饱和区
条件:
发射结和集电结均为正偏。
特点:
。
称为饱和管压降,小功率硅管约0.3V,锗管约为0.1V。
3.放大区
条件:
发射结正偏,集电结反偏。
特点:
受控制,即。
在放大状态,当IB一定时,IC不随VCE变化,即放大状态的三极管具有恒流特性。
2.1.5三极管主要参数
三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数据。
一、共发射极电流放大系数
1.直流放大系数。
2.交流放大系数。
电流放大系数一般在10~100之间。
太小,放大能力弱,太大易使管子性能不稳定。
一般取30~80为宜。
二、极间反向饱和电流
1.集电极――基极反向饱和电流ICBO。
2.集电极――发射极反向饱和电流ICEO。
(2.1.7)
反向饱和电流随温度增加而增加,是管子工作状态不稳定的主要因素。
因此,常把它作为判断管子性能的重要依据。
硅管反向饱和电流远小于锗管,在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。
三、极限参数
1.集电极最大允许电流ICM
三极管工作时,当集电极电流超过ICM时,管子性能将显著下降,并有可能烧坏管子。
2.集电极最大允许耗散功率PCM
当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时,管子性能变坏或烧毁。
3.集电极――发射极间反向击穿电压V(BR)CEO
管子基极开路时,集电极和发射极之间的最大允许电压。
当电压越过此值时,管子将发生电压击穿,若电击穿导致热击穿会损坏管子。
2.1.6三极管的简单测试
一、硅管或锗管的判别
判别电路如图2.1.11所示。
当V=0.6~0.7V时,为硅管;当V=0.1~0.3V时,为锗管。
图2.1.11判别硅管和锗管的测试电路图2.1.12估测的电路
二、估计比较的大小
NPN管估测电路如图2.1.12所示。
万用表设置在挡,测量并比较开关S断开和接通时的电阻值。
前后两个读数相差越大,说明管子的越高,即电流放大能力越大。
图2.1.13的估测
估测PNP管时,将万用表两只表笔对换位置。
三、估测ICEO
NPN管估测电路如图2.1.13所示。
所测阻值越大,说明管子的越小。
若阻值无穷大,三极管开路;若阻值为零,三极管短路。
测PNP型管时,红、黑表笔对调,方法同前。
四、NPN管型和PNP管型的判断
图2.1.14基极b的判断
将万用表设置在R1k或R100挡,用黑表笔和任一管脚相接(假设它是基极b),红表笔分别和另外两个管脚相接,如果测得两个阻值都很小,则黑表笔所连接的就是基极,而且是NPN型的管子。
如图2.1.14(a)所示。
如果按上述方法测得的结果均为高阻值,则黑表笔所连接的是PNP管的基极。
如图2.1.14(b)所示。
五、e、b、c三个管脚的判断
首先确定三极管的基极和管型,然后采用估测值的方法判断c、e极。
方法是先假定一个待定电极为集电极(另一个假定为发射极)接入电路,记下欧姆表的摆动幅度,然后再把两个待定电极对调一下接入电路,并记下欧姆表的摆动幅度。
摆动幅度大的一次,黑表笔所连接的管脚是集电极c,红表笔所连接的管脚为发射极e,如图2.1.12所示。
测PNP管时,只要把图2.1.12电路中红、黑表笔对调位置,仍照上述方法测试。
Ⅲ小结
1.晶体三极管是一种电流控制器件,具有电流放大作用;使用时有三种基本连接方式,最常用的是共发射极接法;有三种工作状态,即截止、饱和和放大状态;三个电极的电流关系是,在放大状态时;值表示电流放大能力的大小;ICBO、ICEO反映了管子温度稳定性;三极管有NPN型和PNP型两大基本类型。
Ⅳ布置作业
2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-10
授课课题:
2.2场效应管
教学时间:
教学时数:
2学时
教学目的与要求:
1.了解MOS管的工作原理、特性曲线和主要参数。
教学重点与难点:
1.MOS管的工作原理和特性曲线。
教学方法:
讲授法
教学过程:
Ⅰ复习旧课
1.晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。
2.晶体三极管的放大作用;共发射极电路的输入、输出特性曲线;主要参数及温度对参数的影响。
Ⅱ新课内容
2.2场效应管
场效应管:
是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。
特点:
管子内部只有一种载流子参与导电,称为单极型晶体三极管。
2.2.1结型场效应管
一、结构和符号
N沟道结型场效应管的结构、符号如图2.2.1所示;P沟道结型场效应管如图2.2.2所示。
特点:
由两个PN结和一个导电沟道所组成。
三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。
漏极和源极具有互换性。
工作条件:
两个PN结加反向电压。
图2.2.1.N沟道结型场效应管图2.2.2P沟道结型场效应管
二、工作原理
以N沟道结型场效应管为例,原理电路如图2.2.3所示。
工作原理如下:
图2.2.3N沟道结型场效应管
的工作原理
;。
在漏源电压不变条件下,改变栅源电压,通过PN结的变化,控制沟道宽窄,即沟道电阻的大小,从而控制漏极电流。
结论:
1.结型场效应管是一个电压控制电流的电压控制型器件。
2.输入电阻很大。
一般可达107~108。
三、结型场效应管的特性曲线和跨导
1.转移特性曲线
反映栅源电压对漏极电流的控制作用。
如图2.2.5所示,若漏源电压一定:
当栅源电压时,漏极电流,称为饱和漏极电流;
当栅源电压向负值方向变化时,漏极电流逐渐减小;
当栅源电压时,漏