电子技术基础与技能机工教案第二章教案三极管的结构及符号三极管的电流放大特性.docx

1、电子技术基础与技能机工教案第二章教案三极管的结构及符号三极管的电流放大特性第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容三极管的结构及符号、三极管的电流放大特性课堂类型学时学时授课时间教学目的1、掌握三极管的结构及符号。2、了解三极管的电流放大特性。教学重、难点三极管的电流放大特性教学内容及步骤备注2.1 晶体三极管及应用2.1.1 晶体三极管的结构及符号【三极管的结构】 三极管由两个PN结构成。在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整个半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。根据P型半导体和N型半导体的排列方式不同，可分为PNP和NPN两种。

2、从三个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。a) PNP型 b) NPN型图2-2 三极管的结构与电路图形符号【三极管的分类】 三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类：(1) 按半导体材料分，可分为硅管和锗管。硅管工作稳定优于锗管，因此当前生产和使用常用硅管。(2) 按三极管内部基本结构分，可分为NPN型和PNP型两类。目前我国制造的硅管多为NPN型(也有少量PNP型)，锗管多为PNP型。(3) 按用途分，可分为普通放大管和开关管等。(4) 按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。(5) 按工作频率分

3、，可分为超高频管、高频管、低频管。2.1.2 晶体三极管电流放大作用（）【实验目的】 （1）了解三极管三个电极上电流IB、IC、IE的分配关系（2）了解三极管电流放大作用的特点【实验内容】 （1）按图2-5所示连接电路，给三极管两个PN结加上电压，三个电流表分别显示三极管各极电流IB、IC、IE的值。（2）调节RP的值使IB分别为表2-1中要求的各个值，观测其他两个电流表的示值，将结果填入表2-1中。并完成填空题。图2-5 测试三极管电流放大作用电路图表2-1 三极管各极电流项目12345IB/mA0.010.020.030.040.05观测值IC/mAIE/mA计算值IB+IC从实验结果可以

4、看出，三极管的电流 （IB, IC, IE）对电流 （IB, IC, IE）有明显的控制作用，且值在IB变化时 （会/不会）发生明显变化。 【实验结论】 （1）三极管三个电极上电流IB、IC、IE的分配关系为：IE=IB+ IC（2）基极电流IB变化会引起集电极电流IC也跟着变化，IC受IB控制。且几乎保持不变，为一常数，三极管的这一特性称为直流电流放大作用。可用下面公式表示为： （3）当三极管外加交流电压时，三极管的交流电流放大倍数： 【结论归纳】 三极管是一个电流控制器件，用一个很小的基极电流就能控制一个很大的集电极电流或发射极电流。基极电流能够控制集电极电流或发射极电流，就是电流的放大，

5、从而实现三极管对信号的放大作用，实现“以小控大”的作用，但并没有实现能量的放大。【三极管具有电流放大作用的外部条件】 若使三极管具有电流放大作用必须具备相应的外部条件：要给三极管加上合适的工作电压，即保证发射结加正向电压，集电结加反向电压。满足电流放大的外部条件时，三极管引脚的电位关系如表2-2所示。表2-2三极管引脚的电位关系NPN型管PN P型管UCUBUEUC UB UE本节内容安排演示实验或实验第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容晶体三极管的伏安特性曲线课堂类型学时学时授课时间教学目的1、了二极管的伏安特性曲线2、了解三极管的三种工作状态教学重、难点教学重、难点：了解

6、三极管的三种工作状态教学内容及步骤备注2.1.3 晶体三极管的伏安特性曲线前面我们学习了二极管的伏安特性曲线，同样我们也可以通过伏安特性曲线来描述三极管各极电流与极间电压之间的关系。与二极管不同的是，三极管的伏安特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线。【三极管输入特性曲线】 输入特性曲线是指当输出电压UCE一定时，反映输入电流IB与输入电压UBE之间关系的曲线。 三极管输入特性曲线（1）在输入回路中，由于三极管的发射结是一个正向偏置的PN结，所以三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线非常相似。（2）通常把三极管电流开始明显增加的发射结电压称为导通电压。在室温下，硅管的导通电压约为0.6V0

7、.7V，锗管的导通电压约为0.2V0.3V。【三极管输出特性曲线】 输出特性曲线是指当输出电流IB一定时，反映输出电流IC与输入电压UCE之间关系的曲线。课堂实验二 晶体三极管输出特性曲线的测试【实验目的】 了解三极管的三种工作状态。【实验内容】 （1）按图2-7连接电路，其中VBB和VCC的大小和极性均可调节。图2-7 三极管输出特性测试电路（2）根据表2-5中三极管工作条件改变VBB和VCC的极性，观察LED亮度的变化情况。表2-5测试三极管输出特性曲线现象三极管工作条件LED三极管状态发射结和集电结均反偏不亮断开的开关 发射结正偏集电结反偏微亮逐渐变为亮具有放大作用 发射结和集电结均正偏

8、亮度不变闭合的开关 【实验结论】 三极管输出特性曲线如图2-8所示，三极管的工作区域可以分为截止区、放大区和饱和区三种情况。图2-8 三极管输出特性曲线（1）截止区：三极管的发射结和集电结均反偏。（2）放大区：三极管的发射结正偏，集电结反偏。（3）饱和区：三极管的发射结和集电结均正偏。2.1.4 晶体三极管的主要参数第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容技能训练2-1 三极管的识别与检测课堂类型学时学时授课时间教学目的1、会利用三极管引脚分布规律识别三极管的基极、集电极、发射极2、会用万用表检测出三极管的三个极并判断其性能教学重、难点会用万用表检测出三极管的三个极并判断其性能教

9、学内容及步骤备注2.1.5 晶体三极管的测试【训练内容及步骤】（1）三极管实物引脚识别三极管实物引脚识别记录填入表2-10中。表2-10 三极管实物引脚识别记录表型号外形特点检测结果型号外形特点检测结果2SC90122N55512SC90132N54012SC80503DD62SC85503AD302SC18153CG8（2）用万用表检测三极管三极管测试记录填入表2-11中。表2-11 三极管测试记录表型号管型引脚排列放大能力稳定性2SC90122SC80502N54012SA9403AD303CG8（3）在上面测的三极管中任选出的一只好管子，将测量数据填入表2-12中。表2-12 三极管测量

10、数据表型号RbeRebRbcRcbRceRec注意：1在测试三极管的正、反向电阻（尤其反向电阻）时，一定要避免人体电阻的介入，以免误差过大。2如果弯折管脚，一定要注意弯折点与管脚根部的距离不少于1.5mm，以免管脚根部断掉。3在测三极管两级间的电阻时，引脚要刮除氧化层，防止表笔跟引脚接触不良，且刮引脚时应在引脚根部留出一定距离（一般为3mm左右）。第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容放大电路的基本知识课堂类型学时学时授课时间教学目的1、放大电路的基本知识2、放大电路的主要性能指标教学重、难点教学重、难点：放大电路的主要性能指标教学内容及步骤备注2.2 放大电路的构成2.2.1

11、 放大电路的基本知识【放大电路的概念】 能把外界送入微弱的电信号不失真地放大至所需数值并送给负载的电路就称为放大电路。【放大电路的分类】 按信号的大小分，可分为小信号放大器和大信号放大器；本章所学的是低频小信号放大器。【放大器的方框图】 实际放大器的类型各种各样，但都可以用以下的框图来表示，如图2-13a所示。放大器由信号源、放大电路、直流电源和负载四部分组成。其中信号源代表被放大的弱小电信号；负载代表实际用电设备(例如扬声器、显像管等)。a) 组成部分 b) 内部结构【放大电路的主要性能指标】（1）放大倍数：衡量放大电路放大能力的指标，用字母A表示。它是在输出波形不失真的情况下输出端电量与输

12、入端电量的比值。1）电压放大倍数Au：是指放大器的输出电压Uo有效值与输入电压有效值Ui的比值，定义式为= 电压放大倍数在工程中常用对数形式表示，称为电压增益，常用字母A表示，单位为分贝（dB），定义为 = 2)电流放大倍数Ai ：是指放大器的输出电流有效值Io与输入电流有效值Ii的比值，定义式为： = 电流放大倍数在工程中以对数形式表示，称为电流增益，常用字母A表示，单位为分贝（dB），定义为： A= 3)功率放大倍数Ap：是指放大器的输出功率Po与输入功率Pi的比值，定义式为： 功率增益定义为 = 功率放大倍数在工程中以对数形式表示，称为功率增益，常用字母A表示，单位为分贝（dB），定义为

13、A= 第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容共发射极单管放大电路课堂类型学时学时授课时间教学目的1、电路的组成及各元件作用2、共发射极单管放大电路的工作原理教学重、难点教学重、难点：共发射极单管放大电路的工作原理教学内容及步骤备注 2.2.2 共发射极单管放大电路 【电路的组成及各元件作用】【电路中各电流、电压的符号规定】 电路中既包含输入信号所产生的交流量，又包含直流电源所产生的直流量。为了区分不同分量，通常做了以下规定，如表2-14所示。【电路的工作原理】 （1）放大器的静态工作点静态是指放大器没有交流输入信号时放大电路的直流工作状态。动态是指放大器有交流信号输入时放大电路

14、的工作状态。静态工作点是指在静态情况下，放大器输入端的电流IBQ和电压UBEQ及输出端的电流ICQ和电压UCEQ在三极管输入输出特性曲线族上所确定的点，用表示。如图2-16所示。图2-16 静态工作点（2）放大器的工作原理在单管共射放大电路中，如图2-17所示，输入弱小的交流信号ui通过电容Cl的耦合送到三极管的基极和发射极，相当于基-射极间电压uBE发生了变化，于是引起iB、iC、uCE随之发生变化。uCE通过电容C隔离了直流成分，输出的只是放大信号的交流成分uo，而且uo与ui反相。图2-17 放大器各处的电压、电流的波形归纳：在单管共发射放大电路中，输出信号电压与输入信号电压频率相同，相

15、位相反，幅度被放大，所有这种电路除了有电压放大作用还有电压倒相作用。*2.2.3放大电路三种组态的特点a) 共射极接法 b) 共基极接法 c) 共集电极接法图2-18 三极管在电路中的三种基本连接方式第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容放大电路的分析课堂类型学时学时授课时间教学目的1、画直流通路和交流通路2、静态工作点的近似计算教学重、难点教学重、难点：静态工作点的近似计算教学内容及步骤备注2.3 放大电路的分析2.3.1 画直流通路和交流通路【直流通路】指静态时放大电路直流电流通过的路径。【交流通路】指输入交流信号时放大电路交流信号流通的路径。2.3.2 静态工作点的近似计

16、算静态时，放大电路中各处的电压、电流均为直流量。对直流通路作电路分析，求解输入、输出电路的电流、电压即放大电路的静态分析，从而确定出静态工作点Q。下面以单管共射放大电路为例进行讲解。共发射极放大电路的直流通路如图2-21b）所示，设电路参数VCC、Rb、RC和三极管放大倍数已知，忽略三极管的UBEQ（硅管UBEQ0.7V，锗管UBEQ0.3V）可以推导得：第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容放大器静态工作点的稳定课堂类型学时学时授课时间教学目的1、分压式偏置放大电路的组成及各元件作用。2、分压式偏置放大电路稳定静态工作点的原理。3、分压式偏置放大电路静态工作点的估算。教学重、

17、难点教学重、难点：分压式偏置放大电路静态工作点的估算。教学内容及步骤备注2.4 放大器静态工作点的稳定2.4.1 温度对静态工作点的影响【温度变化造成静态工作点不稳定的原因】 实验表明，温度升高会造成三极管的特性参数的变化，主要会引起ICQ增大，造成静态工作点不稳定。温度对静态工作点的影响，如图2-26示。图2-26 温度对静态工作点的影响共发射极基本放大电路受温度影响极易造成静态工作点不稳定，因此，在实际应用中很少采用。为了能自动稳定静态工作点，常采用分压式偏置放大电路和射极偏置放大电路。2.4.2分压式偏置放大电路【电路的组成及各元件作用】 分压式偏置放大电路及实物图。【稳定静态工作点的原

18、理】(1)温度升高，则引起ICQ增大，则IEQ流经Re产生的电压UEQ也随之增大；(2)而UEQ=UBQ-UBEQ，因为UBQ是电源电压Vcc经Rb1、 Rb2串联分压后得到的稳定值，所以UBEQ将减小。此时，IBQ减小， ICQ也将减小。上述过程可表示为：所以，分压式偏置放大电路具有自动调整功能，当ICQ要增加时，电路不让其增加；当ICQ要减小时，电路不让其减小；从而迫使ICQ稳定。所以该电路具有稳定静态工作点的作用。【静态工作点的估算】 分压式偏置放大电路的直流通路。第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容技能训练2-2 分压式偏置放大电路静态工作点的稳定课堂类型学时学时授课

19、时间教学目的1、熟悉电子元器件和各种实验仪器的使用2、会使用万用表调试单管共射放大电路的静态工作点3、会搭接分压式偏置电路，会调整静态工作点教学重、难点教学重、难点：会使用万用表调试单管共射放大电路的静态工作点教学内容及步骤备注【训练内容及步骤】1. 如图2-25所示，按单管共射放大实验电路的连线图连接电路，并在印制板上进行焊接。2.不加入交流输入信号，调节电位器RP到最大，将直流电源调至8V接入电路，调节电位器RP使UCEQ=1.5V，测量此时RP、IBQ、ICQ的值，并计算出IBQ、ICQ、UCEQ的值，结果记录在表2-18中。3.调节信号发生器，使之输出频率为f=lkHz，幅值为20mV

20、的正弦交流信号Ui，将Ui接到放大电路输入端，观察输出端电压Uo的波形，结果并记录在表2-18中。4.断开交流输入信号，分别调节RP的值，使UCEQ为2.1V和0.9V，测量RP、IBQ、ICQ的值，并计算出IBQ、ICQ、UCEQ的值。再将交流输入信号Ui接到放大电路输入端，分别观察增大和减小RP的值后输出端电压Uo的波形，结果并记录表2-18中。表2-18 训练测量记录表测量值测量值估算值输出信号uoRP（）IBQmAICQmAUCEQVIBQmAICQmAUCEQV波形是否产生失真调节1.52.10.9第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容多级放大器课堂类型学时学时授课时

21、间教学目的1、多级放大器的组成2、多级放大电路的耦合方式3、多级放大器的简单分析教学重、难点教学重、难点：多级放大器的简单分析教学内容及步骤备注2.5 多级放大器实际应用中，放大电路的输入信号通常很微弱（毫伏或微伏数量级），为了使放大后的信号能够驱动负载，仅仅通过单管放大电路进行信号放大，很难达到实际要求，常常需要采用多级放大电路。采用多级放大电路可有效地提高放大电路的各种性能，如提高电路的电压增益、电流增益、输入电阻、带负载能力等。2.5.1 多级放大器的组成【定义】多级放大电路是指两个或两个以上的单级放大电路所组成的电路。图2-30所示为多级放大电路的组成框图。图2-30 多级放大电路的组

22、成框图【各级作用】通常称多级放大电路的第一级为输入级。对于输入级，一般采用输入阻抗较高的放大电路，以便从信号源获得较大的电压输入信号并对信号进行放大。中间级主要实现电压信号的放大，一般要用几级放大电路才能完成信号的放大。通常把多级放大电路的最后一级称为输出级，主要用于功率放大，以驱动负载工作。【多级放大电路的耦合方式】在多级放大电路中，各级放大电路输入和输出之间的连接方式称为耦合方式。常见的连接方式有三种：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。2.5.2 多级放大器的简单分析【电压放大倍数Au】多级放大电路的电压放大倍数等于各单级放大电路电压放大倍数的乘级。即: Au=Au1Au2Au3Aun 【输

23、入电阻Ri】多级放大电路的输入电阻Ri等于从第一级放大电路的输入端所看到的等效输入电阻Ri1即：Ri=Ri1 【输出电阻Ro】多级放大电路的输出电阻Ro等于从最后一级（末级）放大电路的输出端所看到的等效电阻Ron即：Ro=Ron 第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容场效应晶体管放大器课堂类型学时学时授课时间教学目的1、场效应管的结构及符号2、场效应晶体管的特性曲线3、场效应晶体管电压放大作用教学重、难点教学重、难点：场效应晶体管电压放大作用 教学内容及步骤备注2.6 场效应晶体管放大器场效应晶体管简称场效应管（FET），场效应管与三极管一样，具有放大能力。场效应晶体管与三极管

24、不同，场效应管是一种压控电源器件，即流入的漏极电流ID受栅-源电压UGS控制。按结构的不同，场效应晶体管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOSFET)。场效应管的分类如下图2-33所示。【场效应管的结构及符号】 如图2-34所示的是增强型N沟道绝缘栅场效应管的结构图。表2-23为各种场效应晶体管的电路符号。以增强型N沟道绝缘栅场效应管为例：图2-34 增强型N沟道绝缘栅场效应管2.6.2 场效应晶体管的特性曲线场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线可以描述场效应管的基本特性，下面以结型场效应管为例。【转移特性曲线】 指当漏源电压UDS为某一定值时，漏极电流ID受栅源电压UGS控制的

25、关系。如图2-35a)所示：1. 结型场效应管也是非线性器件。2. 当UGS=0时，ID最大，此时ID=IDSS，称为场效应管的饱和漏电流。3. 栅源极之间只能加负电压，即USD0时管子才能正常工作。【输出特性曲线】 指当栅源电压UGS为某一定值时，漏极电流ID随漏源电压UDS变化的关系曲线。如图2-35b)所示：1. 结型场效应管有三个工作区：可变电阻区、放大区和击穿区；2. 在放大区， ID只受UGS控制，几乎不随UDS变化，形成一组近乎平行于UDS轴的曲线，故放大区又称为恒流区或饱和区。2.6.3场效应晶体管电压放大作用场效应管具有放大作用。图2-36所示为场效应管放大器，输入信号Ui经

26、Ci耦合至场效应管VT的栅极，与原来的栅极负偏压相叠加，使其漏极电流ID相应变化，并在负载电阻RD上产生压降，经C2隔离直流后输出，在输出端即得到放大了的信号电压Uo。ID与Ui同相，Uo与Ui反相。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。图2-36场效应管放大器2.6.4 场效应晶体管的使用注意事项1场效应管栅、源极之间的电阻很高，因此，保存场效应管应使三个电极短接，避免栅极悬空。焊接时，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。2有些场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种管子漏极与源极可互换使用。但有些场效应晶体管在内部已将衬底与源极

27、接在一起，只引出3个电极，这种管子的漏极与源极不能互换。3使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。4在使用场效应管时，要注意漏、源电压、漏源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。第二章 教案授课班级课程名称电子技术基础与技能教学内容晶闸管及其应用电路课堂类型学时学时授课时间教学目的1、普通晶闸管外形、结构与符号2、单向晶闸管可控单向导电性3、特殊晶闸管及应用教学重、难点教学重、难点：单向晶闸管可控单向导电性教学内容及步骤备注晶体闸流管简称晶闸管,俗称为可控硅, 是一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是

28、可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。晶闸管具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）等优点。因此,在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。晶闸管的缺点是静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。2.7.1 一般晶闸管及应用【普通晶闸管外形、结构与符号】 晶闸管是用硅材料制成的半导体器件。普通单向晶闸管是由P型和N型半导体交替迭合而成的P-N-P-N四层半导体元件，具有三个PN结和三个电极。其中A为阳极，K为阴极，G为控制极。 图2-37 普通晶闸管结构与符号课堂实验三 单向晶闸管可控单向导电性测试【实验材料】单向晶闸管KP5，白炽灯，按钮开关，电池等。【实验原理】在导电性能上，晶闸管