中职 《电子技术基础》第四版 电子教案ppt课件.ppt
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1、目录,11 半导体的基本知识,21 半导体三极管,22 共射极基本放大电路,23 分压式射极偏压电路,24 多级放大器,25 负反馈放大电路,26 功率放大电路,31 差动放大电路,32 集成运算放大器概述,33 集成运算放大器的基本电路,34 集成运算放大器的应用电路,35 集成运放的使用常识,41 正弦波振荡电路的基本原理,42 LC正弦波振荡电路,43 RC正弦波振荡电路,44 石英晶体振荡电路,51 单相整流电路,52 整流器件的选用,53 滤波电路,54 稳压电路,55 集成稳压器,56 开关型稳压电源简介,61 晶闸管,62 晶闸管整流电路,63 负载类型对晶闸管整流的影响,64
2、晶闸管的选择和保护,65 晶闸管的触发电路,66 晶闸管的其它应用电路,67 双向晶闸管简介,12 半导体二极管,(点击目录以打开相应章节),电子技术基础(第四版) 中国劳动与社会保障出版社 ISBN 978-7-5045-6043-8,11 半导体的基本知识,一、半导体的基本概念,物质按照导电能力分为:,导体:容易导电,绝缘体:不导电,半导体:导电性能随条件变化,影响半导体导电性能(电阻值)的常见条件因素有:,1、温度:称热敏特性,电阻值随温度变化。,2、光照:称光敏特性,电阻值随亮度变化。,3、杂质:称掺杂特性,电阻值随掺入的微量元素显著变化。,声光控开关(楼梯灯开关) 在夜晚,人上楼梯发
3、出的脚步声会自动点亮楼梯灯;在白天,哪怕使劲跺脚发出巨大声响,楼梯灯还是不会点亮,为什么? 开关面板上的窗口有什么作用?,P,N,P 型半导体或者N 型半导体虽然具备导电能力,但单纯的一块P 型半导体或者一块N型半导体还是没有实用价值。,把P型半导体和N型半导体结合到一块,交界处形成一个很特殊的薄层,称为PN结,有特殊的导电性能,这是制造半导体器件的基础。,把这个PN结用管壳封装成一体、并分别从P型半导体和N型半导体各引一个电极出来,这样构成的器件叫二极管,因此,PN结的导电特性可用二极管的实验来导出。, ,PN结(即二极管)的基本特性,实验一:请2位同学上台进行如下实验的演示,实验电路图:,
4、灯泡亮吗?,再把二极管反过来接试试看,请分析得出什么结论?,PN结(即二极管)的基本特性,实验结论:,PN结具有单向导电性,12 半导体二极管,二极管的种类,(1)按材料分: 有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极 管等。 (2)按结构分: 根据PN结面积大小,有点接触型、面 接触型二极管。(3)按用途分: 有整流、稳压、开关、发光、光电、 变容、阻尼等二极管。(4)按封装形式分:有塑封、玻璃封及金属封装等。(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。,常见各种类型二极管的外观,塑料封装整流管,玻璃封装稳压/普通管,金属封装大功率管,发光二极管,贴片二极管,快恢复二极管,半桥整流堆(复合2只)
5、,桥式整流堆(复合4只),由图可见二极管型号比较多样,如今很少厂家按书本提到的命名方法定型号,有兴趣同学自己参考一下课本。,实验二:1、按下图连接实验设备,4、总结实验,由图可见:(1)、小于0.5V时I很小,二极管截止,称0.5V为死区电压(2)、达0.7V时I急剧增大,二极管导通,称0.7V为导通电压,7、总结实验,由图可见:(1)、反向电压小于某个电压值时I很小,二极管截止。(2)、反向电压达到某个电压值时I急剧增大,二极管击穿。(3)、反向电压达到击穿电压后,时间一长二极管将会烧毁。,现在将二极管极性调转连接,测试其反向伏安特性,现在把二极管换成锗管2AP4再重复上述实验,并归纳实验结
6、果,看看与之前硅管有何不同。,锗管的死区电压为0.2V,导通电压为0.3V,半导体二极管的主要参数1. 最大整流电流IF2. 最大反向工作电压 URM3. 反向饱和电流 IR,二极管的检测,检测依据:,二极管的单向导电性,?,可见,我们可以用万用表电阻档检测二极管的正反向阻值来判断二极管性能。,二极管的检测,2、测量正向电阻.对于指针式万用表,黑表笔连接着万用表内部电池的正极,所以是黑表笔流出电流,因此测正向电阻时黑表笔接二极管的正极,如图,正常的二极管正向电阻值较小,指针摆幅大,3、测量反向电阻.测反向电阻时红表笔接二极管的正极,如图,正常的二极管反向电阻值很大,指针不摆动,作 业P 9 1
7、、2、3、4、5、6,21 半导体三极管,一、半导体三极管的结构、符号和类型 1、结构和符号,(1)、NPN结构三极管,P,N,N,3块半导体区,3个电极,2个PN结,注意:这3块半导体和2个PN结的工艺特殊,所以:(1)、不能简单理解成2个二极管的反向串联(2)、集电结和发射结不能互换使用。,21 半导体三极管,一、半导体三极管的结构、符号和类型 1、结构和符号,(1)、NPN结构三极管,P,N,集电结,发射结,P,(2)、PNP结构三极管,2、三极管的类型,三极管的种类很多, 有下列常见的分类形式:(1) 按其结构类型分为NPN管和PNP管; (2) 按其制作的半导体材料分为硅管和锗管;
8、(3) 按工作频率分为高频管和低频管; (4) 按功率分为小功率、中功率、大功率管。,三极管的型号命名方法 三极管型号多样,实际上厂家在生产三极管时很少按照书本的命名方法去定型号,该内容请课后自行参考书本。,二、三极管的放大作用,实验环节:,1、按下图连接实验设备,Ib,Ic,Ie,3、分析实验数据,得出实验结论(1)、Ib、Ic、Ie 三者之间有什么关系?(2)、Ib 和Ic 两者之间有什么关系?(3)、Ic 和Ie 两者之间有什么关系?,(1)、Ic Ie Ib (2)、每次实验 Ic 和Ib 两者的比值都相等 即: Ic Ib (称放大倍数)(3)、Ie Ib Ic (1 )Ib,可见,
9、三极管要实现放大作用的外部条件是:发射结正向偏置, 集电结反向偏置。 现在把三极管换成PNP型的再做一次实验,请注意PNP型管应该如何接线。,最后请大家把 E 极的电流表去掉,并将 B 极和 C 极的数字电流表换成指针式的 uA 表和 mA 表,然后来回调节变阻器,不用记录任何数据,只要观察两个表的变化规律,更直观地来体会一下三极管的电流放大作用。,IB只要有几十微安的变化,就会引起IC有几十毫安的同方向变化,变化量被扩大了千多倍。,二、三极管的放大作用,三、三极管的特性曲线,1、输入特性,从输入回路看Ib只跟一个发射结有关,与集电结没关,所以等效成了一个二极管,b极相当二极管的正极,e极相当
10、负极,因此三极管的输入特性就是二极管的伏安特性。,三、三极管的特性曲线,2、输出特性,从输出回路看Ic与发射结、集电结均有关系,所以三极管的输出特性就比较复杂,即要反映Ic和Ube的关系,又要反映Ic和Ib的关系。,(1)截止区:IB0,三极管截止,IC接近0,CE极之间相当开路(2)放大区:IC受IB的控制,即有ICIB (3)饱和区:UCE很小(0.3V),CE之间相当短路,IC很大且不受IB控制,用三极管做放大器时要避免三极管工作在截止区或饱和区。 用三极管做开关用途时,饱和区为开关通态,截止区为开关断态。要避免三极管工作在放大区。,例 21 判断下面三极管的工作状态,四、三极管的主要参
11、数,三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的,也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有: (1)电流放大系数:hfe、(2)反向饱和电流ICBO (3)穿透电流ICEO (4)集电极最大允许电流ICM(5)集电极发射极间的击穿电压U(BR)CEO (6)集电极最大耗散功率PCM,五、三极管的识别与检测,很多资料、教材、包括我们的课本都会教我们用万用表去判断三极管的管型(NPN或PNP)、引脚极性(区分哪个是B/C/E极)、以及放大系数等等,在早期,三极管的外观和引脚排列多样化,这些测试方法普遍让初学者难以承受,如今三极管的外形和引脚排列日趋标准化、单一化,给测试带来很大方便,测
12、试时记住如下几点,一般即可满足实际需要。,1、记住三极管的两种结构,测试时,一个PNP三极管等效成两个二极管,电流能从B流向C或E,即黑表笔(机械表)接B极、红表笔接C或E极时导通,其它任何接法都截止。,测试时,一个PNP三极管等效成两个二极管,电流能从C或E流向B,即红表笔(机械表)接B极、黑表笔接C或E极时导通,其它任何接法都截止。,把一个三极管看作两个二极管,能测出B极并确定管型,还能判断两个PN结是否正常,从而确定三极管的性能。,2、记住三极管的几种封装规律,记住这几种排列规律,在确定B极和管型后,可不必再通过测试去判断C、E极。,实验环节 各小组同学对现场提供的各种三极管进行检测,分
13、清引脚排列、管型、并说明三极管的性能好坏。,作 业P 52 1、2、3、4、5、6,22 共射极基本放大电路,一、放大电路概述,所谓放大,从表面上看是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。 三极管有三个电极, 在电路中可有三种不同的连接方式(或称三种组态),即共(发)射极接法、共集电极接法和共基极接法。这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的公共端,而构成不同的放大电路,如下图所示。,二、共射极基本放大电路的组成及工作原理,1、组成及各元件的作用,2、电压、电流的符号与方向规定,(1)直流分量:用大写字母和大写下标表示。如IB表示基极的直流电流。(2)交流
14、分量:用小写字母和小写下标表示。如ib表示基极的交流电流。 (3)总变化量:是直流分量和交流分量之和,即交流叠加在直流上,用小 写字母和大写下标表示。如iB表示基极电流总的瞬时值, 其数值为iB=IB+ib。 (4)交流有效值:用大写字母和小写下标表示。如Ib表示基极的正弦交 流电流的有效值。,直流电 交流电 交直流叠加量,3、静态工作点设置,这是我们前面提到的共射基本放大电路,现在我们把基极电阻断开不要,看看,思考:该电路能否把输入的波形不 失真地放大成右边波形输出?,事实上只有输入信号中 0.5V的那小部分能得到放大,大部分0.5V和负半周信号都没有放大输出,为什么?,很多实际情况是输入信
15、号都很微弱,例如 0.1V Ui 0.1V象这种信号能否被得到放大?如果不能怎么办?,利用基极电阻引入合适的直流偏置,使得基极在没有输入信号的时候能维持微导通,这个合适的偏置叫做静态工作点。,静态工作点称 Q 点,对应输入、输出特性曲线上某一点。,动态是指放大电路输入信号不为零时的工作状态。当放大电路加入交流信号ui时,电路中各电极的电压、电流都是由直流量和交流量叠加而成的。各处波形如图所示。,4、工作原理,三、共设计放大电路的分析方法,2、动态参数估算,(2)、输出电阻ro 在图中,根据戴维南定理可得,2)、求空载电压放大倍数Au 即不接负载RL,RL,23 分压式射极偏置电路,这是上节课学
16、习的固定偏置放大电路,温度会影响三极管的静态工作点,如图增加两个电阻,构成分压式放大电路,(2) 自动稳定Q点,24 多级放大器,前面讲过的基本放大电路,其电压放大倍数一般只能达到几十几百。然而在实际工作中,放大电路所得到的输入信号往往都非常微弱(例如话筒),要将其放大到能推动负载(例如音箱)工作的程度,仅通过单级放大电路放大,达不到实际要求,则必须通过多个单级放大电路连续多次放大,才可满足实际要求。,一多级放大电路的耦合方式 多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中,我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式。级与级之间耦合时,必须满足: (1) 耦合后,各级电路
17、仍具有合适的静态工作点; (2) 保证信号在级与级之间能够顺利地传输过去; (3) 耦合后, 电路性能指标必须满足实际要求。 为了满足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合、变压器耦合、光电耦合。,24 多级放大器,1、阻容耦合 我们把级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式。电路如图。,电容对交流信号具有一定的容抗,信号传输过程中,会受到一定衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很大, 此外,在集成电路中,制造大容量的电容很困难,所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。,24 多级放大器,2、变压器耦合 我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合方式。电路如图。,请同学
18、们总结这种耦合方式的优缺点,24 多级放大器,3、直接耦合 我们把级与级之间用导线直接连通的方式称为直接耦合方式。电路如图。,优点:既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。,缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。,24 多级放大器,4、光电耦合级与级之间用光电耦合器连通,光电耦合器结构如下:,(a)、LED + 光敏电阻; (b)、LED + 光电二极管(c)、LED + 光电三极管; (d)、LED + 光电池,原理是以光信号作为媒体将输入的电信号传送给后级,实现了“电光电”的转换与传递。前后级的隔离度很
19、高。,二、多级放大器近似估算,2输入电阻 多级放大电路的输入电阻,就是输入级的输入电阻。计算时要注意:当输入级为共集电极放大电路时,要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。 3输出电阻 多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。计算时要注意:当输出级为共集电极放大电路时,要考虑其前级对输出电阻的影响。,25 负反馈放大电路,一、反馈的基本概念,1、反馈的定义 将放大电路输出量(电压或电流)的一部分或全部,通过某些元件或网络(称为反馈网络),反向送回到输入端,来影响原输入量(电压或电流)的过程称为反馈。 有反馈的放大电路称为反馈放大电路,其组成如图所示,2、反馈极性(正、负反馈)
20、 在反馈放大电路中,反馈量使放大器净输入量得到增强的反馈称为正反馈,使净输入量减弱的反馈称为负反馈。通常采用“瞬时极性法”来区别是正反馈还是负反馈,具体方法如下: (1)假设输入信号某一瞬时的极性。 (2)根据输入与输出信号的相位关系,确定输出信号和反馈 信号的瞬时极性。 (3)根据反馈信号与输入信号的连接情况,分析净输入量的变化,如果反馈信号使净输入量增强即为正反馈,反之为负反馈,增大,正反馈,减少,负反馈,一、反馈的基本概念,3、反馈在输出端的取样方式 从输出端看,若反馈信号取自输出电压,则为电压反馈;若取自输出电流,则为电流反馈。 (1)电压反馈。 在判断电压反馈时,根据电压反馈的定义反
21、馈信号与输出电压成比例,可以假设将负载RL两端短路(uo=0,但io0),判断反馈量是否为零,如果是零,就是电压反馈。,例 26 判断反馈,首先,有反馈吗?,看联系,Rf跨接在第一级与第二级之间,为反馈电阻。,判断反馈极性,负反馈,看输入:,一旦将Ui短路,反馈信号将依然存在,可见为串联反馈。,这是交、直流电压串联负反馈。,看输出:,一旦将Uo短路,反馈信号将接地消失,可见为电压反馈。,负反馈对放大器性能的影响,2、改善非线性失真 实验演示:(1)由信号发生器输入一频率为1kHz,峰-峰值为1V的正弦波。(2)将开关S断开,用示波器观察输出波形,可看到输出波形明 显地失真,如图中输出波形(a)
22、。(3)将开关S闭合,观察输出波形,可看到失真波形明显地改善,如图中的波形(b)。,演示现象分析 在开环放大器中,由于开环增益很大,使放大器工作在非线性区,输出波形为双向失真波形。 开关闭合后,电路加上了负反馈,电路增益减小,放大器工作在线性区,输出波形为标准的正弦波。即负反馈能减小非线性失真。,3扩展通频带,射极输出器,电路如图,交流信号从基极输入,从发射极输出,故该电路称射极输出器。由交流通路可看出,集电极为输入、输出的公共端,故称为共集电极放大电路(简称共集放大电路)。,特点:1、电压放大倍数接近于12、输入、输出电压同相3、输入电阻很大4、输出电阻很小应用: 阻抗匹配、缓冲、隔离。,2
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