模拟电子线路第2章教案.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流模拟电子线路第2章教案.精品文档.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12.1晶体三极管422.2场效应管23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：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。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2.1.1IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96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 IC » IE (2.1.2)说明：图2.1.7 ICBO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 b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VCE ³ 2 V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0.5 V，锗管约0.2 V)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0.7 V，锗管约为0.3 V，称为三极管的导通电压。5VBE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0.3 V，锗管约为0.1 V。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 0.7 V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 b 的电路二、估计比较 b 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 b 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ICEONPN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R ´ 1 kW 或R ´ 100 W 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 b 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。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；b 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。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：1MOS管的工作原理和特性曲线。教学方法：讲授法教学过程：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。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2.2.2 P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2.2.3 N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 W。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，漏极电流，称为夹断电压。图2.2.5 结型场效应管的转移特性曲线 图2.2.6 结型场效应管的输出特性曲线2输出特性曲线表示在栅源电压一定条件下，漏极电流与漏源电压之间的关系。如图2.2.6所示。(1) 可调电阻区(图中区)不变时，随作线性变化，漏源间呈现电阻性；栅源电压越负，输出特性越陡，漏源间的电阻越大。结论：在区中，场效应管可看作一个受栅源电压控制的可变电阻。(2) 饱和区(图中区)一定时，的少量变化引起较大变化，即受控制。当不变时，不随变化，基本上维持恒定值，即对呈饱和状态。结论：在区中，场效应管具有线性放大作用。(3) 击穿区(图中区)当增至一定数值后，剧增，出现电击穿。如果对此不加限制，将损坏管子。因此，管子不允许工作在这个区域。3跨导(gm)反映在线性放大区对的控制能力。单位是 mA/V。 (2.2.1)2.2.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管是一种栅极与源极、漏极之间有绝缘层的场效应管，简称MOS管。特点：输入电阻高，噪声小。分类：有P沟道和N沟道两种类型；每种类型又分为增强型和耗尽型两种。一、结构和工作原理1N沟道增强型绝缘栅场效应管N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构及符号如图2.2.7所示。 图2.2.7 N沟道增强型绝缘栅场效应管 图2.2.8 N沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理N沟道增强型绝缘栅场效应管的工作原理如图2.2.8所示。(1) 当，在漏、源极间加一正向电压时，漏源极之间的电流。(2) 当，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压时，将产生电流ID。开启电压：增强型MOS管开始形成反型层的栅源电压。(3) 在时若，反型层消失，无导电沟道，；若，出现反型层即导电沟道，D、S之间有电流流过；若逐渐增大，导电沟道变宽，也随之逐渐增大，即控制的变化。2N沟道耗尽型绝缘栅场效应管N沟道耗尽型绝缘栅场效应管图2.2.9 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管结构及符号如图2.2.9所示。特点：管子本身已形成导电沟道。工作原理：在时，若，导电沟道有电流；当，并逐渐增大时，导致沟道变宽，使ID增大；当，并逐渐增大此负电压，导致沟道变窄，使减小。实现对的控制。夹断电压：使时的栅源电压。二、绝缘栅场效应管的特性曲线和跨导以N沟道MOS管为例。1转移特性曲线N沟道MOS管的转移特性曲线如图2.2.10所示。增强型：当时，；当时，。耗尽型：当时，；当为负电压时减小；当时，。图2.2.10 N沟道MOS管转移特性曲线 图2.2.11 N沟道MOS管输出特性图2.2.12 MOS管的图形符号2输出特性曲线N沟道MOS管输出特性曲线如图2.2.11所示。有三个区：可调电阻区(区)、饱和区(区)和击穿区(区)。其含义与结型管输出特性曲线三个区相同。3跨导三、绝缘栅场效应管的图形符号符号如图2.2.12所示。N、P沟道的区别在于图中箭头的指向相反。2.2.3 场效应管的主要参数和特点一、主要参数1直流参数(1) 开启电压VT在为定值的条件下，增强型场效应管开始导通(达到某一定值，如10 mA)时，所需加的值。(2) 夹断电压VP在为定值的条件下，耗尽型场效应管减小到近于零时的值。(3) 饱和漏极电流耗尽型场效应管工作在饱和区且时，所对应的漏极电流。(4) 直流输入电阻栅源电压与对应的栅极电流之比。场效应管输入电阻很高，结型管一般在107 W 以上；绝缘栅管则更高，一般在109 W 以上。3 交流参数(1) 跨导一定时，漏极电流变化量和引起这个变化的栅源电压变化量之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。(2) 极间电容场效应管三个电极之间的等效电容CGS、CGD、CDS。一般为几个皮法，结电容小的管子，高频性能好。4极限参数(1) 漏极最大允许耗散功率与的乘积不应超过的极限值。(2) 漏极击穿电压漏极电流开始剧增时所加的漏源间的电压。二、场效应管的特点特点列于表2.2.1中，供比较参考。表2.2.1 场效应管与普通三极管比较表项目器件名称晶体三极管场效应管极型特点双极型单极型控制方式电流控制电压控制类型PNP型、NPN型N沟道、P沟道放大参数b = 50 200gm =1000 5000 A/V输入电阻102104 W1071015 W噪声较大较小热稳定性差好抗辐射能力差强制造工艺较复杂简单、成本低小结1场效应管是一种电压控制器件，用栅极电压控制漏极电流；具有高输入电阻和低噪声的特点；表征管子性能的有转移特性曲线、输出特性曲线和跨导；有结型和绝缘栅型场效应管两大类，每类又有P沟道、N沟道之分；绝缘栅场效应管另有增强型和耗尽型两种。布置作业2-11、2-12、2-13、2-14、2-15、2-16本章小结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；b 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。2场效应管是一种电压控制器件，用栅极电压控制漏极电流；具有高输入电阻和低噪声的特点；表征管子性能的有转移特性曲线、输出特性曲线和跨导；有结型和绝缘栅型场效应管两大类，每类又有P沟道、N沟道之分；绝缘栅场效应管另有增强型和耗尽型两种。