模拟电子技术基础教案..pdf
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1、-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-模拟电子技术基础教案模拟电子技术基础教案1 1、本课程教学目的:、本课程教学目的:本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。2 2、本课程教学要求:、本课程教学要求:1掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。2掌握共
2、射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。3掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。4了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。3 3、使用的教材:、使用的教
3、材:杨栓科编,模拟电子技术基础,高教出版社-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-主要参考书目:主要参考书目:康华光编,电子技术基础(模拟部分)第四版,高教出版社童诗白编,模拟电子技术基础,高等教育出版社,张凤言编,电子电路基础第二版,高教出版社,谢嘉奎编,电子线路(线性部分)第四版,高教出版社,陈大钦编,模拟电子技术基础 问答、例题、试题,华中理工大学出版社,唐竞新编,模拟电子技术基础解题指南,清华大学出版社,孙肖子编,电子线路辅导,西安电子科技大学出版社,谢自美编,电子线路 设计、实验、测试(二),华中理工大学出版社,绪论绪论本章的教学目标和要求
4、:本章的教学目标和要求:要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。本章总体教学内容和学时安排:本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)(采用多媒体教学)11电子系统与信号12放大电路的基本知识0.50.5本章重点:本章重点:放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。本章教学方式:本章教学方式:课堂讲授本章课时安排:本章课时安排:1-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-本章的具体内容:本章的具体内容:1 节介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;介绍放大电路的基本认识;放
5、大电路的分类及主要性能指标。重点:放大电路的分类及主要性能指标。-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-第第 1 1 章章半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路本章的教学目标和要求:本章的教学目标和要求:要求学生了解半导体基础知识;理解 PN 结的结构与形成;熟练掌握普通二极管和稳压管的 V-I 特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向 V-I 特性的四种建模。本章总体教学内容和学时安排:本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)(采用多媒体教学)11PN 结12半导体二极管13半导体二极管的应用14特殊二极管本章重点:本章重点:P
6、N 结内部载流子的运动,PN 结的特性,二极管的单向导电性、二极管的特性、参数、应用电路分析及稳压管的特性、参数及其特点。本章难点:本章难点:PN 结的形成原理,二极管的非线性伏安特性方程和曲线及其电路分析。本章主要的切入点:本章主要的切入点:“管为路用”“管为路用”从 PN 结是半导体器件的基础结构,PN 结的形成原理入手,通过对器件的非线性伏安特性的描述,在分析电路时说明存在的问题,引出非线性问题线性化的必要性和可行性。本章教学方式:本章教学方式:课堂讲授本章课时安排:本章课时安排:3-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-本章习题:本章习题:P
7、261.1、1.2、1.7、1.9、1.12、1.13。本章的具体内容:本章的具体内容:2、3 节1、介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;2、讲解半导体基础知识,半导体,杂质半导体;3、讲解 PN 结的特点,PN 结的几个特性:单向导电性、伏安特性、温度特性、电容特性。重点:PN 结的形成过程、PN 结的单向导电性、伏安特性曲线的意义,伏安方程的应用。4 节1、讲解半导体二极管结构和电路符号,基本特点,等效电路;2、讲解稳压二极管工作原理,电路符号和特点,等效电路;3、讲解典型限幅电路和稳压电路的分析。重点:两种管子的电路符号和特点。讲解课后习题,让学
8、生更好地了解二极管基本电路及其分析方法。【例例 1 1】电路如图(a)所示,已知uI与 uO的波形,并标出幅值。,二极管导通电压。试画出-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-图(a)【相关知识】【相关知识】二极管的伏安特性及其工作状态的判定。【解题思路】【解题思路】首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态;当二极管的截止时,uO=uI;当二极管的导通时,【解题过程】【解题过程】由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示,即开启电压 Uon和导通电压均为0.7V。由于二极管 D1的阴极电位为3V,而输入动态电压 uI作用于 D1的阳极
9、,故只有当 uI高于3.7V 时 D1才导通,且一旦 D1导通,其阳极电位为 3.7V,输出电压 uO=3.7V。由于 D2的阳极电位为3V,而 uI作用于二极管 D2的阴极,故只有当 uI低于3.7V 时 D2才导通,且一旦 D2导通,其阴极电位即为3.7V,输出电压 uO=3.7V。当 uI在3.7V 到3.7V 之间时,两只管子均截止,故 uO=uI。uI和 uO的波形如图(b)所示。-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-图(b)【例例 1-81-8】设本题图所示各电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止,并求出 A、
10、B 两点之间的电压AB值。【相关知识相关知识】二极管的工作状态的判断方法。【解题思路】【解题思路】(1)首先分析二极管开路时,管子两端的电位差,从而判断二极管两端加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压,则说明二极管处于截止状态;若是正向电压,但正向电压小于二极管的死区电压,则说明二极管仍然处于截止状态;只有当正向电压大于死区电压时,二极管才能导通。(2)在用上述方法判断的过程中,若出现两个以上二极管承受大小不等-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-的正向电压,则应判定承受正向电压较大者优先导通,其两端电压为正向导通电压,然后再用上述方法判断其它二
11、极管的工作状态。【解题过程】【解题过程】在图电路中,当二极管开路时,由图可知二极管 D1、D2两端的正向电压分别为 10V和 25V。二极管 D2两端的正向电压高于 D1两端的正向电压,二极管 D2优先导通。当二极管 D2导通后,UAB=15V,二极管 D1两端又为反向电压。故 D1截止、D2导通。UAB=15V。【例例 1-91-9】硅稳压管稳压电路如图所示。其中硅稳压管 DZ的稳定电压 UZ=8V、动态电阻 rZ可以忽略,UI=20V。试求:(1)UO、IO、I 及 IZ的值;(2)当 UI降低为 15V 时的 UO、IO、I 及 IZ值。【相关知识】【相关知识】稳压管稳压电路。【解题思路
12、】【解题思路】根据题目给定条件判断稳压管的工作状态,计算输出电压及各支路电流值。【解题过程】【解题过程】(1)由于-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-UZ稳压管工作于反向电击穿状态,电路具有稳压功能。故UO=UZ=8VIZ=IIO=64=2 mA(2)由于这时的UZ稳压管没有被击穿,稳压管处于截止状态。故IZ=0【例例 1-101-10】电路如图(a)所示。其中未经稳定的直流输入电压UI值可变,稳压管DZ采用 2CW58 型硅稳压二极管,在管子的稳压范围内,当 IZ为 5mA 时,其端电压 UZ为10V、为 20,且该管的 IZM为 26mA。(
13、1)试求当该稳压管用图(b)所示模型等效时的 UZ0值;-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-(2)当 UO=10V 时,UI应为多大?(3)若 UI在上面求得的数值基础上变化10%,即从 0.9UI变到 1.1UI,问UO将从多少变化到多少?相对于原来的 10V,输出电压变化了百分之几?在这种条件下,IZ变化范围为多大?(4)若 UI值上升到使 IZ=IZM,而 rZ值始终为 20,这时的 UI和 UO分别为多少?(5)若 UI值在 69V 间可调,UO将怎样变化?图(a)图(b)【相关知识】【相关知识】稳压管的工作原理、参数及等效模型。【解题思
14、路】【解题思路】根据稳压管的等效模型,画出等效电路,即可对电路进行分析。【解题过程】【解题过程】(1)由稳压管等效电路知,-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-(2)(3)设不变。当时当时(4)(5)由于 UIUZ0,稳压管 DZ没有被击穿,处于截止状态故 UO将随 UI在 69 V 之间变化-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-第第 2 2 章章半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础本章的教学目标和要求:本章的教学目标和要求:要求学生正确理解放大器的一些基本概念,掌握 BJT 的简化模型
15、及其模型参数的求解方法,掌握 BJT 的偏置电路,及静态工作点的估算方法;掌握 BJT 的三种基本组态放大电路的组成,指标,特点及分析方法;理解放大器的频率响应的概念和描述,掌握放大器的低频、高频截止频率的估算,单管放大器的频率响应的分析,波特图的折线画法。本章总体教学内容和学时安排:本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体与板书相结合的教学方式)(采用多媒体与板书相结合的教学方式)21半导体 BJT22共射极放大电路23图解分析法24小信号模型分析法25放大电路的工作点稳定问题26共集电极电路和共基极电路27多级放大电路28放大电路的频率响应习题课本章重点:本章重点:以共射极放大电路为例介绍
16、基本放大电路的组成、工作原理、静态工作点的计算、性能指标计算。频率响应的概述,波特图的定义;BJT 的简化混合高频等效模型,单管共射放大-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-器中频段、低频段、高频段的频率响应的分析和波特图的画法。本章难点:本章难点:对放大概念的理解;等效模型的应用;对电路近似分析的把握。本章主要的切入点:本章主要的切入点:通过易于理解的物理概念、作图的方法理解放大的概念;通过数学推导与物理意义的结合,加强对器件等效模型的理解;通过 CB、CC、CS 等基本电路的分析,强化工程分析的意识和分析问题的能力。本章教学方式:本章教学方式:
17、课堂讲授+仿真分析演示本章课时安排:本章课时安排:14本章习题:本章习题:P842.3、2.4、2.7、2.8、2.11、2.12、2.13、2.14、2.15、2.16、2.18、2.19、2.20。本章的具体内容:本章的具体内容:5、6、7 节:介绍半导体 BJT 的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。重点:BJT 内部载流子的移动、电流的分配关系和特性曲线。8、9、10 节:介绍共射放大器组成原则,电路各元件的作用,介绍 Q 点定义及其合理设置的重要性,放大电路的工作原理,信号在放大电路各点的传输波形变化;放大电路组成原则。重点:强调对于各个基本概念的理解和掌握。11、12、13、14
18、节:对放大电路进行分析,介绍直流、交流通路的画法原则,并例举几个电路示范;-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-采用图解法对放大电路的 Q 点、电压放大倍数和失真情况进行分析,强调交、直流负载线的区别。再对一个典型共射放大电路进行完整的动态参数分析,并对其分析结果进行详细分析和讨论,从而作为此部分的一个小结。重点:直流、交流通路的画法原则,典型共射放大电路进行完整的动态参数分析。15、16 节:介绍三极管的小信号等效模型、并用小信号模型法分析基本放大电路的主要性能指标 Av,Ri,Ro。重点:建立小信号电路模型,将非线性问题线性化。讲解课后习题,使
19、学生熟悉用图解法和小信号模型法分析放大电路的方式方法。讨论放大电路 Q 点的稳定性。从影响Q 点稳定的因素入手,在固定偏流电路的基础上介绍分压偏置电路,并对其稳定静态工作点的原理进行详细分析。对典型分压偏置共射放大器进行直流分析,强调直流分析中 VCC的分割,工程近似法计算 Q 点;重点:对典型分压偏置共射放大器进行交直流分析。17、18 节:简要介绍有稳 Q 能力的其它电路结构形式,介绍共集放大器(CC)的原理图、直流通路、交流通路、交直流分析,介绍其特点和典型应用;给出一个典型 CC 放大器和其分析结论由学生课外完成分析;介绍共基放大器(CB),原理图,直流通路,交流通路,交直流分析,介绍
20、其特点和典型应用;给出一个典型 CB 放大器和其分析结论由学生课外完成分析。结合一个简单综合性例题小结三组态的特点。-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-给出一个 CE,CC,CB 放大器比较对照表由学生课外完成分析。重点:共集放大器(CC)的交直流分析,共基放大器(CB)的交直流分析。频率响应的概述,基本概念,三个频段的划分,引入 RC 高通电路模拟低频响应,RC 低通电路模拟高频响应,它们的幅频响应,相频响应;的频率响应;波特图的定义;BJT 的完整混合模型,简化高频等效模型,主要参数的推导;单管共射放大器中频段、低频段、高频段的频率响应的分析
21、和波特图的画法。放大器增益带宽积的概念,影响因素,多级放大器的频率响应。以一个单管共射放大电路的分析为例题对以上内容做一个小结。重点:频率响应的基本概念,简化高频等效模型,主要参数的推导;单管共射放大器频率响应的分析。讲解课后习题,并对本章内容作个简单的小结。【例例 2-12-1】电路如图所示,晶体管的 100,UBE0.7 V,饱和管压降UCES0.4 V;稳压管的稳定电压 UZ4V,正向导通电压 UD0.7 V,稳定电流 IZ5 mA,最大稳定电流 IZM25 mA。试问:(1)当 uI为 0 V、1.5 V、25 V 时 uO各为多少?(2)若 Rc短路,将产生什么现象?-完整版学习资料
22、分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-【相关知识】【相关知识】晶体管工作状态的判断,稳压管是否工作在稳压状态的判断以及限流电阻的作用。【解题思路】【解题思路】(1)根据 uI的值判断晶体管的工作状态。(2)根据稳压管的工作状态判断 uO的值。【解题过程】【解题过程】(1)当 uI0 时,晶体管截止;稳压管的电流在 IZ和 IZM之间,故 uOUZ4 V。当 uI15V 时,晶体管导通,基极电流假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流由于 uOUCES0.4 V,说明假设成立,即晶体管工作在放大状态。-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专
23、业资料专业资料-值得指出的是,虽然当 uI为 0 V 和 1.5 V 时 uO均为 4 V,但是原因不同;前者因晶体管截止、稳压管工作在稳压区,且稳定电压为 4 V,使 uO4 V;后者因晶体管工作在放大区使 uO4 V,此时稳压管因电流为零而截止。当 uI2.5 V 时,晶体管导通,基极电流假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流在正电源供电的情况下,uO不可能小于零,故假设不成立,说明晶体管工作在饱和状态。实际上,也可以假设晶体管工作在饱和状态,求出临界饱和时的基极电流为IB=0.18 mAIBS,说明假设成立,即晶体管工作在饱和状态。饱和状态。(2)若Rc短路,电源电压将加在稳压管两端,使
24、稳压管损坏。若稳压管烧断,则 uOVCC12 V。若稳压管烧成短路,则将电源短路;如果电源没有短路保护措施,则也将因输出电流过大而损坏。【方法总结】【方法总结】-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-(1)晶体管工作状态的判断:对于NPN 型管,若 uBEUon(开启电压),则处于导通状态;若同时满足 UCUBUE,则处于放大状态,ICIB;若此时基极电流则处于饱和状态,式中 ICS为集电极饱和电流,IBS是使管子临界饱和时的基极电流。(2)稳压管是否工作在稳压状态的判断:稳压管所流过的反向电流大于稳定电流 IZ才工作在稳压区,反向电流小于最大稳定电
25、流 IZM才不会因功耗过大而损坏,因而在稳压管电路中限流电阻必不可少。图示电路中 Rc既是晶体管的集电极电阻,又是稳压管的限流电阻。【例例 2-22-2】电路如图所示,晶体管导通时 UBE0.7V,=50。试分析 uI为 0V、1V、1.5V三种情况下 T 的工作状态及输出电压 uO的值。【相关知识】【相关知识】晶体管的伏安特性。-完整版学习资料分享-WORD-WORD 格式格式-可编辑可编辑-专业资料专业资料-【解题思路】【解题思路】根据晶体管的管压降与,以及基极电流和集电极电流的特点,直接可以判别出管子的 工作状态,算出输出电压。【解题过程】【解题过程】(1)当 VBB0 时,T 截止,u
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