《汽車電子電工基礎(chǔ)》教案

1、第三節(jié) 交流電動(dòng)機(jī)一、教學(xué)目的與要求1熟悉單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與特性。2理解單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。3. 了解分相式電動(dòng)機(jī)的種類及特性二、教學(xué)過程1. 單相異步電動(dòng)機(jī)（1) 單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與特性在單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入單相交流電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)大小及方向隨時(shí)間沿定子繞組軸線方向變化的磁場(chǎng)，稱為脈動(dòng)磁場(chǎng)。脈動(dòng)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大小一樣、轉(zhuǎn)速相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1、B2。順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩；逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。由于在任何時(shí)刻這兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩都大小相等、方向相反，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，也就

2、是說單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。但一旦讓單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個(gè)合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動(dòng)機(jī)仍將沿著原來的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于單相異步電動(dòng)機(jī)總有一個(gè)反向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動(dòng)機(jī)。（2) 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1）分相法電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的定子有兩個(gè)繞組：一個(gè)是工作繞組（主繞組）；另一個(gè)是起動(dòng)繞組（副繞組），兩個(gè)繞組在空間互成90°。起動(dòng)繞阻與電容C串聯(lián)，使起動(dòng)繞組電流i2和工作繞組電流i1產(chǎn)生90°相位差，即：下圖所示分別為t=0&#

3、176;、45°、90°時(shí)合成磁場(chǎng)的方向，由圖可見該磁場(chǎng)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這樣一來，單相異步電動(dòng)機(jī)就可以在該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下起動(dòng)了。2）罩極法罩極法是在單相異步電動(dòng)機(jī)定子磁極的極面上約1/3處套裝了一個(gè)銅環(huán)（短路環(huán)），套有短路環(huán)的磁極部分叫做罩極。當(dāng)定子繞組通入電流產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)后，有一部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，阻止銅環(huán)部分磁通的變化，結(jié)果使得沒套銅環(huán)的那部分磁極中的磁通與套有銅環(huán)的這部分磁極內(nèi)的磁通有了相位差，罩極外的磁通超前罩極內(nèi)的磁通一個(gè)相位角。隨著定子繞組中電流變化率的改變，單相異步電動(dòng)

4、機(jī)定子磁場(chǎng)的方向也就不斷發(fā)生變化，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就能夠起動(dòng)起來了。2分相式電動(dòng)機(jī)的種類及特性（1）種類： 電壓型啟動(dòng)繼電器電流型啟動(dòng)繼電器差動(dòng)型啟動(dòng)繼電器（2）特性： 1）效率 2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 3）啟動(dòng)電流 4）轉(zhuǎn)速 5）功率因數(shù) 6）過載能力 7）噪聲 三 、作業(yè)1.以課本P66頁(yè)前面一段話為例，分析直流永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)過90度以后與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過150度以后的磁極情況。（參考課本P66頁(yè)第二段話）2. 寫出單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。四 、小結(jié)第三節(jié) 特殊二極管一、教學(xué)目的與要求1熟悉穩(wěn)壓二極管的工作原理及主要應(yīng)用。2熟悉光電二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及

5、原理。3. 熟悉發(fā)光二極管的原理及應(yīng)用。二、教學(xué)過程1.穩(wěn)壓二極管圖3.1 穩(wěn)壓管的表示符號(hào)1)穩(wěn)壓管的符號(hào)和伏安特性穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。由于它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管，其表示符號(hào)如圖3.1所示。2)穩(wěn)壓管的特性穩(wěn)壓管的伏安特性曲線與普通二極管的類似，如右圖所示，其差異是穩(wěn)壓管的反向特性曲線比較陡。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)，從反向特性曲線上可以看出，反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然劇增，穩(wěn)壓管反向擊穿。此后，電流雖在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小，利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中

6、能起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管與一般二極管不一樣，它的反向擊穿是可逆的。當(dāng)去掉反向電壓之后，穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常，但，如果反向電流超過允許范圍，穩(wěn)壓管將會(huì)發(fā)生熱擊穿而損壞。3)硅穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓Vz穩(wěn)定電壓Uz是指穩(wěn)壓管在正常工作(即產(chǎn)生了反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)穩(wěn)定電壓Iz穩(wěn)定電壓Iz是穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的電流，它允許在一定的范圍內(nèi)變化。當(dāng)流過穩(wěn)壓管的電流小于下限值IZMM時(shí)，管子不能穩(wěn)壓。(3)最大穩(wěn)定電流IZM最大穩(wěn)定電流IZM是穩(wěn)壓管允許長(zhǎng)期通過的最大電流值，當(dāng)流過的電流超過此值時(shí)，穩(wěn)壓管可能會(huì)因過熱而損壞，可見，穩(wěn)壓管的正常工作電流范圍為IZMM£ I £

7、IZM。(4)動(dòng)態(tài)電阻rz動(dòng)態(tài)電阻rz是反映穩(wěn)壓管性能的一個(gè)參數(shù)，動(dòng)態(tài)電阻rz越小，穩(wěn)壓效果越好。(5)電壓溫度系數(shù)r電壓溫度系數(shù)r是表示穩(wěn)壓管溫度穩(wěn)定性的參數(shù)，穩(wěn)定電壓在6V左右的管子；穩(wěn)壓值受溫度的影響最小。2.光電二極管1）概述：光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦浴５?，在電路中不是用它作整流元件，而是通過它把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。那么，它是怎樣把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的呢？大家知道，普通二極管在反向電壓作用在處于截止?fàn)顟B(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設(shè)計(jì)和制作時(shí)盡量使PN結(jié)的面積相對(duì)較大，以便接收入射光。光電二極管是在反向電壓作用下工作

8、的，沒有光照時(shí)，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，成為光電傳感器件。2）光電二極管工作原理光電二極管工作原理光電二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。 光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時(shí)，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能

9、量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，稱為光生載流子。 它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。光電二極管、光電三極管是電子電路中廣泛采用的光敏器件。光電二極管和普通二極管一樣具有一個(gè)PN結(jié)，不同之處是在光電二極管的外殼上有一個(gè)透明的窗口以接收光線照射，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號(hào)一般為VD。光電三極管除具有光電轉(zhuǎn)換的功能外，還具有放大功能，在電路圖中文

10、字符號(hào)一般為VT。光電三極管因輸入信號(hào)為光信號(hào)，所以通常只有集電極和發(fā)射極兩個(gè)引腳線。同光電二極管一樣，光電三極管外殼也有一個(gè)透明窗口，以接收光線照射。3.發(fā)光二極管圖3.2發(fā)光二極管的符號(hào)發(fā)光二極管LED的符號(hào)如圖所示,它是通過電場(chǎng)或電流激發(fā)固體發(fā)光材料并使之輻射發(fā)光的,是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。1）發(fā)光二極管的符號(hào)和特性圖3.3LED驅(qū)動(dòng)電路(a)直流驅(qū)動(dòng)電路 (b)交流驅(qū)動(dòng)電路發(fā)光二極管的伏安特性曲線與普通二極管基本相似，當(dāng)其兩端的正向電壓UF較小時(shí)，幾乎沒有電流IF流過；但當(dāng)UF加大到超過發(fā)光二極管的開啟電壓時(shí)，IF會(huì)快速上升，并且IF與UF的關(guān)系有較寬一段線性區(qū)，此時(shí)發(fā)光二極管呈

11、現(xiàn)歐姆導(dǎo)通特性。而這個(gè)導(dǎo)通電流IF就激發(fā)發(fā)光二極管發(fā)光。2）發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路及簡(jiǎn)單應(yīng)用發(fā)光二極管的發(fā)光是靠驅(qū)動(dòng)電源的作用，將電能轉(zhuǎn)化為光能，這種驅(qū)動(dòng)電源可以是直流的也可以是交流的。但應(yīng)注意，由于LED是電流控制器件，因此驅(qū)動(dòng)電源必須能提供足夠而且安全的驅(qū)動(dòng)電流，才能使LED安全可靠工作、正常發(fā)光。圖3.3(a)、(b)分別給出了基本的直流驅(qū)動(dòng)電路和交流驅(qū)動(dòng)電路。兩圖中LED的工作電流由外部電源Us經(jīng)限流電阻R供給。為了使LED工作在額定狀態(tài)，必須合理選擇Us和R。如果Us一定，若R太大，會(huì)使驅(qū)動(dòng)電流不足而使LED發(fā)光微弱，甚至不發(fā)光；而R太小，又可能使驅(qū)動(dòng)電流過大，造成LED損壞。對(duì)于圖3

12、.3(a)所示的直流驅(qū)動(dòng)電路，限流電阻R值為對(duì)于圖3.3(b)所示的交流驅(qū)動(dòng)電路，限流電阻R值為三 、作業(yè)1. 課本P110頁(yè)5-4題。2. 課本P110頁(yè)5-5題。四 、小結(jié)純凈的半導(dǎo)體單晶叫本征半導(dǎo)體。物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)載電荷的粒子叫載流子。本征半導(dǎo)體中存在著兩種數(shù)量相等、電性相反的載流子電子載流子和空穴載流子。載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子；而在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體，整個(gè)晶體呈電中性。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)?，反向截止。半?dǎo)體

13、二極管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)PN結(jié)，它也具有單向?qū)щ娦?。半?dǎo)體二極管的主要參數(shù)有二：最大整流電流和最高反向工作電壓，這兩個(gè)參數(shù)均為管子的極限參數(shù)。第四節(jié) 晶體三極管一、教學(xué)目的與要求1熟悉晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)。2掌握晶體管的電流放大特性。3. 理解晶體管的特性曲線。4. 熟悉三極管的三種工作狀態(tài)。5. 掌握半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)。6. 了解三極管在汽車電子電路中的應(yīng)用。二、新課引入半導(dǎo)體晶體管(簡(jiǎn)稱為晶體管)是最重要的一種半導(dǎo)體器件。它的放大作用和開關(guān)作用促使電子技術(shù)飛躍發(fā)展。晶體管的電流放大特性:圖4.1三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號(hào)（A）NPN型三極管（B）PNP型三極管半導(dǎo)體晶體管由兩個(gè)靠得很近的P

14、N結(jié)構(gòu)成,由于兩個(gè)PN結(jié)的互相影響,使半導(dǎo)體晶體管具有放大功能。以下我們將在介紹半導(dǎo)體晶體管工作原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論晶體管的特性曲線和參數(shù)。三、教學(xué)過程1.晶體管的基本結(jié)構(gòu)晶體管由三個(gè)半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)組成。因此晶體管有：三區(qū)(三個(gè)半導(dǎo)體電區(qū))發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；三極(三個(gè)電極)發(fā)射極(E)、基極(B)和集電極(C)，這三個(gè)電極是分別從三個(gè)導(dǎo)電區(qū)引出來的；兩結(jié)(兩個(gè)結(jié))發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。晶體管有兩個(gè)基本類型即NPN型和PNP型。其結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)如圖4.1所示。圖形中發(fā)射極的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)處于正向偏置時(shí)電流的實(shí)際方向。不論是NPN管還是PNP管，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有一個(gè)共同的特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃

15、度高，基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度很低，集電區(qū)面積較大，且集電結(jié)的面積比發(fā)射結(jié)的面積大，這個(gè)特點(diǎn)是晶體管具有放大作用的內(nèi)部條件。2.晶體管的電流放大特性圖4.2 晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路1)晶體管具有電流放大作用的條件如圖4.2所示，要使晶體管正常工作，必須外加大小和極性適當(dāng)?shù)碾妷?。給發(fā)射結(jié)外加正向電壓EE，發(fā)射區(qū)才能起到向基區(qū)注入載流子的作用；給集電結(jié)加上較大的反向偏壓EC，在集電結(jié)造成較強(qiáng)的電場(chǎng)，才能把注入基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的非平衡載流子拉入集電區(qū)，形成集電極電流，使集電區(qū)起到收集載流子的作用?？傊咕w管作放大工作，發(fā)射結(jié)應(yīng)加正向偏壓，集電結(jié)應(yīng)加反向偏壓。小結(jié)：共發(fā)射極接法的晶體管要具有放大

16、作用，需滿足兩個(gè)條件：(1)內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)的載流子濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的載流子濃度，此條件在作晶體管時(shí)已實(shí)現(xiàn)。(2)外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。2)晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)與電流形成過程：發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子；電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合；集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子。3)晶體管電流放大作用的幾點(diǎn)結(jié)論調(diào)節(jié)RB，使基極電流IB為不同的數(shù)值，測(cè)出相應(yīng)的集電極電流IC和發(fā)射極電流IE，如下表，可得：表1 晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)表IB(mA)00.020.040.060.080.10IC(mA)0.0010.701.502.303.103.95IE(mA)0.0010.721.542.363.184.0

17、5（1） IB=0時(shí)，IC=IE=ICEO，ICEO稱為穿透電流，它很小，可忽略不計(jì)，即IB=0時(shí)，IC=IE=0。（2） IBICIB+IC=IE (6.10)（3） IC/IB»b(6.11)(b稱為晶體管的直流電流放大系數(shù))由(6.10)與(6.11)可得：IE=IC+IB=(1+b)IB(6.12)（4） 當(dāng)DIB 有一小的變化時(shí)，DIC有一個(gè)很大的變化，DIC與DIB的比值稱為晶體管的交流電流放大系數(shù)，用b表示。b=DIC/DIB(6.13)注意：b與b不是一回事。若是PNP管，為使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，應(yīng)滿足UE>UB>UC，因此須將圖4.2中電源U

18、CC與UBB的極性反過來。綜上所述，當(dāng)晶體管滿足內(nèi)、外部條件時(shí)，就具有電流放大作用，即基極電流IB對(duì)集電極電流IC的控制作用，較小的IB變化能引起較大的IC變化。例1試求表1所示晶體管的b和b之值。3.晶體管的特性曲線晶體管各極電流和電壓的關(guān)系曲線稱為晶體管的特性曲線，特性曲線全面地反映了各極電流與電壓之間的關(guān)系，它反映出晶體管的性能，是分析和計(jì)算晶體管電路的依據(jù)之一。對(duì)于晶體管不同的連接方式，有不同的特性曲線。下面介紹最常用的共射極接法的輸入特性和輸出特性。1)輸入特性曲線當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE為某一恒定值時(shí)，輸入回路中基極與發(fā)極間的電壓UBE與其產(chǎn)生的基極電流IB的關(guān)系曲線，稱為

19、輸入特性曲線。即IB=f(UBE)|UCE=C3DG4型晶體管的輸入特性曲線見圖4.3所示，對(duì)硅管而言，當(dāng)UCE³1V時(shí)，集電結(jié)已反向偏置，并且內(nèi)電場(chǎng)已足夠大，而基區(qū)又很薄，可以把從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子中的絕大部分拉入集電區(qū)。如果此時(shí)再增大UCE，只要UBE保持不變(從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)就一定)，IB也就不再明顯地減小。就是說，UCE>1V后的輸入特性曲線基本上是重合的。所以通常只畫出UCE³1V的一條輸入特性曲線。從圖中可知，晶體管的輸入特性具有如下特點(diǎn)：當(dāng)UBE較小時(shí)，IB=0，只有當(dāng)UBE大于某一數(shù)值后，才出現(xiàn)IB，即晶體管才開始導(dǎo)通，我們稱晶體管開始導(dǎo)

20、通時(shí)對(duì)應(yīng)的UBE為死區(qū)電壓。硅管的死區(qū)電壓為0.5伏左右；鍺管的死區(qū)電壓為0.2伏左右。當(dāng)UBE大于死區(qū)電壓后，IB隨UBE的上升而迅速上升。最后曲線近似于直線。在放大電路中，晶體管應(yīng)工作在近似直線區(qū)。隨UCE的增大，曲線向右移。另外實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)UCE³1時(shí)，不同UCE對(duì)應(yīng)的輸入特性曲線基本重合；而當(dāng)UCE£1時(shí)，移動(dòng)十分明顯。圖4.4 3DG6晶體管的輸出特性曲線以上可知，晶體管的輸入特性與二極管的正向特性具有相似的特點(diǎn)，為什么呢？因?yàn)榫w管的輸入回路也是一個(gè)PN結(jié)。圖4.3 DG6晶體管的輸入特性曲線2) 輸出特性曲線輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流IB固定為某一常數(shù)時(shí)，輸出

21、回路中集.射間電壓UCE與集電極電流ICE之間的關(guān)系曲線。即IC=f(UCE)|IB=C圖4.4即為晶體管的輸出特性曲線。在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出曲線是一組曲線。由圖可知：當(dāng)IB一定時(shí)，在曲線的起始部分，UCE略有上升，IC便有較大的上升，IC與UCE近似為線性關(guān)系，即IC主要受UCE的控制。UCE約大于1伏時(shí)，曲線漸趨平坦，當(dāng)UCE繼續(xù)增大時(shí)，IC也不再有明顯的增加，曲線近于水平，具有恒流特性。當(dāng)IB增大時(shí)，相應(yīng)的IC也增大，曲線上移，而且IC比IB增加得多得多，這就是晶體管的電流放大作用。4.三極管的三種工作狀態(tài)通常把晶體管的輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：(1)放大

22、區(qū)輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，IC=bIB。放大區(qū)也稱為線性區(qū)，因?yàn)镮C和IB成正比的關(guān)系。如前所述，晶體管工作于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，即對(duì)NPN型管而言，應(yīng)使UBE>0，UBC<0。(2)截止區(qū)IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB=0時(shí)，IC=IE=ICEO=0。由于IC、IE均近似為0，因此集電極C與發(fā)射極E之間如同開路，即相當(dāng)于開關(guān)的斷開。(3)飽和區(qū)當(dāng)UCE<UBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于正向偏置。此時(shí)集.射間的電壓降稱為飽和壓降，飽和壓降很小，因此可把集電極C與發(fā)射極E之間看作開關(guān)的閉合。在飽

23、和區(qū)，IB的變化對(duì)IC的影響較小，兩者不成正比，放大區(qū)的不能適用于飽和區(qū)。小結(jié)：放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)都是晶體管的正常工作區(qū)，晶體管作放大器使用時(shí)工作在放大區(qū)；作開關(guān)使用時(shí)，則工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。5.半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)晶體管的特性除用特性曲線表示外，還可用一些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是晶體管的參數(shù)。他們是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。主要參數(shù)有下面幾個(gè)：(1)電流放大系數(shù)()晶體管的電流放大系數(shù)分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)。共發(fā)射極接法進(jìn)的直流電流放大系數(shù)為共發(fā)射極接法時(shí)的交流電流放大系數(shù)為 從圖4.4所給出的3DG6晶體管的輸出特性曲線上，例2 計(jì)算Q1點(diǎn)處的由Q1和Q2兩點(diǎn)計(jì)算

24、b。解：(1)在Q1點(diǎn)，UCE=6V，IB=0.04mA，IC=1.5mA，故由Q1和Q2兩點(diǎn)(UCE=6V)得：由上述可見，b和b的含義是不同，但在輸出特性曲線近于平行等距并且ICEO較小時(shí)，兩者數(shù)值較為接近，今后在估算時(shí)，常用b=b這個(gè)近似關(guān)系。由于晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在特性曲線的近于水平部分，IC隨IB成正比地變化，b值才可認(rèn)為是基本恒定的。(2)集-基極反向漏電流ICBO和集-射穿透電流ICEOICBO是當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)由于集電結(jié)處于反向偏置，集電區(qū)和基區(qū)中的少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流。它受溫度的影響大。在室溫下，小功率鍺管的ICBO約為幾微安到幾十微安，小功率硅管

25、在1mA以下。ICBO越小越好。硅管在溫度穩(wěn)定性方面勝于鍺管。它受溫度影響較大。ICEO是當(dāng)IB=0(將基極開路)、集電結(jié)處于反向篇置和發(fā)射結(jié)處于正向偏置時(shí)的集電極電流。又因?yàn)樗孟袷菑募姌O直接穿透晶體管而到達(dá)發(fā)射極的，所以稱為穿透電流。受溫度影響更大。(3)極限參數(shù)晶體管的極限參數(shù)是晶體管正常工作時(shí)，電流、電壓、功率等的極限值，是管子安全工作的主要依據(jù)。集電極最大允許電流ICM集電極電流IC超過一定值時(shí)，晶體管的b值要下降，當(dāng)b值下降到正常數(shù)值的三分之二時(shí)的集電極電流，稱為集電極最大允許電流ICM。因此，在使用晶體管時(shí)，IC并不一定會(huì)使晶體管損壞，但以降低b值為代價(jià)。集-射極反向擊穿電壓U

26、(BR)CEO基極開路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，稱為集.射極反向擊穿電壓U(BR)CEO。當(dāng)晶體管的集.射極電壓UCE大于U(BR)CEO時(shí)，ICEO突然大幅度上升，說明晶體管已被擊穿。集電極最大允許耗散功率PCM由于集電極電流在流經(jīng)集電結(jié)時(shí)將產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫升高，從而會(huì)引起晶體管參數(shù)變化。當(dāng)晶體管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)，集電結(jié)反消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率PCM。PCM主要受結(jié)溫TJ的限制，一般來說，鍺管允許結(jié)溫約為70-900C，硅管約為600C。例3 若把一個(gè)NPN型晶體管集電極電源反接，使集電結(jié)也正向偏置，則IC更大，試問對(duì)放大是否有利？答：

27、如果集電極電源也反接，使集電結(jié)也處于正向偏置，IC雖然很大，集電結(jié)也成了一個(gè)正向?qū)ǖ亩O管，IB對(duì)IC失去了放大能力?？梢?，放大作用在于IB對(duì)IC的控制，而不在于兩者絕對(duì)值的大小。放大的條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。附：晶體管的命名方法例：3DG63DG6晶體管NPN型，硅材料高頻小功率管序號(hào)6.三極管在汽車電子電路中的應(yīng)用 （1）多諧振蕩器（2）多諧振蕩器在汽車中的應(yīng)用1）晶體管閃光器2）無觸點(diǎn)晶體管電喇叭3）刮水器間歇控制四、小結(jié)第五節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管一、教學(xué)目的與要求1熟悉MOS場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)。2理解MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。二、新課引入場(chǎng)效應(yīng)管的知識(shí)：*場(chǎng)效應(yīng)管是另一種具有正向受控

28、作用的半導(dǎo)體器件，從制做工藝的結(jié)法上分為兩大類型：第一類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）第二類：絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）又稱：金屬一氧化物一半導(dǎo)體型（MOSFET）; 簡(jiǎn)稱 MOS型場(chǎng)效應(yīng)管。*其中MOS場(chǎng)效管具有制造工藝簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，器件的特性便于控制等特點(diǎn)。因此MOS管是當(dāng)前制造超大規(guī)模集成電路的主要有源器件，并且已開發(fā)出許多有發(fā)展前景的新電路技術(shù)。三、教學(xué)過程（一）、MOS場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理MOS管又分為 增強(qiáng)型（EMOS）兩種 耗盡型（DMOS） 每一種又有 N溝道型 P溝道型 所以一共有四種： N溝道增強(qiáng)型（NEMOS） P溝道增強(qiáng)型（PEMOS） N溝道耗盡型（N

29、DMOS） P溝道耗盡型（PDMOS）現(xiàn)在以N溝道增強(qiáng)型為例討論MOS管的工作原理：1、結(jié)構(gòu)：NEMOS管以P型硅片為襯底。 再在襯底上擴(kuò)散兩個(gè)N+區(qū)（高摻雜），分別為源區(qū)和漏區(qū)。則源區(qū)和漏區(qū)分別與P型襯底形成兩個(gè)PN+結(jié)。 在P型襯底表面生長(zhǎng)著一薄層的二氧化硅（SiO2）的絕緣層，并在兩個(gè)N+區(qū)之間的絕緣層上覆蓋一層金屬，然后在上面引出電極為柵極（G）； 源區(qū)和漏區(qū)引出的電極分別為源極（S）和漏極（D） 而從襯底通過P+引線引出的電極稱為襯底極（U）。如下圖所示：2、電路符號(hào)：如各圖片所示 3、工作原理： 在柵極電壓VGS作用下，漏區(qū)和源區(qū)之間形成導(dǎo)電溝道。然后在漏極電壓VDS作用下，源區(qū)電

30、子沿導(dǎo)電溝道行進(jìn)到漏區(qū)，產(chǎn)生自漏極流向源極的電流。 因此，改變柵極電壓VGS即可控制導(dǎo)電溝道的導(dǎo)電能力，使漏極電流ID發(fā)生變化，從而起到正向控制作用。（1）導(dǎo)電溝道形成原理：在通常情況下，源極（S）一般都與襯底極（U）相連，即VUS=0；而正常工作時(shí)，源區(qū)和漏區(qū)的兩個(gè)N+區(qū)與襯底之間的PN結(jié)必須加反偏電壓，因此，漏極對(duì)源極的電壓VDS必須為正值。即正常工作時(shí) ： VGS > 0,VDS > 0，且VDS > VGS 先設(shè)VDS= VGS= 0，兩個(gè)N+區(qū)各自被空間電荷區(qū)包圍而隔斷。 加上VGS>0，產(chǎn)生自SiO2P型襯底的電場(chǎng)E，電場(chǎng)E將兩個(gè)N+區(qū)的多子電子和P型襯底中

31、的少子電子吸向襯底的表面與多子空穴復(fù)合而消失，同時(shí)又排斥襯底中的空穴向P的底層。 這樣在襯底表面的薄層中形成以負(fù)離子為主的空間電荷區(qū)，并與兩個(gè)PN結(jié)的空間電荷區(qū)相通。 此時(shí)，由于電荷平衡原理，空間電荷區(qū)的純負(fù)電荷量等于金屬柵上的正電荷量。可見，當(dāng)VGS= 0或較小的正值時(shí)，源區(qū)和漏區(qū)之間均被空間電荷區(qū)隔斷。VDS = VGS = 0，兩個(gè)N+區(qū)各自被空間電荷區(qū)包圍而隔斷。UDS = 0，0 UGS UGS（TH）時(shí)，形成空間電荷區(qū) 增大VGS，使兩個(gè)N+區(qū)和襯底中的電子進(jìn)一步被吸引到襯底表面的薄層中，并進(jìn)一步排斥該薄層中的空穴，直到其間自由電子濃度大于空穴濃度，則薄層的導(dǎo)電類型就由原來的P型轉(zhuǎn)

32、變?yōu)镹型，且與兩個(gè)N+區(qū)相通，因此我們稱這時(shí)的薄層為反型層。而由P型轉(zhuǎn)變而來的。 當(dāng)外加VDS>0時(shí)，源區(qū)中多子電子將沿這個(gè)反型層漂移到漏區(qū)D，形成自漏極D流向源極S的漏極電流ID。因此，通常將反型層稱為源區(qū)和漏區(qū)之間的導(dǎo)電溝道。這個(gè)溝道由電子形成，故稱為N溝道?？梢钥闯觯琕GS反型層中的自由電子濃度，溝道導(dǎo)電能力，則在VDS 作用下的 ID。 形成反型層后，根據(jù)電荷平衡原理，反型層中的電子電荷量和空間電荷區(qū)中的負(fù)離子電荷量之和等于金屬柵上的正電荷量。 現(xiàn)將剛開始形成反型層所需的VGS 值稱為開啟電壓，用 VGS(th) 表示，VGS(th) 的大小決定于MOS管的工藝參數(shù)。 當(dāng)VGS

33、< VGS(th) 時(shí)，溝道未形成，（或稱為溝道被夾斷）。此時(shí)在VDS 作用下的ID = 0 當(dāng)VGS > VGS(th) 時(shí)，溝道形成，ID隨VGS增大而增大。（4）結(jié)論通過對(duì)EMOS管的工作原理的闡述，我們可以看到，MOS管是依靠多子電子的一種載流子進(jìn)行導(dǎo)電的，所以是單極型器件，而晶體三極管是依靠電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的，所以是雙極型器件。四 、作業(yè)1. 由課本P103頁(yè)圖5-35所示，計(jì)算Q1點(diǎn)處的和Q1與Q2兩點(diǎn)的b值。2. 課本P110頁(yè)的5-6題。五 、小結(jié)第六章 基本放大電路第一節(jié) 共射組態(tài)基本放大電路的組成& 第二節(jié) 放大電路的靜態(tài)分析一、教學(xué)目的與要求1

34、熟悉共發(fā)射極放大電路的組成及工作原理。2. 理解放大電路的靜態(tài)分析。二、教學(xué)回顧1.晶體管的三極、三區(qū)及兩結(jié)。2.晶體管具有電流放大作用的外部條件是什么？3.晶體管三極電流的關(guān)系怎樣？4.請(qǐng)描述晶體管的輸入、輸出特性。三、新課引入晶體管的主要用途之一是利用其放大作用組成放大電路。在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，往往要求用微弱的信號(hào)去控制較大功率的負(fù)載。例如，在自動(dòng)控制機(jī)床上，需要將反映加工要求的控制信號(hào)加以放大，得到一定輸出功率以推動(dòng)執(zhí)行元件(電磁鐵、電動(dòng)機(jī)、液壓機(jī)構(gòu)等)。就是在常見的收音機(jī)和電視機(jī)中，也是將天線收到的微弱信號(hào)放大到足以推動(dòng)揚(yáng)聲器和顯像管的程度?？梢姺糯箅娐返膽?yīng)用十分廣泛，是電子設(shè)備中最普

35、遍的一種基本單元。四、教學(xué)過程1. 共發(fā)射極放大電路的組成及工作原理1)組成由NPN管組成的共射放大電路如圖6.1(A)所示，該電路以晶體管V為核心，它是由輸入電路C1、RB；輸出電路C2、RC、UCC和RL以及晶體管三RLRCRBC2C1u0uiUCC部分組成。VUCCRLRCRBC2C1u0ui (A) (B) 圖6.1共射極基本放大電路2)各元件的作用晶體管V是電路的放大元件，利用其電流放大作用，將基極電流的較小變化放大為集電極電流的較大變化。UCC為集電極直流電源，它有兩個(gè)作用，其一是給晶體管提供偏置電壓，以滿足放大條件；其二是作為放大電路的能源。UCC一般為幾伏到幾十伏。RB為基極偏

36、置電阻。UCC經(jīng)晶體管發(fā)射結(jié)正向偏置，并給基極提供一個(gè)大小適當(dāng)?shù)撵o態(tài)電流，RB一般為幾十千歐到幾百千歐。RC為集電極負(fù)載電阻，其作用是將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為集-射間電壓uCE的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。一般為幾千歐到十幾千歐。C1、C2為耦合電容，其作用是“隔直通交”，一般為幾微法到幾十微法。所謂“隔直”作用，指的是對(duì)直流分量，充電完畢后的C1和C2可視為開路，隔斷了放大器與信號(hào)源之間、放大電路與負(fù)載之間的直流通路，使放大器的直流工作狀態(tài)不致受到外部因素的影響。對(duì)交流分量，由于C1、C2容量較大，它們的容抗通常比放大電路的輸入電阻和負(fù)載電阻RL小得多，信號(hào)在其上的壓降很小，起到了傳輸信號(hào)的耦

37、合作用。在電子電路中，通常將輸入和輸出回路的公共端作為參考點(diǎn)(零電位點(diǎn))接地，這樣，電源UCC的符號(hào)可省去，只要標(biāo)出其對(duì)地電位。這樣圖6.1(A)可畫成圖6.1(B)的式樣。3)放大電路的靜態(tài)分析在輸入信號(hào)的作用下，放大器中晶體管各極電流電壓除直流分量外，還出現(xiàn)了交流分量，分析原則是把直流分量和交流分量分開。因此對(duì)放大電路的分析可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況來分析。所謂靜態(tài)是指當(dāng)放大電路沒有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)；動(dòng)態(tài)則是指有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)。靜態(tài)分析是要確定放大電路的質(zhì)量與其靜態(tài)值的關(guān)系。動(dòng)態(tài)分析是要確定放大電路的電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻ri和輸出電阻r0。(1)用估算法確定靜態(tài)值QUCE(V

38、)ICUBE（V）IB（mA）Q靜態(tài)或直流工作狀態(tài)時(shí)的路徑稱為直流通路。如圖6.26所示。IEQUBEQICQRBRCUCCIBQ圖6.2 直流通路 圖6.3 放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)畫直流通路的原則：因?yàn)殡娙輰?duì)直流電流相當(dāng)于開路，因此畫出的直流通路就是將放大電路中的電容C1、C2斷開而成。根據(jù)克希荷夫電壓定律，由圖6.2可得：則靜態(tài)時(shí)耦合電容C1、C2中雖無直流電流，但其兩端仍有直流電壓，且UC1=UBEQ，UC2=UCEQ。例6.6在圖6.1中，已知UCC=12V，RB=300KW，RC=3KW，晶體管V的電流放大系數(shù)b=50，求靜態(tài)工作點(diǎn)。解： IBQ= UCC/RB =12/300=0.0

39、4(mA)ICQ=bIBQ=50´0.04=2(mA)UCEQ=UCC-ICQRC=12-2´3=6(V)(2)用圖解法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)值也可以用圖解法來確定，它能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對(duì)放大電路工作的影響，求IB的方法與估算法相同或者是給定的。由放大電路的輸入特性曲線與已知的IB可從輸入特性曲線上找到對(duì)應(yīng)的UBEQ，從而確定輸入特性曲線上的Q點(diǎn)的位置。如圖6.3(A)作直流負(fù)載線確定靜態(tài)工作點(diǎn)。我們知道，在放大電路中，IC既與輸入回路中的IB有關(guān)系IC=IB；又與輸出回路中的UCE有關(guān)系UCE=UCC-ICRC；它表示的是一條直線，我們可以把它畫在放大電

40、路的輸出曲線上。這條直流我們把它叫做放大電路的直流負(fù)載線。以上曲線和直線只有一個(gè)交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)就是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。如圖6.3(B)用圖解法求靜態(tài)值的一般步驟如下：1）給出晶體管的輸出特性曲線組2）作出直流負(fù)載線3）由直流通路求出偏流IB4）得出合適的靜態(tài)工作點(diǎn)5）找出靜態(tài)值(3)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)輸出波形的影響放大電路的任務(wù)就是不失真地將輸入信號(hào)變得足夠大，而波形失真就是輸出信號(hào)的波形不像輸入信號(hào)的波形。引起失真的最基本的一個(gè)原因是由于靜態(tài)工作點(diǎn)不合適或者信號(hào)太大，使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，這種失真叫非線性失真。因此在交流放大電路中設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就是為

41、了被放大的信號(hào)不失真。如圖6.4所示,改變靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)輸出波形有影響.圖6.4 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響(1)ICQ太大，會(huì)引起飽和失真。(2)ICQ太小，會(huì)引起截止失真。小結(jié)：靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在放大區(qū)的中間位置即I CQ不能太大也不能太小，否則均會(huì)引起波形失真。五、小結(jié)1）共射極放大電路的組成及各部分的功用。2）共射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)如何確定？3）靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)輸出波形的影響。第六章 基本放大電路第三節(jié) 放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、教學(xué)目的與要求1熟悉共發(fā)射極放大電路的組成及工作原理。2. 理解放大電路的靜態(tài)分析。二、教學(xué)回顧在共射極放大電路中，已知UCC=12V，RB=300KW

42、，RC=3KW，晶體管V的電流放大系數(shù)b=50，求靜態(tài)工作點(diǎn)。三、新課引入一個(gè)放大電路不可能只工作在某一點(diǎn)，當(dāng)有交流信號(hào)流過時(shí)，放大電路的工作情況會(huì)如何呢？這就要對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。四、教學(xué)過程（一）放大電路的動(dòng)態(tài)分析當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)中除直流分量外，還有交流分量，因此晶體管不會(huì)工作在靜態(tài)工作點(diǎn)一點(diǎn)上。動(dòng)態(tài)分析是在表態(tài)值確定后分析信號(hào)的傳輸情況，考慮的只是電流和電壓的交流分量。放大電路的動(dòng)態(tài)分析有兩種方法：小信號(hào)等效電路法和圖解法。(1)微變等效電路法所謂放大電路的小信號(hào)等效電路，就是把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路，也就是把晶體管等效為一個(gè)線性電路。這樣就可以像

43、處理線性電路那樣來處理晶體管放大電路。如何把晶體管線性化呢？我們從共發(fā)射極接法晶體管的輸入特性和輸出特性兩方面來分析討論。晶體管的小信號(hào)等效電路icVuceubeibucebibieibrbeube當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的工作段可近似看作是線性的。因此我們可用圖6.5所示的所謂等效電路來代替晶體管。為什么可用圖6.5的電路來代替晶體管呢？圖6.5晶體管的小信號(hào)等效電路在晶體管的輸入特性曲線上選定合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在Q點(diǎn)附近的線段近似為直線，因此，以Q點(diǎn)為中心的微小變化量DuBE與DiB的比值可用一電阻rBE表示，這就是晶體管的輸入電阻，而在交流放大器中DuBE與DiB 就是交流信號(hào)分量uBE與iB ，則經(jīng)理論和實(shí)踐證明，對(duì)微小變量而言，rBE可用下列公式求得：式中IE為發(fā)射極的靜態(tài)電流值，單位取毫安。因此，晶體管的BE間可用輸入電阻rBE等效代替。從晶體管的輸出特性可知，放大區(qū)內(nèi)的特性曲線是一組與橫軸近似平行的直線，