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文檔簡介
模擬電子技術(shù)與應(yīng)用
JiangSuCollegeofInformationTechnology本課程簡介
本課程為《模擬電子技術(shù)與應(yīng)用》,采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的模式,屬職業(yè)能力課程,且為學(xué)院級精品課程,采用項(xiàng)目式教學(xué)方式授課。
本課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性,有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
學(xué)好本課程的要點(diǎn):做好每一個(gè)項(xiàng)目、寫好每一份報(bào)告、完整做好每一件事,培養(yǎng)解決電路問題的方法及電子線路的相關(guān)概念、多練習(xí)。特點(diǎn)(1)非線性元件較多(2)直流與交流同時(shí)存在(3)受控源較多(4)抓主要、略次要(5)存在著反饋學(xué)習(xí)要求(1)多畫圖、畫好圖(2)重認(rèn)知、會(huì)應(yīng)用電路的基本結(jié)構(gòu)→元器件的作用→電路的特點(diǎn)→電路的估算→電路的應(yīng)用場合→元器件參數(shù)對電路性能的影響→電路的改進(jìn)(3)重實(shí)踐、多動(dòng)手
采用企業(yè)化管理模式,將項(xiàng)目工程概念引入課堂
圍繞市場辦學(xué)校、依托行業(yè)設(shè)專業(yè)、根據(jù)崗位定課程、強(qiáng)化素質(zhì)育人才《模擬電子技術(shù)與應(yīng)用》項(xiàng)目式課程教學(xué)特點(diǎn)本課程參考資料1.康華光主編,電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)高等教育出版社
2.童詩白華成英主編,《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)》,高等教育出版社二極管集成器件三極管場效應(yīng)管單管三組態(tài)放大器低頻功率放大器集成運(yùn)算放大電路負(fù)反饋放大器直流穩(wěn)壓電源半導(dǎo)體器件單元電路應(yīng)用電路課程內(nèi)容數(shù)字萬用表介紹不管任何時(shí)刻,紅表筆始終是正、黑表筆始終是負(fù)不得用電流檔、電阻檔測量電壓不得用電阻檔測量電流、電壓不得用直流檔測量交流信號的值看一看——實(shí)踐操作雙路直流穩(wěn)壓電源介紹看一看——實(shí)踐操作顯示器控制垂直控制水平控制顯示器觸發(fā)控制看一看——實(shí)踐操作雙蹤示波器介紹項(xiàng)目一小信號放大電路模塊1.1:二極管的性能測試與應(yīng)用看一看——二極管實(shí)物認(rèn)識(shí)二極管圖形符號、文字符號diodeD普通二極管二極管有哪些特性?伏安特性溫度特性發(fā)光效應(yīng)光電效應(yīng)電容效應(yīng)穩(wěn)壓效應(yīng)單向?qū)щ娦宰鲆蛔鲰?xiàng)目1-1-1:二極管單向?qū)щ娦缘臏y試任務(wù)要求:按測試程序要求完成所有測試內(nèi)容,并撰寫測試報(bào)告。測試設(shè)備:模擬電路綜合測試臺(tái)1臺(tái),0~30V直流穩(wěn)壓電源1臺(tái),數(shù)字萬用表1塊,mA表1只。測試電路:如圖所示,其中二極管VD為1N4148(或其他),R為1k。①按圖接好電路。②由直流穩(wěn)壓電源輸出10V電壓接入輸入端,即UI=+10V(此時(shí)二極管兩端所加的電壓為正向電壓),測量輸出電壓和電流的大小,并記錄:
UO=
V,I=
mA
測量此時(shí)二極管兩端的電壓為
UVD=
V做一做——二極管單向?qū)щ娦缘臏y試測試程序:
結(jié)論:當(dāng)二極管兩端所加的電壓為正向電壓時(shí),二極管將
(導(dǎo)通/截止,截止即不導(dǎo)通)。
③保持步驟2,將二極管反接(此時(shí)二極管兩端所加的電壓為反向電壓),測量輸出電壓和電流的大小,并記錄:UO=
V,I=
mA
結(jié)論:當(dāng)二極管兩端所加的電壓為反向電壓時(shí),二極管將
(導(dǎo)通/截止)。
做一做——二極管單向?qū)щ娦缘臏y試測試程序:④用模擬萬用表直接測量二極管的正、反向電阻,比較大小并記錄:正向電阻為
k,反向電阻為
k。
結(jié)論:二極管
(具有/不具有)單向?qū)щ娦?,且正向?qū)〞r(shí),導(dǎo)通電壓降約為
(零/零點(diǎn)幾/幾)伏。
做一做——二極管單向?qū)щ娦缘臏y試測試程序:【能力拓展】項(xiàng)目:二極管單向?qū)щ娦缘姆抡鏈y試一、半導(dǎo)體材料定義:半導(dǎo)體是指導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)和絕緣體(insulator)之間的半導(dǎo)體。
材料:元素半導(dǎo)體:硅(Si)、鍺(Ge)化合物半導(dǎo)體:砷化鎵(GaAs)
目前最常用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺。
重要特性:熱敏特性光敏特性摻雜特性看一看——半導(dǎo)體基礎(chǔ)二、本征型半導(dǎo)體Si硅的原子結(jié)構(gòu)及簡化模型+4半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)硅的原子核的最外層有4個(gè)電子,又叫價(jià)電子;受原子核的束縛力最小。半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4硅單晶的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵:價(jià)電子共有化運(yùn)動(dòng),價(jià)電子不同于自由電子,不能導(dǎo)電。本征激發(fā)+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對本征激發(fā)→價(jià)電子得到足夠的能量→成為自由電子→同時(shí)原來共價(jià)鍵中流下一個(gè)空位——空穴。#本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子與空穴成對出現(xiàn);#自由電子與空穴都是可以移動(dòng)的載流子;#自由電子帶負(fù)電??昭◣д?/p>
本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時(shí),所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中,不會(huì)成為自由電子,因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱,接近絕緣體。
本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%,常稱為“九個(gè)9”。
這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā),也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí),束縛電子能量增高,有的電子可以掙脫原子核的束縛,而參與導(dǎo)電,成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴
自由電子產(chǎn)生的同時(shí),在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位,稱為空穴。
可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對。
外加能量越高(溫度越高),產(chǎn)生的電子空穴對越多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下,本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時(shí):電子空穴對的濃度硅:鍺:自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對三、雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+5N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)元素(雜質(zhì))→雜質(zhì)電離→形成一個(gè)自由電子和不能移動(dòng)的正離子B.N型半導(dǎo)體:施主雜質(zhì)C.自由電子——多數(shù)載流子D.空穴——少數(shù)載流子N-型圖P1.18五價(jià)元素:P(磷),As(砷),Sb(銻),Li(鋰)
在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素,如硼、鎵等??昭ㄅ鹪庸柙佣鄶?shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子------------P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體摻入三價(jià)元素(雜質(zhì))→雜質(zhì)電離→形成一個(gè)空穴和不能移動(dòng)的負(fù)離子B.P型半導(dǎo)體:C.空穴——多數(shù)載流子D.自由電子——少數(shù)載流子+4+4+4+4+4+4+4+4+3P型半導(dǎo)體P-型圖P1.19三價(jià)元素:B(硼),Al(鋁),Ga(鎵),In(銦).雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴------------P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)多子濃度——與溫度無關(guān)PN結(jié)的形成的動(dòng)態(tài)演示++++----++++++++++++------------空間電荷區(qū)內(nèi)電場空間電荷區(qū)耗盡層阻擋層R勢壘層內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)
阻止多子擴(kuò)散,促使少子漂移。PN結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層PN結(jié)正向偏置的動(dòng)態(tài)演示PN結(jié)反向偏置的動(dòng)態(tài)演示PN結(jié)正偏時(shí),耗盡層變窄具有較大的正向擴(kuò)散電流,呈現(xiàn)低電阻;PN結(jié)導(dǎo)通(仍有由本征激發(fā)引起的很小的反向漂移電流)。PN結(jié)反偏時(shí),耗盡層加寬僅有很小的反向漂移電流,呈現(xiàn)高電阻。PN結(jié)截止結(jié)論∴PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。二極管是單個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的器件,也具有單向?qū)щ娦?。PN小結(jié)1.半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1)本征半導(dǎo)體2)雜質(zhì)半導(dǎo)體:N型P型PN結(jié)的形成PN結(jié)的單向?qū)щ娦宰鲆蛔鲰?xiàng)目1-1-2:二極管伏安特性的測試(逐點(diǎn)法)任務(wù)要求:按測試程序要求完成測試內(nèi)容,并撰寫測試報(bào)告。測試設(shè)備:模擬電路綜合測試臺(tái)1臺(tái),0~30V直流穩(wěn)壓電源1臺(tái),數(shù)字萬用表1塊,mA表1只,A表1只。測試電路:如圖所示,其中二極管VD為1N4148(或其他),R為1k。
①按圖(a)接好電路(此時(shí)讀出的電壓和電流值應(yīng)視為正值)。②按下表的要求測量各點(diǎn)電壓和電流值,并填入表中,表中U為二極管兩端電壓。U/V00.5U/V-1-10-20I/mA0.5123510I/A做一做——二極管伏安特性的測試(逐點(diǎn)法)測試程序:③按圖(b)接好電路(此時(shí)讀出的電壓和電流值應(yīng)視為負(fù)值)④按下表的要求測量各點(diǎn)電壓和電流值,并填入表中,表中U為二極管兩端電壓。U/V00.5U/V-1-10-20I/mA0.5123510I/A做一做——二極管伏安特性的測試(逐點(diǎn)法)測試程序:1.正向特性死區(qū)二極管兩端加正向電壓時(shí)二極管未必導(dǎo)通,如圖——這部分稱為死區(qū)門坎電壓Uon正向電壓超過某一數(shù)值后,電流才顯著增大,這個(gè)電壓值稱為門坎電壓讀一讀——二極管伏安特性曲線PN結(jié)的正向特性★二極管的正極電位比負(fù)極電位高,稱二極管處于正偏狀態(tài)。1.正向特性讀一讀——二極管伏安特性曲線管壓降UVD當(dāng)正向電流稍大時(shí),正向特性幾乎與橫軸垂直,說明在電流在較大范圍變化時(shí),二極管兩端電壓變化很小?!@個(gè)電壓稱為管壓降通常,硅管的管壓降約為0.6~0.8V,鍺管的管壓降約為0.1~0.3V。1.正向特性讀一讀——二極管伏安特性曲線
高電阻很小的反向漂移電流PN結(jié)的反向伏安特性2.反向特性
在一定的溫度條件下,由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的,故少子形成的漂移電流是恒定的,基本上與所加反向電壓的大小無關(guān),這個(gè)電流也稱為反向飽和電流?!锒O管的負(fù)極電位比正極電位高,稱二極管處于反偏狀態(tài)讀一讀——二極管伏安特性曲線二極管外加反向電壓時(shí),反向電流很小,管子處于反向截止?fàn)顟B(tài),呈現(xiàn)出很大的電阻,而且反向電流幾乎不隨反向電壓的增大而變化。
小功率硅管的反向電流一般小于0.1A,而鍺管通常為幾A。二極管的反向特性受溫度的影響較大。2.反向特性讀一讀——二極管伏安特性曲線
二極管正偏電壓超過門坎電壓時(shí),二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。注意:
二極管反偏電壓超過一定電壓時(shí),二極管并非處于截止?fàn)顟B(tài),而處于擊穿狀態(tài)。顯然,二極管的單向?qū)щ娦允怯星疤釛l件的??!讀一讀——二極管伏安特性曲線運(yùn)用數(shù)字萬用表判別二極管的好壞打開數(shù)字萬用表電源量程撥至二極管檔兩表筆分別插入相應(yīng)孔測試結(jié)果兩表筆對調(diào)位置測量,都有嘟嘟響聲二極管正反向均擊穿,即已經(jīng)損壞一次測量值為500~700,另一次測量值為1測量值為500~700的一次黑表筆接的是二極管負(fù)極,紅表筆接的是正極讀一讀——二極管的測量與判別測量過程中數(shù)字萬用表顯示的500~700,是指二極管的正向?qū)▔航颠\(yùn)用數(shù)字萬用表判別二極管須知讀一讀——二極管的測量與判別16v10v3K
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