《汽車電子電工基礎(chǔ)》教案

1、第三節(jié) 交流電動機一、教學(xué)目的與要求1熟悉單相異步電動機的工作原理與特性。2理解單相異步電動機的起動。3. 了解分相式電動機的種類及特性二、教學(xué)過程1. 單相異步電動機（1) 單相異步電動機的工作原理與特性在單相異步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內(nèi)產(chǎn)生一個大小及方向隨時間沿定子繞組軸線方向變化的磁場，稱為脈動磁場。脈動磁場可以分解為兩個大小一樣、轉(zhuǎn)速相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場B1、B2。順時針方向轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)磁場B1對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩；逆時針方向轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)磁場B2對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。由于在任何時刻這兩個電磁轉(zhuǎn)矩都大小相等、方向相反，所以電動機的轉(zhuǎn)子是不會轉(zhuǎn)動的，也就

2、是說單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩為零。但一旦讓單相異步電動機轉(zhuǎn)動起來，由于順時針旋轉(zhuǎn)磁場B1和逆時針旋轉(zhuǎn)磁場B2產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動機仍將沿著原來的運動方向繼續(xù)運轉(zhuǎn)。由于單相異步電動機總有一個反向的制動轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負載能力都不及三相異步電動機。（2) 單相異步電動機的起動1）分相法電容分相式異步電動機的定子有兩個繞組：一個是工作繞組（主繞組）；另一個是起動繞組（副繞組），兩個繞組在空間互成90°。起動繞阻與電容C串聯(lián)，使起動繞組電流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°時合成磁場的方向，由圖可見該磁場隨著時間的增長順時針方向旋轉(zhuǎn)。這樣一來，單相異步電動機就可以在該旋轉(zhuǎn)磁場的作用下起動了。2）罩極法罩極法是在單相異步電動機定子磁極的極面上約1/3處套裝了一個銅環(huán)（短路環(huán)），套有短路環(huán)的磁極部分叫做罩極。當定子繞組通入電流產(chǎn)生脈動磁場后，有一部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(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，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)的磁通一個相位角。隨著定子繞組中電流變化率的改變，單相異步電動

4、機定子磁場的方向也就不斷發(fā)生變化，在電動機內(nèi)形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場。在這個旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電動機的轉(zhuǎn)子就能夠起動起來了。2分相式電動機的種類及特性（1）種類： 電壓型啟動繼電器電流型啟動繼電器差動型啟動繼電器（2）特性： 1）效率 2）啟動轉(zhuǎn)矩 3）啟動電流 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頁前面一段話為例，分析直流永磁電動機的轉(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頁第二段話）2. 寫出單相異步電動機的工作原理。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1)穩(wěn)壓管的符號和伏安特性穩(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，反向電流很小，當反向電壓增高到擊穿電壓時，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)壓管正常工作時的電流，它允許在一定的范圍內(nèi)變化。當流過穩(wěn)壓管的電流小于下限值IZMM時，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)壓管允許長期通過的最大電流值，當流過的電流超過此值時，穩(wěn)壓管可能會因過熱而損壞，可見，穩(wěn)壓管的正常工作電流范圍為IZMM£ I £

7、IZM。(4)動態(tài)電阻rz動態(tài)電阻rz是反映穩(wěn)壓管性能的一個參數(shù)，動態(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PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但是，在電路中不是用它作整流元件，而是通過它把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。那么，它是怎樣把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的呢？大家知道，普通二極管在反向電壓作用在處于截止狀態(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設(shè)計和制作時盡量使PN結(jié)的面積相對較大，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，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，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變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個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，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能

9、量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對，稱為光生載流子。 它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，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載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號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PN結(jié)，不同之處是在光電二極管的外殼上有一個透明的窗口以接收光線照射，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號一般為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、字符號一般為VT。光電三極管因輸入信號為光信號，所以通常只有集電極和發(fā)射極兩個引腳線。同光電二極管一樣，光電三極管外殼也有一個透明窗口，以接收光線照射。3.發(fā)光二極管圖3.2發(fā)光二極管的符號發(fā)光二極管LED的符號如圖所示,它是通過電場或電流激發(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)光二極管的符號和特性圖3.3LED驅(qū)動電路(a)直流驅(qū)動電路 (b)交流驅(qū)動電路發(fā)光二極管的伏安特性曲線與普通二極管基本相似，當其兩端的正向電壓UF較小時，幾乎沒有電流IF流過；但當UF加大到超過發(fā)光二極管的開啟電壓時，IF會快速上升，并且IF與UF的關(guān)系有較寬一段線性區(qū)，此時發(fā)光二極管呈

11、現(xiàn)歐姆導(dǎo)通特性。而這個導(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)動電路及簡單應(yīng)用發(fā)光二極管的發(fā)光是靠驅(qū)動電源的作用，將電能轉(zhuǎn)化為光能，這種驅(qū)動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)動電源必須能提供足夠而且安全的驅(qū)動電流，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)動電路和交流驅(qū)動電路。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，會使驅(qū)動電流不足而使LED發(fā)光微弱，甚至不發(fā)光；而R太小，又可能使驅(qū)動電流過大，造成LED損壞。對于圖3

12、.3(a)所示的直流驅(qū)動電路，限流電阻R值為對于圖3.3(b)所示的交流驅(qū)動電路，限流電阻R值為三 、作業(yè)1. 課本P110頁5-4題。2. 課本P110頁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。載流子在電場力作用下的運動稱為漂移運動。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、二極管實質(zhì)上是一個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（A）NPN型三極管（B）PNP型三極管半導(dǎo)體晶體管由兩個靠得很近的P

14、N結(jié)構(gòu)成,由于兩個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)晶體管由三個半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)組成。因此晶體管有：三區(qū)(三個半導(dǎo)體電區(qū))發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；三極(三個電極)發(fā)射極(E)、基極(B)和集電極(C)，這三個電極是分別從三個導(dǎo)電區(qū)引出來的；兩結(jié)(兩個結(jié))發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。晶體管有兩個基本類型即NPN型和PNP型。其結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號如圖4.1所示。圖形中發(fā)射極的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)處于正向偏置時電流的實際方向。不論是NPN管還是PNP管，它們在結(jié)構(gòu)上有一個共同的特點：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，這個特點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驗電路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?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)造成較強的電場，才能把注入基區(qū)擴散到集電結(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?，要使晶體管作放大工作，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，需滿足兩個條件：(1)內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)的載流子濃度遠大于基區(qū)的載流子濃度，此條件在作晶體管時已實現(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)部載流子運動與電流形成過程：發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子；電子在基區(qū)擴散與復(fù)合；集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子。3)晶體管電流放大作用的幾點結(jié)論調(diào)節(jié)RB，使基極電流IB為不同的數(shù)值，測出相應(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，IC=IE=ICEO，ICEO稱為穿透電流，它很小，可忽略不計，即IB=0時，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DIB 有一小的變化時，DIC有一個很大的變化，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，當晶體管滿足內(nèi)、外部條件時，就具有電流放大作用，即基極電流IB對集電極電流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，是分析和計算晶體管電路的依據(jù)之一。對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)輸入特性曲線當集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE為某一恒定值時，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，對硅管而言，當UCE³1V時，集電結(jié)已反向偏置，并且內(nèi)電場已足夠大，而基區(qū)又很薄，可以把從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子中的絕大部分拉入集電區(qū)。如果此時再增大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：當UBE較小時，IB=0，只有當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、通時對應(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。另外實驗表明：當UCE³1時，不同UCE對應(yīng)的輸入特性曲線基本重合；而當UCE£1時，移動十分明顯。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，為什么呢？因為晶體管的輸入回路也是一個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基極電流IB固定為某一常數(shù)時，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IB一定時，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，曲線漸趨平坦，當UCE繼續(xù)增大時，IC也不再有明顯的增加，曲線近于水平，具有恒流特性。當IB增大時，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)，因為IC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，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，即對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，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，即相當于開關(guān)的斷開。(3)飽和區(qū)當UCE<UBE時，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工作在放大區(qū)；作開關(guān)使用時，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)計電路、選用晶體管的依據(jù)。主要參數(shù)有下面幾個：(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)射極接法進的直流電流放大系數(shù)為共發(fā)射極接法時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 計算Q1點處的由Q1和Q2兩點計算

24、b。解：(1)在Q1點，UCE=6V，IB=0.04mA，IC=1.5mA，故由Q1和Q2兩點(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，兩者數(shù)值較為接近，今后在估算時，常用b=b這個近似關(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是當發(fā)射極開路時由于集電結(jié)處于反向偏置，集電區(qū)和基區(qū)中的少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流。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)處于正向偏置時的集電極電流。又因為它好像是從集電極直接穿透晶體管而到達發(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，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，晶體管的b值要下降，當b值下降到正常數(shù)值的三分之二時的集電極電流，稱為集電極最大允許電流ICM。因此，在使用晶體管時，IC并不一定會使晶體管損壞，但以降低b值為代價。集-射極反向擊穿電壓U

26、(BR)CEO基極開路時，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。當晶體管的集.射極電壓UCE大于U(BR)CEO時，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)時將產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫升高，從而會引起晶體管參數(shù)變化。當晶體管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時，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)也成了一個正向?qū)ǖ亩O管，IB對IC失去了放大能力?？梢?，放大作用在于IB對IC的控制，而不在于兩者絕對值的大小。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）無觸點晶體管電喇叭3）刮水器間歇控制四、小結(jié)第五節(jié) 場效應(yīng)晶體管一、教學(xué)目的與要求1熟悉MOS場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)。2理解MOS場效應(yīng)管的工作原理。二、新課引入場效應(yīng)管的知識：*場效應(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)型場效應(yīng)管（JFET）第二類：絕緣柵型場效應(yīng)管（IGFET）又稱：金屬一氧化物一半導(dǎo)體型（MOSFET）; 簡稱 MOS型場效應(yīng)管。*其中MOS場效管具有制造工藝簡單，占用芯片面積小，器件的特性便于控制等特點。因此MOS管是當前制造超大規(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場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理MOS管又分為 增強型（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溝道增強型（NEMOS） P溝道增強型（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。 再在襯底上擴散兩個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PN+結(jié)。 在P型襯底表面生長著一薄層的二氧化硅（SiO2）的絕緣層，并在兩個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：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，源區(qū)和漏區(qū)的兩個N+區(qū)與襯底之間的PN結(jié)必須加反偏電壓，因此，漏極對源極的電壓VDS必須為正值。即正常工作時 ： VGS > 0,VDS > 0，且VDS > VGS 先設(shè)VDS= VGS= 0，兩個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E，電場E將兩個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離子為主的空間電荷區(qū)，并與兩個PN結(jié)的空間電荷區(qū)相通。 此時，由于電荷平衡原理，空間電荷區(qū)的純負電荷量等于金屬柵上的正電荷量?？梢姡擵GS= 0或較小的正值時，源區(qū)和漏區(qū)之間均被空間電荷區(qū)隔斷。VDS = VGS = 0，兩個N+區(qū)各自被空間電荷區(qū)包圍而隔斷。UDS = 0，0 UGS UGS（TH）時，形成空間電荷區(qū) 增大VGS，使兩個N+區(qū)和襯底中的電子進一步被吸引到襯底表面的薄層中，并進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N+區(qū)相通，因此我們稱這時的薄層為反型層。而由P型轉(zhuǎn)變而來的。 當外加VDS>0時，源區(qū)中多子電子將沿這個反型層漂移到漏區(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VGS

33、< VGS(th) 時，溝道未形成，（或稱為溝道被夾斷）。此時在VDS 作用下的ID = 0 當VGS > VGS(th) 時，溝道形成，ID隨VGS增大而增大。（4）結(jié)論通過對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頁圖5-35所示，計算Q1點處的和Q1與Q2兩點的b值。2. 課本P110頁的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)實驗中，往往要求用微弱的信號去控制較大功率的負載。例如，在自動控制機床上，需要將反映加工要求的控制信號加以放大，得到一定輸出功率以推動執(zhí)行元件(電磁鐵、電動機、液壓機構(gòu)等)。就是在常見的收音機和電視機中，也是將天線收到的微弱信號放大到足以推動揚聲器和顯像管的程度。可見放大電路的應(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，并給基極提供一個大小適當?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源之間、放大電路與負載之間的直流通路，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載電阻RL小得多，信號在其上的壓降很小，起到了傳輸信號的耦

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(零電位點)接地，這樣，電源UCC的符號可省去，只要標出其對地電位。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。因此對放大電路的分析可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種情況來分析。所謂靜態(tài)是指當放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)；動態(tài)則是指有輸入信號時的工作狀態(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)工作點畫直流通路的原則：因為電容對直流電流相當于開路，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。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應(yīng)的UBEQ，從而確定輸入特性曲線上的Q點的位置。如圖6.3(A)作直流負載線確定靜態(tài)工作點。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載線。以上曲線和直線只有一個交點，這個交點就是放大電路的靜態(tài)工作點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）作出直流負載線3）由直流通路求出偏流IB4）得出合適的靜態(tài)工作點5）找出靜態(tài)值(3)靜態(tài)工作點的位置對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變得足夠大，而波形失真就是輸出信號的波形不像輸入信號的波形。引起失真的最基本的一個原因是由于靜態(tài)工作點不合適或者信號太大，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)工作點的目的就是為

41、了被放大的信號不失真。如圖6.4所示,改變靜態(tài)工作點的位置對輸出波形有影響.圖6.4 靜態(tài)工作點對輸出波形的影響(1)ICQ太大，會引起飽和失真。(2)ICQ太小，會引起截止失真。小結(jié)：靜態(tài)工作點應(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)工作點如何確定？3）靜態(tài)工作點的位置對輸出波形的影響。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。三、新課引入一個放大電路不可能只工作在某一點，當有交流信號流過時，放大電路的工作情況會如何呢？這就要對放大電路進行動態(tài)分析。四、教學(xué)過程（一）放大電路的動態(tài)分析當有輸入信號時，輸入信號中除直流分量外，還有交流分量，因此晶體管不會工作在靜態(tài)工作點一點上。動態(tài)分析是在表態(tài)值確定后分析信號的傳輸情況，考慮的只是電流和電壓的交流分量。放大電路的動態(tài)分析有兩種方法：小信號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線性電路，也就是把晶體管等效為一個線性電路。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。晶體管的小信號等效電路icVuceubeibucebibieibrbeube當輸入信號較小時，在靜態(tài)工作點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，在Q點附近的線段近似為直線，因此，以Q點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 就是交流信號分量uBE與iB ，則經(jīng)理論和實踐證明，對微小變量而言，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，