教案：模拟电子技术基础教案.doc

.云南民族大学教案 课程名称: 模拟电子技术基础 授课班级: 12级电子信息类1班、12级电子信息类2班、12级网络工程班、12级电气类1班、12级电气类2班 任课教师: 王霞 职 称: 助教 课程性质: 专 业 必 修 课 授课学期: 2013-2014学年第一学期 云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第一章、半导体器件 1.1半导体的特性二、本章节授课时间：第一周的周二12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、使同学了解学习模拟电路的重要性；2、掌握半导体导电的机理 。 五、教学重点、难点：1、本征半导体的特性；2、杂质半导体导电特性；3、多子和少子的概念。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题： 本次课无作业。八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：1、学习模拟电路基础课程的目标：（1）掌握模拟电子技术的基本概念，基本原理和基本分析方法。（2）初步学习从实际电路上升为“模型电路”的方法。 （3）为后续课程打下基础。 （4）培养学生分析问题和解决问题的能力。 总之，是理工科电类专业学生的培养过程中最主要的课程之一。2、课程特点：（1）内容更接近工程实际。（2）发展十分迅速的课程。 （3）实践性很强的课程 所以，模拟技术电子基础是研究实际电子元器件的性能，研究由实际电子元器件组成的实际电路的分析方法和电路设计基础。模拟电路是一门工程型、技术型、实用型课程。3、学习方法（1）牢固地掌握基本概念、基本理论和基本分析方法。（2）从实际出放，抓主要矛盾，简化问题，灵活使用基本分析方法解决问题。（3）学习模拟电子技术基础的目的是为了指导实际。第一章 半导体器件1.1 半导体的特性复习原子结构知识。 半导体的定义1.1.1 本征半导体 一、本征半导体的结构特点本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。二、本征半导体的导电机理1.载流子、自由电子和空穴 2.本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。三、本征半导体中电流由两部分组成：1. 自由电子移动产生的电流。2. 空穴移动产生的电流。四、半导体与金属导体导电原理的区别：导体：载流子自由电子半导体：载流子自由电子和空穴温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。1.1.2 杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。1、N型半导体(Negative)：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子型半导体。2、P型半导体(Positive)：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴型半导体。3、杂质半导体中多子和少子数量的决定因素，多子和少子数量比较。提问： 1，一块孤立的半导体不管是本征半导体、N型半导体或P型半导体将它们用导线连接成回路，回路中有电流吗？【教学方法】本课程的导入好坏对同学能否下决心学好起了一定的作用，磨刀不误砍柴功，花一点时间，对同学们学习本门课程提出要求，介绍学习方法，帮助同学克服畏惧心理，学好本课程。用简洁，同学们易懂的语言，不惜时间讲清楚半导体内部导电的物理概念。特别是与外部特性有关的内部导电机理。【课堂小结】本课主要讨论了本征半导体的特性，杂质半导体导电特性以及多子和少子的概念。本节中的有关概念： 本征半导体、杂质半导体 自由电子、空穴 N型半导体、P型半导体 多数载流子、少数载流子 施主原子、受主原子【课堂讨论】为什么杂质半导体中多子多之又多？少子少之又少？云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第一章、半导体器件 1.2半导体二极管二、本章节授课时间：第一周的周四12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、熟练掌握PN结的单向导电性，二极管的伏安特性； 2、掌握二极管的主要参数，稳压二极管的性能和稳压原理。 五、教学重点、难点：1、PN结的单向导电性；2、二极管的伏安特性； 3、稳压二极管的性能和稳压原理。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：多媒体与黑板板书相结合七、布置的作业及复习思考题： P34-38：习题与思考题1-7、1-8八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：1.2 半导体二极管1.2.1 PN结及其单向导电性1.PN结中载流子的运动 2. PN结的单向导电性 加正向电压 加反向电压 PN结处于正向导通(on)状态，正向等效电阻较小。 反向电流非常小，PN结处于截止(cut-off)状态。结论：PN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。 1.2.2二极管的伏安特性 1.二极管的结构 2.二极管的类型 3.二极管的伏安特性 （1）正向特性 （2）反向特性 1.2.3 二极管的主要参数1.最大整流电流IF2.最高反向工作电压 UR3.反向电流IR4.最高工作频率fM5.势垒电容 Cb6.扩散电容 Cd二极管单向导电举例11.2.4 稳压管 1.PN结反向击穿机理解释 2.稳压管的主要参数 3.稳压管的稳压原理 （1）稳压管必须工作在反向击穿区（2）稳压管应与负载RL并联，（3）必须限制流过稳压管的电流IZ 4.举例说明如何选择限流电阻R补充内容：二极管的等效电路（或称为等效模型）1）理想模型：即正向偏置时管压降为0，导通电阻为0；反向偏置时，电流为0，电阻为。适用于信号电压远大于二极管压降时的近似分析。2）简化电路模型：是根据二极管伏安特性曲线近似建立的模型，它用两段直线逼近伏安特性，即正向导通时压降为一个常量Uon；截止时反向电流为0。3）小信号电路模型：即在微小变化范围内，将二极管近似看成线性器件而将它等效为一个动态电阻rD 。这种模型仅限于用来计算叠加在直流工作点Q上的微小电压或电流变化时的响应。【教学方法】利用PPt的图形显示，设计一些动画图形讲解PN结的单向导电原理。用举例方法介绍二极管单向导电，稳压管的典型应用。【课堂小结】本节讲解了PN结的单向导电性，二极管的伏安特性， 稳压二极管的性能和稳压原理； 【课堂讨论】有两个稳压管 VD1 和 VD2 ，它们的稳压值为UZ1=6V，UZ2=8V，正向导通压降均为UD =0.6V，将它们串联可得到几种稳压值。云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第一章、半导体器件 1.3双极结型三极管二、本章节授课时间：第二周的周二12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、掌握三极管的结构，三极管内部载流子的运动和电流分配关系。 2、熟练掌握三极管的特性曲线和三极管的主要参数。五、教学重点、难点：1、三极管内部载流子的运动和电流分配关系；2、三极管的特性曲线。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：多媒体与黑板板书相结合七、布置的作业及复习思考题： P34-38：习题与思考题1-9、1-13、1-14、1-15八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：1.3 双极结型三极管1.3.1 三极管的结构 1.3.2 三极管中载流子的运动和电流分配关系 三极管内部载流子的运动过程：1.发射 在发射结正偏电压作用下，发射区大量电子向基区发射。2. 复合和扩散电子在基区中边扩散边复合，因基区掺杂浓度近少，被复合的电子很少，绝大部分扩散到集电极边缘。3.收集在集电极反偏压作用下，将扩散过来的电子收集到集电极，成为集电极电流的主要部分。同时形成反向饱和电流ICBO 。1.3.3 三极管的特性曲线1. 输入特性 2. 输出特性 (1) 截止区：IB 0的区域，IC 0 ，发射结和集电结都反偏。 (2) 放大区：发射结正偏、集电结反偏IC =IB (3) 饱和区：发射结和集电结都正偏，UCE较小，IC 基本不随IB 而变化。当UCE =UBE 时，为临界饱和；当UCE UBE 时过饱和。3.晶体管工作在三种不同工作区外部的条件和特点工作状态NPN型PNP型特点截止状态E结、C结均反偏VBVE、VBVCE结、C结均反偏VBVE、VBVCIC 0放大状态E结正偏、C结均反偏VC VB VEE结正偏、C结均反偏VC VB VEIC IB饱和状态E结、C结均正偏VB VE、VB VCE结、C结均正偏VB VE、VB VCV CEV CES1.3.4 三极管的主要参数1. 电流放大系数2. 反向饱和电流3. 极限参数【教学方法】1，利用PPt的图形显示的优点，充分利用图解说明三极管内部载流子的运动和电流分配关系。2，一定要把物理概念说清楚。3，利用外因通过内因起作用的辩证法，说明三极管的工作原理。分析问题时，突出三极管的内部制造工艺特点，在外部发射结正偏和集电结反偏电压的共同作用下三极管内部载流子的运动和电流分配关系，进而决定三个电极的电路电流。【课堂小结】本节讲解了三极管的结构，三极管内部载流子的运动和电流分配关系和三极管的特性曲线和三极管的主要参数。这节课所讲内容是有源半导体器件的核心。【课堂讨论】用两个普通二极管背靠背连接起来，构成一个所谓的三极管，这个三极管能实现放大吗？为什么？云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第二章、放大电路的基本原理和分析方法 2.1放大的概念 2.2放大电路的主要技术指标 2.3单管共射极放大电路二、本章节授课时间：第二周的周四12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、掌握放大的基本概念；放大电路主要技术指标的含义。2、熟练掌握单管共射极放大电路的组成和工作原理。五、教学重点、难点：1、放大的基本概念；2、单管共射极放大电路的组成和工作原理。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：多媒体与黑板板书相结合七、布置的作业及复习思考题： P101-111：习题与思考题2-1、2-3、2-4八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：2.1 放大的概念放大的本质: 是实现能量的控制。放大作用: 是小能量对大能量的控制作用。放大的对象: 是变化量。放大电路的核心元件: 是双极型三极管和场效应管。2.2放大电路的主要技术指标1.放大倍数 2.最大输出幅度 无明显失真的最大输出电压(或电流)，一般指电压的有效值,以Uom (或Iom )表示。3.非线性失真系数 所有的谐波总量与基波成分之比: 4. 输入电阻 5. 输出电阻 6. 通频带 放大倍数在高频和低频段分别下降至中频放大倍数的0.707倍时所包括的频率范围,用BW表示。 7. 最大输出功率与效率输出功率:无明显失真时的最大输出功率，用Pom表示。2.3 单管共射极放大电路2.3.1单管共射放大电路组成 VT是放大电路的核心，VCC提供输出信号能量，RC将iC的变化量转化为uCE的变化量，Rb和VBB提供发射结偏置电压UBE和静态基极电流IB。2.3.2 单管共射放大电路的工作原理1.定性分析: 在输入端加一ui将依次产生uBE、iB 、iC、uCE 和uo 适当选择参数，uo可比ui大得多，从而实现放大作用。2.放大电路组成原则： (1)三极管必须工作在放大区，(2)ui 能够传送到三极管的基极回路,产生相应的iB ，(3)iC能够转化为uCE,并传送到放大电路的输出端。3.原理电路缺点: (1)需要两路直流电源,既不方便也不经济。(2)输入、输出电压不共地。4.单管共射放大电路的改进电路C1、C2 是隔直或耦合电容，RL是放大电路的负载电阻，省去了基极直流电源VBB 。克服了原理电路的缺点,比较实用。【教学方法】为了熟练掌握单管共射放大电路的组成和工作原理必须加强练习，练习到同学们深入理解组成基本放大器的每个元件的作用为止。【课堂小结】本节讲解了放大的基本概念单管共射极放大电路的组成和工作原理，要求同学们熟练掌握单管共射放大电路的组成。【课堂讨论】分组讨论习题21云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第二章、放大电路的基本原理和分析方法 2.4.1直流通路和交流通路 2.4.2静态工作点的近似估算 2.4.3图解法二、本章节授课时间：第三周的周二12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、熟练画出单管放大电路的直流通路和交流通路；2、熟练用近似估算法计算出放大器的静态工作点；3、掌握用图解法求工作点,进行动态分析。五、教学重点、难点：1、画直流通路和交流通路的原则，正确地画出直流通路和交流通路；2、静态工作点的近似估算方法。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：多媒体与黑板板书相结合七、布置的作业及复习思考题： P101-111：习题与思考题2-2、2-5、2-7八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：2.4放大电路的基本原理和分析方法2.4.1直流通路与交流通路1.直流通路与交流通路直流通路的作用：用于放大电路的静态分析。画直流通路的原则：电容相当于开路、电感相当于短路 2. 交流通路交流通路的作用：用于放大电路的动态分析。画交流通路的原则：电容和理想电压源相当于短路，电感和理想电流源相当于开路。 2.4.2 静态工作点的近似估算静态分析(估算静态工作点)讨论对象是直流成分。静态工作点：外加输入信号为零时，三极管的IBQ ，ICQ ，UBEQ ，UCEQ ，在输入输出特性曲线上对应一个点Q点。UBEQ可近似认为：硅管 UBEQ =( 0.60.8 ) V锗管 UBEQ =( 0.10.3 ) V估算方法：由图中的直流通路，可求得单管放大电路的静态工作点的值为： 静态工作点设置的必要性：对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。只有保证在交流信号的整个周期内三极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。故需要设置合适的静态工作点。Q点不仅电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。2.4.3 图解法图解法即可分析静态，也可分析动态。过程一般是先静态后动态。1. 图解法分析静态任务：用作图法确定静态工作点，求出IBQ， ICQ和UCEQ。由于输入特性不易准确测得，一般用近似估算法求IBQ和UBEQ 。输出回路的图解法。输出回路的等效电路： 直流负载线和静态工作点的求法：根据输出回路方程uCE = VCCiCRc 作直流负载线，与横坐标交点为VCC，与纵坐标交点为VCC/Rc，斜率为-1/RC，是静态工作点的移动轨迹。直流负载线与特性曲线Ib=IBQ 的交点即Q点，如图示。 2. 图解法分析动态动态分析(估算动态技术指标)讨论对象是交流成分。 交流负载线方程：交流负载线：描述放大电路的动态工作情况。 (1) 用交流负载线研究放大器动态范围(2)用图解法求放大电路的放大倍数 (3) 用图解法分析非线性失真 (4) 用图解法估算最大输出幅度3. 图解法的步骤（1）画输出回路的直流负载线；（2）估算 IBQ，确定Q 点，得到 ICQ和 UCEQ ；（3）画交流负载线；（4）求电压放大倍数。4.直流负载线和交流负载线 由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。由直流通路确定的负载线为直流负载线；由交流通路确定的负载线为交流负载线，可通过Q、B两点作出。对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，只有在空载情况下，两条直线才合二为一。【教学方法】1、温故而知新，从复习电路分析掌握的电容、电感、电压源的基本特性引出画直流通路和交流通路的原则。2、用多媒体教学的突出优点图形教学的方法讲解图解法。3、采用提出问题解决问题的教学法。【课堂小结】本节讲解了画直流通路和交流通路的原则，正确地画出直流通路和交流通路，用近似估算方法计算静态工作点。用图解法分析了放大器的动态性能，特别是研究放大器的动态范围、非线性失真、最大输出幅度等特性，用图解法是最简洁的方法。【课堂讨论】为什么共射极放大器的输出电压与输入电压是反相的？云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第二章、放大电路的基本原理和分析方法 2.4.4微变等效电路法 二、本章节授课时间：第三周的周四12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、熟练地画出h参数微变等效电路。2、清楚的知道h参数微变等效电路各参数的物理实质和的近似计算。 3、熟练掌握用微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。五、教学重点、难点：重点：画出h参数微变等效电路和用微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。难点：h参数微变等效电路各参数的物理实质和的近似计算。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：多媒体与黑板板书相结合七、布置的作业及复习思考题： P101-111：习题与思考题2-10、2-14八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：2.4.4微变等效电路法适用条件：微小交流工作信号，(ube5mV)，三极管工作在线性区。解决问题：处理三极管的线性问题。等效：三极管在放大器中可以看为一个双端口器件，按电路基础中等效的概念，可以用一个双端口电路来等效它。求这个双端口等效电路就成了研究放大器的核心问题。1、简化的h参数微变等效电路（以共射接法三极管为例）（1）三极管的等效电路由以上分析可得三极管的微变等效电路rbe的近似估算公式其中: rbb是三极管的基区体电阻,若无特别说明,可认为rbb约为300,（2）简化的h参数微变等效电路（以共射接法三极管为例）先画出放大电路的交流通路，再将三极管用等效电路替代。 2、微变等效电路法的应用（1）输入电阻： （2）输出电阻： （3）电压放大倍数： 3、等效电路法的步骤（1）确定放大电路的静态工作点Q，（2）求出Q点处的和rbe ，（3）画出放大电路的微变等效电路，（4）列出电路方程并求解。4、举例讲解微变等效电路法的应用小结:图解法优点: 1. 即能分析静态, 也能分析动态工作情况； 2. 直观形象； 3. 适合分析具有特殊输入/输出特性的管子； 4. 适合分析工作在大信号状态下的放大电路。缺点: 1. 特性曲线存在误差； 2. 作图麻烦,易带来误差； 3. 无法分析复杂电路和高频小工作信号。微变等效电路法优点: 1.简单方便； 2.适用于分析任何基本工作在线性范围的简单或复杂的电路。缺点: 1. 只能解决交流分量的计算问题； 2. 不能分析非线性失真； 3. 不能分析最大输出幅度 。【教学方法】1、 重要内容一定要讲细，讲透：变等效电路法是分析单元电路的基本方法，同学们必须掌握的方法。为此，根据电路分析中掌握电路的等效概念，抓住决定三极管性能的本质因素，从物理本质求出三极管等效电路。2、加强练习，掌握微变等效电路法的应用。【课堂小结】本节详细地讲解了画h参数微变等效电路的方法和用微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。 反复举例说明了微变等效电路法的应用。【课堂讨论】微变等效电路法的应用范围，以及微变等效电路法优点和缺点。云 南 民 族 大 学 教 案一、讲授章节名称：第二章、放大电路的基本原理和分析方法 2.5静态工作点的稳定问题 2.6.1共集电极放大电路 二、本章节授课时间：第四周的周二12节 授课学时：2学时 三、本章节授课教师姓名： 王霞 职称：助教四、本章节教学目标和教学要求：1、掌握温度如何对静态工作点的影响；2、熟练掌握分压式静态工作点稳定电路；3、掌握共集电极放大电路的基本特性和特性的计算方法。五、教学重点、难点：重点：分压式静态工作点稳定电路难点：共集电极放大电路的基本特性。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：多媒体与黑板板书相结合七、布置的作业及复习思考题： P101-111：习题与思考题2-15、2-16八、选用教材和主要参考书：教材：模拟电子技术基础简明教程(第三版)，杨素行主编，北京：高等教育出版社，2006年5月第3版。 主要参考书： 1 童诗白, 华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社, 2006.2 罗桂娥主编. 模拟电子技术基础(电类). 长沙：中南大学出版社，2005.九、教学主要内容及教学安排：2.5 静态工作点的稳定问题2.5.1温度对静态工作点的影响 温度升高,静态工作点移近饱和区，使输出波形产生饱和失真。引起静态工作点波动的原因：外因：环境温度的变化。内因：三极管本身所具有的温度特性。解决措施：(1)保持放大电路的工作温度恒定。(2)从放大电路自身解决。2.5.2分压式静态工作点稳定电路最常用的静态工作点稳定电路是分压式工作点稳定电路。 若iBfL1，fH180 丙类（C），导通角180 丁类（C），导通角1804.2 互补对称式功率放大电路4.2.1 电路组成和工作原理1. OTL乙类互补对称电路R1和R2确定放大电路的静态电位。调整R1 和R2的值，使静态时两管的发射极电位为,