模擬電子技術(shù)教案.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考授 課 計(jì) 劃授課時(shí)數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學(xué) 授課時(shí)間： 課 題：半導(dǎo)體二極管教學(xué)目的：1、理解PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、了解半導(dǎo)體二極管的構(gòu)成與類型教學(xué)重點(diǎn)：1、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、二極管結(jié)的構(gòu)成教學(xué)難點(diǎn)：PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越虒W(xué)類型：理論課教學(xué)方法：講授法、啟發(fā)式教學(xué)教學(xué)過程：引入新課：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是一門入門性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課，沒有哪一門課程像電子技術(shù)的發(fā)展可以用飛速發(fā)展，日新月異。從1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管；1958年，集成電路；1969年，大規(guī)模集成電路；1975年，超大規(guī)模集成電路，一開始集成電路有4只晶體管，1997年，一片集成電路有40億個(gè)晶體管。不管怎么變化，但是萬變不離其宗，這門課我們所講的就是這個(gè)“宗”。（10分鐘）講授新課：一：PN結(jié)（30分鐘）1、什么是半導(dǎo)體，什么是本證半導(dǎo)體？（10分鐘）半導(dǎo)體：導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì) 本征半導(dǎo)體：純凈（無雜質(zhì)）的晶體結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）的半導(dǎo)體，所有半導(dǎo)體器件的基本材料。常見的四價(jià)元素硅和鍺。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體（20分鐘）N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中參入微量5價(jià)元素，使自由電子濃度增大，成為多數(shù)載流子（多子），空穴成為少數(shù)載流子（少子）。如圖（a）P型半導(dǎo)體：在本證半導(dǎo)體中參入微量3價(jià)元素，使空穴濃度增大，成為多子，電子成為少子，以空穴導(dǎo)電為主的雜志半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體。如圖（b）3、PN結(jié)P型與N型半導(dǎo)體之間交界面形成的薄層為PN結(jié)。二：PN結(jié)的單項(xiàng)導(dǎo)電性（20分鐘）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，可以有較大的正向擴(kuò)散電流，即呈現(xiàn)低電阻， 我們稱PN結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，只有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， 我們稱PN結(jié)截止。 這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?、正偏加正向電壓（正偏）電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場削弱內(nèi)電場耗盡層變窄擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散形成正向電流（與外電場方向一致）I F2、反偏加反向電壓（反偏）電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場加強(qiáng)內(nèi)電場耗盡層變寬漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流I R三：半導(dǎo)體二極管的構(gòu)成與類型（20分鐘）1、半導(dǎo)體二極管的構(gòu)成一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。2、半導(dǎo)體二極管的類型（1）二極管按半導(dǎo)體材料的不同可分為：硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。（2）二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為：點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型二極管三類。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。平面型二極管PN結(jié)面積有大有小。本課小結(jié)：1、 N型半導(dǎo)體，自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。P型半導(dǎo)體，空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子2、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。3、 半導(dǎo)體二極管的構(gòu)成：一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來。作業(yè)布置： P22 1、2、3題板書設(shè)計(jì)： PN結(jié)及其單項(xiàng)導(dǎo)電性 N型半導(dǎo)體：自由電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體：空穴為多數(shù)載流子自由電子為少數(shù)載流子 單項(xiàng)導(dǎo)電性：PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài) 作業(yè)：P22 1、2、3外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)教學(xué)反思：授 課 計(jì) 劃授課時(shí)數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學(xué) 授課時(shí)間： 課 題：半導(dǎo)體二極管教學(xué)目的：1、掌握半導(dǎo)體二極管的伏安特性與主要參數(shù)2、了解半導(dǎo)體二極管的使用常識教學(xué)重點(diǎn)：1、二極管的符號及主要參數(shù)2、二極管的伏安特性教學(xué)難點(diǎn)：二極管的伏安特性教學(xué)類型：理論課教學(xué)方法：講授法、啟發(fā)式教學(xué)、觀察法教學(xué)過程：引入新課：回顧上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，1、N型半導(dǎo)體，自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。P型半導(dǎo)體，空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。3、半導(dǎo)體二極管的構(gòu)成：一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來。（10分鐘）講授新課：一：半導(dǎo)體二極管的伏安特性（30分鐘）1、 PN結(jié)的伏安特性方程PN結(jié)兩端的電壓U和和流過PN結(jié)的電流I的關(guān)系： I=ISeUUT-1 IS為PN結(jié)的反向飽和電流 UT為溫度的電壓當(dāng)量，UT26mV 正偏時(shí)U與I為正值，反偏時(shí)U與I為負(fù)值 正偏：UUT ；I=ISeUUTU=0反偏：UUT；I=-IS2、 二極管的伏安特性曲線（1）正向特性外加正向電壓較小時(shí)，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V（2）反向特性 二極管電壓時(shí)，反向電流很小（I-IS），而且在相當(dāng)寬的反向電壓范圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和電流 結(jié)論：（1）二極管是非線性原件 （2）二極管具有單項(xiàng)導(dǎo)電性（3）反向擊穿特性從圖1.1.7可見，當(dāng)反向電壓的值增大到UBR時(shí)，反向電壓外加反向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的反向特性。由圖1.1.7可見，二極管外加反向值稍有增大，反向電流會(huì)急劇增大，稱此現(xiàn)象為反向擊穿，UBR為反向擊穿電壓。利用二極管的反向擊穿特性，可以做成穩(wěn)壓二極管，但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)3、溫度對二極管特性的影響二極管是對溫度非常敏感的器件。實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會(huì)減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)（約為-2mV/）；溫度升高，反向飽和電流會(huì)增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10，反向電流大約增加一倍二：半導(dǎo)體二極管的使用常識（30分鐘）1、二極管的型號國產(chǎn)二極管型號由五部分組成，符號意義見表1.1.1.表1.1.12、二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IFM最大整流電流IFM是指二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大正向電流的平均值。 （2）最高反向電壓URM允許加在二極管上的反向電壓的最大值。 （3）反向飽和電流IS 它是指管子沒有擊穿時(shí)的反向電流值。其值愈小，說明二極管的單向?qū)щ娦杂谩?另外 （4）最高工作頻率fM：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。 理想二極管：正向電阻為零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無窮大，反向截止時(shí)為開路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。3、 二極管管腳級性及質(zhì)量的判斷（1）二極管的管腳級性將紅、黑表筆分別接二極管的兩個(gè)電極，若測得的電阻值很?。◣浊W以下），則黑表筆所接電極為二極管正極，紅表筆所接電極為二極管的負(fù)極；若測得的阻值很大（幾百千歐以上），則黑表筆所接電極為二極管負(fù)極，紅表筆所接電極為二極管的正極。（2）質(zhì)量判斷若測得的反向電阻很大（幾百千歐以上），正向電阻很?。◣浊W以下），表明二極管性能良好。 若測得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。若測得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。本課小結(jié)：（10分鐘）1、半導(dǎo)體二極管的伏安特性：通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V2、二極管的主要參數(shù)：最大整流電流IFM最高反向電壓URM最高工作頻率fM反向飽和電流IS3、半導(dǎo)體二極管的測量（1）反向電阻很大，正向電阻很小，二極管性能良好（2）若測得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。（3）若測得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。（10分鐘）作業(yè)布置： P22 1、2、3題板書設(shè)計(jì)： 二極管的伏安特性及使用常識伏安特性：I=ISeUUT-1 硅管:0.5V，鍺管:0.2V主要參數(shù): 最大整流電流IFM最高反向電壓URM最高工作頻率fM反向飽和電流IS 作業(yè)：教學(xué)反思：授 課 計(jì) 劃授課時(shí)數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學(xué) 授課時(shí)間： 課 題：半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用教學(xué)目的：1、掌握半導(dǎo)體二極管的電路模型2、掌握單項(xiàng)橋式整流濾波電路工作原理3、了解硅整流組合管教學(xué)重點(diǎn)：1、二極管的電路模型2、單相橋式整流濾波電路原理教學(xué)難點(diǎn)：單相橋式整流濾波電路原理教學(xué)類型：理論課教學(xué)方法：講授法教學(xué)過程：引入新課：復(fù)習(xí)上節(jié)課所講內(nèi)容，二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電性，二極管的伏安特性，二極管的測量及參數(shù)，根據(jù)二極管的伏安特性圖，引出二極管的電路模型圖（10分鐘）講授新課：一：半導(dǎo)體二極管的電路模型（30分鐘）1、理想模型：相當(dāng)一個(gè)開關(guān)2、恒壓降模型 UF不隨電流而變，硅管UF取0.7，鍺管UF取0.2。更接近實(shí)際二極管。3、實(shí)際應(yīng)用例1.2.1二極管電路圖如圖1.2.3所示，試分別用二極管的理想模型，恒壓降模型計(jì)算回路中的電流ID和輸出電壓U0。設(shè)二極管為硅管。解：首先要判斷二極管是出于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止?fàn)顟B(tài)，可以通過計(jì)算（或觀察）二極管未導(dǎo)通時(shí)的陽極和陰極間的點(diǎn)位差，若該電位差大于二極管所需要的導(dǎo)通電壓，則說明二極管出于正向偏置而導(dǎo)通，如果該電位差小于二極管的導(dǎo)通電壓，則該二極管處于反向偏置而截至。本例題中，由圖1.2.3可知，二極管D未導(dǎo)通時(shí)陽極電位Ua=-12V，陰極電位Ub=-16V，則陰極和陽極的電位差為4V，導(dǎo)通。 Uab=Ua-Ub=-12V-16V=4VUF=0.7V1、 用理想模型二極管D導(dǎo)通，其管壓降為0所以 ID=URR=-US1+US2R=（-12+16）Vv2K=2mA U0=-US1=-12V二：用恒壓降模型由于二極管D導(dǎo)通，UF=0.7V，故： ID=URR=-US1+US2-UFR=（-12+16-0,7）V2K=1.65mA U0=IDR0-US2=1.65mA2K-12V=-12.7V練習(xí)：二極管電路圖如圖所示，試分別用二極管的理想模型，恒壓降模型計(jì)算回路中的電流ID和輸出電壓U0。設(shè)二極管為鍺管。二：單項(xiàng)橋式整流濾波電路（30分鐘）1、單項(xiàng)橋式整流電路（1）簡單介紹二極管的單向?qū)щ娦?，然后畫出橋式整流電路的原理圖（2）講解整流電路的作用：把交流電轉(zhuǎn)變成直流電。接著講交流電的特點(diǎn)：電流（或電壓）大小和方向隨時(shí)間不斷變化（3）講交流轉(zhuǎn)變成直流的過程。為了簡化討論，先不考慮電壓的大小，只考慮方向，那么可以將交流電分成正負(fù)兩個(gè)半周：正半周（下正下負(fù)）和負(fù)半周（下正上負(fù)）。 正半周:上正下負(fù),此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下圖中紅色線條所示電流。負(fù)載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負(fù)負(fù)半周:即下正上負(fù)。此時(shí)會(huì)產(chǎn)生下圖中綠色線條所示的電流。負(fù)載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負(fù)設(shè)電源變壓器二次繞組的電壓u2=2U2sint負(fù)載電流和電壓值：U0=22U2=0.9U2I0=U0RL=0.9U2RLID=12I0=0.45U2RLUDRM=U2M=2U2例1.3.1有一單項(xiàng)橋式整流電路，要輸出40V 的直流電壓和2A的直流電流，交流電源電壓為220V。試選擇整流二極管解:電壓器的二次電壓有效值為U2=U00.9=1.11U0=1.1140V=44.4V反向最高電壓：UDRM=2U2=244.4V=62.8V二級掛的平均電流：ID=12I0=122A=1A三：硅整流組合管本課小結(jié)：1、 理想模型：相當(dāng)與一個(gè)開關(guān)恒壓降模型：硅0.7，鍺0.22、 單項(xiàng)橋式整流濾波電路電源變壓器二次繞組的電壓 u2=2U2sint負(fù)載電流和電壓值：U0=22U2=0.9U2I0=U0RL=0.9U2RLID=12I0=0.45U2RLUDRM=U2M=2U2作業(yè)布置： P23 1.15、1.16、1.17題板書設(shè)計(jì)： 單相橋式整流電路 電源變壓器二次繞組的電壓： u2=2U2sint負(fù)載電流和電壓值： U0=22U2=0.9U2 I0=U0RL=0.9U2RL 作業(yè)： P23 1.15 ID=12I0=0.45U2RL 1.16、1.17題教學(xué)反思：授 課 計(jì) 劃授課時(shí)數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學(xué) 授課時(shí)間： 課 題：半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用教學(xué)目的：1、掌握濾波電路工作原理2、掌握電容濾波電路參數(shù)計(jì)算3、了解硅高壓整流堆與限幅電路教學(xué)重點(diǎn)：濾波電路工作原理及參數(shù)的計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)：濾波電路工作原理及參數(shù)的計(jì)算教學(xué)類型：理論課教學(xué)方法：講授法教學(xué)過程：引入新課：復(fù)習(xí)上節(jié)課所講內(nèi)容，半導(dǎo)體二極管的電路模型，理想模型相當(dāng)于開關(guān)，恒壓模型，硅管0.7V，鍺管0.2V。單項(xiàng)橋式整流電路輸出電壓輸出電流的計(jì)算方式，根據(jù)橋式整流電路的工作原理，引出橋式濾波電路（10分鐘）講授新課：一：濾波電路 （40分鐘）1、電容濾波電路電容濾波主要利用電容兩端電壓不能突變的特性，使負(fù)載電壓波形平滑，故電容與負(fù)載并聯(lián)，如上圖所示。（1）工作原理當(dāng)U2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓Uc時(shí)，二極管D1和D3管導(dǎo)通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對電容C充電。當(dāng)UCU2，導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻RL放電，UC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降當(dāng)U2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于UC時(shí)，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)U2再次對C充電，UC上升到U2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時(shí)D2和D4變?yōu)榻刂?，C對RL放電，UC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時(shí)D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。C對充放電的影響 電容充電時(shí)間常數(shù)為TD=RLC，因?yàn)槎O管的RD很小，所以充電時(shí)間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時(shí)間常數(shù)，因?yàn)镽L較大，放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)。 電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖所示1.3.4(c)。（2）參數(shù)計(jì)算TD=RLC=35T2T為交