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文檔簡介
1.信號:是反映消息的物理量
信息需要借助于某些物理量(如聲、光、電)的變化來表示和傳遞。
電信號是指隨時間而變化的電壓u或電流i
,記作u=f(t)或i=f(t)。如溫度、壓力、流量,自然界的聲音信號等等,因而信號是消息的表現(xiàn)形式。2.電信號由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號,而且電信號又容易傳送和控制,因此電信號成為應(yīng)用最為廣泛的信號。緒論模擬信號:在時間上和數(shù)值上具有連續(xù)變化的特點,溫度;壓力等。t數(shù)字信號:在時間上和數(shù)值上是離散的,人數(shù);物件等。tt電子管時代(1905~1948)晶體管時代(1948~1959)基本分立元件展示電子技術(shù)的發(fā)展電容器電阻器線圈三極管二極管1、分立元件發(fā)展IBM70903、電子計算機的發(fā)展IBM360晶體管計算機品牌電腦第一代(1946~1957)電子管計算機時代(ENIAC)第二代(1958~1963)晶體管計算機時代第三代(1964~1970)集成電路計算機時代第四代(1971~)大規(guī)模集成電路計算機時代課程特點:電路圖多、內(nèi)容分散、誤差較大,計算簡單、實用性強。學(xué)習(xí)方法:元器件重點放在特性、參數(shù)和正確使用方法,不要過分追究其內(nèi)部機理,掌握電路的構(gòu)成原則、記住幾個典型電路及時總結(jié)及練習(xí)、掌握近似原則、與實驗有機結(jié)合。1、電工學(xué)(下冊)秦曾煌高教出版社電工學(xué)(下冊)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題全解秦曾煌高教出版社2、模擬電子技術(shù)楊素行高教出版社3、數(shù)字電子技術(shù)余孟嘗高教出版社參考資料1.1半導(dǎo)體基本知識概念:導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導(dǎo)體+14284Si+3228184Ge簡化模型+4+4+4+4+4+4+4+4+41.1.1本征半導(dǎo)體概念:純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。價電子共價鍵當(dāng)溫度T=0K時,半導(dǎo)體不導(dǎo)電,如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4若T,將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子,在原來的共價鍵中留下一個空位,成為空穴。空穴可看成帶正電的載流子。自由電子空穴載流子:運載電荷的粒子。自由電子(帶負電)空穴(帶正電)復(fù)合1.1.2N型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的+
5價雜質(zhì)元素,如磷、銻、砷等。雜質(zhì)原子最外層5個價電子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子N型半導(dǎo)體多余一個電子只受自身原子核吸引,在室溫下即可成為自由電子。自由電子濃度遠大于空穴的濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子),空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的+3價雜質(zhì)元素,如硼、鎵、銦等。+3空穴濃度大于自由電子濃度??昭槎嘧?,自由電子為少子。P型半導(dǎo)體半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。空穴1.1.3P型半導(dǎo)體1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與
(a.摻雜濃度、b.溫度)有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與(a.摻雜濃度、b.溫度)有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時,少子的數(shù)量(a.減少、b.不變、c.增多)。abc4.在外加電壓的作用下,P型半導(dǎo)體中的電流主要是
,N型半導(dǎo)體中的電流主要是。(a.電子電流、b.空穴電流)ba練習(xí):在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體,另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體,兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層,稱為PN結(jié)。PNPN結(jié)1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦院谋M層空間電荷區(qū)PN多子擴散運動PN復(fù)合消失空間電荷區(qū)(耗盡層)內(nèi)電場內(nèi)電場阻止多子擴散動態(tài)平衡,形成PN結(jié)有利少子漂移2、加反向電壓空間電荷區(qū)少子形成反向電流,反向電流很小,溫度越高,電流越大。PN外電場內(nèi)電場VRIS
由上可見:
當(dāng)PN結(jié)正向偏置時,呈現(xiàn)低電阻,回路中將產(chǎn)生較大的正向擴散電流,PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài);當(dāng)PN結(jié)反向偏置時,呈現(xiàn)高電阻,回路中的反向漂移電流非常小,幾乎為零,PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)??梢?,PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.2.2二極管的基本結(jié)構(gòu)將PN結(jié)封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里,再從P區(qū)和N區(qū)分別焊出兩根引線作正、負極。符號:PND0iu正向特性U(BR)反向特性IS80oC20oC1.2.3二極管的伏安特性1、正向特性當(dāng)正向電壓比較小時,正向電流幾乎為零。當(dāng)正向電壓超過開啟電壓時,正向電流才按指數(shù)規(guī)律明顯增大。T,正向特性曲線左移,反向特性曲線下移。2、反向特性反向電流IR值很小,反向電壓足夠大時,反向電流為IS。3、反向擊穿特性反向電壓超過U(BR)后,電流急劇增大。擊穿后,二極管不再具有單向?qū)щ娦?。死區(qū)電壓:硅管0.5V鍺管0.1V結(jié)論:二極管具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時導(dǎo)通,呈現(xiàn)很小的正向電阻,如同開關(guān)閉合;加反向電壓時截止,呈現(xiàn)很大的反向電阻,如同開關(guān)斷開。二極管反向擊穿后,不再具有單向?qū)щ娦浴?.2.4二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流
IF二極管長期運行時,允許通過的最大正向平均電流。2、反向擊穿電壓U(BR):管子反向擊穿時的電壓值。UR=U(BR)最高反向工作電壓
UR:工作時,允許外加的最大反向電壓。1、理想模型(理想二極管)正向短路,反向斷路。二極管的模型(2)恒壓降模型(常用)反向斷路,正向?qū)ㄇ皵嗦罚瑢?dǎo)通后有恒定壓降,內(nèi)阻為0。硅管:0.7V鍺管:0.2V電路如圖所示,二極管的導(dǎo)通電壓UD約為0.7V。試分別估算開關(guān)斷開和閉合時輸出電壓的數(shù)值。解:開關(guān)斷開時:UO=V1-UD=5.3V開關(guān)閉合時:UO=V2=12V例1:電路如圖,求:UABV陽=-6VV陰=-12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通例2:
取B點作參考點,D6V12V3kBAUAB+–斷開二極管,分析二極管陽極和陰極的電位。若忽略管壓降,二極管可看作短路,UAB=-6V取B點作參考點,V1陽=-6V,V2陽=0V,V1陰=V2陰=-12VUD1=6V,UD2=12V
∵
UD2>UD1
∴D2優(yōu)先導(dǎo)通例3:求:UABBD16V12V3kAD2UAB+–二極管可看作短路,UAB
=0VD1截止。斷開二極管,分析二極管陽極和陰極的電位。ui>8V,二極管導(dǎo)通,可看作短路uo=8V已知:二極管是理想的,試畫出uo
波形。8V例4:ui18V二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––uoui<8V,二極管截止,可看作開路uo=ui8V求二極管所在電路輸出電壓或畫輸出波形:(1)選擇參考點,斷開二極管,分析二極管陽極和陰極的電位,如果輸入信號是交流信號,則需分段討論。(2)判斷二極管通斷,若有多個二極管且互相影響,則正向電壓最高的優(yōu)先導(dǎo)通。(3)二極管導(dǎo)通看做短路(或恒壓),截止看做斷路,多個二極管時,需第一個做等效后再逐個分析其他的。(4)分析等效后電路,求出輸出電壓或畫出輸出波形。1.2.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。
iuOu穩(wěn)壓管符號:穩(wěn)壓管伏安特性:+i陽極陰極DzUzIZIZM注意:穩(wěn)壓二極管通常工作在反向擊穿區(qū),使用時應(yīng)串入一個電阻,電阻起限流作用,以保證穩(wěn)壓管正常工作,此電阻被稱為限流電阻。
例5
求通過穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少?R是限流電阻,其值是否合適?IZVDZ+20VR=1.6k+
UZ=12V-
IZM=18mAIZ
<IZM
,電阻值合適。解穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項:(1)穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。當(dāng)UZ>6V時,具有正溫度系數(shù),當(dāng)UZ<6V時,具有負溫度系數(shù),當(dāng)UZ=6V時,穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。穩(wěn)壓管電流不變時,環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。(2)電壓溫度系數(shù)U(5)最大耗散功率PM管子不致產(chǎn)生熱擊穿的最大功率消耗。PM=UZIZM(3)動態(tài)電阻rZ(4)穩(wěn)定電流IZ正常工作的參考電流。
rZ愈小愈好。對于同一個穩(wěn)壓管,工作電流愈大,rZ值愈小。例6電路如圖所示,已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V,求電壓UO。UI=12VUI=10VUI=5V解:UI=10V時,UO=6VUI=12V時,UO=6VUI=5V時,UO=5V練習(xí):電路如圖1所示,設(shè)D1、D2均為理想元件,已知輸入電壓ui=150sinωtV,如圖2所示,試畫出電壓uO的波形。1.3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)1.3雙極型三極管雙極型晶體管(BipolarJunctionTransistor)簡稱晶體管(BJT),由兩種載流子在其內(nèi)部作運動。在模電中主要起放大作用,在數(shù)電中起開關(guān)作用。NPN型集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極C基極B發(fā)射極ENNPECB符號T基區(qū):薄,雜質(zhì)濃度低發(fā)射區(qū):雜質(zhì)濃度高集電結(jié):面積較大集電極C發(fā)射極E基極B
CBE符號NNPPNPNP型T1.3.2晶體管的電流分配與放大原理放大電路的核心元件,將微弱信號放大,放大的是變化量。放大作用表現(xiàn)為較小的基極電流控制較大的集電極電流(共射電路)。放大的外部條件:發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。即:
NPN型VC>VB>VEPNP型VE>VB>VC
beceRcRbICBOIEICIBIEIBEICE過程:(1)發(fā)射1、晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過程(2)復(fù)合和擴散(3)收集關(guān)系:IE=IC+IBECEBIB<IC<IE
ICIE基極(B)與集電極(C)電流方向始終一致,NPN型為流入,PNP型為流出,發(fā)射極(E)電流方向與之相反,數(shù)值上為兩者之和。2、晶體管的各極電流關(guān)系ECBIEICIBNPN型CBEIEICIBPNP型共射直流電流放大系數(shù)直流參數(shù)與交流參數(shù)的含義是不同的,但是,對于大多數(shù)三極管來說,
與的數(shù)值卻差別不大,計算中,可不將它們嚴格區(qū)分,都記作β。共射交流電流放大系數(shù)例1:
測晶體管各極電流,當(dāng)IB=40μA時,IC=1.6mA;當(dāng)IB=60μA時,IC=2.4mA,求和,分別畫出當(dāng)IB=70μA,且該管為NPN管或PNP管時的各極電流。解:70μA2.8mA2.87mA
PNP
cbe70μA2.8mA2.87mANPNecb例2:晶體管兩極電流如圖,求另一極電流,標(biāo)出方向,畫出管子,求,說明是NPN管或PNP管。解:=100NPN管=50PNP管基本共射放大電路iCiB1.3.3伏安特性曲線輸入回路輸出回路+
uCE-+
uBE-uiUCCUBB1、輸入特性iB是關(guān)于uBE的函數(shù),受UCE限制OiB0.5VUCE=0,兩個PN結(jié)并聯(lián);UCE增大,特性曲線右移(集電極開始吸引電子);UCE增大到某一特定值后(比如1V),特性曲線不再右移。UCE一般總大于1V。近似計算中,Si:uBE=0.7VGe:uBE=0.3V例:一個晶體管接在電路中,今測得它各管腳對“地”的電位分別為:1腳V1=3.6V,2腳V2=3V,3腳V3=9V。試判別管子的三個電極,并說明是硅管還是鍺管?是NPN型還是PNP型?ECBIEICIBNPN型si管3.6V3V9V︱UBE︳≈0.2~0.3V
(鍺管)
︱UBE︳≈0.6~0.7V
(硅管)步驟:1、中間電位一定出現(xiàn)在基極上,可確定B;2、uBE為0.3V(Ge管)或0.7V(si管),可確定E;余下為C;3、箭頭標(biāo)在發(fā)射極(E)上,由高電位指向低電位(P區(qū)指向N區(qū));如向外則為NPN型,如向內(nèi)則為PNP型。練習(xí):由三極管各管腳電位判定三極管屬性(1)
A:1VB:0.3VC:3V(2)A:-0.2VB:0VC:-3V解:(1)NPN型硅管A:基極;B:發(fā)射極;C:集電極(2)PNP型鍺管A:基極;B:發(fā)射極;C:集電極2、輸出特性IC是關(guān)于UCE的函數(shù),受IB限制60μA40μA20μAIB=0ICUCEO5101554321截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)(2)截止區(qū)
UBE≤0,
IB=0,IC
0(1)放大區(qū)
UCE>UBE>0,(3)飽和區(qū)
(兩結(jié)均正偏)UBE>UCE,
IB=100μA80μA例5
測得三只晶體管的直流電位如圖(a)、(b)、(c)所示,試判斷它們的工作狀態(tài)。解:(a)發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)正偏----飽和狀態(tài)
(b)發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏----放大狀態(tài)
(c)發(fā)射結(jié)反偏,集電結(jié)反偏----截止?fàn)顟B(tài)1.3.4晶體管的主要參數(shù)ICEO(輸出特性曲線IB=0對應(yīng))ICBO1、直流參數(shù)2、交流參數(shù)盡量小過損耗區(qū)iCuCEOPCM=iCuCE安全工作區(qū)工作區(qū)3、極限參數(shù)(1)最大集電極耗散功率PCMPCM=iCuCE=常數(shù)(2)最大集電極電流ICM使
值下降到正常值的的iC。(3)極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。U(BR
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