3.2初识模拟电路 课件-2022-2023学年高中通用技术苏教版(2019)选择性必修1《电子控制技术》(54张PPT)

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3.2初识模拟电路 课件-2022-2023学年高中通用技术苏教版(2019)选择性必修1《电子控制技术》(54张PPT)

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(共54张PPT)
二、初识模拟电路
第三章 电子控制技术的信号处理
知识点讲解
半导体 纯净的半导体硅、锗的晶体,叫做半导体。每个原子与相邻的四个原子之间通过共价键结合。
知识点讲解
半导体导电 由于热运动,半导体中电子挣脱束缚,称为自由电子,带负电,留下的空位叫空穴,带正电。它们共同参与导电,成为载流子。
(1)温度越高,半导体的电阻越小。
(2)相同条件下,锗的导电性比硅要好。
半导体二极管
阳极
阴极
阴极
半导体二极又称晶体二极管,简称二极管
由一个PN结加上引线及管壳构成.
PN结具有单向导电性。
检波、整流、开关、稳压等
半导体二极管
概念
特性
作用
知识点讲解
PN结
利用掺杂工艺在一块晶体的两边分别形成P型和N型半导体
知识点讲解
PN结正向偏置
PN结外加正向电压(P区接高电势,N区接低电势)时,外电场与耗尽层电场方向相反,相互抵消,耗尽层变窄。当电压足够大时,外电场完全抵消内电场,耗尽层消失,此时,PN结正向导通。
导通电压
硅管 0.6-0.7V
锗管 0.2-0.3V
发光二极管1.6V以上
知识点讲解
PN结反向偏置
PN结外加反向电压(P区接低电势,N区接高电势)时,外电场与耗尽层电场方向相同,相互加强,耗尽层变宽。电压越大,耗尽层越宽,自由载流子越难通过耗尽层。此时PN结反向截止。
单向导电性
P
N
二极管的工作原理--- 单向导电性
知识点讲解
二极管根据不同功能,可分为整流二极管,稳压二极管,光敏二极管,发光二极管(LED)等。对应符号如下。
光敏二极管和稳压二极管工作时需加反偏电压。
普通二极管
光敏二极管
发光二极管
稳压二极管
知识点讲解
二极管实物图
普通二极管 稳压二极管 发光二极管 光敏二极管
负极色环 长的引脚是正极
知识点讲解
知识点讲解
二极管是最常用的电子元件之一,它最大的特性就是单向导电性。
理想二极管:正向导通时,两端电压(导通压降)为零;反向截止时,相当于断开。
实际二极管正向导通压降:硅管 0.7V
锗管 0.3V
18年4月选考11.【加试题】如图所示的两个电路,下列关于流过电阻R1、R2电流方向的判断中正确的是( )
A.由a到b,由c到d B.由a到b,由d 到c
C.由b到a,由c到d D.由b到a,由d 到c
A
例题
例题
B
例题
B
例题
例题
例题
下列关于二极管的说法正确的是( )
A.硅二极管的正向导通压降约为0.7V
B.红光LED与蓝光LED发光时的正向压降相等
C.使用万用表合适的电阻档可以较准确测出二极管的正向电阻,即在电路导通时的电阻
D.通常二极管的外壳上由极性标注环,由标注的这一侧引脚为阳极
A
PN结
经过特殊的工艺加工,将P型半导体和N型半导体紧密的结合在一起,则在两种半导体的交界处会出现一个特殊的接触面,称为PN结。
三极管组成
半导体三极管的核心是两个紧靠着的PN结。两个PN结将半导体基片分成三个区域:发射区、基区和集电区。由这三个区各引出一个电极,分别称为发射极、基极和集电极,用字母E、B、C表示。通常将发射极与基极之间的PN结称为发射结;集电极与基极之间的PN结称为集电结。
管脚识别
大功率三极管,外壳作为第三根引脚。
电流流向
由于半导体基片材料不同,三极管可分为PNP和NPN型两类。由图可见,两种符号的区别在于发射极的箭头方向不同。实际上发射极箭头方向就是发射结正向偏置电流的方向。
Ie
Ib
Ic
Ic
Ib
Ie
Ic
Ib
Ie
Ic
Ib
Ie
三极管电流放大
三极管的电流放大并不是指其自身能把小电流变成大电流,它仅仅是起着一种控制作用,控制着电路中的电源,使其按确定的比例向三极管提供lb,lc和le三个电流。
截止状态:细管水压很小,不足以打开阀门。
放大状态:细管水流越大,阀门开启越大,粗管水流越大
——以小控大,以弱控强
饱和状态:当阀门开到一定程度,细管水流增大,粗管水流不再增大
粗管子内装有阀门,阀门的开度由细管子中的水压控制,水流类比电流,水压类比电压
三极管工作状态
1.截止区
Ib=0以下的区域称为截止区。Ib=0,即在死区电压之内,Ube很小,故发射结为反偏,集电结也为反偏。无论Uce怎么变化,Ic都很小,趋于0,Uce≈Vcc。此时集电极与发射极相当于一只断开的开关。
2.放大区
指输出特性曲线之间间距接近相等,且互相平行的区域。发射结正偏,集电结反偏。在这一区间,基极电流有微小的变化,Ic将按比例发生较大的变化,即Ic=β*Ib。当Uce大于1V左右以后,无论Uce怎样变化,Ic几乎不变,这说明三极管具有恒流特性。
三极管工作状态
3.饱和区
三极管工作在这个区域时,Uce很小,且Uce三极管电流放大
由实验可知:
Ic=β*Ib
Ie=Ib+Ic
即发射极电流等于基极电流和集电极电流之和,无论是NPN还是PNP。
总结:
(1)三极管是电流控制型元件,”以小控大”。
(2)三极管的放大作用,需要一定的外部工作条件,即必须保证三极管发射结加正向电压(正偏),集电结加反向电压(反偏)。NPN三个电极上的电位分布为Vc>Vb>Ve。PNP三个电极上的电位分布为Vc三极管电流放大
综合以上情况可以得出结论:要使三极管起电流放大作用,必须保证发射结加正向偏置电压,集电结加反向偏置电压。
正偏:P区电位高于N区电位
反偏:P区电位低于N区电位
三极管练习
例题3、某三极管电路中,测得三极管的CBE三个引脚电位分别是6V,3.7V, 3V,则该三极管工作状态是( )。
A.截止 B.饱和 C.放大 D.不确定
C
三极管练习
例题3改编:某放大电路中,测得三极管的三个引脚①②③电位分别是3.7V,6V,3V,则该三极管引脚对应正确的是( )。
A. ①C②B③E B. ①B②C③E C. ①E②B③C D.不确定
再改编:某放大电路中,测得三极管的三个引脚①②③电位分别是6V,6.7V, 3V,则该三极管引脚对应正确的是( )。
A. ①C②B③E B. ①B②C③E C. ①B②E③C D.不确定
B
C
归纳:一审题,找放大;二排序,定基极;三特殊,0.7V
三极管练习
例题4、某工作电路中三极管的三个引脚如图所示,VXY=6V,VXZ=0.7V,则XYZ的引脚分别是( )。
A.ebc B.cbe C.ceb D.ecb
Z
Y
X
【解析】
假设X点位“0”电位,则VY=-6V,VZ=-0.7V
D
即:Vx>VZ>VY
0.7V
Vc> Vb > Ve
【思考】若假设Y或者Z点为参考点,结果是否会发生变化?
练习巩固
-9V
-2.3V
-2V
12v
-0.7v
0v
3.3V
3.7V
3V
(1)判断三极管处于什么状态?
截止
截止
饱和
练习巩固
-1V
-1.7V
-5V
0.3V
1V
-3V
-2V
-2.7V
-2.2V
饱和
放大
截止
练习巩固
5.05mA
5mA
80mA
2mA
(3)判断三极管的型号及电流大小和方向
0.05mA
82mA
NPN型
PNP型
三极管NPN 型
Ie
Ib
Ic
NPN 三极管要想能够工作,必须集电极接高电平,发射极接低电平,即 Uc>Ue。若三极管接反,即 Ue>Uc,则三极管不工作,三极管截止不导通,电流不能通过三极管。
三极管工作状态——截止状态
Va=0
三极管的三种工作状态
截止状态下:Ib 太小(Ib≈0),顶不动阀门,阀门的关闭导致水被困在上面的水管中不能流动(Ic=0;Ie=0)。
放大状态下:Ib 增大,顶开阀门,水会从上面 Ic 通过打开的阀门流下,和小电流Ib 汇入到下管(发射极),Ie=Ic+Ib。这样就实现小电流(Ib)控制大电流(Ic)的功能,故名“放大”,放大倍数为β,Ic=β Ib。所以:Ie>Ic>Ib。
饱和状态下:Ib 继续增大,阀门开到最大,由于管径的限制,水流趋向于恒定,此时,Ic 不会再受 Ib 的控制,Ib 的增大已无法影响 Ic。
三极管的截止、放大和饱和——PNP 型
Ic
Ib
Ie
PNP 三极管要想能够工作,必须集电极接低电平,发射极接高电平,即 Uc<Ue。若三极管接反,即 Ue<Uc,则三极管不工作,三极管截止不导通,电流不能通过三极管。
三极管工作状态——截止状态
Va=0
三极管的三种工作状态
截止状态下:Ib 太小(Ib≈0),顶不动阀门,阀门的关闭导致水被困在发射极的水管中不能流动
放大状态下:Ib 增大,顶开阀门,水会从上面 Ie 通过打开的阀门流下,分流为小电流 Ib 和大电流 Ic,即Ie=Ic+Ib。这样就实现小电流(Ib)控制大电流(Ic)的功能,故名“放大”,放大倍数为β,即Ic=βIb。所以:Ie>Ic>Ib。
饱和状态下:Ib 继续增大,阀门开到最大,由于管径的限制,水流趋向于恒定,此时,Ic 不会再受 Ib 的控制,Ib 的增大已无法影响 Ic。
三极管的电位分析一个解题技巧
A
A
对于NPN而言,当信号电位A点电位较高时,三极管趋于饱和状态,此时,变小,反之,当信号电位A点电位较低时,三极管趋于截止状态,此时,变大。
对于PNP而言,当信号电位A点电位较低时,三极管趋于饱和状态,此时,变小,反之,当信号电位A点电位较高时,三极管趋于截止状态,此时,变大。
三极管电位判定和状态判定依据有哪些?
1、在确定有电(导通)的情况下,根据基极和集电极电位比较,来得出放大还是饱和
2、当NPN集电极接在Vcc时,该NPN不可能饱和
当PNP集电极接在负极时,该PNP不可能饱和
3、导线相连,没有电阻或者用电器串联,则导线处电位处处相等,一般默认为电位不变,常见的有 锁住信号电位(基极没有串电阻时)
4、根据基极电阻或电流变化,观察集电极电流有没有跟着变化,若有则为放大状态,反之则为饱和状态
5、硅管导通情况下,大于0.7V时,三极管为放大状态,于0.7V时,三极管为饱和状态。
三极管拓展提升
比较三种电路:
Vcc
V1
Rg
Rp
Rc
Vi
Uo
Vcc
V2
Rg
Rp
Rc
Rb
Vi
Uo
Vb随Ue变化
Rb隔离发射结电位
发射结钳位Vi
Vcc
V2
Rg
Rp
Re
Rb
Vi
集电结永不正偏
决不会饱和
一定会饱和吗?
Vi=Vb=0.7V
若基极和发射极有元器件,又如何?
练习巩固
D
练习巩固
已知该电路的三极管工作在放大状态
如何调大Ic?
1.增大Vcc
2.增大β
3.增大Rb
4.增大Rp
谢 谢!
三极管工作状态——截止状态
调节 Rp 为 0,则 a 点电势为 0,a 点与 e 极的电势差为 0,所以 b 点与 e 极的电势差也为 0,即Ube=Ub-Ue=0,发射结处于零偏状态,发射结不导通,e 区的负电荷不会定向移动到 b 区,b 极 和 e 极之间没有电流。由于 Uc>0,所以 b 极和 c 极之间也没有电流,此时三极管处于截止状态。此时Ic=0,Ib=0,Ie=0。
若 Ub<Ue,则 Ube<0,发射结反偏,发射结不导通,三极管截止。此时集电结反偏。
若调节 Rp,使 Ub>Ue,但 Ub-Ue<0.7V(硅管的导通电压),发射结处于正偏状态,但不导通,三极管截止。此时集电结反偏。
截止状态:发射结反偏(零偏),集电结反偏
发射结虽然正偏,但Ube小于导通电压,集电结反偏
三极管工作状态——放大状态
调大 Rp,则 a 点电势升高,当 b 点电势升高到大概0.7v 时,即 b 点与 e 极的电势差为 0.7v,即 Ube=Ub-Ue=0.7v,发射结正偏导通,发射区的负电荷在 be间电场的作用下从 e 区定向移动到 b 区。由于在截止状态下,c 极电势为 5V,故 c 极与 b 极之间的电场使移动到 b 区的负电荷大部分向 c 极移动,形成 c 极电流 Ic,也有极少一部分负电荷向 b 极移动,形成 b极电流。故 Ic>0,Ib>0。由于 Ic 和 Ib 都是 e 区电荷移动所产生的,故 Ie=Ib+Ic>0。由于三极管内部结构的缘故,此时 Ib 和 Ic 具有一定的倍数关系,因此用 Ic=βIb 来表示。故称此状态下的三极管处于放大状态。
三极管工作状态——放大状态
综上,当加在三极管发射结的电压 Ube 大于 PN 结的导通电压,并处于某一恰当的值时,发射结正偏,集电结反偏,此时有 Ic=βIb,称 Ib 对 Ic 有控制作用,也可以说 Ic 对 Ib 有放大作用,也就是说三极管具有电流放大作用。
在放大状态下继续调大 Rp,则 a 点电势继续升高,a 点与 e 极的电势差也会增大,而发射结导通后的压降 Ube 恒为 0.7v 不变,故 R2 两端电势差就会增大,流过 R2 的电流变大,即 Ib 变大,而 Ic=βIb 也会跟着变大,R3 两端的电势差也会变大,而 c 极电压会不断变小。发射极和集电极之间电压差 Uce=Uc-Ue将变小,在整个过程中,始终满足 0.3v<Uce<Vcc。
由于 Ic 流过 R3 使 R3 两端产生电势差,c 极电势 Uc 降低,又由于三极管刚从截止状态进入导通状态,Ic 还不是很大,故 Uc 不会降低很多,此时三极电势满足 Uc>Ub>Ue,故发射结正偏,集电结反偏。
三极管工作状态——饱和状态
在放大状态,c 极电势 Uc 随着 Ic 的增大而变小,但由于 c 极电势一定要大于 e 极电势,故 c 极电势不会一直下降,当 c 极和 e 极之间的电势差 Uce=Uc-Ue≤0.3v 时,c 极电势就不会再降低,此时 R3 两端的电势差不会变化,流过 R3 的电流 Ic 也不再变化并达到最大值,此时称三极管进入饱和导通状态。在饱和导通状态下,如果继续增大 a 点电势,Ib 会继续升高,而 Ic 已经达到最大值将保持不变,故饱和状态下 Ic≠β Ib,其计算特征满足 Ic<β Ib。由于 Ic 和 Ib 依然是 e 区电荷移动所产生的,故Ie=Ib+Ic 依旧成立。同时由于 Ube=0.7v,Uce≤0.3v,所以三极电势为 Ub>Uc>Ue,此时发射结正偏,集电结正偏。集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。
三极管工作状态——截止状态
调节 Rp 为 0,则 a 点电势为 5V(Vcc),e 极与 a 点的电势差为 0,所以 e 极与 b 点的电势差也为0,即 Ueb=Ue-Ub=0,发射结处于零偏状态,发射结不导通,e 区的正电荷不会定向移动到 b区, e 极和 b 极之间没有电流,c 极和 b 极之间也没有电流,此时三极管处于截止状态。此时 Ic=0,Ib=0,Ie=0。
若 Ub>Ue,则 Ube>0,发射结反偏,发射结不导通,三极管截止。此时集电结反偏。
若调节 Rp,使 Ub<Ue,但 Ue-Ub<0.7V(硅管的导通电压),发射结处于正偏状态,但不导通,三极管截止。此时集电结反偏。
三极管工作状态——放大状态
调大 Rp,则 a 点电势降低,当e 极与 b 点的电势差为 0.7v,即 Ueb=Ue-Ub=0.7v,发射结正偏导通,发射区的在电荷在 eb 间电场的作用下从 e 区定向移动到 b 区。由于在之前的截止状态下 R3 上没有电流,故 c 极电势为 0V,故 b 极与 c 极之间的电场使移动到 b 区的正电荷大部分向 c 极移动,形成 c 极电流 Ic,也有极少一部分负电荷向 b 极移动,形成 b 极电流。故 Ic>0,Ib>0。由于 Ic 和 Ib 都是 e 区电荷移动所产生的,故 Ie=Ib+Ic>0。由于三极管内部结构的缘故,此时 Ib 和 Ic 具有一定的倍数关系,因此用 Ic=βIb来表示。故称此状态下的三极管处于放大状态。
三极管工作状态——放大状态
综上,当加在三极管发射结的电压 Ueb 大于 PN 结的导通电压,并处于某一恰当的值时,发射结正偏,集电结反偏,此时有 Ic=βIb,称 Ib 对 Ic 有控制作用,也可以说 Ic 对 Ib 有放大作用,也就是说三极管具有电流放大作用。
在放大状态下继续调大 Rp,则 a 点电势继续降低,a 点与 e 极的电势差也会增大,而发射结导通后的压降 Ube 恒为 0.7v 不变,故 R2 两端电势差就会增大,流过 R2 的电流变大,即 Ib 变大,而 Ic=βIb 也会跟着变大,R3 两端的电势差也会变大,而 c 极电压会不断升高。发射极和集电极之间电压差 Uec=Ue-Uc将变小,在整个过程中,始终满足 0.3v<Uec<Vcc。
由于 Ic 流过 R3 使 R3 两端产生电势差,c 极电势 Uc 升高,又由于三极管刚从截止状态进入导通状态,Ic 还不是很大,故 Uc 不会升高很多,此时三极电势满足 Uc<Ub<Ue,故发射结正偏,集电结反偏。
三极管工作状态——饱和状态
在放大状态,c 极电势 Uc 随着 Ic 的增大而变大,但由于 c 极电势一定要小于 e 极电势,故 c 极电势
不会一直升高,当 c 极和 e 极之间的电势差 Uec=Ue-Uc≤0.3v 时,c 极电势就不会再升高,此时 R3 两端的电势差不会变化,流过 R3 的电流 Ic 也不再变化并达到最大值,此时称三极管进入饱和导通状态。在饱和导通状态下,如果继续降低 a 点电势,Ib 会继续升高,而 Ic 已经达到最大值将保持不变,故饱和状态下 Ic≠β Ib,其计算特征满足 Ic<β Ib。由于 Ic 和 Ib 依然是 e 区电荷移动所产生的,故
Ie=Ib+Ic 依旧成立。同时由于 Ueb=0.7v,Uec≤0.3v,所以三极电势为 Ub<Uc<Ue,此时发射结正偏,
集电结正偏。

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