《电工电子技术基础与应用》教案 第11课 三极管及其应用（一）

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课题三极管及其应用（一）——认识三极管课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握三极管的结构、电流放大作用、伏安特性和主要参数（2）掌握共发射极放大电路、分压偏置放大电路、共集电极放大电路的结构和分析方法（3）能够正确测试三极管的伏安特性素质目标：弘扬爱国奋斗精神，树立建功立业信念教学重难点教学重点：三极管的结构、电流放大作用、伏安特性和主要参数，共发射极放大电路、分压偏置放大电路、共集电极放大电路的结构和分析方法教学难点：正确测试三极管的伏安特性教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——测试三极管的伏安特性”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，了解三极管的相关知识【学生】完成课前任务考勤【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因任务导入【教师】提出以下问题：三极管的作用是什么？其结构是怎样的？传授新知【教师】通过学生的回答引入要讲的知识，介绍三极管的结构和电流放大作用、三极管的伏安特性、三极管的主要参数等内容5.1.1三极管的结构和电流放大作用1．三极管的结构✈【教师】通过多媒体展示“三极管的结构”图片（详见教材），并介绍相关知识三极管是基本半导体元件之一，它因具有电流放大作用而广泛应用于各种放大电路中。三极管的结构由三层不同性质的半导体组合而成。根据半导体组合方式的不同，三极管可分为NPN型和PNP型两种。无论是NPN型三极管还是PNP型三极管，它们均有3个区，即基区、集电区和发射区。这3个区分别引出3个引脚，即基极B、集电极C和发射极E。这3个区的交界处有两个PN结，即集电结和发射结。2．三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用是由其内部载流子从发射区到集电区的运动体现出来的。为了保证载流子能够做这样的定向运动，三极管除了需要满足一定的内部结构条件之外，还需要保证外加电源的极性，使发射结正偏，使集电结反偏。【点拨】三极管图形符号中的箭头表示当发射结正偏时，发射极中电流的实际方向。✈【教师】通过多媒体展示“三极管电流放大实验电路”图片（详见教材），并介绍相关知识三极管的电流放大作用可通过三极管电流放大实验电路来分析。在该电路中，将电源的正、负极分别接三极管的基极B和发射极E，将电源的正、负极分别接三极管的集电极C和发射极E，这样就可以在三极管的发射结施加正向偏置电压，在集电结施加反向偏置电压。此时，调节电位器，则基极B中的电流、集电极C中的电流和发射极E中的电流都将发生变化，它们的测量数据如表5-6所示。✈【教师】通过多媒体展示“三极管电流放大实验电流测量数据”表格，介绍相关知识表5-6三极管电流放大实验电流测量数据/mA00.0100.0200.0400.0600.080/mA0.0010.4850.9801.9902.9953.995/mA0.0010.4951.0002.0303.0554.075由表5-6可得出以下结论。（1）三极管各电极电流的关系满足，其中。该结果符合基尔霍夫电流定律，即流进三极管的电流等于流出三极管的电流。（2）与的比值基本为定值，当增大时，基本上也成比例地增大。该比值称为直流电流放大系数，用表示。可以表征三极管的直流电流放大能力。（3）和的比值基本为定值，的较小变化可使出现较大变化。该比值称为交流电流放大系数，用表示。可以表征三极管的交流电流放大能力。5.1.2三极管的伏安特性✈【教师】组织学生扫码观看“三极管的伏安特性”视频（详见教材），让学生对相关知识有一个大致地了解三极管的伏安特性分为输入特性和输出特性两部分，它们均可通过伏安特性曲线来分析。1．输入特性当为常数时，输入电路（基极电路）中与之间的关系曲线即输入特性曲线。当时，集电极与发射极短接，三极管相当于两个二极管并联，即外加在并联二极管上的正向偏置电压，三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似。当时，三极管的输入特性曲线右移，这是因为此时集电结已反偏，其内电场已足够大，可以把从发射区进入基区的绝大部分电子收集至集电区。由于此时即使再增加，只要不变，也不再明显减小，因此三极管的输入特性曲线可近似合为一条曲线。在相同的下，时的比时的小。【点拨】三极管也存在阈值电压，只有当发射结外加电压大于阈值电压时，三极管才会产生基极电流。一般情况下，硅三极管的阈值电压约为0.6V，锗三极管的阈值电压约为0.2V。2．输出特性✈【教师】通过多媒体展示“三极管的输入特性曲线”和“三极管的输出特性曲线”图片（详见教材），并进行讲解当为常数时，输出电路（集电极电路）中的与之间的关系曲线即输出特性曲线。由于在不同的下，的变化有所不同，因此三极管的输出特性曲线是一组曲线。三极管的输出特性曲线可分为放大区、饱和区和截止区3个区域，这3个区域分别对应三极管3种不同的工作状态。1）放大区输出特性曲线中近于水平的区域是放大区，三极管在这个区域处于放大状态。在放大区，与成正比关系，即，对有很强的控制能力，几乎不随和负载的变化而变化。三极管处于放大状态的电压条件为：发射结正偏，集电结反偏。2）饱和区输出特性曲线中相对于变化较小的区域是饱和区，三极管在这个区域处于饱和状态。在饱和区，由于与不成正比关系，即，不能控制，因此三极管不能起电流放大作用。此时，，随的增加而迅速增大。其中，的情况称为临界饱和状态，该状态在特性曲线对应点的轨迹称为临界饱和线，此时集电极与发射极之间的电压称为饱和压降。三极管处于饱和状态的电压条件为：发射结正偏，集电结也正偏。3）截止区输出特性曲线中对应的曲线下方区域是截止区，三极管在这个区域处于截止状态。此时，，，三极管不导通，同样也不能起电流放大作用。三极管处于截止状态的电压条件为：发射结反偏，集电结也反偏。【拓展升华】三极管除了具有电流放大作用之外，还具有开关作用。将三极管作为开关使用时，三极管的基极是控制极，当较大时，三极管处于饱和状态，发射极E与集电极C之间的电阻很小，如同开关闭合；当较小或为零时，三极管处于截止状态，发射极E与集电极C之间的电阻很大，如同开关断开。5.1.3三极管的主要参数1．电流放大系数三极管的电流放大系数包括直流电流放大系数和交流电流放大系数。虽然和的含义不同，但在实验中发现，这两个参数在放大区的值非常接近，可近似认为。【经验传承】的大小并不是固定的，它受的影响，过大或过小都会使值减小。在选择三极管时，如果太小，则该三极管的电流放大能力较差；如果太大，则该三极管的工作稳定性较差。2．极间反向电流参数（1）集电极-基极反向饱和电流。是指发射极的电路处于断开状态时，集电极和基极之间的反向电流。受温度的影响较大，它会随温度的升高而增大。越小，三极管的热稳定性越好。常温下，小功率硅三极管的在1μA以下，锗三极管的一般在几微安到几十微安之间。（2）集电极-发射极穿透电流。是指当基极的电路处于断开状态时，由集电区经基区进入发射区的电流。由于，因此当温度升高时，比增大得更快。对三极管的工作影响很大，是衡量三极管质量好坏的重要参数，其值越小越好。3．极限参数（1）集电极最大允许电流。三极管工作在放大区时，若集电极电流超过一定值，三极管的值就会减小。三极管在值减小到正常值的时的集电极电流称为三极管的集电极最大允许电流。因此，使用三极管时，若超过，三极管并不一定会损坏，但是其值会减小。（2）集电极-发射极反向击穿电压。是指基极的电路处于断开状态时，外加在集电极和发射极之间的最大允许电压。当大于时，会骤然大幅增大，出现这种情况时说明三极管已被击穿。✈【教师】组织学生扫码观看“场效应管”视频（详见教材），让学生对相关知识有一个大致地了解（3）集电极最大允许耗散功率。集电极电流在流经集电结时会产生热量，使其温度升高，从而引起三极管的参数发生变化。当三极管因受热引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称为集电极最大允许耗散功率，其计算公式为（5-1）✈【教师】通过多媒体展示“三极管的安全工作区”图片（详见教材），并进行讲解由、、可以确定三极管的安全工作区【学生】聆听、思考、理解、记录课堂实践【教师】准备器材，带领学生到实验室进行试验操作1）判断三极管的类型并确定其引脚的极性（1）将数字万用表置于挡，在三极管的3个引脚中任选2个，分别测量它们之间的电阻。若所测电阻很大，则对调数字万用表的红、黑表笔再测量一次。若所测电阻仍然很大，则剩下的那个引脚便是基极。若两次测得的电阻一大一小，则基极一定是这两个引脚中的一个，此时需要重新选择引脚进行测量，直至确定三极管的基极。（2）三极管的基极确定之后，将数字万用表的红表笔接基极，黑表笔分别接另外两个引脚，若所测电阻均较小（几千欧以下），则该三极管为NPN型三极管；若所测电阻均很大（几百千欧以上），则该三极管为PNP型三极管。（3）三极管的基极确定之后，分别测量基极与另外两个引脚之间的电阻。在这两次测量中，所测电阻较小的那次对应的引脚为集电极，所测电阻较大的那次对应的引脚为发射极。2）用逐点法测试三极管的输入特性（1）连接电路。（2）调节直流稳压电源，使其输出电压为12V。（3）调节电位器，使电压按照表5-3所示的数值变化，然后调节电位器，使。读取微安表的示数，并填入表5-3中。表5-3三极管输入特性测试数据/V00.10.20.30.40.50.60.650.7/μA3）用逐点法测试三极管的输出特性调节电位器，使按照表5-4所示的数值变化，同时调节电位器，使也按照表5-4所示的数值变化。读取毫安表的示数，并填入表5-4中。表5-4三极管输出特性测试数据00.20.40.50.60.71246/

mA4）绘制三极管的伏安特性曲线根据表5-3和表5-4的测试数据，分别在图中绘制三极管的输入特性曲线和输出特性曲线。……（详见教材）【学生】以小组为单位进行试验，根据分工填写“任务工单——测试三极管的伏安特性”【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题，根据学生表现填写考核评价表探索活动【教