时间:2022-10-05 16:15:04
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇电子教案范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。
2、本课程教学要求:
1.掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。
2.掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。
3.掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。
4.了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。
3、使用的教材:
杨栓科编,《模拟电子技术基础》,高教出版社
主要参考书目:
康华光编,《电子技术基础》(模拟部分)第四版,高教出版社
童诗白编,《模拟电子技术基础》,高等教育出版社,
张凤言编,《电子电路基础》第二版,高教出版社,
谢嘉奎编,《电子线路》(线性部分)第四版,高教出版社,
陈大钦编,《模拟电子技术基础
问答、例题、试题》,华中理工大学出版社,
唐竞新编,《模拟电子技术基础解题指南》,清华大学出版社,
孙肖子编,《电子线路辅导》,西安电子科技大学出版社,
谢自美编,《电子线路
设计、实验、测试》(二),华中理工大学出版社,
绪论
本章的教学目标和要求:
要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)
§1-1 电子系统与信号
0.5
§1-2
放大电路的基本知识
0.5
本章重点:
放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
本章教学方式:
课堂讲授
本章课时安排:
1
本章的具体内容:
1节
介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;
介绍放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
重点:
放大电路的分类及主要性能指标。
第1章
半导体二极管及其基本电路
本章的教学目标和要求:
要求学生了解半导体基础知识;理解PN结的结构与形成;熟练掌握普通二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向V-I特性的四种建模。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)
§1-1 PN结
§1-2
半导体二极管
§1-3 半导体二极管的应用
§1-4 特殊二极管
本章重点:
PN结内部载流子的运动,PN结的特性,二极管的单向导电性、二极管的特性、参数、应用电路分析及稳压管的特性、参数及其特点。
本章难点:
PN结的形成原理,二极管的非线性伏安特性方程和曲线及其电路分析。
本章主要的切入点:
“管为路用”
从PN结是半导体器件的基础结构,PN结的形成原理入手,通过对器件的非线性伏安特性的描述,在分析电路时说明存在的问题,引出非线性问题线性化的必要性和可行性。
本章教学方式:
课堂讲授
本章课时安排:3
本章习题:
P26
1.1、1.2、1.7、1.9、1.12、1.13。
本章的具体内容:
2、3节
1、介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;
2、讲解半导体基础知识,半导体,杂质半导体;
3、讲解PN结的特点,PN结的几个特性:单向导电性、伏安特性、温度特性、电容特性。
重点:
PN结的形成过程、PN结的单向导电性、伏安特性曲线的意义,伏安方程的应用。
4节
1、讲解半导体二极管结构和电路符号,基本特点,等效电路;
2、讲解稳压二极管工作原理,电路符号和特点,等效电路;
3、讲解典型限幅电路和稳压电路的分析。
重点:两种管子的电路符号和特点。
讲解课后习题,让学生更好地了解二极管基本电路及其分析方法。
【例1】电路如图(a)所示,已知,二极管导通电压。试画出uI与uO的波形,并标出幅值。
图(a)
【相关知识】
二极管的伏安特性及其工作状态的判定。
【解题思路】
首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态;当二极管的截止时,uO=uI;当二极管的导通时,。
【解题过程】
由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示,即开启电压Uon和导通电压均为0.7V。
由于二极管D1的阴极电位为+3V,而输入动态电压uI作用于D1的阳极,故只有当uI高于+3.7V时
D1才导通,且一旦D1导通,其阳极电位为3.7V,输出电压uO=+3.7V。由于D2的阳极电位为-3V,
而uI作用于二极管D2的阴极,故只有当uI低于-3.7V时D2才导通,且一旦D2导通,其阴极电位即为-3.7V,输出电压uO=-3.7V。当uI在-3.7V到+3.7V之间时,两只管子均截止,故uO=uI。
uI和uO的波形如图(b)所示。
图(b)
【例1-8】
设本题图所示各电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止,并求出A、B两点之间的电压UAB值。
【相关知识】
二极管的工作状态的判断方法。
【解题思路】
(1)首先分析二极管开路时,管子两端的电位差,从而判断二极管两端加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压,则说明二极管处于截止状态;若是正向电压,但正向电压小于二极管的死区电压,则说明二极管仍然处于截止状态;只有当正向电压大于死区电压时,二极管才能导通。
(2)在用上述方法判断的过程中,若出现两个以上二极管承受大小不等的正向电压,则应判定承受正向电压较大者优先导通,其两端电压为正向导通电压,然后再用上述方法判断其它二极管的工作状态。
【解题过程】
在图电路中,当二极管开路时,由图可知二极管D1、D2两端的正向电压分别为
10V和25V。二极管D2两端的正向电压高于D1两端的正向电压,二极管D2优先导通。当二极管D2导通后,UAB=-15V,二极管
D1两端又为反向电压。故D1截止、D2导通。U
AB
=
-15V。
【例1-9】
硅稳压管稳压电路如图所示。其中硅稳压管DZ的稳定电压UZ=8V、动态电阻rZ可以忽略,UI=20V。试求:
(1)
UO、IO、I及IZ的值;
(2)
当UI降低为15V时的UO、IO、I及IZ值。
【相关知识】
稳压管稳压电路。
【解题思路】
根据题目给定条件判断稳压管的工作状态,计算输出电压及各支路电流值。
【解题过程】
(1)
由于
>UZ
稳压管工作于反向电击穿状态,电路具有稳压功能。故
UO
=
UZ
=
8V
IZ=
I-IO=6-4=2
mA
(2)
由于这时的
<UZ
稳压管没有被击穿,稳压管处于截止状态。故
IZ
=
【例1-10】电路如图(a)所示。其中未经稳定的直流输入电压UI值可变,稳压管DZ采用2CW58型硅稳压二极管,在管子的稳压范围内,当IZ为5mA时,其端电压UZ为10V、为20Ω,且该管的IZM为26mA。
(1)
试求当该稳压管用图(b)所示模型等效时的UZ0值;
(2)
当UO
=10V时,UI
应为多大?
(3)
若UI在上面求得的数值基础上变化±10%,即从0.9UI变到1.1UI,问UO
将从多少变化到多少?相对于原来的10V,输出电压变化了百分之几?在这种条件下,IZ变化范围为多大?
(4)
若UI值上升到使IZ=IZM,而rZ值始终为20Ω,这时的UI和UO分别为多少?
(5)
若UI值在6~9V间可调,UO将怎样变化?
图
(a)
图
(b)
【相关知识】
稳压管的工作原理、参数及等效模型。
【解题思路】
根据稳压管的等效模型,画出等效电路,即可对电路进行分析。
【解题过程】
(1)
由稳压管等效电路知,
(2)
(3)
设不变。当时
当时
(4)
(5)
由于U
I<UZ0,稳压管DZ没有被击穿,处于截止状态
故UO将随U
I在6~9
V之间变化
第2章
半导体三极管及放大电路基础
本章的教学目标和要求:
要求学生正确理解放大器的一些基本概念,掌握BJT的简化模型及其模型参数的求解方法,掌握BJT的偏置电路,及静态工作点的估算方法;掌握BJT的三种基本组态放大电路的组成,指标,特点及分析方法;理解放大器的频率响应的概念和描述,掌握放大器的低频、高频截止频率的估算,单管放大器的频率响应的分析,波特图的折线画法。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体与板书相结合的教学方式)
§2-1
半导体BJT
§2-2
共射极放大电路
§2-3
图解分析法
§2-4
小信号模型分析法
§2-5
放大电路的工作点稳定问题
§2-6
共集电极电路和共基极电路
§2-7
多级放大电路
§2-8
放大电路的频率响应
习题课
本章重点:
以共射极放大电路为例介绍基本放大电路的组成、工作原理、静态工作点的计算、性能指标计算。
频率响应的概述,波特图的定义;BJT的简化混合高频等效模型,单管共射放大器中频段、低频段、高频段的频率响应的分析和波特图的画法。
本章难点:
对放大概念的理解;等效模型的应用;对电路近似分析的把握。
本章主要的切入点:
通过易于理解的物理概念、作图的方法理解放大的概念;通过数学推导与物理意义的结合,加强对器件等效模型的理解;通过CB、CC、CS等基本电路的分析,强化工程分析的意识和分析问题的能力。
本章教学方式:
课堂讲授+仿真分析演示
本章课时安排:
14
本章习题:
P84
2.3、2.4、2.7、2.8、2.11、2.12、2.13、2.14、2.15、2.16、2.18、2.19、2.20。
本章的具体内容:
5、6、7节:
介绍半导体BJT的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。
重点:BJT内部载流子的移动、电流的分配关系和特性曲线。
8、9、10节:
介绍共射放大器组成原则,电路各元件的作用,介绍Q点定义及其合理设置的重要性,放大电路的工作原理,信号在放大电路各点的传输波形变化;放大电路组成原则。
重点:
强调对于各个基本概念的理解和掌握。
11、12、13、14节:
对放大电路进行分析,介绍直流、交流通路的画法原则,并例举几个电路示范;
采用图解法对放大电路的Q点、电压放大倍数和失真情况进行分析,强调交、直流负载线的区别。
再对一个典型共射放大电路进行完整的动态参数分析,并对其分析结果进行详细分析和讨论,从而作为此部分的一个小结。
重点:
直流、交流通路的画法原则,典型共射放大电路进行完整的动态参数分析。
15、16节:
介绍三极管的小信号等效模型、并用小信号模型法分析基本放大电路的主要性能指标Av,Ri,Ro。
重点:建立小信号电路模型,将非线性问题线性化。
讲解课后习题,使学生熟悉用图解法和小信号模型法分析放大电路的方式方法。
讨论放大电路Q点的稳定性。从影响Q点稳定的因素入手,在固定偏流电路的基础上介绍分压偏置电路,并对其稳定静态工作点的原理进行详细分析。
对典型分压偏置共射放大器进行直流分析,强调直流分析中VCC的分割,工程近似法计算Q点;
重点:
对典型分压偏置共射放大器进行交直流分析。
17、18节:
简要介绍有稳Q能力的其它电路结构形式,
介绍共集放大器(CC)的原理图、直流通路、交流通路、交直流分析,介绍其特点和典型应用;给出一个典型CC放大器和其分析结论由学生课外完成分析;
介绍共基放大器(CB),原理图,直流通路,交流通路,交直流分析,介绍其特点和典型应用;
给出一个典型CB放大器和其分析结论由学生课外完成分析。
结合一个简单综合性例题小结三组态的特点。
给出一个CE,CC,CB放大器比较对照表由学生课外完成分析。
重点:
共集放大器(CC)的交直流分析,共基放大器(CB)的交直流分析。
频率响应的概述,基本概念,三个频段的划分,引入RC高通电路模拟低频响应,RC低通电路模拟高频响应,它们的幅频响应,相频响应;的频率响应;波特图的定义;BJT的完整混合模型,简化高频等效模型,主要参数的推导;单管共射放大器中频段、低频段、高频段的频率响应的分析和波特图的画法。放大器增益带宽积的概念,影响因素,多级放大器的频率响应。以一个单管共射放大电路的分析为例题对以上内容做一个小结。
重点:
频率响应的基本概念,简化高频等效模型,主要参数的推导;单管共射放大器频率响应的分析。
讲解课后习题,并对本章内容作个简单的小结。
【例2-1】电路如图所示,晶体管的β=100,UBE=0.7
V,饱和管压降UCES=0.4
V;稳压管的稳定电压UZ=4V,正向导通电压UD=0.7
V,稳定电流IZ=5
mA,最大稳定电流IZM=25
mA。试问:
(1)当uI为0
V、1.5
V、25
V时uO各为多少?
(2)若Rc短路,将产生什么现象?
【相关知识】
晶体管工作状态的判断,稳压管是否工作在稳压状态的判断以及限流电阻的作用。
【解题思路】
(1)
根据uI的值判断晶体管的工作状态。
(2)
根据稳压管的工作状态判断uO的值。
【解题过程】
(1)当uI=0时,晶体管截止;稳压管的电流
在IZ和IZM之间,故uO=UZ=4
V。
当uI=15V时,晶体管导通,基极电流
假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流
由于uO>UCES=0.4
V,说明假设成立,即晶体管工作在放大状态。
值得指出的是,虽然当uI为0
V和1.5
V时uO均为4
V,但是原因不同;前者因晶体管截止、稳压管工作在稳压区,且稳定电压为4
V,使uO=4
V;后者因晶体管工作在放大区使uO=4
V,此时稳压管因电流为零而截止。
当uI=2.5
V时,晶体管导通,基极电流
假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流
在正电源供电的情况下,uO不可能小于零,故假设不成立,说明晶体管工作在饱和状态。
实际上,也可以假设晶体管工作在饱和状态,求出临界饱和时的基极电流为
IB=0.18
mA>IBS,说明假设成立,即晶体管工作在饱和状态。
(2)若Rc短路,电源电压将加在稳压管两端,使稳压管损坏。若稳压管烧断,则uO=VCC=12
V。
若稳压管烧成短路,则将电源短路;如果电源没有短路保护措施,则也将因输出电流过大而损坏。
【方法总结】
(1)
晶体管工作状态的判断:对于NPN型管,若uBE>Uon(开启电压),则处于导通状态;若同时满足UC≥UB>UE,则处于放大状态,IC=βIB;若此时基极电流
则处于饱和状态,式中ICS为集电极饱和电流,IBS是使管子临界饱和时的基极电流。 (2)稳压管是否工作在稳压状态的判断:稳压管所流过的反向电流大于稳定电流IZ才工作在稳压区,反向电流小于最大稳定电流IZM才不会因功耗过大而损坏,因而在稳压管电路中限流电阻必不可少。图示电路中Rc既是晶体管的集电极电阻,又是稳压管的限流电阻。
【例2-2】电路如图所示,晶体管导通时UBE=0.7V,β=50。试分析uI为0V、1V、1.5V三种情况下T的工作状态及输出电压uO的值。
【相关知识】
晶体管的伏安特性。
【解题思路】
根据晶体管的管压降与,以及基极电流和集电极电流的特点,直接可以判别出管子的
工作状态,算出输出电压。
【解题过程】
(1)当VBB=0时,T截止,uO=12V。
(2)当VBB=1V时,因为
μA
所以T处于放大状态。
(3)当VBB=3V时,因为
μA
所以T处于饱和状态。
【例2-3】试问图示各电路能否实现电压放大?若不能,请指出电路中的错误。图中各电容对交流可视为短路。
图(a)
图(b)
图(c)
图(d)
【相关知识】
放大电路的组成原理。
【解题思路】
放大电路的作用是把微弱的电信号不失真地放大到负载所需要的数值。即要求放大电路既要有一定的放大能力,又要不产生失真。因此,首先要检查电路中的晶体管(非线性器件)是否有合适的直流偏置,是否工作在放大状态(线性状态),其次检查信号源、放大器和负载之间的信号传递通道是否畅通,并具有电压放大的能力。
【解题过程】
图(a)电路不能实现电压放大。电路缺少集电极电阻,动态时电源相当于短路,输出端没有交流电压信号。
图(b)电路不能实现电压放大。电路中缺少基极偏置电阻,动态时电源相当于短路,输入交流电压信号也被短路。
图(c)
电路也不能实现电压放大。电路中晶体管发射结没有直流偏置电压,静态电流,放大电路工作在截止状态。
图(d)电路能实现小信号电压放大。为了保证输出信号不失真(截止、饱和),当输入信号为正时,应不足以使三极管饱和;当输入信号为负时,应不会使三极管截止。
【例2-4】单级放大电路如图所示,已知Vcc=15V,,,,
此时调到,,,,,,晶体管饱和压降UCES为1V,晶体管的结电容可以忽略。试求:
(1)静态工作点,:
(2)中频电压放大倍数、输出电阻、输入电阻;
(3)估计上限截止频率和下限截止频率;
(4)动态范围=?输入电压最大值Ui
p=?
(5)当输入电压的最大值大于Ui
p时将首先出现什么失真?
【相关知识】
(1)共射极放大电路。
(2)放大电路的频率特性。
【解题思路】
(1)根据直流通路可求得放大电路的静态工作点。
(2)根据交流通路可求得放大电路的、、。
(3)根据高频区、低频区的等效电路可分别求出和。
(4)根据静态工作点及交流负载线的斜率可求得动态范围
,同时可判断电路出现失真的状况。
(5)根据电压放大倍数和动态范围可求出Ui
p。
【解题过程】
(1)采用估算法求解静态工作点。由图可知
故
(2)利用微变等效电路法,求解放大电路的动态指标。
(3)当电路中只有一个惯性环节时,电路的截止频率可以表示为,其中
为电容
所在回路的等效电阻。
在高频区,根据题意,晶体管的结电容可以忽略,影响电路上限截止频率的电容只有负载等效电容。故电路的上限截止频率为
在低频区,影响下限截止频率的电容有、和。可以分别考虑输入回路电容(、)和输出回路电容()的影响,再综合考虑它们共同作用时对电路下限截止频率的影响。
只考虑输出回路电容时
只考虑输入回路电容和时,为了简化计算,忽略偏置电阻及射极电阻的影响,把射极旁路电容折算到基极回路,则有
由于,所以电路的下限截止频率为
(4)
由于,即电路的最大不失真输出电压受截止失真的限制,故电路的动态范围
输入电压最大值
(5)
由上述分析可知,当输入电压的最大值大于U
ip时,电路将首先出现截止失真。
【例2-5】
图示放大电路为自举式射极输出器。在电路中,设,,,,晶体管的,,各电容的容量足够大。试求:
(1)断开电容,求放大电路的输入电阻和输出电阻。
(2)接上电容,写出的表达式,并求出具体数值,再与(1)中的数值比较。
(3)接上电容,若通过增大来提高,那么的极限值等于多少?
图(a)
【解相关知识】
射极输出器、自举原理、密勒定理。
【解题思路】
根据放大电路的微变等效电路求放大电路的输入电阻。
【解题过程】
在分析电路的指标之前,先对自举式射极输出器的工作原理作一简要说明。在静态时,电容相
当于开路;在动态时,大电容相当于短路,点
E和点A的交流电位相等。由于点E的交流电位跟随输入信号(点B的交流电位)变化,所以两端的交流电位接近相等,流过的交流电流接近
于零。对交流信号来说,相当于一个很大的电阻,从而减小了、对电路输入电阻的影响。由于大电容C的存在,点A的交流电位会随着输入信号而自行举起,所以叫自举式射极输出器。
这种自举作用能够减小直流偏置电阻对电路输入电阻的影响,可以进一步提高射极输出器的输入电阻。
(1)在断开电容C后,电路的微变等效电路如图
(b)所示。图中
图(b)
。
由图可以求出
可见,射极输出器的原来是很大的,但由于直流偏置电阻的并联,使减小了很多。
(2)接上自举电容后,用密勒定理把等效为两个电阻,一个是接在B点和地之间的
,另一个是接在A(E)点和地之间的,其中是考虑了与、以及并联后的,如图(c)所示。
图(c)
由于,但小于1,所以是一个比大得多的负电阻,它与、、并联后,总的电阻仍为正。由于很大,它的并联效应可以忽略,从而使
此时
所以,自举式射极输出器的输入电阻
由于对的并联影响小得多,所以比没有自举电容时增大了。
(3)
通过增大以增大的极限情况为,即用自举电阻提高的结果,使
只取绝于从管子基极看进去的电阻,与偏置电阻几乎无关。
【例2-6】试判断图示各电路属于何种组态的放大电路,并说明输出电压相对输入电压的相位关系。
(a)
(b)
(c) (d)
【相关知识】
共集-共射,共射-共集,共集-共基组合放大电路。
【解题思路】
根据信号流向分析各个晶体管放大电路的组态及输出电压与输入电压的相位关系。
【解题过程】
图(a)所示电路第一级是共集电极放大电路,输出电压与输入电压同相;第二级是共射极放大电路,输出电压与输入电压反相。因此,整个电路是共集-共射组合电路,输出电压与输入电压反相。
图(b)所示电路第一级是共射极放大电路,输出电压与输入电压反相;第二级是共基极放大电路,输出电压与输入电压同相。因此,整个电路是共射-共基组合电路,输出电压与输入电压反相。
图(c)所示电路第一级是共集电极放大电路,输出电压与输入电压同相;第二级是共基极放大电
路,输出电压与输入电压同相。因此整个电路是共集-共基组合电路,输出电压与输入电压同相。
图(d)所示电路由于T1管集电极具有恒流特性,因而T1管是T2管的有源负载,所以T2管组成了有源负载的共射放大器,输出电压与输入电压反相。
【例2-7】
晶体管组成的共集-共射、共射-共集、共射-共基等几种组合放大电路各有其独特的优点,请你选择合适的组合放大电路,以满足如下所述不同应用场合的需求。
(1)电压测量放大器的输入级电路。
(2)输出电压受负载变化影响小的放大电路。
(3)负载为0.2kΩ,要求电压增益大于60dB的放大电路。
(4)输入信号频率较高的放大电路。
【相关知识】
共集-共射,共射-共集,共射-共基组合放大电路。
【解题思路】
根据三种组合放大电路的特点,选择满足应用需求的组合放大电路。三种组合放大电路的特点如下:
(1)共集-共射组合放大电路,不仅具有共集电极电路输入电阻大的特点,而且具有共射电路电压放大倍数大的特点;
(2)共射-共集组合放大电路,不仅具有共射电路电压放大倍数大的特点,而且具有共集电极电路输出电阻小的特点;
(3)共射-共基组合放大电路,共基极电路本身就有较好的高频特性,同时将输入电阻很小的共基极电路接在共射极电路之后,减小了共射极电路的电压放大倍数,使共射极接法的管子集电结电容效应减小,改善了放大电路的频率特性。因此,共射-共基组合放大电路在高频电路中获得了广泛的应用。该组合电路的电压放大倍数近似等于一般共射电路的电压放大倍数。
【解题过程】
(1)电压测量放大器的输入级既要有较大的输入电阻,又要有一定的电压放大能力,应采用共集-共射组合放大电路。
(2)输出电压受负载变化影响小的放大电路应具有较小的输出电阻,也要有一定的电压放大能力,应采用共射-共集组合放大电路。
(3)负载为0.2kΩ,电压增益大于60dB的放大电路应采用电压放大倍数大、输出电阻小的共射-共集组合电路,最好在输入级再增加一级具有高输入电阻的共集电极电路。
(4)输入信号频率较高时,应采用频率特性好的共射-共基组合放大电路。
第3章
场效应管放大电路
本章的教学目标和要求:
要求学生了解JFET、MOSFET的结构特点,理解其工作原理;掌握JFET、MOSFET的特性曲线及其主要参数,掌握BJT、JFET、MOSFET三者之间的差别;掌握FET的偏置电路,工作点估算方法,掌握FET的小信号跨导模型,掌握FET的共源和共漏电路的分析和特点。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学方式)
§3-1
结型场效应管
§3-2
金属-氧化物-半导体场效应管
§3-3
场效应管放大电路
习题课
本章重点:
各种场效应管的外特性及参数,场效应管放大电路的偏置电路及特点。
本章难点:
场效应管的工作原理以及静态工作点的计算。
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:8
本章的具体内容:
19、20节:
介绍结型场效应管的工作原理、结型场效应管的特性曲线以及主要参数。
重点:对结型场效应管的特性曲线的理解。
21、22、23节:
介绍MOS效应管的工作原理、MOS效应管的特性曲线以及主要参数。
重点:对MOS效应管的特性曲线的理解。
24、25、26节:
FET放大电路的分类,Q点设置方法,两种偏置方法的特点,以及用图解法、计算法对电路进行分析。FET的小信号模型,并用它对共源、共漏放大器分析;加一习题课讲解习题并对本章作一小结。
重点:强调分析方法的掌握,以及电路结构、分析过程与BJT放大器的对比。
【例3-1】在图示电路中,已知场效应管的;问在下列三种情况,管子分别工作在那个区?
(1),
(2),
(3),
【相关知识】
场效应管的伏安特性。
【解题思路】
根据管子工作在不同区域的特点,判断管子的工作状态。
【解题过程】
(1)
因为
管子工作在截止区。
(2)
因为
管子工作在放大区。
(3)
因为
管子工作在可变电阻区。
【例3-2】
电路如图(a)示。其中,,,,场效应管的输出特性如图(b)
所示。试求电路的静态工作点、和之值。
图(a)
图(b)
【相关知识】
结型场效应管及其外特性,自给偏压电路,放大电路的直流通路、解析法、图解法。
【解题思路】
根据放大电路的直流通路,利用解析法或图解法可求得电路的静态工作点。
【解题过程】
由场效应管的输出特性可知管子的,
由式
及
得
与双极型晶体管放大电路类似,分析场效应管放大电路的静态工作点,也有两种方法,解析法和图解法
【另一种解法】
(1)在输出特性曲线上,根据输出回路直流负载线方程
作直流负载线MN,如图(d)所示。MN与不同
的输出特性曲线有不同的交点。Q点应该在MN上。
图(c)
图(d)
(2)由交点对应的、值在~坐标上作曲线,称为~控制特性,如图
(c)所示。
(3)在控制特性上,根据输入回路直流负载线方程
代入,可作出输入回路直流负载线。该负载线过原点,其斜率为,与控制特性曲线的
交点即为静态工作点。由此可得,
(4)根据,在输出回路直流负载线上可求得工作点,再由点可得
。
【例3-3】
两个场效应管的转移特性曲线分别如图
(a)、(b)所示,分别确定这两个场效应管的类型,并求其主要参数(开启电压或夹断电压,低频跨导)。测试时电流iD的参考方向为从漏极D到源极S。
(a)
(b)
【相关知识】
(1)场效应管的转移特性。
(2)场效应管的电参数。
【解题思路】
根据场效应管的转移特性确定其开启电压或夹断电压,及在某一工作点处的跨导。
【解题过程】
(a)图曲线所示的是P沟道增强型MOS管的转移特性曲线。其开启电压UGS(th)=-2V,IDQ=
-1mA
在工作点(UGS=-5V,
ID=-2.25mA)处,跨导
(b)图曲线所示的是N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线,其夹断电压,
在工作点(UGS=-2V,
ID=1mA)处,跨导
第4章
集成运算放大器
本章的教学目标和要求:
要求学生了解差分式放大低电路的基本概念,简单差分式放大电路的组成、工作原理,差分放大电路静态工作点与主要性能指标的计算;了解集成运放电路的组成及特点;了解集成运放的主要参数和性能指标;理解理想运放的概念,掌握理想运放的线性工作区的特点,运放在线性工作区的典型应用;掌握理想运放的非线性工作区的特点,运放在非线性工作区的典型应用。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)
§4-1
集成运放概述
§4-2
集成运放中的基本单元电路
§4-3 通用集成运放
§4-4 运放的主要参数几简化低频等效电路
本章重点:
差分式放大电路的组成、工作原理,差分放大电路静态工作点与主要性能指标的计算;零点漂移现象;差动放大器对差模信号的放大作用和对共模信号的抑制作用;半电路分析方法。
电流源电路的结构和工作原理、特点;
直接耦合互补输出级电路的结构原理、特点,交越失真的概念;
本章难点:
对差模信号共模信号的理解,对任意信号单端输入、单端输出差动放大器的分析;多级放大器前后级之间的相互影响。
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:6
本章习题:
P144
4.1、4.2、4.3、4.5、4.6、4.10、4.11、4.12、4.13、4.19、4.20。
本章的具体内容:
27、28、29节:
介绍集成电路运算放大器中的几种电流源形式;介绍引入直接耦合放大电路的产生零点漂移的原因,零点漂移的抑制方法;直接耦合放大电路的直流分析。任意信号的差模共模分解,典型差分放大器的结构,对共模差模信号的不同响应。
重点:
产生零点漂移的原因,零点漂移的抑制方法;典型差分放大器的原理。
30、31、32节:
差分放大器对差模信号的放大作用的详细分析,共模抑制比的概念。差放的四种典型接法,并对几种结构的交流特性做分析。简要介绍改进型差放的改进原理。
介绍集成电路运算放大器的内部结构、工作原理、主要参数和性能指标。
重点:共模抑制比,差放的四种典型接法和集成运放的工作原理。
【例4-1】三个两级放大电路如下图所示,已知图中所有晶体管的β均为100,rbe均为1
kΩ,所有电容均为10
μF,VCC均相同。
填空:
(1)填入共射放大电路、共基放大电路等电路名称。
图(a)的第一级为_________,第二级为_________;
图(b)的第一级为_________,第二级为_________;
图(c)的第一级为_________,第二级为_________。
(2)三个电路中输入电阻最大的电路是_________,最小的电路是_________;输出电阻最大的电路是_________,最小的电路是_________;电压放大倍数数值最大的电路是_________;低频特性最好的电路是_________;若能调节Q点,则最大不失真输出电压最大的电路是_________;输出电压与输入电压同相的电路是_________。
【相关知识】
晶体管放大电路三种接法的性能特点,多级放大电路不同耦合方式及其特点,多级放大电路动态参数与组成它的各级电路的关系。
【解题思路】
(1)通过信号的流通方向,观察输入信号作用于晶体管和场效应管的哪一极以及从哪一极输出的信号作用于负载,判断多级放大电路中各级电路属于哪种基本放大电路。
(2)根据各种晶体管基本放大电路的参数特点,以及单级放大电路连接成多级后相互间参数的影响,分析各多级放大电路参数的特点。
【解题过程】
(1)在电路(a)中,T1为第一级的放大管,信号作用于其发射极,又从集电极输出,作用于负载(即第二级电路),故第一级是共基放大电路;T2和T3组成的复合管为第二级的放大管,第一级的输出信号作用于T2的基极,又从复合管的发射极输出,故第二级是共集放大电路。
在电路(b)中,T1和T2为第一级的放大管,构成差分放大电路,信号作用于T1和T2的基极,又从T2的集电极输出,作用于负载(即第二级电路),是双端输入单端输出形式,故第一级是(共射)差分放大电路;T3为第二级的放大管,第一级的输出信号作用于T3的基极,又从其发射极输出,故第二级是共集放大电路。
在电路(c)中,第一级是典型的Q点稳定电路,信号作用于T1的基极,又从集电极输出,作用于负载(即第二级电路),故为共射放大电路;T2为第二级的放大管,第一级的输出信号作用于T
2的基极,又从其集电极输出,故第二级是共射放大电路。
应当特别指出,电路(c)中T3和三个电阻(8.2
kΩ、1.8
kΩ、1
kΩ)组成的电路构成电流源,等效成T2的集电极负载,理想情况下等效电阻趋于无穷大。电流源的特征是其输入回路没有动态信号的作用。要特别注意电路(c)的第二级电路与互补输出级的区别。
(2)比较三个电路的输入回路,电路(a)的输入级为共基电路,它的e−b间等效电阻为rbe/(1+β),Ri小于rbe/(1+β);电路(b)的输入级为差分电路,Ri大于2rbe;电路(c)输入级为共射电路,Ri是rbe与10
kΩ、3.3
kΩ电阻并联,Ri不可能小于rbe/(1+β);因此,输入电阻最小的电路为(a),最大的电路为(b)。
电路(c)的输出端接T2和T3的集电极,对于具有理想输出特性的晶体管,它们对“地”看进去的等效电阻均为无穷大,故电路(c)的输出电阻最大。比较电路(a)和电路(b),虽然它们的输出级均为射极输出器,但前者的信号源内阻为3.3
kΩ,后者的信号源内阻为10
kΩ;且由于前者采用复合管作放大管,从射极回路看进去的等效电阻表达式中有1/(1+β)2,而后者从射极回路看进去的等效电阻表达式中仅为有1/(1+β),故电路(a)的输出电阻最小。
由于电路(c)采用两级共射放大电路,且第二级的电压放大倍数数值趋于无穷大,而电路(a)和(b)均只有第一级有电压放大作用,故电压放大倍数数值最大的电路是(c)。
由于只有电路(b)采用直接耦合方式,故其低频特性最好。
由于只有电路(b)采用±VCC两路电源供电,若Q点可调节,则其最大不失真输出电压的峰值可接近VCC,故最大不失真输出电压最大的电路是(b)。
由于共射电路的输出电压与输入电压反相,共集和共基电路的输出电压与输入电压同相,可以逐级判断相位关系,从而得出各电路输出电压与输入电压的相位关系。电路(a)和(b)中两级电路的输出电压与输入电压均同相,故两个电路的输出电压与输入电压均同相。电路(c)中两级电路的输出电压与输入电压均反相,故整个电路的输出电压与输入电压也同相。
综上所述,答案为(1)共基放大电路,共集放大电路;差分放大电路,共集放大电路;共射放大电路,共射放大电路;(2)(b),(a);(c),(a);(c);(b);(b);(a),(b),(c)。
【例4-2】电路如图所示。已知,,,,,。时,。
(1)试说明和、和、以及分别组成什么电路?
(2)若要求上电压的极性为上正下负,则输入电压的极性如何?
(3)写出差模电压放大倍数的表达式,并求其值。
【相关知识】
(1)差分放大电路。
(2)多级放大电路。
(3)电流源电路。
【解题过程】
根据差分放大电路、多级放大电路的分析方法分析电路。
【解题过程】
(1)、管组成恒流源电路,作和管的漏极有源电阻,、管组成差分放大电路,并且恒流源作源极有源电阻。管组成共射极放大电路,并起到电平转化作用,使整个放大
电路能达到零输入时零输出。管组成射极输出器,降低电路的输出电阻,提高带载能力,这
里恒流源作为管的射极有源电阻。
(2)为了获得题目所要求的输出电压的极性,则必须使基极电压极性为正,基极电压极性为负,也就是管的栅极电压极性应为正,而管的栅极电压极性应为负。
(3)整个放大电路可分输入级(差分放大电路)、中间级(共射放大电路)和输出级(射极输出器)。
对于输入级(差分放大电路),由于恒流源作漏极负载电阻,使单端输出具有与双端输出相同的放大倍数。所以
式中,漏极负载电阻,而
为管的等效电阻。为管组成的共射放大电路的输入电阻。
由于恒流源的。所以:
管组成的共射放大电路的电压放大倍数
由于管组成的射极输出器的输入电阻,所以:
管组成的射极输出器的电压放大倍数
则总的差模电压放大倍数的表达式为
其值为
【例4-3】下图所示为简化的集成运放电路,输入级具有理想对称性。选择正确答案填入空内。
(1)该电路输入级采用了__________。
A.共集−共射接法
B.
共集−共基接法
C.
共射−共基接法
(2)输入级采用上述接法是为了__________。
A.
展宽频带
B.
增大输入电阻
C.
增大电流放大系数
(3)T5和T6作为T3和T4的有源负载是为了__________。
A.
增大输入电阻
B.
抑制温漂
C.
增大差模放大倍数
(4)该电路的中间级采用__________。
A.
共射电路
B.
共基电路
C.
共集电路
(5)中间级的放大管为__________。
A.
T7
B.
T8
C.
T7和T8组成的复合管
(6)该电路的输出级采用__________。
A.
共射电路
B.
共基电路
C.
互补输出级
(7)D1和D2的作用是为了消除输出级的__________。
A.
交越失真
B.
饱和失真
C.
截止失真
(8)输出电压uO与uI1的相位关系为__________。
A.
反相
B.
同相
C.
不可知
【相关知识】
集成运放电路(输入级,中间级,互补输出级),基本放大电路的接法及性能指标,有源负载,差模放大倍数,复合管。
【解题思路】
(1)用基本的读图方法对放大电路进行分块,分析出输入级、中间级和输出级电路。
(2)分析各级电路的基本接法及性能特点。
【解题过程】
(1)输入信号作用于T1和T2管的基极,并从它们的发射极输出分别作用于T3和T4管的发射极,又从T3和T4管的集电极输出作用于第二级,故为共集−共基接法。
(2)上述接法可以展宽频带。
为什么不是增大输入电阻呢?因为共基接法的输入电阻很小,即T1和T2管等效的发射极电阻很小,所以输入电阻的增大很受限。因为共基接法不放大电流,所以不能增大电流放大系数。
(3)T5和T6作为T3和T4的有源负载是为了增大差模放大倍数。利用镜像电流源作有源负载,可使单端输出差分放大电路的差模放大倍数增大到近似等于双端输出时的差模放大倍数。
(4)为了完成“主放大器”的功能,中间级采用共射放大电路。
(5)由于第一级的输出信号作用于T7的基极以及T7和T8的连接方式,说明T7和T8组成的复合管为中间级的放大管。
(6)T9和T10的基极相连作为输入端,发射极相连作为输出端,故输出级为互补输出级。
(7)D1和D2的作用是为了消除输出级的交越失真。
(8)若在输入端uI1加“+”、uI2加“-”的差模信号,则T2的共集接法使其发射极(即T4的发射极)电位为“-”,T4的共基接法使其集电极(即T7的基极)电位也为“-”;以T7、T8构成的复合管为放大管的共射放大电路输出与输入反相,它们的集电极电位为“+”;互补输出级的输出与输入同相,输出电压为“+”;故uI1一端为同相输入端,uI2一端为反相输入端。
综上所述,答案为(1)B,(2)A,(3)C,(4)A,(5)C,(6)C,(7)A,(8)B。
第5章
反馈和负反馈放大电路
本章的教学目标和要求:
要求学生理解反馈的基本概念,掌握四种反馈类型;掌握实际反馈放大器的类型和极性的判断;掌握负反馈对放大电路的影响;掌握在深度负反馈条件下的计算;了解负反馈放大器的稳定性。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)
§5-1
反馈的基本概念及类型
§5-2
负反馈对放大电路性能的影响
§5-3 负反馈放大电路的分析及近似计算
§5-4 负反馈放大电路的自激振荡几消除
本章重点:
反馈的基本概念;反馈类型的判断;负反馈对放大器性能的影响;在深度负反馈条件下放大器增益的估算。
本章难点:
反馈的基本概念;反馈类型的判断;自给振荡条件及消除振荡的措施
本章主要的切入点:为改善放大器的性能,引入负反馈的概念,通过方块图理解负反馈放大器的组成;通过方框图理解负反馈放大器的四种组态;定性理解负反馈对放大器的性能的理解;根据深度负反馈条件,估算放大器的增益。
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:12
本章习题:
P183
5.3、5.4、5.5、5.8、5.9、5.10、5.11、5.13。
本章的具体内容:
33、34、35、36节:
反馈的基本概念,反馈放大器的组成,工作原理,反馈的判断(有无、正负、交流直流),结合对运放和分离元件放大器反馈电路的分析介绍。
四种基本反馈方式的划分,典型结构的分析,结合例题判断反馈组态。
重点:
反馈的基本概念,反馈组态判断。
37、38、39、40、41节:
反馈的引入对放大电路性能的影响,增益带宽积,负反馈引入的原则;
负反馈放大器的结构,特点,一般表达式的分析和推导。
在深度负反馈条件,在深度负反馈条件下负反馈放大器的性能分析,例题2个;
四种基本反馈在深度负反馈条件下放大器不同增益的表达式;
重点:
反馈的引入对放大电路性能的影响,负反馈引入的原则;一般表达式的分析和理解。
42、43、44节:
负反馈放大器的稳定性分析:负反馈放大器自激振荡产生的原因和条件,负反馈放大器的稳定性的定性分析和判断,负反馈放大器自激振荡的消除方法。
重点:
负反馈放大器自激振荡产生的原因和条件,负反馈放大器的稳定性的判断,负反馈放大器自激振荡的消除方法。
【例5-1】在括号内填入“√”或“×”,表明下列说法是否正确。
(1)若从放大电路的输出回路有通路引回其输入回路,则说明电路引入了反馈。
(2)若放大电路的放大倍数为“+”,则引入的反馈一定是正反馈,若放大电路的放大倍数为“−”,则引入的反馈一定是负反馈。
(3)直接耦合放大电路引入的反馈为直流反馈,阻容耦合放大电路引入的反馈为交流反馈。
(4)既然电压负反馈可以稳定输出电压,即负载上的电压,那么它也就稳定了负载电流。
(5)放大电路的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差,说明电路引入了串联负反馈;净输入电流等于输入电流与反馈电流之差,说明电路引入了并联负反馈。
(6)将负反馈放大电路的反馈断开,就得到电路方框图中的基本放大电路。
(7)反馈网络是由影响反馈系数的所有的元件组成的网络。
(8)阻容耦合放大电路的耦合电容、旁路电容越多,引入负反馈后,越容易产生低频振荡。
【相关知识】
反馈的有关概念,包括什么是反馈、直流反馈和交流反馈、电压负反馈和电流负反馈、串联负反馈和并联负反馈、负反馈放大电路的方框图、放大电路的稳定性
【解题思路】
正确理解反馈的相关概念,根据这些概念判断各题的正误。
【解题过程】
(1)通常,称将输出量引回并影响净输入量的电流通路为反馈通路。反馈是指输出量通过一定的方式“回授”,影响净输入量。因而只要输出回路与输入回路之间有反馈通路,就说明电路引入了反馈,而反馈通路不一定将放大电路的输出端和输入端相连接。例如,在下图所示反馈放大电路中,R2构成反馈通路,但它并没有把输出端和输入端连接起来。故本题说法正确。
(2)正、负反馈决定于反馈的结果是使放大电路的净输入量或输出量的变化增大了还是减小了,若增大则为正反馈,否则为负反馈;与放大电路放大倍数的极性无关。换言之,无论放大倍数的符号是“+”还是“−”,放大电路均可引入正反馈,也可引入负反馈。故本题说法错误。
(3)直流反馈是放大电路直流通路中的反馈,交流反馈是放大电路交流通路中的反馈,与放大电路的耦合方式无直接关系。本题说法错误。
(4)电压负反馈稳定输出电压,是指在输出端负载变化时输出电压变化很小,因而若负载变化则其电流会随之变化。故本题说法错误。
(5)根据串联负反馈和并联负反馈的定义,本题说法正确。
(6)本题说法错误。负反馈放大电路方框图中的基本放大电路需满足两个条件,一是断开反馈,二是考虑反馈网络对放大电路的负载效应。虽然本课程并不要求利用方框图求解负反馈放大电路,但是应正确理解方框图的组成。
(7)反馈网络包含所有影响反馈系数的元件组成反馈网络。例如,在上图所示电路中,反馈网络由R1、R2和R4组成,而不仅仅是R2。故本题说法正确。
(8)在低频段,阻容耦合负反馈放大电路由于耦合电容、旁路电容的存在而产生附加相移,若满足了自激振荡的条件,则产生低频振荡。根据自激振荡的相位条件,在放大电路中有三个或三个以上耦合电容、旁路电容,引入负反馈后就有可能产生低频振荡,而且电容数量越多越容易产生自激振荡。故本题说法正确。
综上所述,答案为:(1)√,(2)×,(3)×,(4)×,(5)√,(6)×,(7)√,(8)√
【例5-2】
电路如图所示,图中耦合电容器和射极旁路电容器的容量足够大,在中频范围内,它们的容抗近似为零。试判断电路中反馈的极性和类型(说明各电路中的反馈是正、负、直流、交流、电压、电流、串联、并联反馈)。
【相关知识】
反馈放大电路。
【解题思路】
根据反馈的判断方法判断电路中反馈的极性和类型。
【解题过程】
图示放大电路输出与输入之间没有反馈,第一级也没有反馈,第二级放大电路有两条反馈支路。一条反馈支路是,另一条反馈支路是和串联支路。支路有旁路电容,所以它是本级直流反馈,可以稳定第二级电路的静态工作点。和串联支路接在第二级放大电路的输出(集电极)和输入之间(
基极),由于的“隔直”作用,该反馈是交流反馈。
和串联支路交流反馈极性的判断:
当给第二级放大电路加上对地极性为♁的信号时,输出电压极性为㊀,由于电容对交流信号可认为短路,所以反馈信号极性也为㊀,因而反馈信号削弱输入信号的作用,该反馈为负反馈。判断过程如图所示。
负反馈组态的判断:
若令输出电压信号等于零,从输出端返送到输入电路的信号等于零,即反馈信号与输出电压信号成正比,那么该反馈是电压反馈;反馈信号与输入信号以电流的形式在基极叠加,所以它是并联反馈。
总结上述判别可知,图示电路中和串联支路构成交流电压并联负反馈。
【例5-3】试判断图示各电路中是否引入了反馈;若引入了反馈,则判断是正反馈还是负反馈,是直流反馈还是交流反馈;若引入了交流负反馈,则判断是哪种组态的负反馈。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
【相关知识】
分立元件放大电路(双极型管放大电路和单极型管放大电路)各种接法的极性判断,反馈的判断方法,包括判断是否引入了反馈、判断反馈的正负、判断直流反馈和交流反馈、判断交流负反馈的四种组态。
【解题思路】
(1)根据反馈的定义,判断电路中是否存在反馈通路,从而判断是否引入了反馈。
(2)若引入了反馈,利用瞬时极性法判断反馈的正负。
(3)根据直流反馈和交流反馈的定义,判断引入的反馈属于哪种反馈。
(4)根据交流反馈四种组态的判断方法,判断引入的反馈属于哪种组态。
【解题过程】
在图(a)电路中,Rf将输出回路与输入回路连接起来,故电路引入了反馈;且反馈既存在于直流通路又存在于交流通路,故电路引入了直流反馈和交流反馈。利用瞬时极性法,在规定输入电压瞬时极性时,可得到放大管基极、集电极电位的瞬时极性以及输入电流、反馈电流的方向,如图(e)所示。晶体管的基极电流等于输入电流与反馈电流之差,故电路引入了负反馈,且为并联负反馈。当输出电压为零(即输出端短路)时,Rf将并联在T的b−e之间,如图(e)中虚线所示;此时尽管Rf中有电流,但这个电流是uI作用的结果,输出电压作用所得的反馈电流为零,故电路引入了电压负反馈。综上所述,电路引入了直流负反馈和交流电压并联负反馈。
在图(b)电路中,R1将输出回路与输入回路连接起来,故电路引入了反馈;且反馈既存在于直流通路又存在于交流通路,故电路引入了直流反馈和交流反馈。利用瞬时极性法,在规定输入电压瞬时极性时,可得到放大管各极电位的瞬时极性以及输入电流、反馈电流方向,如图(f)所示。由于反馈减小了T1管的射极电流,故电路引入了并联负反馈。令输出电压为零,由于T2管的集电极电流(为输出电流)仅受控于它的基极电流,且R1、R2对其分流关系没变,反馈电流依然存在,故电路引入了电流负反馈。综上所述,该电路引入了直流负反馈和交流电流并联负反馈。
在图(c)电路中,R4在直流通路和交流通路中均将输出回路与输入回路连接起来,故电路引入了直流反馈和交流反馈。按u
I的假设方向,可得电路中各点的瞬时极性,如图(g)所示。输出电压uO作用于R4、R1,在R1上产生的电压就是反馈电压uF,它使得差分管的净输入电压减小,故电路引入了串联负反馈。由于uF取自于uO,电路引入了电压负反馈。综上所述,电路引入了直流负反馈和交流电压串联负反馈。
根据上述分析方法,图(d)电路的瞬时极性如图(h)所示。电路引入了直流负反馈和交流电流串联负反馈。
从图(c)和(d)电路可知,它们的输出电流均为输出级放大管的集电极电流,而不是负载电流。
【方法总结】
分立元件放大电路反馈的判断与集成运放负反馈放大电路相比有其特殊性。电路的净输入电压往往指输入级放大管输入回路所加的电压(如晶体管的b−e或e−b间的电压、场效应管的g−s或s−g间的电压),净输入电流往往指输入级放大管的基极电流或射极电流。在电流负反馈放大电路中,输出电流往往指输出级晶体管的集电极电流、发射极电流或场效应管的漏极电流、源极电流。
【常见错误】
在分立元件电流负反馈放大电路中,认为输出电流是负载RL上的电流。
【例5-4】某一负反馈放大电路的开环电压放大倍数,反馈系数。试问:
(1)闭环电压放大倍数为多少?
(2)如果发生20%的变化,则的相对变化为多少?
【相关知识】
(1)相对变化率
(2)闭环增益的一般表示式
【解题思路】
当已知的相对变化率来计算的相对变化率时,应根据的相对变化率的大小采用不同的方法。当的相对变化率较小时,可对求导推出与的关系式后再计算。当的相对变化率较大时,应通过计算出后再计算。
【解题过程】
(1)闭环电压放大倍数
(2)当变化20%,那么,
则的相对变化为
当变化-20%,那么
则的相对变化为
【常见错误】
本例中已有20%的变化,
的相对变化率较大,应通过计算出后再计算。
【例5-5】电路如图所示,试合理连线,引入合适组态的反馈,分别满足下列要求。
(1)减小放大电路从信号源索取的电流,并增强带负载能力;
(2)减小放大电路从信号源索取的电流,稳定输出电流。
【相关知识】
双极型管放大电路和单极型管放大电路各种接法的分析及其极性分析,反馈的基本概念,负反馈对放大电路性能的影响,放大电路中引入负反馈的一般原则。
【解题思路】
(1)分析图中两个放大电路的基本接法。
(2)设定两个放大电路输入端的极性为正,分别判断两个放大电路其它输入端和输出端的极性。
(3)根据要求引入合适的负反馈。
【解题过程】
图示电路的第一级为差分放大电路,输入电压uI对“地”为“+”时差分管T1的集电极(即④)电位为“−”,T2的集电极(即⑤)电位为“+”。第二级为共射放大电路,若T3管基极(即⑥)的瞬时极性为“+”,则其集电极(即⑧)电位为“−”,发射极(即⑦)电位为“+”;若反之,则⑧的电位为“+”,⑦的电位为“−”。
(1)减小放大电路从信号源索取的电流,即增大输入电阻;增强带负载能力,即减小输出电阻;故应引入电压串联负反馈。
因为要引入电压负反馈,所以应从⑧引出反馈;因为要引入串联负反馈,以减小差分管的净输入电压,所以应将反馈引回到③,故而应把电阻Rf接在③、⑧之间。Rb2上获得的电压为反馈电压,极性应为上“+”下“−”,即③的电位为“+”。因而要求在输入电压对“地”为“+”时⑧的电位为“+”,由此可推导出⑥的电位为“−”,需将⑥接到④。
结论是,需将③接⑨、⑩接⑧、⑥接④。
(2)减小放大电路从信号源索取的电流,即增大输入电阻;稳定输出电流,即增大输出电阻;故应引入电流串联负反馈。
根据上述分析,Rf的一端应接在③上;由于需引入电流负反馈,Rf的另一端应接在⑦上。为了引入负反馈,要求⑦的电位为“+”,由此可推导出⑥的电位为“+”,需将⑥接到⑤。
结论是,需将③接⑨、⑩接⑦、⑥接⑤。
【方法总结】
(1)减小放大电路从信号源索取的电流,即增大输入电阻,应引入串联负反馈。
(2)增强带负载能力,即减小输出电阻,应引入电压负反馈;稳定输出电压,即减小输出电阻,应引入电压负反馈。
(3)稳定输出电流,即增大输出电阻,应引入电流负反馈。
【常见错误】
在引入反馈时只注意保证引入的反馈组态正确,但没有保证引入的反馈为负反馈。
第6、7章
信号的运算与处理电路
本章的教学目标和要求:
要求学生理解掌握理想运放的虚短与虚断的特点,熟练掌握比例、加法、减法、微分、积分等几种基本理想运算电路的工作原理及应用;掌握实际运放的误差分析;理解对数和反对数运算电路以及模拟乘法器的基本概念及应用,有源滤波器的基本概念及一阶、二阶有源滤波器电路分析,单门限、双门限电压比较器电路分析。
本章的总体教学内容:(采用多媒体教学)
§6-1
基本运算电路
§6-2
对数和反对数运算电路
§6-3
模拟乘法器及其应用
§6-4
集成运放使用中的几个问题
§7-1
电子系统概述
§7-2
信号检测系统中的放大电路
§7-3
有源滤波电路
§7-4
电压比较器
习题课
本章重点:
理想运放线性应用的规律分析、基本运算电路分析、模拟乘法器的基本概念及应用、有源滤波器、电压比较器的基本概念、双门限电压比较器电路分析。
本章难点:
正确判断运放的工作区,并灵活运用所在区的特点分析电路的功能。
本章主要的切入点:
通过引入理想运放的概念,建立虚短与虚断的概念和零子模型电路;围绕理想运放的两个工作区各自的特点,分析比例、求和、,从而掌握运放应用电路的一般分析方法。
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:8
本章习题:P203
P233
6.1、6.9、6.10、6.11、6.13、6.14、6.16、7.3、7.13、7.20、7.21、7.22。
45、46节:
运用虚短与虚断概念分析反相比例、同相比例、加法、减法、积分和微分运算电路的工作原理;对实际运算电路的误差进行分析。
重点:基本运算电路的工作原理。
47、48、49节:
运用虚短与虚断概念分析对数和反对数运算电路的工作原理。介绍模拟乘法器的工作原理及应用。
重点:
模拟乘法器的工作原理。
习题课:应用基本运算放大电路进行电路分析及计算。
50、51、52节:
滤波器的概念,分类,频带特性,对用运放构成的简单高通、低通滤波器电路进行分析。电压比较器的概念,分类,应用
重点:
有源高通、低通滤波器电路的分析;电压比较器的分析方法、原理及应用。
【例6-1】如图所示的理想运放电路,可输出对“地”对称的输出电压和。设,。
(1)试求/。
(2)若电源电压用15V,,电路能否正常工作?
【相关知识】
(1)运放特性。
(2)反相输入比例运算电路。
【解题思路】
分析各运放组成哪种单元电路,根据各单元电路输出与输入关系,推导出总的输出电压的关系式。
【解题过程】
(1)由图可知,运放A1和A2分别组成反相输入比例运算电路。故
(2)
若电源电压用15V,那么,运放的最大输出电压,当时,,。运放A1和A2的输出电压均小于电源电压,这说明两个运放都工作在线性区,故电路能正常工作。
【例6-2】电路如图所示,设运放均有理想的特性,写出输出电压与输入电压、的关系式。
【相关知识】
运放组成的运算电路。
【解题思路】
分析各运放组成哪种单元电路,根据各单元电路输出与输入关系,推导出总的输出电压的关系式。
【解题过程】
由图可知,运放A1、A2组成电压跟随器。
,
运放A4组成反相输入比例运算电路
运放A3组成差分比例运算电路
运放A3组成差分比例运算电路
以上各式联立求解得:
【例6-3】理想运放电路如图所示,试求输出电压与输入电压的关系式。
【相关知识】
加法器、减法器。
【解题思路】
由图可知,本电路为多输入的减法运算电路,利用叠加原理求解比较方便。
【解题过程】
当时
当时
利用叠加原理可求得上式中,运放同相输入端电压
于是得输出电压
【例7-1】现有有源滤波电路如下:
A、高通滤波器
B、低通滤波器
C、带通滤波器
D、带阻滤波器
选择合适答案填入空内。
(1)为避免50Hz电网电压的干扰进入放大器,应选用。
(2)已知输入信号的频率为1~2kHz,为了防止干扰信号的混入,应选用。
(3)为获得输入电压中的低频信号,应选用。
(4)为获得输入电压中的低频信号,应选用。
(5)输入信号频率趋于零时输出电压幅值趋于零的电路为。
(6)输入信号频率趋于无穷大时输出电压幅值趋于零的电路为。
(7)输入信号频率趋于零和无穷大时输出电压幅值趋于零的电路为。
(8)输入信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数为通带放大倍数的电路为。
【相关知识】
四种有源滤波电路的基本特性及其用途。
【解题思路】
根据四种有源滤波电路的基本特性及其用途来选择填入。
【解题过程】
根据表7.1.3可知
答案为(1)D,(2)C,(3)B,(4)A,(5)A、C,(6)B、C,(7)C,(8)D。
【例7-2】已知由理想运放组成的三个电路的电压传输特性及它们的输入电压uI的波形如图所示。
(1)分别说明三个电路的名称;
(2)画出uO1~uO3的波形。
【相关知识】
单限比较器、滞回比较器和窗口比较器电压传输特性的特征。
【解题思路】
(1)根据电压传输特性判断所对应的电压比较器的类型。
(2)电压传输特性及电压比较器的类型画出输出电压的波形。
【解题过程】
(1)图(a)说明电路只有一个阈值电压UT(=2
V),且uI<UT时uO1
=
UOL
=-0.7
V,uI>UT时uO1
=UOH=6
V;故该电路为单限比较器。
图(b)所示电压传输特性的两个阈值电压UT1=2
V、UT2=4
V,有回差。uI<UT1时uO2=
UOH
=+6
V,
uI>UT2时uO2=
UOL
=-6
V,
UT1<uI<UT2时uO决定于uI从哪儿变化而来;说明电路为滞回比较器。
图(c)所示电压传输特性的两个阈值电压UT1=1
V、UT2=3
V,由于uI<UT1和uI>UT2时uO3=
UOL=-6
V,UT1<uI<UT2时uO1=
UOH
=+6
V,故该电路为窗口比较器。
答案是具有如图(a)、(b)、(c)所示电压传输特性的三个电路分别为单限比较器、滞回比较器和窗口比较器。
(2)根据题目给出的电压传输特性和上述分析,可画出uO1~uO3的波形,如图(e)所示。
应当特别提醒的是,在uI<4
V之前的任何变化,滞回比较器的输出电压uO2
都保持不变,且在uI=4
V时uO2从高电平跃变为低电平,直至uI=2
V时uO2才从低电平跃变为高电平。
【方法总结】
根据滞回比较器电压传输特性画输出电压波形时,当输入电压单方向变化(即从小逐渐变大,或从大逐渐变小)经过两个阈值时,输出电压只跳变一次。例如本题中,当uI从小逐渐变大时,只有经过阈值电压UT2=4
V时输出电压才跳变;而当uI从大逐渐变小时,只有经过阈值电压UT1=2
V时输出电压才跳变。
【常见错误】
认为只要uI变化经过阈值电压UT1=2
V或UT2=4
V时输出电压就跳变。
图(e)
第8章
信号发生器
本章的教学目标和要求:
要求学生理解掌握正弦波信号产生电路的基本概念,RC串联、LC并联正弦信号产生电路的组成、振荡条件判断、振荡频率计算;掌握理想运放非线性应用的分析规律,方波产生电路组成及工作原理。
本章的总体教学内容:(采用多媒体教学)
§8-1
正弦波信号发生器
§8-2
非正弦波信号发生器
本章重点:
正弦波振荡电路的振荡条件及比较器的基本原理。
本章难点:
振荡条件的判别
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:4
本章习题:
P259
8.1、8.2、9.2.3、8.4、8.5、8.7、8.8、8.9、8.10、8.12
53、54节:
介绍正弦波发生器的工作原理,组成结构,产生正弦波振荡的条件;
重点:
正弦波发生器的工作原理。
55、56节:
典型的RC桥式电路的结构及其工作原理;电容三点式、电感三点式振荡电路的结构及工作原理,振荡条件的判别;石英晶体振荡电路的工作原来。
重点:
RC、LC振荡电路的工作原理。
方波、锯齿波产生电路的工作原理。
【例8-1】图(a)所示电路是没有画完整的正弦波振荡器。
(1)完成各节点的连接;
(2)选择电阻的阻值;
(3)计算电路的振荡频率;
(4)若用热敏电阻(的特性如图(b)所示)代替反馈电阻,当(有效值)多大时该电路出现稳定的正弦波振荡?此时输出电压有多大?
图(a)
图(b)
【相关知识】
RC正弦波振荡器。
【解题思路】
根据RC正弦波振荡器的组成和工作原理对题目分析、求解。
【解题过程】
(1)在本题图中,当时,RC串—并联选频网络的相移为零,为了满足相位条件,放大器的相移也应为零,所以结点应与相连接;为了减少非线性失真,放大电路引入负反馈,结点
应与相连接。
(2)为了满足电路自行起振的条件,由于正反馈网络(选频网络)的反馈系数等于1/3(时),所以电路放大倍数应大于等于3,即。故应选则大于的电阻。
(3)电路的振荡频率
(4)由图(b)可知,当,即当电路出现稳定的正弦波振荡时,,此时输出电压的有效值
【例8-2】试判断图(a)所示电路是否有可能产生振荡。若不可能产生振荡,请指出电路中的错误,画出一种正确的电路,写出电路振荡频率表达式。
【相关知识】
LC型正弦波振荡器。
【解题思路】
(1)
从相位平衡条件分析电路能否产生振荡。
(2)
LC电路的振荡频率,L、C分别为谐振电路的等效电感和电容。
【解题过程】
图(a)电路中的选频网络由电容C和电感L(变压器的等效电感)组成;晶体管T及其直流偏置电路构成基本放大电路;变压器副边电压反馈到晶体管的基极,构成闭环系统统;本电路利用晶体管的非线性特性稳幅。静态时,电容开路、电感短路,从电路结构来看,本电路可使晶体管工作在放大状态,若参数选择合理,可使本电路有合适的静态工作点。动态时,射极旁路电容和基极耦合电容短路,集电极的LC并联网络谐振,其等效阻抗呈阻性,构成共射极放大电路。利用瞬时极性法判断相位条件:首先断开反馈信号(变压器副边与晶体管基极之间),给晶体管基极接入对地极性为的输入信号,则集电极对地的输出信号极性为㊀,即变压器同名端极性为㊀,反馈信号对地极性也为㊀。反馈信号输入信号极性相反,不可能产生振荡。若要电路满足相位平衡条件,只要对调变压器副边绕组接线,使反馈信号对地极性为即可。改正后的电路如图(c)所示。本电路振荡频率的表达式为
图(c)
图
(d)
图(b)电路中的选频网络由电容C1、C2和电感L组成;晶体管T是放大元件,但直流偏置不合适;电容C1两端电压可作为反馈信号,但放大电路的输出信号(晶体管集电极信号)没有传递到选频网络。本电路不可能产生振荡。首先修改放大电路的直流偏置电路:为了设置合理的偏置电路,选频网络与晶体管的基极连接时要加隔直电容,晶体管的偏置电路有两种选择,一种是固定基极偏置电阻的共射电路,另一种是分压式偏置的共射电路。选用静态工作点比较稳定的电路(分压式偏置电路)比较合理。修改交流信号通路:把选频网络的接地点移到C1和C2之间,并把原电路图中的节点2连接到晶体管T的集电极。修改后的电路如图(d)所示。然后再判断相位条件:在图(d)电路中,断开反馈信号(选频网络与晶体管基极之间),给晶体管基极接入对地极性为的输入信号,集电极输出信号对地极性为㊀(共射放大电路),当LC选频网络发生并联谐振时,LC网络的等效阻抗呈阻性,反馈信号(电容C1两端电压)对地极性为。反馈信号与输入信号极性相同,表明,修改后的电路能满足相位平衡条件,电路有可能产生振荡。本电路振荡频率的表达式为
第9章
功率放大电路
本章的教学目标和要求:
要求学生了解功率放大电路的基本概念和特点;掌握乙类双电源互补对称功率放大电路的组成、工作原理及性能指标的计算;掌握甲乙类互补对称功率放大电路OCL和OTL的组成、工作原理及性能指标的计算。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学方式)
§9-1
功率放大电路的特点及分类
§9-2
互补推挽功率放大电路
本章重点:
乙类、甲乙类互补对称功率放大电路的输出功率和效率的计算。
本章难点:
功率放大电路的工作原理及计算分析。
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:4
本章的具体内容:
57、58节:
介绍结型场效应管的工作原理、结型场效应管的特性曲线以及主要参数。
重点:对结型场效应管的特性曲线的理解。
59、60节:
介绍MOS效应管的工作原理、MOS效应管的特性曲线以及主要参数。
重点:对MOS效应管的特性曲线的理解。
FET放大电路的分类,Q点设置方法,两种偏置方法的特点,以及用图解法、计算法对电路进行分析。FET的小信号模型,并用它对共源、共漏放大器分析;加一习题课讲解习题并对本章作一小结。
重点:强调分析方法的掌握,以及电路结构、分析过程与BJT放大器的对比。
【例9-1】单电源互补功率放大电路如图所示。设功率管、的特性完全对称,
管子的饱和压降,发射结正向压降,,,,并且电容器和的容量足够大。
(1)静态时,A点的电位、电容器C两端压降和输入端信号中的直流分量分别为多大?
(2)动态时,若输出电压仍有交越失真,应该增大还是减小?
(3)试确定电路的最大输出功率
、能量转换效率,及此时需要的输入激励电流的值;
(4)如果二极管D开路,将会出现什么后果?
【相关知识】
甲乙类互补推挽功放电路的工作原理。
【解题思路】
(1)为了使单电源互补推挽功放电路输出信号正负两个半周的幅值对称,静态时,A点的电位应等于电源电压的一半,由此可推算电容器C两端压降和输入端信号中的直流分量的大小。
(2)分析产生交越失真的原因,讨论的作用。
(3)确定输出电压最大值,求解最大输出功率、能量转换效率及此时需要的输入激励电流的值。
(4)断开二极管,分析电路可能出现的状况。
【解题过程】
(1)
静态时,调整电阻、和,保证功率管和处于微导通状态,使A点电位等于电源电压的一半,即。此时耦合电容C被充电,电容C两端的电压;输入信号中的直流分量的大小,应保证输入信号接通后不影响放大电路的直流工作点,即。
(2)
电路中设置电位器和二极管D的目的是为功率管提供合适的静态偏置,从而减小互补推挽电路的交越失真。若接通交流信号后输出电压仍有交越失真,说明偏置电压不够大,适当增大电位器的值之后,交越失真将会减小。
(3)
功率管饱和时,输出电压的幅值达到最大值,则电路的最大输出功率
此功放电路的能量转换效率最大
当输出电压的幅值达最大值时,功率管基极电流的瞬时值应为
(4)当D开路时,原电路中由电位器和二极管D给功率管和提供微导通的作用消失。、、和的发射结及将构成直流通路,有可能使和管完全导通。若和的值较小时,将会出现,从而使功放管烧坏。
【例9-2】在图示的电路中,已知运放性能理想,其最大的输出电流、电压幅值分别为15mA和15V。设晶体管和的性能完全相同,=60,
。试问:
(1)该电路采用什么方法来减小交越失真?请简述理由。
(2)如负载分别为20、10时,其最大不失真输出功率分别为多大?
【相关知识】
(1)乙类互补推挽功放。
(2)运算放大器。
(3)电压并联负反馈。
【解题思路】
(1)推导晶体管和即将导通时,管子发射结两端电压与输入电压关系,并由此分析电路减小交越失真的措施。
(2)根据运放输出电流和输出电压的最大值,确定功放电路输出电流和输出电压的最大值。在不同负载条件下,分析电路最大不失真输出功率是受输出电流的限制还是受输出电压的限制,从而可求出其最大不失真输出功率。
【解题过程】
(1)当输入信号小到还不足以使晶体管和导通时,电路中还没有形成负反馈。此时由电路图可列出以下关系式
与
和死区电压的关系为
当时,和未导通;
当时,
和导通。
由于运放的
很大,即使非常小时,
或也会导通,与未加运放的乙类推挽功放电路相比,输入电压的不灵敏区减小了,从而减小了电路的交越失真。
(2)由图可知,功放电路最大的输出电流幅值为
最大的输出电压幅值为
当时,因为,那么,受输出电压的限制,电路的最大输出功率为
当时,因为,受输出电流的限制,电路的最大输出功率为
【例9-3】图示为三种功率放大电路。已知图中所有晶体管的电流放大系数、饱和管压降的数值等参数完全相同,导通时b-e间电压可忽略不计;电源电压VCC和负载电阻RL均相等。填空:
(1)分别将各电路的名称(OCL、OTL或BTL)填入空内,图(a)所示为_______电路,图(b)所示为_______电路,图(c)所示为_______电路。
(2)静态时,晶体管发射极电位uE为零的电路为有_______。
(3)在输入正弦波信号的正半周,图(a)中导通的晶体管是_______,图(b)中导通的晶体管是_______,图(c)中导通的晶体管是_______。
(4)负载电阻RL获得的最大输出功率最大的电路为_______。
(5)效率最低的电路为_______。
【相关知识】
常用功率放大电路(OCL、OTL或BTL)。
【解题思路】
(1)根据三种功率放大电路(OCL、OTL或BTL)的结构特点来选择相应的电路填空。
(2)功率放大电路采用双电源供电时,其晶体管发射极电位uE为零。
(3)根据三种功率放大电路(OCL、OTL或BTL)的基本工作原理来选择相应的晶体管填空。
(4)分析三种功率放大电路的最大不失真输出电压,从而选出输出功率最大的电路。
(5)根据三种功率放大电路的最大输出功率以及功放管消耗的能量大小来确定效率最低的电路。
【解题过程】
(1)答案为OTL、OCL、BTL。
(2)由于图(a)和(c)所示电路是单电源供电,为使电路的最大不失真输出电压最大,静态应设置晶体管发射极电位为VCC/2。因此,只有图(b)所示的OCL电路在静态时晶体管发射极电位为零。因此答案为OCL。
(3)根据电路的工作原理,图(a)和(b)所示电路中的两只管子在输入为正弦波信号时应交替导通,图(c)所示电路中的四只管子在输入为正弦波信号时应两对管子(T1和T4、T2和T3)交替导通。
因此答案为T1,T1,T1和T4。
(4)在三个电路中,哪个电路的最大不失真输出电压最大,哪个电路的负载电阻RL获得的最大输出功率就最大。三个电路最大不失真输出电压的峰值分别为
,,
(5)根据(3)、(4)中的分析可知,三个电路中只有BTL电路在正弦波信号的正、负半周均有两只功放管的消耗能量,损耗最大,故转换效率最低。因而答案为(c)。
第10章
直流稳压电源
本章的教学目标和要求:
要求学生掌握直流电源的组成,各部分的作用,了解稳压电源的发展趋势和典型的元件。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)
§10-1 概述
§10-2 单相整流及电容滤波电路
§10-3 串联反馈型线性稳压电路
习题课,复习
本章重点:
直流电源的组成及各部分的作用;单相桥式整流电路、电容滤波、稳压管稳压的工作原理。
本章难点:
滤波电路的定量计算。
本章主要的切入点:
从前几章电子电路对直流电源的要求,简略说明直流电源的任务,进而说明直流电源的组成。
本章教学方式:课堂讲授
本章课时安排:4
本章习题:
P299
10.1、10.3、10.6、10.13、10.10、10.17
61、62节:
直流电源的组成框图,各个部分的作用,主要参数,对器件的选择的要求。介绍半波整流电路,分析典型的单相桥式整流电路。介绍滤波、稳压部分的典型结构。重点:
单相桥式整流电路的工作原理。
63、64节
典型稳压电源电路的工作原理:简介串联反馈式稳压电路和串联开关式稳压电路的工作原理;介绍常用的三端集成稳压器件78XX和79XX系列。
重点:
串联反馈式稳压电路的工作原理。
习题课,讲解本章节的重难点习题,传授解题技巧;对本课程做总结性回顾。
【例10-1】在某一具有电容滤波的桥式整流电路中,设交流电源的频率为1000HZ,整流二极管正向压降为0.7V,变压器的内阻为2。要求直流输出电流IO=100mA,输出直流电压UO=12V,试计算:
(1)估算变压器副边电压有效值U2。
(2)选择整流二极管的参数值。
(3)选择滤波电容器的电容值。
【相关知识】
电容滤波的桥式整流电路。
【解题思路】
(1)根据估算变压器副边电压有效值U2。
(2)根据电路中流过二极管的电流及二极管承受的最高反压电压选择整流二极管。
(3)根据及电容器的耐压选择滤波电容器。
【解题过程】
(1)
由可得
。
(2)
流过二极管的电流
二极管承受的反压为
选2CP33型二极管,其参数为URM=25V,IDM=500mA。
(3)
由,,可得
取,那么
选C=22μF,耐压25V的电解电容。
【例10-2】串联型稳压电路如图所示。已知稳压管的稳定电压,负载。
(1)
标出运算放大器A的同相和反相输入端。
(2)
试求输出电压的调整范围。
(3)
为了使调整管的,试求输入电压的值。
【相关知识】
串联型稳压电路。
【解题思路】
(1)
运算放大器的同相和反相输入端的连接要保证电路引入电压负反馈。
(2)
根据确定输出电压的调整范围。
(3)
由,并考虑到电网电压有波动,确定输入电压的值。
【解题过程】
(1)
由于串联型稳压电路实际上是电压串联负反馈电路。为了实现负反馈,取样网络(反馈网络)应接到运放的反相输入端,基准电压应接到运放的同相输入端。所以,运放A的上端为反相输入端(–),下端为同相端(+)。
(2)
根据串联型稳压电路的稳压原理,由图可知
式中,为可变电阻滑动触头以下部分的电阻,。
当时,最小
当时,最大
因此,输出电压的可调范围为。
(3)由于
当时,为保证,输入电压
若考虑到电网电压有波动时,也能保证,那么,实际应用中,输入电压应取。
【常见的错误】
容易忽视电网电压有波动。
【例10-3】图中画出了两个用三端集成稳压器组成的电路,已知静态电流IQ=2mA。
(1)写出图(a)中电流IO的表达式,并算出其具体数值;
(2)写出图(b)中电压UO的表达式,并算出当R2=0.51k时的具体数值;
(3)说明这两个电路分别具有什么功能?
图(a)
图(b)
【相关知识】
三端集成稳压器。
【解题思路】
(4)
写出图(a)电路输出电流与稳压器输出电压的表达式。
(5)写出图(b)电路输出电压与稳压器输出电压的表达式。
(6)由表达式分析各电路的功能。
【解题过程】
随着计算机技术的迅速发展和普及,操作和掌握计算机已经成为许多行业的重要工作技能。目前,计算机技术也在教育领域中掀起了浪潮。电子教案是课程改革和教育现代化的必然要求,是社会发展的必然产物,也是教师必须掌握的基本技能。下面就简单的谈一谈电子教案在教学中的应用。
一、电子教案的概述
教师在上课之前,以课时为单位所设计的具体教学方案,叫做教案。过去的教案,都是教师用手工编写而成,而现在的教师需要电脑编写教案,用电脑编写的教案通常叫做电子教案。电子教案有两种类型:word教案和ppt教案。word教案侧重于日常的教学检查,而ppt教案侧重于课堂使用。具体的说是借助计算机、多媒体、网络技术将传统教案的内容用文字、图片、视频、音频、动画等多种方式呈现的现代教案,并投影到大屏幕上成为课堂教学的教具。由此可以看出电子教案最大的特点就是具有生动性、形象性,可以优化课堂教学、提高教学质量、激发学生的学习兴趣,收到良好的教学效果。
二、电子教案的特点
与传统教案相比,电子教案不仅仅是形式上的变化,而是对传统教学手段、教学方法和教学模式的革新。具备有以下的特点:
(一)扩大了作用范围。传统的教案是写给教师自己的,而电子教案则可以直接用于课堂教学,让学生来看,基本上取代了粉笔的板书,缩短了教学时间,提高了效率。
(二)有利于教案的修改。在教学过程中,随着教科书内容的变更,可以方便的进行修改和订正,比如采用计算机文字工具软件进行插入、删除和改写,可节省大量的时间。
(三)具有生动、形象的多媒体效果。传统教案所达到生动形象的效果是通过教师的描述,而电子教案可以借助于软件工具产生图像、声音和动画于一体的多媒体效果,使教学生动、形象、更能激发学生学习的兴趣。
(四)具有较强的共享性。传统教案不利于展现教学中要运用的教学资源,而电子教案是运用信息技术制作出的多媒体教案,可以对各种教学资源进行组合,能够更好地体现教师的教学思路及教学过程。
三、电子教案的制作原则
制作电子教案并不是简单地将传统教案的内容输入到计算机里,将其以word、Powerpoint等形式呈现出来,而是要充分利用多媒体技术实现教案的个性化,激发学生的学习兴趣,满足学生多方面的需求,从而提高教学质量。电子教案的编制应考虑学生特点,学习内容和知识的扩展、内容的共享。在具体制作过程中我们应当遵循的基本原则有:
1、趣味性原则:在教案中插入一些影视、动画或声音可以使教案更加具有吸引力。
2、整体性原则:保证整体结构紧凑,即通过计算机软件功能将教学单元之间的结构条理清楚、层次分明的形成一个整体。
3、技术性原则:①能充分发挥计算机多媒体的特点,视听效果好;②可靠性强,交互便捷,操作容易。
4、思想性原则:教学目标明确,教学内容正确,教学方法灵活,教学技能多样。
5、美学原则:电子教案的制作是一个艺术化的制作过程,其色彩的搭配、声音与画面的组合、动画与视频效果的运用,对电子教案的效果起到决定性的作用。
四、教师编写电子教案所存在的问题及建议
虽然使用电子教案能提高课堂效率,但是在实际教学过程中却存在许多的问题,导致电子教案在教学中不能合理使用,影响课堂教学的进程,降低课堂教学的质量,总结如下:
1、对电子教案的认识不足。认为用文字处理软件打印出来的就是电子教案。
2、制作软件的使用把握不准。电子教案是集图、文、声、像于一体的教学程序,一般的文字处理软件不支持多种媒体的插入和链接,满足不了电子教案的设计,建议使用的常用软件是文字处理软件word; 演示文稿制作软件PowerPoint;网页制作软件FrontPage;动画制作软件Flash。
3、教案格式不统一。一般的电子教案包括教材分析、教学目标、教学重难点、教学过程、板书设计、相关链接、教学反思等环节。
4、大屏幕引起视觉疲劳。切忌满屏的文字,合理插入与课程内容有关的图片、影视或是动画可以效缓解疲劳。另外,模版的选用不要过于单调,在主题风格一致的前提下,选择不同的模版也可以起到事半功倍的效果。
五、结束语
电子教案是信息时代对教学改革而出现的一种现代化的教学手段,编制个性化电子教案是实现教育信息化的必由之路,也是现代教育发展的趋势。目前,运用现代教育技术来辅助课堂教学是一种探索和尝试,还需要我们教育工作者在教学实践中不断总结经验,更好地让现代教育技术手段为教育教学服务。
何谓电子教案呢?电子教案是将传统教案中的内容转换成计算机能处理的数字信息格式后存储于记录介质(磁盘、光盘)中的现代教案。电子教案通过计算机作为辅助工具进行设计和教学,将图、文、声、像等多种媒体整合在一起,使教学更为生动、活泼、清晰、严谨,同时也提高了学生的学习兴趣和教师的教学质量。笔者在此并不试图从学术或技术的角度给电子教案下定义,而是想运用较为通俗的语言,从人文角度浅析电子教案的属性。
一、电子教案注定是个性化的
电子教案的个性化正是由教学的个性化所决定的。在教学内容相同的情况下,课堂会随着教师、学生、地域和时间的不同呈现各种各样的变化。每一堂课都是独一无二的,没有教师能够精确重现一堂课程,所以电子教案也应该是千课千面。目前,很多教材都在教师用书后配有电子教案光盘,多是PPT格式的文件,里面包含丰富的音视频和知识点的资料,可以说现在出版社的电子教案内容已经相当充实完备了。但是,教材后面附加的光盘中的教案却无法满足所有使用该教材的教师和学生的需求,因为它与教案个性化的特点是相违背的。教师不能把出版社统一提供的电子教案不经加工改造直接使用。出版社提供的电子教案充其量可以视为一个原材料库,教师应当对其加工、调整,在难度和数量方面添加自己的内容,剔除对学生来说过难、过多、过抽象的内容,这样才能使出版社提供的电子教案发挥好的作用。
二、电子教案并不是高科技
很多教师将制作电子教案视为一项技术活,认为自己没有能力完成电子教案的制作,从而心生恐惧。首先,电子教案的形式其实是非常灵活多样的。在闻名全球的哈佛视频公开课《公平与正义》中,并没有出现制作非常精美花哨的PPT,简单的一个页面上只有几行言简意赅的文字作为重点,让学生铭记。
简单的Word文档中,提纲挈领地几句知识点总结难道不是电子教案的一种形式吗?在大屏幕上显示几幅恰当、贴切的图片,让学生更好地理解知识点,难道不算是电子教案的一种形式吗?播放一段音频资料,提高学生的鉴赏或者听力能力,难道不算是电子教案的一种形式吗?教师将所有这些一堂课需要的Word文档、图片、音频放到一个文件夹当中,上课的时候可以轻松点击使用,其实就已经完成了一堂课的电子教案的制作。所以,没有人规定电子教案必须是通过一种软件(例如PowerPoint)将音、视频结合起来,摆脱了这种对电子教案的僵化认识,没有PPT基础的教师应该也有这份自信完成自己的电子教案,从而丰富课堂内容,提升教学效果。
三、电子教案内容应精简
对备课过程的再明析
备课简单地讲,就是为上课做准备。一个结构完整、流程科学的备课过程,可以有效保证课堂的质量和效益。真正的备课过程,也是教师课堂教学能力和艺术的持续成长过程。
当下,很多教师备课的过程是不完整、不科学、不规范的。例如,有的教师在上一节新课前,首先做的不是解读教材等工作,而是想办法找一个所谓的好课件、好教案开始备课。这种备课缺少教师对教材的深刻解读和自已对课堂的深入思考,所以在上课时,这样备课的教师会显得十分被动和没有自我。
根据多年的教学体会,笔者认为备课的基本环节有:了解学情、解读教材、预做题目、查阅资料、构思教学环节、设计课堂师生活动环节、撰写教学方案、设计学生课后作业、选择教学辅助手段、指导学生预习、准备上课器材资料、做好课前准备等。从这个意义上讲,备课的内涵远远大于撰写教案,撰写教案只是备课中一个环节,而且不是最重要的环节。
对备课检查的再思考
备课质量的高低,取决于教师对学情的准确把握、对教材的深度解读、对课堂师生活动的科学设计、对教学辅助手段的有效选取、对学习任务达成的正确反馈等方面,备课质量的高低,最终是通过教师课堂教学质量的高低体现出来的。
所以,检查备课质量高低的最好,或许也是唯一的途径,就是走进课堂,看课堂呈现的状态,而不是简单地通过查教案判断教师备课质量的高低。如果教师上课的呈现,基本和教案设计保持一致,说明这节课教师是有准备的。
至于教师课堂教学的具体细节、教学设计的有效性、上课的质量和效率等,就要根据教师的业务基础和对课堂的理解,在如何上一节好课、如何提高教学基本功和教学艺术等方面进行更专业的指导。
对教案呈现方式的再选择
随着信息技术在教育中的普及,写电子教案已成为很多教师的习惯。但由于网上教学资料的海量增长和即时调用,也出现了有教师从网上直接下载教案应付检查的现象。于是,不少学校要求教师手写教案。一时,电子教案似乎成为教师不认真备课、影响教学质量、影响专业成长的“罪魁祸首”。
笔者认为,这是一种典型的因噎废食的现象。对教师的备课管理,其实是一种态度管理,教师备课质量高低,最终取决于教师的教学态度和专业精神,取决于教师撰写教案前所做的准备和写好教案以后的教学辅助手段的选择等。手写教案,也会出现与电子教案一样的复制、抄袭的问题,差别只是复制、抄袭的方式不同而已。所以,我校在教案呈现方式上,对教师明确提出,可以是手写教案,也可以是电子教案。
对备课管理框架的再构建
基于上述思考,笔者认为,对备课的管理,学校要努力构建好四个维度的管理体系和要求:
一是明确备课管理关键是教学态度的引导。学校要经常向教师明确备课的流程要求,强化教师在写教案前和写教案后隐性工作的到位,不断提高教师课堂教学的独立设计能力。
二是规范电子教案的格式要求。我校对电子备课的格式、字体、字号和行间距作了统一的要求,每份电子教案的格式是否符合要求,都要由备课组长签字确认,从而最大限度地减少教师从网上直接下载教案的行为。但教师可以把网上教案中好的教学设计片段和教学资源信息等,复制到教案中。
三是强化上课和教案的一致性。在平时听课后,学校都要审查教师的上课和教案是否一致,并作好记录,记入到教师七认真常规的考核中。发现教师上课和教案明显不符的,教师教学常规考核中要进行相应的记录。
四是构建“三案定教”的集体备课模式。我校课堂教学改革的指导思想是打造“师师、师生、生生”相互协作的协作课堂,并积极构建“三案定教”的集体备课模式。“三案定教”的基本操作流程包括主备教师定初案、集体研讨定成案、教师个性化修订成个案三个基本环节。基于电子教案的背景,“三案定教”的备课模式更具可操作性。
对备课价值的再提升
课题
1.11地球的形状和大小,地球仪
课型
新课
授课时间
9月5日星期三
第1课时(共 8课时)
教
学
目
标
1.通过读图片、资料,感知人们对地球的形状认知过程。
2.能够说出地球是球体的证据。
3.能够用相关数据描述出地球的大小。
4.通过本节课的学习培养严谨求实的科学态度和勇于探索的精神。
教学重点
地球形状的认知过程,用相关数据描述地球大小。
教学难点
举例并且能够解释说明地球是个球体的证据。
主要教法
启发式导学法
教具
PPT课件、图册、地球仪
学法指导
观察法为主
板
书
设
计
§1.1在地球上寻找我们生活的地方
一、地球的形状和大小
1.形状:赤道略鼓两级略扁的椭球体。
表面积:约5.1亿平方千米
赤道周长:约4万千米
平均半径:约6371千米
2.大小
二、地球的模型——地球仪
教
学
后
记
优点:1.对学生作业本的要求具体、到位。 2.包本皮有助于保护学生的作业本,同时可以提高学生对地理学科的重视,本好看,学习起来也更认真一些,符合学生心理。 3.课件制作时有意渗透历史学科知识,体现地理这门边缘学科的综合性。4.对教材进行重新整合,将地球仪这部分内容提前讲,对后面讲经纬线内容做知识铺垫,更符合学生认知规律。
不足与措施:在举例证明地球是个球体时,会举例,但是再解释说明为什么的时候语言表述起来比较困难,不科学,说服力不够,还有对“天圆地方说”“盖天说”等古代学说知之较少,应多读书,扩大知识储备,为教学积蓄能量。
贾荣荣
总第(5)页
教学过程
教学内容及教师活动
学生活动
5′【组织教学】
1.检查本是否包本皮,是否统一蓝色。
2.课本是否都带齐了,收北京地图册。
3.检查笔记本是否左右各1cm打格。
4.笔记格式:日期、星期几、天气。
第一行写课题,居中写。
抄笔记要写标题。
1′【导入新课】
我们和自然界其它生物共同生活在地球上,我们生活地球究竟是什么样?它到底有多大呢?作为学生我们通常用什么工具来进一步了解地球的奥秘呢?
30′【讲授新课】
一、地球的形状和大小(板书)
1.地球的形状(板书)
(1)提问:根据你对地球的了解,你知道地球是什么形状的嘛?——球体
承转:地球是一个球体,这已经是我们众所周知的一个地理常识了,但人类认识地球形状却经历了一个漫长曲折的过程。
(2)人类认识地球的过程。
“天圆地方说”——(感觉认知)地是平的
“盖天说”——(感觉认知)地是不平的
月食——(现象认知)地球的影子是圆的
麦哲伦环球航行——(实践认知)地球是一个闭合的园
人类在宇宙中拍摄的地球照片——
(感觉并通过实践认知)地球是个球体
(3)提问:生活中还有哪些实例可以证明地球是球体?
站得高看的远
帆船从远处驶来,先见船帆,后见船身。
我们看得到地平线,却走不到地平线。
承转:从卫星照片上看,地球看像是一个非常圆的球体,但它是个正球体么?数字可以说明一切。
做好课前准备,书、图册、笔记本都准备好。
根据常识,回答问题。
观察图片,认识地球是一个球体,感知人类认识地球过程的漫长和曲折,体会人类对科学的严谨和勇于探索的精神。
列举明解释说明生活中证明地球是个球体的实例。
总第(6)页
教学过程
教学内容及教师活动
学生活动
2.地球的大小:读图说出能够表示地球大小的数据
表面积:5.1亿平方千米(53个中国1350个日本)
赤道周长:4万千米
“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”
半径:极半径6357千米(短)——两级略扁
赤道半径6378千米(长)——赤道略鼓
两级略扁,赤道略鼓的椭球体(板书)
平均半径:6371千米
承转:我们想进一步深入的了解地球,但是我们现在还不能游遍地球来了解它,但是有一个工具,我们可以借助它去了解地球——地球仪。
二、地球的模型——地球仪
1.地球仪:仿照地球的形状,并且按照一定的比例把它缩小,制作而成的地球的模型。
2.介绍地球以上的地理事物。
(1)不同颜色、符号和文字来表示陆地、海洋、山脉、河流、国家、城市等地理事物,如蓝色—海洋,绿色黄色是陆地。
(2)地球仪可以转动,可用地球仪演示地球的运动状态(自转)
(3)在地球仪上找到:
地轴
南极和北极
纬线和经线
(4)地球仪上的方向
朝向北极的是北,朝向南极的是南;
向左是西,向右是东。
4′【本节小结】
1.描述地球是一个怎样的球体。
2.举一个可以证明地球是个球体的证据。
3.说出哪些数据可以表明地球的大小。
5′【课堂作业】详见1.11作业
读图,能够准确的用数字表述出地球的大小。
通过比较两个半径的大小,较为准确的描述出地球的形状。
观察地球仪。
观察地球仪,找到相应地理事物。
动手演示地球自转。
在地球仪上准确找出地轴、南北极,能够指出什么事经线和纬线。
回顾所学,归纳本节重点内容。
2项目教学法在汽车电子技术教学中的优势
当前消费者越来越注重汽车产品的环保、舒适型以及安全特性,大众对汽车的需求一再增加,汽车电子专业变得炙手可热。汽车产品智能化以及电子化已成了汽车技术的发展新趋势,汽车配置级别不断增高,电子技术在汽车产品上的应用越来越广泛。有研究表明,中等档次汽车中与电子相关的配置已经达到了汽车整体成本的20%,而高档汽车当中电子配置所占的比例甚至超过了50%随着汽车中电子配置的增加,企业与市场对汽车电子专业学生的需求量也逐年增加,同时也对汽车专业学生的整体水平有了更高的要求。高职院校对汽车电子专业学生的培养除了理论知识的教学,实训课程更是不可少,学生的动手实践能力与学生步入社会后能否适应企业的要求有着重要的关系。利用项目教学法开展汽车电子技术课程教学有利于汽车电子专业学生动手能力的培养、有利于学生实践经验的积累,有利于加快学生适应市场要求的步伐、有利于学校汽车电子专业竞争力的提升!
3汽车电子技术项目教学教案的编写
3.1项目目标的编写
(1)分析教学对象。授课教师需要充分分析教学对象的基本情况,包括教学对象的人数、生源特点、基础知识现状、年龄结构、平时成绩等等。授课教师对教学对象进行充分的了解有利于确定项目目标、项目重点、难点、并在对象分析的基础上进行有针对性的项目方法的选择。(2)确定项目目标。项目目标包括知识目标、能力目标、德育目标等等。这里的知识目标指的是通过课堂教学学生所要掌握知识技能。能力目标指的是通过课堂教学学生所要掌握实际操作能力。德育目标指的是通过课堂教学学生所获得的情感、态度、价值观,即学生实际操作能力,以及与同伴合作交流意识和能力。
3.2项目分析的编写
授课教师应当将汽车电子技术课程的教学当中项目来完成,对项目进行深入分析。项目分析包括项目重点的分析、项目难点的分析以及教学内容的划分。(1)教学内容分析。教学内容的表述必须涵盖授课教师欲讲授与训练的所有内容,相关要点应清晰、语言明确。其划分应层次清楚、避免交叉重复,尤其应注意处理好与前后课目的逻辑关系。以“人机工程学概论”这一章节为例,将其划分成“人机工程学的研究内容”、“人机工程学的发展简史”、“机器设计中的人体因素”、“汽车设计和使用中的人机工程问题”、“未来车辆人机工程学面临的新课题”五个教学内容,即能包含章节所有内容且层次清楚。(2)项目重难点分析。项目分析的编写不能忽视项目重难点的分析。授课老师应当在熟练掌握教学内容的基础上结合学生的接受能力特点将项目实施的重难点一一列举出来。
3.3项目策略的编写
项目策略的编写应当从这样两个方面着手,一是教学历练与教学方式,而是教学评价。这两点是项目策略编写中应当重点重视的。(1)教学理念和教学方式。项目策略的编写中,教学理念是整个教学的灵魂,整个课堂的开展都是在教学理念的驱动下进行的。而教学方式则是课堂教学的主题,奠定了整个课堂的主基调。汽车电子技术教学具有一定的特殊性,他对学生的时间能力有着较高的要求,在教学理念以及教学方法的编写上,教师不妨与实际生活多多的结合,在教学方法上以学生为课堂主体。(2)教学评价。教学评价环境是项目教学法中的重点之一。在教学评价的编写上应当紧密结合项目教学的特点,采取多元化的教学评价模式,例如师生互评、小组自评等等。
项目一 (P1~15)
[课题名称]
普通车床加工技术入门
[教学目标与要求]
一、知识目标
1.了解CA6140车床主要部件名称、用途及传动系统
2.了解普通车床的加工范围、切削用量
3.熟悉机床的日常一级维护工作和管理知识及车工安全技术守则
4.了解工量具定置管理
二、能力目标
1.会作好车床的日常维护工作
2.会正确操作机床,选择合适的切削用量
3.熟悉车工安全技术守则的要求,会合理安排工量具
三、素质目标
1.了解普通车床的各部件功用及传动路线
2.会调换主、从动运动的参数,并操作车床
3.会使用工量具,并作定置管理
4.会保养机床,做好日常维护,熟悉安全技术守则
四、教学要求
1.熟悉CA6140车床各部件的功用,了解传动路线,会变换主轴和进给运动参数。能读懂型号的含义
2.了解普通车床的加工内容,会按公式初选切削用量
3.会对机床作日常维护,遵守车工安全技术守则
[教学重点]
1. 会操作车床,会调整参数
2. 会维护车床,懂得遵守车工安全技术守则的重要性
[难点分析]
1. 传动系统图表达的传动路线
2. 切削用量的确定,理论值与实际值的差别如何确定
[分析学生]
1. 第一次上机操作,要克服心理障碍,特别是女生,既要能上机操作,以要遵守安全操作守则
2. 要重视车床的日常维护工作,要像爱护自己一样来爱护机器
[教学思路设计]
1. 理论教学与现场教学相结合,边讲边结合车床操作演示
2. 示范—练习—指导—总结
[教学安排]
4+6学时
[教学过程]
一、开场白
1.自我介绍
2.本课程特点:理论联系实际,用理论来指导实习
3.听从指导教师的安排,自觉遵守劳动纪律和操作规程
二、新课教学
1.CA6140车床的基本参数及功用
2.了解CA6140车床型号的含义及各主要部件的名称及期用途
3.了解卧式车床的传动系统,重点是主运动及纵向运动和快速运动
4.熟悉车床主运动和进给运动的组数和最大与最小转速与进给量
5.会对机床进行空运转,并变换运动速度,熟悉车床的加工范围。了解待加工表面、已加工表面和加工表面的含义。这里要注意防止车刀撞击卡盘,造成事故
6.会按公式计算不同工件的切削速度,求同主轴的转速,会按精、精车选择不同的进给量和背吃刀量
7.熟悉车床铺的日常保养要求及保养内容
8.熟悉工、量具的安置规则和安全技术守则的内容,保证加工质量和人身操作安全。防止出现人身和机械事故。特别不允许出现刀架撞击卡盘的事故发生
三、小结
1.车床是最常用的机械加工设备
2.注意遵守操作规程和安全技术守则,确保人身安全
3.会操作车床空运行,变换运动参数,是操作机床的基本要求
知识目标
知道原子的核外电子是分层排布的;
了解原子结构示意图的涵义;
了解离子的概念及其与原子的区别和联系;
常识性介绍离子化合物和共价化合物。
能力目标
通过对核外电子运动状态的想象和描述以及原子和离子的比较,培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力。
情感目标
通过对最外层电子数与元素性质的学习,让学生认识到事物之间是相互依存和相互转化的,初步学会科学抽象的学习方法;
通过对核外电子排布知识的学习,让学生体会核外电子排布的规律性。
教学建议
教材分析
本节课核外电子排布的初步知识,是在学习了第二章分子和原子的基础上进行的,核外电子排布的初步知识与原子构成。形成了原子结构理论的知识体系,本节之所以放在第三章讲述,目的为了分散知识难点,使学生的空间想象力得以充分的发挥。通过对前18号元素的核外电子排布情况的介绍。使学生了解前18号元素原子的核外电子排布规律,进一步了解元素性质与其原子结构的关系,为离子化合物,共价化合物的形成以及化合价的教学提供了理论依据。因本节课的内容抽象,学生难理解,在高中化学的学习中还会进一步讲述原子结构理论,所以本节课知识只要求学生达到了了解的水平即可。
教法建议
本节课文谈到原子是由原子核和电子构成的。原子核体积很小,仅占原子体积的几千万亿之一,电子在核外的空间里作高速的运动。而电子是怎样在核外空间运动的呢?对学生来说是一个抽象概念,是教学难点。因为教师既不能套用宏观物体的运动规律在体会微观粒子的运动状态,又不能不以宏观物体的运动状态为例来描述原子中核和电子的行为。否则会影响学生对核外电子分层运动的表象的形成。我们可以借助与计算机多媒体课件来描述,让学生明确电子在核外作高速运动,是没有固定轨道的。
在多电子原子里电子是分层运动的,核外电子根据能量的差异和通常运动的区域离核的远近不同,分属于不同的电子层。
介绍原子结构示意图,例如圆圈内填入+8,表示原子核内有8个质子,弧线就表示电子在核外一定距离的空间(设想是球形),弧线上的数字表示电子数。同时还要简要介绍核外电子的排布规律,这样有助于学生对原子结构示意图的理解,减少死记硬背。即:核外电子是分层排布的,能量低的电子先排在离核近的电子层中,每层最多容纳的电子数为2n2。当电子将离核最近的电子层排满后,才依次进入离核稍远的电子层。
通过对前18号元素原子结构示意图(投影展示)进行对比观察,找出稀有气体元素,金属元素核非金属元素的原子最外层电子数目的特点。介绍稀有气体元素原子。最外层电子都是8个(氮原子的最外层为2个电子),为相对稳定的结构,不易失电子,也不易得电子。所以稀有气体元素如氦,氖,氩等它们的化学性质不活泼,一般不与其他物质发生化学反应。从而将元素的化学性质与他们原子结构联系到了一起。通过分析金属元素和非金属元素的原子最外层电子数目的特点并与具有最外层8电子稳定结构的稀有气体元素相比较得出,金属元素原子的最外层电子数目一般少于或等于4个,易得电子。所以,金属元素原子与非金属元素原子化学性质较活泼,易形成化合物。这样为介绍离子化合物及共价化合物做好的理论准备工作。
在讲述离子化合物和共价化合物时,可借助课件的动画演示氯化钠和氯化氢的形成过程,帮助学生理解离子化合物及共价化合物的微观形成过程。从而加深学生对化学反应实质的理解。同时,也为下一节化合价的学习,起到了桥梁作用。
教学设计方案
重点:原子的核外电子是分层排布的,元素的化学性质与他的原子结构密切相关。
难点:对核外电子分层运动想象,表象的形成和抽象思维能力的培养。
课时安排:2课时
教学过程:
[复习提问]:
构成原子的微粒有哪几种?
它们是怎样构成原子的?
原子的核电荷数,核内质子数与核外电子数有什么关系?
学生回答:
核电荷数=质子数=核外电子数
[新课引入]:我们知道,原子是由原子核和核外电子构成的,原子核的体积仅占原子体积的几千亿分之一,相对来说,原子里有很大的空间。电子就在这个空间里作高速的运动。那么电子是怎样运动的?在含有多个电子的原子里,电子又是怎样排布在核外空间的呢?
[视频演示]:原子的构成
板书:核外电子排布的初步知识
1.核外电子排布
[讲述]对于氢原子来说,核外只有一个电子。电子的运动状态没有固定的轨道。它在核外一定距离的空间内作高速运动。是一个球形。对于多个电子的原子里。它的电子是怎样运动的呢?
[视频2]:原子核外电子的运动
结合视频2讲述:在含有多个电子的原子里。电子的能量并不相同。能量低的。通称在离核近的区域运动。能量高的,通常在离核远的区域运动。我们将电子离核远近的不同的运动区域叫做电子层。离核最近的叫第一层,依次向外类推,分别叫做二,三,四,五,六,七层,即在多个电子的原子里,核外电子是在能量不同的电子层上运动的。
[板书]
(1)在多个电子的原子里,因为电子的能量不同,电子在不同的电子层上运动。
(2)能量低的电子在离核近的电子层上运动;能量高的电子在离核较远的电子层运动。
(3)离核最近的电子层叫第一层,离核最远的电子层叫第一层。
怎样表示核外电子的排布呢?
2.原子结构示意图
用原子结构示意图表示氯原子的结构并讲述原子结构示意图的涵义
氯原子结构示意图:
用圆圈表示原子核,在圆圈内用正数+17表示质子数,用弧线表示电子层,弧线上的数字表示该电子层上的电子数。
(第一电子层最多容纳2个电子,第二电子层最多容纳8个电子)
知识目标
知道原子的核外电子是分层排布的;
了解原子结构示意图的涵义;
了解离子的概念及其与原子的区别和联系;
常识性介绍离子化合物和共价化合物。
能力目标
通过对核外电子运动状态的想象和描述以及原子和离子的比较,培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力。
情感目标
通过对最外层电子数与元素性质的学习,让学生认识到事物之间是相互依存和相互转化的,初步学会科学抽象的学习方法;
通过对核外电子排布知识的学习,让学生体会核外电子排布的规律性。
教学建议
教材分析
本节课核外电子排布的初步知识,是在学习了第二章分子和原子的基础上进行的,核外电子排布的初步知识与原子构成。形成了原子结构理论的知识体系,本节之所以放在第三章讲述,目的为了分散知识难点,使学生的空间想象力得以充分的发挥。通过对前18号元素的核外电子排布情况的介绍。使学生了解前18号元素原子的核外电子排布规律,进一步了解元素性质与其原子结构的关系,为离子化合物,共价化合物的形成以及化合价的教学提供了理论依据。因本节课的内容抽象,学生难理解,在高中化学的学习中还会进一步讲述原子结构理论,所以本节课知识只要求学生达到了了解的水平即可。
教法建议
本节课文谈到原子是由原子核和电子构成的。原子核体积很小,仅占原子体积的几千万亿之一,电子在核外的空间里作高速的运动。而电子是怎样在核外空间运动的呢?对学生来说是一个抽象概念,是教学难点。因为教师既不能套用宏观物体的运动规律在体会微观粒子的运动状态,又不能不以宏观物体的运动状态为例来描述原子中核和电子的行为。否则会影响学生对核外电子分层运动的表象的形成。我们可以借助与计算机多媒体课件来描述,让学生明确电子在核外作高速运动,是没有固定轨道的。
在多电子原子里电子是分层运动的,核外电子根据能量的差异和通常运动的区域离核的远近不同,分属于不同的电子层。
介绍原子结构示意图,例如圆圈内填入+8,表示原子核内有8个质子,弧线就表示电子在核外一定距离的空间(设想是球形),弧线上的数字表示电子数。同时还要简要介绍核外电子的排布规律,这样有助于学生对原子结构示意图的理解,减少死记硬背。即:核外电子是分层排布的,能量低的电子先排在离核近的电子层中,每层最多容纳的电子数为2n2。当电子将离核最近的电子层排满后,才依次进入离核稍远的电子层。
通过对前18号元素原子结构示意图(投影展示)进行对比观察,找出稀有气体元素,金属元素核非金属元素的原子最外层电子数目的特点。介绍稀有气体元素原子。最外层电子都是8个(氮原子的最外层为2个电子),为相对稳定的结构,不易失电子,也不易得电子。所以稀有气体元素如氦,氖,氩等它们的化学性质不活泼,一般不与其他物质发生化学反应。从而将元素的化学性质与他们原子结构联系到了一起。通过分析金属元素和非金属元素的原子最外层电子数目的特点并与具有最外层8电子稳定结构的稀有气体元素相比较得出,金属元素原子的最外层电子数目一般少于或等于4个,易得电子。所以,金属元素原子与非金属元素原子化学性质较活泼,易形成化合物。这样为介绍离子化合物及共价化合物做好的理论准备工作。
在讲述离子化合物和共价化合物时,可借助课件的动画演示氯化钠和氯化氢的形成过程,帮助学生理解离子化合物及共价化合物的微观形成过程。从而加深学生对化学反应实质的理解。同时,也为下一节化合价的学习,起到了桥梁作用。
教学设计方案
重点:原子的核外电子是分层排布的,元素的化学性质与他的原子结构密切相关。
难点:对核外电子分层运动想象,表象的形成和抽象思维能力的培养。
课时安排:2课时
教学过程:
[复习提问]:
构成原子的微粒有哪几种?
它们是怎样构成原子的?
原子的核电荷数,核内质子数与核外电子数有什么关系?
学生回答:
核电荷数=质子数=核外电子数
[新课引入]:我们知道,原子是由原子核和核外电子构成的,原子核的体积仅占原子体积的几千亿分之一,相对来说,原子里有很大的空间。电子就在这个空间里作高速的运动。那么电子是怎样运动的?在含有多个电子的原子里,电子又是怎样排布在核外空间的呢?
[视频演示]:原子的构成
板书:核外电子排布的初步知识
1.核外电子排布
[讲述]对于氢原子来说,核外只有一个电子。电子的运动状态没有固定的轨道。它在核外一定距离的空间内作高速运动。是一个球形。对于多个电子的原子里。它的电子是怎样运动的呢?
[视频2]:原子核外电子的运动
结合视频2讲述:在含有多个电子的原子里。电子的能量并不相同。能量低的。通称在离核近的区域运动。能量高的,通常在离核远的区域运动。我们将电子离核远近的不同的运动区域叫做电子层。离核最近的叫第一层,依次向外类推,分别叫做二,三,四,五,六,七层,即在多个电子的原子里,核外电子是在能量不同的电子层上运动的。
[板书]
(1)在多个电子的原子里,因为电子的能量不同,电子在不同的电子层上运动。
(2)能量低的电子在离核近的电子层上运动;能量高的电子在离核较远的电子层运动。
(3)离核最近的电子层叫第一层,离核最远的电子层叫第一层。
怎样表示核外电子的排布呢?
2.原子结构示意图
用原子结构示意图表示氯原子的结构并讲述原子结构示意图的涵义
氯原子结构示意图:
用圆圈表示原子核,在圆圈内用正数+17表示质子数,用弧线表示电子层,弧线上的数字表示该电子层上的电子数。
(第一电子层最多容纳2个电子,第二电子层最多容纳8个电子)
展示:前18号元素的原子结构示意图。
[学生练习]
1)下列氧原子的结构示意图正确的是()
2)在下列原子结构示意图下面标出该原子的元素符号
3)画出钠原子,氯原子,氖原子的原子结构示意图。
展示前18号元素的原子结构示意图(投影展示)
[观察分析]引导学生对1-18号元素原子结构的示意图进行观察对比,分析讨论,找出各类元素原子结构(最外层电子数)的特点及元素性质与原子结构的关系。
3.元素的分类及原子的最外层电子数与元素的化学性质的关系。
(1)稀有气体元素:最外层电子数为8个(氦为2个)是一种稳定结构,不易得失电子,化学性质稳定,一般不与其他物质发生化学反应。
(2)金属元素:最外层电子数一般少于4个,易失电子,化学性质活泼。
(3)非金属元素:最外层电子数一般多于或等于4个,易获得电子,化学性质活泼。
思考:元素的化学性质主要取决于什么呢?
小结:元素的化学性质主要取决于原子的最外层电子数目,即结构决定性质。
画出Na、Cl的原子结构示意图:
[分析讨论]元素的原子失去最外层电子或得到电子后,是否显电中性?应当叫什么?如何表示?
4.离子:
(1)带电的原子(或原子团)叫离子
阳离子:带正电荷的离子叫做阳离子。
阴离子:带负电荷的离子叫做阴离子。
(2)离子符号的写法:在元素符号或原子团的右上角写上离子所带的电荷数及所带电荷的正负。而所带正负电荷的数目,有取决于原子的最外层电子数。例如:镁原子最外层电子数为2,失2个电子后带2个单位的正电荷,所以镁离子的符号为Mg2+。氧原子最外电子层电子数为6,得2个电子后,带2个单位得负电荷,所以氧离子符号为O2-。
[课件演示]Na+及Cl-得形成过程。
[思考讨论]铝离子,镁离子,硫离子,氯离子的符号如何写?离子与原子有何区别和联系?镁离子和镁原子是否属于同种元素?为什么?
(3)离子和原子的区别与联系:
[投影展示]
原子
离子
阳离子
阴离子
结构
质子数=核电荷数
质子数〉核电荷数
质子数<核电荷数
电性
不带电
带正电
带负电
表示法
Na
Na+
Cl-
联系
阳离子原子阴离子
[设问]不同元素的原子是怎样形成化合物的呢?
5.离子化合物
(1)定义:由阴阳离子相互作用而形成的化合物叫离子化合物。
[课件演示]氯化钠和氯化镁的形成过程。
(2)构成离子化合物的微粒是离子,离子也是构成物质的一种微粒。
6.共价化合物
(1)定义:以共用电子对形成的化合物,叫共价化合物。
[课件演示]HCl和H2O的形成过程。
(2)构成共价化合物的微粒是分子。
[小结]构成物质的微粒有:分子,原子和离子。
板书设计:
第五节核外电子排布的初步知识
1.核外电子的排布:
(1)在多个电子的原子里,因为电子的能量不同,电子在不同的电子层上运动。
(2)能量低的电子在离核近的电子层上运动;能量高的电子在离核较远的电子层运动。
(3)离核最近的电子层叫第一层,离核最远的电子层叫第一层。
2.原子结构示意图
氯原子结构示意图:
用圆圈表示原子核,在圆圈内用正数+17表示质子数,用弧线表示电子层,弧线上的数字表示该电子层上的电子数。
3.元素的分类及原子的最外层电子数与元素的化学性质的关系。
(1)稀有气体元素:最外层电子数为8个(氦为2个)是一种稳定结构,不易得失电子,化学性质稳定,一般不与其他物质发生化学反应。
(2)金属元素:最外层电子数一般少于4个,易失电子,化学性质活泼。
(3)非金属元素:最外层电子数一般多于或等于4个,易获得电子,化学性质活泼。
4.离子:
(1)带电的原子(或原子团)叫离子
阳离子:带正电荷的离子叫做阳离子。
阴离子:带负电荷的离子叫做阴离子。
(2)离子符号的写法:在元素符号或原子团的右上角写上离子所带的电荷数及所带电荷的正负。而所带正负电荷的数目,有取决于原子的最外层电子数。
5.离子化合物
(1)定义:由阴阳离子相互作用而形成的化合物叫离子化合物。
(2)构成离子化合物的微粒是离子,离子也是构成物质的一种微粒。
6.共价化合物
(1)定义:以共用电子对形成的化合物,叫共价化合物。
(2)构成共价化合物的微粒是分子。
小结:构成物质的微粒有:分子,原子和离子
探究活动
原子的秘密与科学家
一、《新编实用英语》在我校的使用背景
我校在2005年换用了高教社出版的《新编实用英语》(第一版)。这是一套难得的教材:内容新颖、结构合理、知识量丰富。随教材所附带的电子教案,也给教师课堂教学带来了很大的方便。但在一年的使用过程中,我们发现电子教案存在一些不足。这些不足主要有:Talking face to face部分没有单词解释,扩充的知识点不能在对话原文中点击显示;第一至第三册的听力部分,不能控制听力进度,导致学生在听的过程中,不能就某一难点反复听;录音原文也不能在听的进程中点击显示出来;阅读部分,没有文章的翻译;写作部分,相关的语法点也没有在电子教案中显示出来。
在使用这套教材的过程中,我们根据不同班级的实际情况,自制了一些“课件”作为补充。有的老师将本单元的相关信息和知识点扩充,做成漂亮的Flash,新颖的画面受到学生的喜爱;有的老师将语法讲解,配以练习,精心用Powerpoint做出来,令学生看起来更加直观。我们把自制的课件整合起来,资源共享,这样就不会在做课件上浪费大量的精力了。
二、“自制课件”的实践过程
我们首先收集原电子教案中所存在的不足。这一环节,主要采用“问卷调查”的方式,向学生征集使用这套教材的意见,以及对多媒体教学的要求。同时也收集教师在使用过程中所发现的问题。然后把这些问题和意见进行总结和归类,制定出制作新课件的目标。
在制作的过程中,我们充分利用网络和文献的功能,并参加相应的计算机知识培训,在围绕原电子教案知识点的同时,改变课件形式,补充并且添加相应的内容,努力做到符合优秀课件的标准,使其具有以下特点。
创新性:创新性是我们提高制作课件水平、教学水平的不竭动力。自制课件的创新性分为内容创新和技术创新。内容创新要求我们选题恰当内容丰富外创设饱满的情景,最大限度地调动学生的各种感官感受;技术创新要求我们根据不同的课件内容选取最佳的开发软件。例如Authorware提供了十一种交互方式,利用这些交互方式根据不同的教学内容可以制作出生动可靠的效果界面。
针对性:对于知识难点,我们制作了相应的专题或补充知识的连接。例如,原课件没有语法部分,我们自制了语法课件。针对“虚拟语气”这个语法,为了帮助学生掌握这个难点,我们在课件里添加了充满“虚拟语气”的一首诗,使学生在轻松地欣赏一首诗的同时就把这个语法理解透,又如在讲解“Tri-colored Ceramic”一文时,我们下载一些“唐三彩”的照片,制作成英文讲解的Flash。
启发性:启发性的原则要求我们深入钻研教材,发掘教学内容中的启发因素,设计好富有启发性的问题,在制作课件时,素材的选用中必须充分考虑这一要素。我们在制作课件时,特别注意“导入”这个开场白素材的选择,例如在“The Triathlon’s Great Attraction”一文中,我们剪辑并重新编辑了“铁人三项”的一段视频。精彩、激烈的画面一下子抓住了学生的好奇心,此时,我及时设疑:“What’s the triathlon?”“What’s the spirit of triathlon?”学生不难从刚才的画面中得知“铁人三项”的内容,并且开始思索“铁人三项运动”的精神。这样就很自然地转入了这节课的学习。
三、“自制课件”对教材“电子教案”的补充作用
我们在制作“自制课件”的过程中认为,“自制课件”对教材“电子教案”起着补充作用,对此,在以下几方面进行阐述。
首先,教材“电子教案”凝聚了教材编写组的心血与智慧,是“十一五”规划的重点课题,经专家评定有较高的学术价值,迎合了高职高专英语教学的要求,成为众多学校的教材。其价值和地位是毋庸置疑的。我们的“自制课件”是以原“电子教案”为蓝本,在其丰富的内容、先进的技术基础上开展的,没有原“课件”就没有我们的“自制课件”。从这个意义上来说,“自制课件”对原“电子教案”起的作用只能是补充作用。
其次,我们必须重视“自制课件”的补充作用。只享受教材“电子教案”的方便快捷,不制作自己的“课件”不是称职的教师。教师不能完全按照教材“课件”,按部就班,不考虑学生的实际情况,不根据时代的发展及时更新所讲内容。如第三册第八单元,有关“WTO”的文章,阐述了中国入世后面临的挑战,应该是写于将要入世前,距今已经有近十年的历史,在此期间中国已经发生了翻天覆地的变化,如不及时进行内容补充和更新,学生会觉得不知所云。时展的迅速,人们思想观念的更新,都需要一线工作的教师不断地对原有知识进行整合添加,使之更符合现实发展的需要。
最后,“自制课件”对教材“电子教案”的改进起了推动作用。科技的进步,知识的更新,实际授课的需要,要求我们不断地对教材和与之配套的“电子教案”进行调整改变。《新编实用英语》(第二版)的出现,就是一个很好的证明。改版后的这套教材,不仅对内容进行了删增更新,与之配套的“电子教案”,而且从形式内容上发生了根本的变化。“教材内容”和“电子教案”的更新,离不开时代的发展,也离不开一线教师在教学过程中的思考与感悟。他们对“教材”“电子教案”的优点与不足最有发言权。发现问题,当然要解决问题。教师会根据教学实际,自制一些“课件”,对所讲的内容进行补充与引申。而制作的技术也会不断改进,久而久之,“自制课件”的大量出现,要求编者也要对教材“电子教案”进行相应的改进,以满足教学需求。从这里不难看出,“自制课件”对教材“电子教案”的改进起了积极的推动作用。
四、结语
在知识更新和科技发展日新月异的二十一世纪,教师不仅要继续履行“传道、授业、解惑”的职责,而且要与时俱进,及时对教学过程进行反思,对所用的教材进行补充,激发学生的学习兴趣,培养学生的学习能力,真正做到“以学生为中心”,善于发现问题、总结问题、解决问题。
参考文献: