晶体管原理与设计教学设计

晶体管原理与设计一、引言在现代电子技术中，晶体管是一种至关重要的元件。

它是现代计算机和各种电子设备的基础构建单元，广泛应用于通信系统、嵌入式系统、数字电路和模拟电路等领域。

本文将深入探讨晶体管的原理和设计，以及其在电子技术领域的重要性。

二、晶体管的工作原理晶体管是一种半导体器件，能够实现信号放大、开关控制和电流放大等功能。

其内部结构由P型半导体、N型半导体和PN结构组成，通过对电压的控制实现信号放大与开关控制。

2.1 PN结PN结是晶体管的核心组成部分，在P型半导体与N型半导体之间形成一个结。

当施加适当正向偏置电压时，P型区域中的空穴和N型区域中的电子会向结区域扩散，形成扩散电流。

当施加适当反向偏置电压时，会形成势垒，电流通过受阻。

2.2 三极管结构三极管是一种常见的晶体管结构，由发射极、基极和集电极组成。

当在基极输入一个小电流时，发射极和集电极之间的电流会得到放大，并可以控制集电极输出电流的大小。

三极管通过对输入信号的调制，实现了放大功能。

三、晶体管的设计考虑因素在设计晶体管电路时，需要考虑一系列因素以确保其性能和可靠性。

3.1 尺寸和材料选择晶体管的尺寸和材料选择对其工作特性产生重要影响。

材料的选择应考虑导电性和热传导性能，如硅、锗等。

而晶体管的尺寸会影响其电流倍增和速度。

3.2 偏置设置晶体管的偏置设置可以通过外加电压或电流实现。

适当的偏置可以确保晶体管正常工作，并且在不同工作状态下具有合理的响应。

3.3 散热设计晶体管在工作过程中会产生热量，如果不能及时有效散热，会导致温度升高，甚至损坏晶体管。

因此，在设计中需要考虑散热问题，采取散热措施，如散热片、散热底座等。

3.4 噪声和干扰抑制在电子设备中，噪声和干扰是晶体管设计中需要面对的问题。

采用合适的抑制措施，如差分信号处理、屏蔽等，可以有效减少噪声和干扰对晶体管性能的影响。

四、晶体管的应用领域晶体管广泛应用于各种电子设备和系统中，为现代科技的发展提供了重要支持。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目：带有互补对称功率放大器的设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备晶体管器件的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测，使用适当的软件进行仿真和制作PCB板。

要求完成的主要任务：1. 采用晶体管完成一个带有互补对称功率放大器的设计。

2. 通过输入一定功率的信号，使功率得到放大并输出。

3.利用仿真软件ORCAD或Multisim仿真电路，并学习PROTEL软件，并用其绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范；4. 完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：1．2011年6月10日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。

2．2011年6月11日至2011年6月22日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。

3. 2011年6月23日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I1 绪论 (1)2 设计内容及要求 (2)2.1 设计目的及主要任务 (2)2.1.1 设计目的 (2)2.1.2 设计任务及要求 (2)2.2 设计思想 (2)3 功率放大器的设计原理 (4)3.1 互补对称功率放大电路原理 (4)3.2 复合管的原理 (4)3.3 总电路图 (6)4 电路的软件仿真 (7)5 电路的PCB印制电路板制作 (10)5.1设置原理图设计环境 (10)5.2 放置元件 (10)5.3 原理图布线 (13)5.4 电路的封装电器检查及网络表的生成 (13)6 利用Protel生成PCB (16)7 设计总结 (21)参考文献 (22)元件清单 (23)摘要本文介绍作品采用Multisim10对带有互补对称功率放大电路进行绘制电路图及仿真工作以及protel进行绘制电路图制作PCB 板。

晶体管一、教学目标1.知识目标：使学生掌握三极管的结构、符号、类型及其电流的放大作用。

2.能力目标：使学生对三极管的内部结构及放大工作原理有更具体的了解及认识。

二、教学重点、难点（1）使学生掌握三极管的结构、符号、类型及其电流的放大作用。

（2）掌握半导体三极管中的电流分配关系；（3）理解半导体三极管的放大作用，共发射极电路的输入、输出特性曲线，主要参数及温度对参数的影响。

三、教学过程：（1）. 晶体三极管的基本结构和符号：有3个区――发射区、基区、集电区；2个结――发射结( BE 结 )、集电结( BC 结 )；3个电极――发射极 e (E)、基极 b (B)和集电极 c ( C )；2种类型――PNP 型管和NPN型管。

（2）工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。

晶体二极管简称“三极管”。

它是由一个PN结组成的器件，具有单向导电性，其正向电阻小（一般为几百Ω），反向电阻大（一般为几十KΩ至几百KΩ）。

利用此点可用万用表进行判别管脚极性。

图4.2二极管结构图与符号二极管的分类按用途分类：整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、发光二极管等等。

按结构类型来分类：点接触型二极管、面接触型二极管二极管的参数类型最大整流电流I DM最大整流电流是半波整流连续工作的情况下，为使PN结的温度不超过额定值，二极管中允许通过的最大电流。

最大反向电压URM最大反向电压是指不致引起二极管击穿的反向电压。

工作电压的峰值不能超过URM，否则反向电流增长，整流物性变坏，甚至烧毁二极管。

最大反向电流IRM在给定的反向偏压下，通过二极管的直流电流称为反向电流IS，理想状态下二极管是单向导电的，但是实际上反向的电压总是存在着微弱的电流。

这一电流在反向击穿前大致不变，又称为反向饱和电流。

最高工作频率fm二极管保持原来良好工作特性的最高频率。

用万用表测试二极管管脚极性的判别：将万用表置R×100Ω或R×1KΩ档（因为本档输出电流为mA级；不能随意置换其它档位，因为其它档位会使电流过大，烧毁万用表。

晶体管的原理与结构教案晶体管的原理是基于半导体材料的性质，当控制电压施加到半导体材料上时，电子会随之流动，从而控制电流的流通。

早期晶体管是由三个不同材料的层组成，分别为P型半导体、N型半导体和掺杂非法（Intrinsic）半导体。

P型半导体材料缺少电子，N型半导体材料则具备多余的电子。

当这两种半导体材料结合后，即形成P-N结，这种结构的材料具备导电性，并且具备自发的电流流动，称为给定方向上的整流，因为P-N结加上硅或者金属两种材料，可以实现电子的控制，所以金属-绝缘体-半导体（MIS）晶体管应运而生。

它由金属电极、绝缘铝氧化物、半导体层构成。

当控制电压施加到绝缘体上时，电子就会通过绝缘铝氧化物，而不是半导体。

这种晶体管的特点是功耗低，速度快。

晶体管的三极管结构是由三个掺杂不同的半导体材料构成，分别为P型半导体、N型半导体和掺杂非法半导体或P型半导体、N型半导体和掺杂N型半导体。

基本晶体管结构包括两个P-N结和三个区域。

中间区域是N型或者P型掺杂材料，称为基极。

左边的P型区域被称为发射极，右边的N型区域被称为集电极。

发射极和集电极之间有一段掺杂的非法半导体区，这个区域又称为基区，它相当于桥梁，允许电流从发射极流到集电极。

当一个正电压被施加在发射极上时，电子会从P型区域流向基区域，基区内电子就会向集电极流动，从而控制电流的流动。

因为基极的掺杂浓度与发射极和集电极的掺杂浓度不同，所以晶体管的电流增益是可以通过控制掺杂浓度来调整的，从而实现放大信号的效果。

晶体管作为放大电路的基础组件，其结构与原理的设计无疑对电路性能和功能有着至关重要的影响。

不同的应用场景需要不同类型的晶体管，如MOSFET、JFET、BJT等。

MOSFET是一种金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，在交变电源应用中非常常用，它具备高输入电阻、低噪声和线性放大等优点。

JFET是一种PN结场效应晶体管，适用于高电压、高频率和低噪声电路应用，因为JFET具有低频噪声表现更优异的特点。

电工电子技术晶体二极管教案一、教学内容本节课选自《电工电子技术》教材第四章第一节，详细内容为晶体二极管的原理、特性、主要参数及其应用。

二、教学目标1. 让学生理解晶体二极管的工作原理、特性及分类。

2. 使学生掌握晶体二极管的主要参数，并能正确选用。

3. 培养学生运用晶体二极管解决实际问题的能力。

三、教学难点与重点重点：晶体二极管的原理、特性、主要参数。

难点：晶体二极管的工作状态及其判别方法。

四、教具与学具准备1. 教具：晶体二极管实物、示波器、信号发生器、多媒体设备。

2. 学具：电路实验箱、晶体二极管、电阻、电容、万用表。

五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一个简单的晶体二极管整流电路，让学生观察其工作原理，引发兴趣。

2. 理论讲解：讲解晶体二极管的原理、特性、分类及主要参数。

3. 例题讲解：分析一个具体的晶体二极管应用电路，引导学生运用所学知识解决问题。

4. 随堂练习：让学生绘制一个晶体二极管整流电路，并分析其工作过程。

5. 实验操作：指导学生使用实验箱搭建晶体二极管电路，观察其工作状态，测量相关参数。

六、板书设计1. 晶体二极管原理2. 晶体二极管特性3. 晶体二极管分类及主要参数4. 晶体二极管应用实例七、作业设计1. 作业题目：设计一个晶体二极管整流电路，并分析其工作原理。

2. 答案：略。

八、课后反思及拓展延伸1. 反思：关注学生在实验操作中的表现，及时发现问题并进行指导。

2. 拓展延伸：引导学生了解其他半导体器件，如晶体三极管、场效应管等，拓展知识面。

在教学过程中，注意理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养其动手能力及创新能力。

通过本节课的学习，使学生掌握晶体二极管的基本原理、特性和应用，为后续学习打下基础。

重点和难点解析1. 晶体二极管的工作原理和特性2. 晶体二极管的主要参数及其判别方法3. 实践操作中晶体二极管电路的搭建与测量4. 作业设计中晶体二极管整流电路的分析详细补充和说明：一、晶体二极管的工作原理和特性晶体二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的PN 结。

晶体管与半导体教学要点2●半导体一、定义：导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随温度的升高而增加，而随温度的增加而减小，这样的材料称为半导体.二、导体、绝缘体、半导体的比较1.导体：容易导电的物质，电阻率一般在10-8Ω·m~10-6Ω·m之间.2.绝缘体：不易导电的物质，电阻率一般在108Ω·m~1018Ω·m 之间.3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻率一般在10-5Ω·m~106Ω·m之间. 全析提示这是根据导电性能的优劣进行的分类，请找一些生活中材料辨别一下并分类.●半导体的应用一、热敏特性：许多半导体的电阻都随温度的变化而有显著的变化，但要特别注意与金属导体不同的是：半导体的导电性能随温度升高而显著提高，即温度越高电阻率越小，而金属导体的电阻率是随温度升高而增大的，造成这种现象的原因是导体与半导体的微观结构不同使产生电流的原量不同.人们用半导体做成的热敏电阻，当温度升高时，由于电阻减小使电流急剧增大，通常用在温控电路中.二、光敏特性：有些半导体受到光照时电阻大大减小，这种特性称为光敏特性.利用光敏特性制成的装置被广泛用在家用电器和其他机械设备中，例如许多自动控制设备就利用了半导体的光敏特性.三、掺杂特性：在纯净的半导体中掺入微量的杂质可使半导体导电性能提高许多，这种特性被称作掺杂特性.例如在四价的纯半导体硅中掺入微量的五价元素磷后，由于自由电子的增多会使导电性能增强，人们利用这种特性制成了晶体二极管和晶体三极管，现在用晶体管制成的电子设备几乎进入了生活的各个领域，在现代科技中也有非常重要的作用.要点提炼有关半导体的热敏特性、光敏特性、掺杂特性都与材料本身有关系.四、各种半导体器件已广泛应用于卫星、宇航、导弹、雷达、计算机、通信和电视等系统的电子设备中，如光敏电阻、热敏电阻、光电池、半导体探测器、半导体致冷器、半导体整流器、半导体二极管、半导体三极管等半导体器件的应用，大大促进了电子工业和高新技术的发展.人们把半导体的研究、生产和应用所达到的水平，列为一个国家科学技术现代化水平的一项重要标志. 全析提示请搜集有关半导体以及现代科学技术应用的资料.●超导现象1.发现历史1911年荷兰科学家昂尼斯在做低温实验时发现，当温度降到4.2 K 的时候，水银的电阻突然变为零，这是第一次发现超导现象.注意观察，往往会得到意想不到的收获.2.超导现象：金属的电阻率随温度的降低而减小，有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率突然变为零.3.超导体：能够发生超导现象的物体.4.转变温度T C：材料由正常状态转变为超导状态的温度.5.超导体的特性超导材料的转变温度太低是目前应用超导体的主要障碍，但超导现象的研究将不断深入，以便使它有广泛的实际应用.（1）零电阻效应：在转变温度以下电阻等于零，一旦超导体中产生“高温”是相对于液氦温度而电流，将毫无衰减地保持电流大小不变.（2）抗磁性：磁感线不能进入超导体中，在一块铅板上放一个小磁铁，当铅板进入超导状态后，小磁铁就会悬浮起来，磁铁的磁感线被压缩在磁铁和铅板之间.言的.●高温超导人们发现一种合成材料——镧钡铜氧化物，其超导转变温度为35 K.把这类氧化物超导体称为高温超导体.●超导体的应用1.在强电方向，可用于远距离低耗输电、磁悬浮列车、大型电磁铁、超导电机、受控热核反应、超导储能等.2.在弱电方面，可用于制造超高速大型计算机、进行极高灵敏的电磁测量、人体脑磁场和心磁图的研究等.目前超导还不能广泛应用.［教材优化全析］●半导体一、定义：导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随温度的升高而增加，而随温度的增加而减小，这样的材料称为半导体.二、导体、绝缘体、半导体的比较1.导体：容易导电的物质，电阻率一般在10-8Ω·m~10-6Ω·m之间.2.绝缘体：不易导电的物质，电阻率一般在108Ω·m~1018Ω·m 之间.3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻率一般在10-5Ω·m~106Ω·m之间. 全析提示这是根据导电性能的优劣进行的分类，请找一些生活中材料辨别一下并分类.●半导体的应用一、热敏特性：许多半导体的电阻都随温度的变化而有显著的变化，但要特别注意与金属导体不同的是：半导体的导电性能随温度升高而显著提高，即温度越高电阻率越小，而金属导体的电阻率是随温度升高而增大的，造成这种现象的原因是导体与半导体的微观结构不同使产生电流的原量不同.人们用半导体做成的热敏电阻，当温度升高时，由于电阻减小使电流急剧增大，通常用在温控电路中.二、光敏特性：有些半导体受到光照时电阻大大减小，这种特性称为光敏特性.利用光敏特性制成的装置被广泛用在家用电器和其他机械设备中，例如许多自动控制设备就利用了半导体的光敏特性.三、掺杂特性：在纯净的半导体中掺入微量的杂质可使半导体导电性能提高许多，这种特性被称作掺杂特性.例如在四价的纯半导体硅中掺入微量的五价元素磷后，由于自由电子的增多会使导电性能增强，人们利用这种特性制成了晶体二极管和晶体三极管，现在用晶体管制成的电子设备几乎进入了生活的各个领域，在现代科技中也有非常重要的作用.要点提炼有关半导体的热敏特性、光敏特性、掺杂特性都与材料本身有关系.四、各种半导体器件已广泛应用于卫星、宇航、导弹、雷达、计算机、通信和电视等系统的电子设备中，如光敏电阻、热敏电阻、光电池、半导体探测器、半导体致冷器、半导体整流器、半导体二极管、半导体三极管等半导体器件的应用，大大促进了电子工业和高新技术的发展.人们把半导体的研究、生产和应用所达到的水平，列为一个国家科学技术现代化水平的一项重要标志. 全析提示请搜集有关半导体以及现代科学技术应用的资料.●超导现象1.发现历史1911年荷兰科学家昂尼斯在做低温实验时发现，当温度降到4.2 K 的时候，水银的电阻突然变为零，这是第一次发现超导现象.注意观察，往往会得到意想不到的收获.2.超导现象：金属的电阻率随温度的降低而减小，有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率突然变为零.3.超导体：能够发生超导现象的物体.4.转变温度T C：材料由正常状态转变为超导状态的温度.5.超导体的特性超导材料的转变温度太低是目前应用超导体的主要障碍，但超导现象的研究将不断深入，以便使它有广泛的实际应用.（1）零电阻效应：在转变温度以下电阻等于零，一旦超导体中产生电流，将毫无衰减地保持电流大小不变.（2）抗磁性：磁感线不能进入超导体中，在一块铅板上放一个小磁铁，当铅板进入超导状态后，小磁铁就会悬浮起来，磁铁的磁感线被压缩在磁铁和铅板之间.“高温”是相对于液氦温度而言的.●高温超导人们发现一种合成材料——镧钡铜氧化物，其超导转变温度为35 K.把这类氧化物超导体称为高温超导体.●超导体的应用1.在强电方向，可用于远距离低耗输电、磁悬浮列车、大型电磁铁、超导电机、受控热核反应、超导储能等.2.在弱电方面，可用于制造超高速大型计算机、进行极高灵敏的电磁测量、人体脑磁场和心磁图的研究等.目前超导还不能广泛应用.。

《晶体管电路设计(上）》一、晶体管基础知识1. 晶体管的分类与结构晶体管是一种半导体器件，按照结构和工作原理的不同，可分为两大类：双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。

双极型晶体管包括NPN型和PNP型，而场效应晶体管主要包括增强型MOS管和结型场效应管。

2. 晶体管的工作原理（1）双极型晶体管（BJT）工作原理：当在基极与发射极之间施加适当的正向电压，基区内的少数载流子会增多，导致集电极与发射极之间的电流增大，从而实现放大作用。

（2）场效应晶体管（FET）工作原理：通过改变栅极电压，控制源极与漏极之间的导电通道，实现电流的放大。

3. 晶体管的特性参数（1）直流参数：包括饱和压降、截止电流、放大系数等。

（2）交流参数：包括截止频率、增益带宽积、输入输出阻抗等。

二、晶体管放大电路设计1. 放大电路的基本类型（1）反相放大电路：输入信号与输出信号相位相反。

（2）同相放大电路：输入信号与输出信号相位相同。

（3）电压跟随器：输出电压与输入电压基本相等。

2. 放大电路的设计步骤（1）确定电路类型：根据实际需求选择合适的放大电路类型。

（2）选择晶体管：根据电路要求，选取合适的晶体管型号。

（3）计算电路参数：包括偏置电阻、负载电阻、耦合电容等。

（4）电路仿真与调试：利用电路仿真软件进行仿真，并根据实际效果调整电路参数。

三、晶体管开关电路设计1. 开关电路的基本原理晶体管开关电路利用晶体管的截止和饱和状态，实现电路的通断控制。

当晶体管处于截止状态时，开关断开；当晶体管处于饱和状态时，开关闭合。

2. 开关电路的设计要点（1）选择合适的晶体管：确保晶体管在截止和饱和状态下都能满足电路要求。

（2）优化电路参数：合理设置驱动电流、开关速度等参数，以提高开关电路的性能。

（3）考虑开关损耗：在设计过程中，尽量降低开关过程中的能量损耗，提高电路效率。

《晶体管电路设计(上）》四、晶体管稳压电路设计1. 稳压电路的作用与分类稳压电路的主要作用是保证输出电压在一定范围内稳定不变，不受输入电压和负载变化的影响。

功率晶体管课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握功率晶体管的基本原理、结构和应用，培养学生分析问题和解决问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解功率晶体管的结构和原理；（2）掌握功率晶体管的工作特性；（3）熟悉功率晶体管的应用领域。

2.技能目标：（1）能够分析功率晶体管的工作原理；（2）能够运用功率晶体管解决实际问题；（3）能够进行功率晶体管的简单设计和优化。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对功率晶体管技术的兴趣和好奇心；（2）使学生认识到功率晶体管在现代科技中的重要性；（3）培养学生勇于探索、创新的精神。

二、教学内容根据课程目标，本节课的教学内容如下：1.功率晶体管的基本原理：介绍功率晶体管的工作原理，包括PN结的形成、载流子的运动和导电特性等。

2.功率晶体管的结构：讲解功率晶体管的常见结构类型，如NPN型、PNP型等，并分析各种结构的特点和应用。

3.功率晶体管的工作特性：阐述功率晶体管的导通和截止条件，分析其输出特性、输入特性和开关特性等。

4.功率晶体管的应用：介绍功率晶体管在电子设备中的应用领域，如放大器、开关电路、稳压器等，并分析实际应用中的关键参数。

三、教学方法为了提高教学效果，本节课采用以下教学方法：1.讲授法：讲解功率晶体管的基本原理、结构和应用，使学生掌握基础知识。

2.案例分析法：分析实际应用中的功率晶体管电路，让学生学会运用所学知识解决实际问题。

3.实验法：安排课后实验，让学生亲自动手操作，加深对功率晶体管的理解和掌握。

4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作能力和口头表达能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，如《功率晶体管原理与应用》。

2.参考书：提供相关领域的参考书籍，如《晶体管电路原理》。

3.多媒体资料：制作精美的PPT，生动展示功率晶体管的结构和原理。

4.实验设备：准备功率晶体管实验套件，让学生动手实践。