电子技术第四版.docx
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电子技术第四版
编号:
LGJD-5/05-04流水号:
--
连云港市高级技工学校
理论课教案
(2011—2012学年第一学期)
课程名称电子技术基础
任课教师周敏
系部自动化
教案首页
授课形式
讲授
授课时数
2学时
授课日期
年月日第周
备案日期
授课章节
名称
第四章4-1正弦波振荡电路的基本原理
教学目的
和要求
知识
目标
了解振荡电路的组成
熟悉振荡的概念
知道自激振荡的条件
能力
目标
能判别电路能否产生振荡
教学重点
正弦波振荡电路产生振荡的条件
教学难点
自激振荡的建立及稳幅
教学方法
引导法、分析法
使用教具
无
课外作业
习题册4-1
课后体会
教学过程及教学内容
附记
【导入新课】
前面学期里我们学习了基于三极管的放大电路,一个放大器通常在输入端接上信号源的情况下才有信号输出。
今天我们将学习输入端没有接上信号源但也有一定频率和振幅的交流信号输出的电子电路,即振荡电路。
振荡电路既然不外接信号源,它的输入信号从何而来?
这就是本节要讨论的振荡电路能产生自激振荡的条件
【新授课】
4-1正弦波振荡电路的基本原理
一、概述
1、自激振荡
如果一个放大器在它的输入端不外接交流信号的情况下,把直流电源提供的能量转换一定频率和幅度的信号输出,这种现象就是放大电路的自激振荡。
2、关于振荡的说明
(1)在放大电路中,自激振荡将使它不能正常工作,因此要采用消振电路来破坏产生自激振荡的条件;
(2)在振荡电路中正是利用自激振荡而工作的,利用振荡特点制作信号发生器,应用各种需要产生振荡的电路中。
正弦波应用最为广泛。
3、振荡器与放大器的区别
振荡器不外加输入信号就有信号输出,而放大器的输入端都接有信号
源。
但是,振荡电路和放大电路的输出信号总是由输入信号引起的。
二、自激振荡电路的基本组成
举例介绍
教学过程及教学内容
附记
1、分析示意图
将输出信号通过反馈电路反馈到输入端,经过基本放大器,输出端将得到一个较大的输出信号。
反馈电压就可以代替外加输入信号电压,即除去信号源而接上反馈电压,输出电压仍保持不变。
这时,放大器就变成自激振荡器了。
特别指出:
要产生单一频率的正弦波还要在电路中选频电路
2、组成部分
放大电路、反馈电路和选频电路。
三、产生自激振荡的条件
1、振幅条件:
AF=1。
[讲解]为了使振荡电路维持振荡,必须保证反馈信号uf与输入信号ui大小相等。
由于放大电路的开环放大倍数A=u0/ui,反馈电路的系数F=uf/u0,AF=1。
振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
(2)相位条件:
,其中n是整数。
[讲解]为了保证输入信号与反馈信号相同,还应该让uf与ui相位相同。
即电路引入正反馈。
3.自激振荡的建立即稳幅
问题1:
如何起振?
(自激振荡的建立)
在自激振荡电路刚启动时保证|AF|>1即反馈信号uf应比输入信号ui的幅度要大,就可以建立自激振荡。
【讲解】]当振荡电路刚启动时,在电路中存在噪声即瞬态扰动,这些扰动可分解为各种频率的分量,其中也包括有fo分量,这时用电路中的选频网络把fo分量选出,把其他频率的分量衰减掉。
只有一种频率信号的通过放大---正反馈----放大,输出信号逐渐由小变大,这时反馈信号uf应比输入信号ui的幅度要大。
问题2:
如何让输出的正弦波稳幅?
【讲解】由于放大电路三极管是非线性器件,当振荡到一定程度后,三极管将进入非线性区,β将减小,A也会减小,当AF减小至1时,输出幅度既不增大也不减小即稳幅。
【小结】
1、何谓自激振荡。
2、正弦波振荡电路的组成
3、自激振荡的条件
【布置作业】习题册
讨论:
输出信号会不会无限增大呢?
教案首页
授课形式
讲授
授课时数
2学时
授课日期
年月日第周
备案日期
授课章节
名称
第四章正弦波振荡电路
4-2LC正弦波振荡电路
教学目的
和要求
知识
目标
了解LC振荡电路的组成
熟悉LC振荡电路的特点
知道LC振荡电路三种类型及特点
能力
目标
能判别LC正弦波振荡电路能否产生振荡
教学重点
LC正弦波振荡电路组成及特点
教学难点
分析LC正弦波振荡电路产生振荡的条件
教学方法
引导法、分析法
使用教具
无
课外作业
习题册4-2
课后体会
教学过程及教学内容
附记
【复习】
1.何谓自激振荡。
2.正弦波振荡电路的组成
3.自激振荡的条件
【新授课】
4-2LC正弦波振荡电路
一、应用场合及分类
产生1MHZ以上的高频振荡信号。
常用的有变压器反馈式、电感三点式、电容三点式。
共同特点用LC并联谐振电路作为选频网络。
由于高频运放价格较高,所以一般用分立元件组成放大电路。
二、电路分析
1、基本电路
4-2-
(1)
LC选频网络为LC并联谐振电路,其电路图如图4-2-1所示。
该电路对不同频率的信号呈现不同的阻抗。
当电路发生在谐振时f=f0,等效电阻最大且呈纯电阻特性,相移为0。
当f〈f0时,LC并联谐振电路呈感性;当f〉f0时,LC并联谐振电路呈容性。
谐振频率为
。
三、LC振荡电路实例
1、变压器反馈式LC振荡电路
举例介绍
教学过程及教学内容
附记
电路组成:
基本放大电路V及偏置电阻R1、R2、R3由构成,选频网络由LC谐振电路构成,正反馈电路由变压器的次级线圈N2和C1构成,振荡电路由N3向RL提供正弦波振荡信号。
当电路频率等于LC并联电路的谐振频率f0时,电路满足相位条件,即存在正反馈。
【补充同名端的概念】利用同名端的概念判断正反馈。
uB↑→uC↓→uL1↓→uL2↓→uB↑
可见,反馈使基极电位进一步提高,所以为正反馈。
存在放大电路,满足振幅条件,可以起振。
谐振频率
。
变压器反馈反馈式振荡电路特点:
电路容易起振,频率调节方便、频率不高、输出波形不好。
2、电感三点式振荡电路
电路组成:
R1、R2、R3为电路提供设某稳定的静态工作点,L1、L2与C构成振荡电路的选频电路.
三极管工作于选频放大放大状态,满足幅度条件。
讨论:
输出信号会不会无限增大呢?
教学过程及教学内容
附记
用瞬时极性法判断存在正反馈,满足相位条件。
谐振频率
。
电路特点:
容易起振、调节频率、工作频率不高、波形较差、且频率稳定度不高。
3、电容三点式LC振荡电路
电路组成:
三极管及偏置电路构成了基本放大电路,在集电极RC,用以提供电极直流通路。
C1、C2、L构成了LC选频电路;正反馈信号取自电容C2的两端。
用瞬时极性法判断存在正反馈,存在基本放大电路,能起振。
振荡电路的振荡频率等于LC电路的谐振频率,即
谐振频率
。
电容三点式振荡电路的特点:
输出波形不好、振荡频率较高、适合产生固定频率的信号。
教学过程及教学内容
附记
四、实际应用电路
图略(见教材p80图4-10LJ1-24型半导体接近开关电路原理)
1、电路组成由振荡电路、开关电路和输出电路三部分,LC振荡器是接近开关的主要部分。
2、原理分析
当无金属移近开关的感应头时,振荡电路维持正常的振荡状态,此时V3管无电流输出,继电器线圈KA不得电。
当有金属体移近开关的感应头时,金属体内高频变化的磁场产生感应电流,由于感应电流(涡流)的去磁作用,使线圈间的磁藕合大为减弱,L2上的反馈电压也大为减弱,因而振荡电路被迫停振,L3上无交流输出,V2截止,V3管饱和导通,输出端的负载继电器线圈得电,从而控制电路的状态。
【小结】
1、LC振荡电路类型。
2、LC正弦波振荡电路特点
【布置作业】习题册4-2
教案首页
授课形式
讲授
授课时数
2学时
授课日期
年月日第周
备案日期
授课章节
名称
第四章正弦波振荡电路
4-3RC正弦波振荡电路
教学目的
和要求
知识
目标
了解RC振荡电路的组成
熟悉RC振荡电路的特点
知道RC振荡电路三种类型及特点
能力
目标
能判别RC正弦波振荡电路能否产生振荡
教学重点
RC正弦波振荡电路组成及特点
教学难点
分析RC正弦波振荡电路产生振荡的条件
教学方法
引导法、分析法
使用教具
无
课外作业
习题册4-3
课后体会
教学过程及教学内容
附记
【复习】
1、LC振荡电路类型。
2、LC正弦波振荡电路特点
【新课导入】
LC正弦波振荡电路一般用来产生频率为几百千赫兹的信号,如果要产生几千赫兹或更低频率的信号时,L和C的取值就会相当大,而大电感、大电容的制作比较困难,且成本高。
RC正弦波振荡电路则显的方便经济。
【新授课】
4-3RC正弦波振荡电路
一、RC桥式振荡电路的组成
用运放组成的RC振荡器如图4.18所示。
放大电路由集成运放组成,R2和R1构成负反馈支路,RC组成串并联选频网络并实现正反馈。
二、RC串并联网络的选频特性
当输入信号的频率越低时,输出信号的幅值越大,且UF比U0的相位越超前,在频率接近0时,相位接近与+90度。
当输入信号的频率越高时,输出信号的幅值也越小,且UF比U0的相位滞后,在频率接近无穷大,相位接近与-90度。
很显然,在中间必然存在某一频率点,在该频率点上,输出电
教学过程及教学内容
附记
压幅度最大,相移为0°
三、振荡的条件判断及振荡频率
1、振荡条件判断
放大电路由集成运放组成,R2和R1构成负反馈支路,RC组成串并联选频网络并实现正反馈。
该电路满足自激振荡的相位条件和振幅条件,能够振荡。
2、振荡频率
输出正弦波的频率即为选频电路的谐振频率:
调节R或C即可调节输出正弦波的频率。
四、稳幅措施
在实际应用电路中,通过R2和R1为电路引入电压串联负反馈,达到降低放大倍数,稳定输出幅度的目的。
五、正弦波发生器的应用举例
电子琴的原理电路图如图4.21所示,它实际上是频率可调的正弦波发生器。
输出波形的频率为
,这样,每按下电子琴的一个琴键,改变的是电阻R2的电阻值,从而输出正弦波的频率也会改变。
教学过程及教学内容
附记
【小结】
1、RC桥式振荡电路结构及振荡判断
2、RC正弦波振荡电路特点
【布置作业】习题册4-3
授课形式
讲授
授课时数
2学时
授课日期
年月日第周
备案日期
授课章节
名称
第四章正弦波振荡电路
4-4石英晶体振荡电路
教学目的
和要求
知识
目标
掌握石英晶体振荡电路的基本电路形式及其工作原理
能力
目标
学生能够应用
教学重点
石英晶体振荡电路的基本电路形式及其工作原理
教学难点
石英晶体振荡电路的基本电路形式及其工作原理
教学方法
引导法、分析法
使用教具
无
课外作业
习题册4-4
课后体会
备注
教学过程及教学内容
附记
【复习】
RC正弦波振荡电路特点
【新课导入】
随着电子技术的发展,需要频率十分稳定的信号作为时间基准或频率标准,石英晶体振荡器可以产生高精度和高稳定度的正弦波信号,该信号广泛用于脉冲计数器、电子钟、计算机中的时钟信号发生器等各类频率稳定要求高的电子设备中。
【新授课】
4-4石英晶体振荡电路
一、石英晶体谐振器
1.结构和符号
化学成分:
SiO2
结构:
符号:
2.压电效应
压电谐振:
外加交变电压的频率等于晶体固有频率时,机械振动幅度急剧加大的现象。
形变
形变机械振动
外力
教学过程及教学内容
附记
3.等效电路
Co—晶片静态电容(几至几十皮法)
Lq—晶体的动态电感(10-3~102H)(大)
Cq—晶体的动态电容(小于0.1pF)(小)
rq—等效摩擦损耗电阻(小)
4.频率特性和谐振频率
二、石英晶体振荡电路
1.串联型
f=fs,晶体呈纯阻
2.并联型
fs 【小结】 石英晶体振荡电路特点 【布置作业】习题册4-4 授课形式 讲授 授课时数 2学时 授课日期 年月日第周 备案日期 授课章节 名称 5-1单相整流电路 教学目的 和要求 知识 目标 1、掌握二极管单相半波、单相全波、单相桥式整流结构及电路工作原理 2、了解电路输入、输出波形的特点 3、电路的简单计算。 能力 目标 1、学会电路装接接,会用示波器观察电路的输入、输出波形。 2、学会计算电路的输出电压和电流。 3、通过学习,培养学生的自学能力、观察能力,形成积极的学习习惯。 4、通过学习,培养分析问题的能力、协作和互助能力、交际和交流能力。 教学重点 (1)学会电路装接接,会用示波器观察电路的输入、输出波形。 (2)学会计算电路的输出电压和电流。 教学难点 掌握电路的简单计算,学会用示波器观察信号波形。 教学方法 行为导向教学法、引导法、演示法、讲授、实验 使用教具 电工电子实验室、示波器、万用表 课外作业 习题册 课后体会 备注 教学过程及教学内容 附记 【复习提问】 1、半导体类型有哪些? 2、P,N型半导体中大量载流子各是什么? 3、什么是二极管的伏安特性? 【引入新课】 由二极管的特性运用,引入到本课。 【新授课】 电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载 直流电源的组成 将交流电变换为直流电的过程叫做整流,进行整流的设备叫做整流器,整流器一般由三部分组成。 (1)整流变压器: 把输入的交流电压变为整流电路所要求的交流电压值。 (2)整流电路: 由整流器件组成,它把交流电变换成方向不变但大小随时间变化的脉动直流电。 (4)滤波电路: 把脉动的直流电变换为平滑的直流电供给负载。 (5)稳压: 电源电压波动或负载发生变化时保持稳定。 在整流器后面带有稳压电路以获得较稳定直流电的电源,称为直流稳压电源。 §5-l单相整流电路 一、单相整流电路 将交变电流变换成单方向脉动电流的过程。 单相半波,单相全波,单相桥式整流。 1、单相半波整流电路 (1)电路组成及工作原理 利用二极管的单向导电性,在变压器副边电压U2为正的半个周期内,二极管正向偏置,处于导通状态,负载 上得到半个周期的直流脉动电压和电流;而在U2为负的半个周期内,二极管反向偏置,处于关断状态,电流基本上等于零。 由于二极管的单向导电作用,将变压器副边的交流电压变换成为负载 两端的单向脉动电压,达到整流目的,其波形如图4-1-1(b)。 因为这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载,所以称为单相半波整流电路。 个别回答 教师完成 有关知识的讲解 能根据电路结构分析电路的工作原理 教学过程及教学内容 附记 (a)(b) 图5-1-1单相半波整流电路 (2)主要参数: 输出电压平均值: U0=0.45U2 整流二极管正向平均电流ID(AV): 最大反向电压URM: (3)整流二极管的选择 实际选择二极管时,IFM≧IF,URM≧Urm (4)电路特点 电路结构简单,使用器件少,但输出电压脉动大,且电源利用率低,一般应用在一些简单的充电电路中。 2、单相桥式整流电路: (1)电路组成及工作原理: 由图可看出,电路中采用四个二极管,互相接成桥式结构。 利用二极管的电流导向作用,在交流输入电压U2的正半周内,二极管D1、D3导通,D2、D4截止,在负载RL上得到上正下负的输出电压;在负半周内,正好相反,D1、D3截止,D2、D4导通,流过负载RL的电流方向与正半周一致。 因此,利用变压器的一个副边绕组和四个二极管,使得在交流电 结合学生实验操作图示分析原理 学生能由电路分析出电路的工作状态 教学过程及教学内容 附记 源的正、负半周内,整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。 (2)主要参数计算 U0=0.9U2 IL=UL/RL IF=0.5IL URRM= U2 (3)整流二极管的选择 实际选择二极管时,IFM≧IF,URM≧URm (4)电路特点 桥式整流电路与单相半波整流电路相比,其明显的优点是输出电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向电压较低,并且因为电源变压器在正负半周内都有电流流过,所以变压器绕组中流过的是交流,变压器的利用率高。 在同样输出直流功率的条件下,桥式整流电路可以使用小的变压器,因此,这种电路在整流电路中得到广泛应用。 【小结】本次课通过大家先动手实验,后分析讲解,同学们要注意实验现象的出现和变化,注意思考原因,学会分析问题和解决问题的方法。 【布置作业】习题册 能根据电路结构分析电路的工作原理 能由电路分析出电路的工作状态 授课形式 讲授 授课时数 2学时 授课日期 年月日第周 备案日期 授课章节 名称 5-3滤波电路 教学目的 和要求 知识 目标 1、掌握电容滤波电路的基本形式 2、了解滤波电路的工作原理及滤波电容的选用原则 能力 目标 1、通过学习,培养学生的自学能力、观察能力,形成积极的学习习惯。 2、通过学习,培养分析问题的能力、协作和互助能力、交际和交流能力。 教学重点 滤波电路的工作原理 教学难点 滤波电容的选用原则 教学方法 行为导向教学法、引导法、演示法、讲授、实验 使用教具 电工电子实验室、示波器、万用表 课外作业 习题册 课后体会 备注 教学过程及教学内容 附记 【复习提问】 各种单相整流电路的组成及工作原理 【引入新课】 交流电经整流虽已转变成脉动直流电,但含有较大的交流分量,这种不平滑的直流电仅能在电镀、电焊、蓄电池充电等要求不高的设备中使用,不能适应大多数电子电路和设备的需要。 为了得到平滑的直流电,一般在整流电路之后需接入滤波电路,把脉动直流电的交流成分滤掉。 【新授课】 5-3滤波电路 一、电容滤波电路 1、电路组成和工作原理: VC=Q/C,电容器是一个储藏电荷的元件,有了电荷,电容器两端就出现了一定的电压,只有改变电荷,才能改变VC,Q的改变,是由充放电实现的,充放电时间常数大,电容上电压变化就慢,所以VC交流分量小。 见图10.1.4 导通过程: RL未接入,设vC(0)=0 v2+→D1、D3导→给C充电 v2-→D2、D4导→给C充电 τc=RintC,vC=√2V2 ∵该vC对D来说为反向电压, C无放电回路,故输出电压保持在√2V2 接入RL,v2从0↑ C在未接RL前充电至vC=√2V2 ∴开始,v2 τd=RLC,vC按指数规律下降, τ充=(RL//Rint)C≈RintC(RL>>Rint) τ放=RLC τ充<τ放 波形图如10.1.5所示: 2、.有关参数计算 例5-5在单相桥式电容滤波整流中,若要求直流输出电压6V,负载电流为60mA,试选择合适的整流二极管及滤波电容。 解: (1)选二极管 变压器副边电压: 流过每只二极管的电流平均值: 每只二极管承受的最高反向电压: 选二极管应满足: IFM(23)IF, 结合学生的实验情况总结 分析 结合学生的试验情况分 教学过程及教学内容 附记 可选: 2CZ82A(IF=100mA,URM=25V) (2)选滤波电容 电容的耐压: 因IL=60mA 可选: 200F,耐压50V的电解电容 3.电容滤波特点: (1)二极管的导电角θ<π,流过二极管的瞬时电流很大 (2)VL平均↑→纹波↓(交流成分↓),且RLC↑→放电慢→纹波↓→VL↑ (3)负载直流电压随负载电流增加而减小。 VL随IL的变化关系称为输出特性或外特性,如图10.1.6所示。 (4)电容滤波电路适用于负载电流较小的场 合 二、电感滤波 整流后的输出电压: 直流分量被电感L短路,交流分量主要降在L上 负载电流越大,电感量越大,滤波效果越好 三、复式滤波电路 1、.LC-Г型滤波电路 2、型滤波 教学过程及教学内容 附记 四、电子滤波电路 RC-π型滤波电路中,R越大,滤波效果越好,但同时在R上产生的电压损失也越大。 当三极管工作在放大状态时,c与e间的直流电阻RCE较小,而交流电阻rce却很大。 若用三极管代替电阻R,可解决电压损失与滤波的矛盾。 ——电子滤波电路 应用: 整流电流不很大,但滤波效果要求高的场合。 【小结】 滤波电路的特点 【布置作业】习题册 授课形式 讲授 授课时数 2学时 授课日期 年月日第周 备案日期 授课章节 名称 5-4稳压电路 教学目的 和要求 知识 目标 1、掌握带放大环节的串联稳压电路的组成、稳压原理 2、能计算输出电压的调节范围 能力 目标 1、通过学习,培养学生的自学能力、观察能力,形成积极的学习习惯。 2、通过学习,培养分析问题的能力、协作和互助能力、交际和交流能力。 教学重点 带放大环节的串联稳压电路的组成、稳压原理 教学难点 能计算输出电压的调节范围 教学方法 行为导向教学法、引导法、演示法、讲授、实验 使用教具 电工电子实验室、示波器、万用表 课外作业 习题册 课后体会 备注 教学过程及教学内容 附记 【复习提问】 滤波电路的组成及工作原理 【引入新课】 交流电经整流、滤波后已经变成比较平滑的直流电,但还不够稳定,如果电源电压波动或负载发生变化时,输出直流电压也随着变化。 为了获得稳定性好的直流电源,在整流滤波之后还要接入稳压电路。 【新授课】 5-4稳压电路 由于电网电压波动或负载变化,输出直流电压也随之会发生变化。 一、稳压二极管的工作特性和主要参数 1、工作特性 稳压原理: 反向电流在很大范围内变化时,其两端电压却基本保持不变。 为什么普通二极管不允许工作在反向击穿区,而稳压二极管却工作在该区? 因为
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- 电子技术 第四