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三极管及放大电路基础教案

一、教学基本信息

课程名称：电子技术基础

授课对象：电子信息、电气自动化等相关专业大一/大二学生

授课时长：2课时（90分钟）

教学目标：

知识目标：掌握三极管的结构、分类、电流分配关系；理解放大电路的组成原则、静态工作点设置；熟悉共射极基本放大电路的工作原理及性能指标。

能力目标：能识别三极管引脚，分析共射极放大电路的信号放大过程；具备初步调试静态工作点的实操意识。

素养目标：培养严谨的电子电路分析思维，激发对电子技术实践的兴趣。

教学重难点：

重点：三极管的电流分配规律（I_E=I_B+I_C）；共射极放大电路的组成与信号放大原理。

难点：三极管放大的内部物理过程；静态工作点的作用及影响。

二、教学准备

教具：NPN型、PNP型三极管实物及模型；万用表、直流电源、示波器、电阻、电容等实验器材；PPT课件（含三极管结构动画、放大过程仿真视频）。

预习任务：让学生提前查阅三极管的基本定义，思考“为什么三极管能实现信号放大”。

三、教学过程设计

（一）导入新课（10分钟）

情境提问：展示收音机、音响等设备，提问“这些设备如何将微弱的电信号放大为可感知的声音信号？”引出核心元件——三极管。

回顾衔接：复习二极管的PN结特性（单向导电性），指出三极管是由两个PN结组成的半导体器件，为后续结构讲解铺垫。

（二）三极管基础认知（25分钟）

三极管的结构与分类

结构讲解：结合模型和动画，说明三极管由发射区（E）、基区（B）、集电区（C）及发射结（EB结）、集电结（CB结）组成；强调基区“薄、掺杂浓度低”，发射区“掺杂浓度高”，集电区“面积大”的结构特点。

分类介绍：按材质分为硅管、锗管；按结构分为NPN型（常用）、PNP型；展示实物，指导学生通过引脚标识（E、B、C）识别引脚。

三极管的电流分配关系（核心）

工作条件：明确发射结正偏（V_BE硅管≈0.7V，锗管≈0.2V）、集电结反偏是三极管放大的前提。

实验演示：搭建三极管共射极基本电路，用万用表测量I_B、I_C、I_E，记录数据并引导学生总结规律：

定量关系：I_E=I_B+I_C；

放大关系：I_C≈βI_B（β为电流放大系数，常用硅管β值为20-200）。

物理意义：基极电流I_B的微小变化，会引起集电极电流I_C的显著变化，体现“以小控大”的放大特性。

（三）基本放大电路组成与工作原理（30分钟）

共射极基本放大电路的组成

电路绘制：在黑板或PPT上绘制共射极放大电路（含三极管、直流电源V_CC、V_BB、集电极电阻R_C、基极电阻R_B、负载电阻R_L、耦合电容C1、C2）。

各元件作用：

三极管：核心放大元件，实现电流放大；

V_CC：为集电结提供反偏，为输出信号提供能量；

V_BB：为发射结提供正偏，设置基极偏置电流I_B；

R_B：调节基极电流I_B，设定静态工作点；

R_C：将集电极电流的变化转化为电压变化（U_CE=V_CC-I_CR_C）；

C1、C2：隔直耦合，隔离直流信号，传递交流信号，防止影响前后级电路。

放大电路的工作过程

静态分析：无输入信号（u_i=0）时，电路处于静态，各电极电流（I_BQ、I_CQ、I_EQ）和电压（U_BEQ、U_CEQ）为静态值，构成静态工作点Q。强调Q点的重要性：避免输出信号失真（若Q点过高，出现饱和失真；Q点过低，出现截止失真）。

动态分析：接入输入交流信号u_i后，信号传递过程：

u_i通过C1耦合至基极，使基极电流产生变化ΔI_B；

经三极管放大，集电极电流产生ΔI_C=βΔI_B；

ΔI_C通过R_C转化为电压变化ΔU_RC=ΔI_CR_C；

集电极与发射极之间的电压变化ΔU_CE=-ΔU_RC（负号表示输出与输入反相）；

ΔU_CE通过C2耦合输出，得到放大后的交流信号u_o。

仿真演示：播放Multisim仿真视频，直观展示u_i与u_o的波形对比（u_o幅度放大、相位相反），强化学生理解。

（四）课堂小结与实操指导（15分钟）

小结梳理：用思维导图总结核心知识点（三极管结构→放大条件→电流关系→放大电路组成→工作原理），强调重点和易错点（如PN结偏置方向、Q点与失真的关系）。

实操预告：指导学生分组熟悉实验器材，明确下节课实操任务（搭建共射极放大电路，测量静态工作点，观察输入输出波形）。

课堂提问：

三极管实现放大的两个关键条件是什么？

共射极放大电路中，输出信号与输入信号的相位关系如何？

若R_B阻值增大，静态工作点Q会如何变化？可能导致什么失真？

四、课后作业

理论题：已知某