电子技术电工电子技术(第3版).ppt

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1、第三部分第三部分 电子技术电子技术本部分课程内容主要是学习本部分课程内容主要是学习电子电路电子电路的基本知识和基本的基本知识和基本技能，为学习本专业后续课程及今后从事岗位技术工作打技能，为学习本专业后续课程及今后从事岗位技术工作打下基础。下基础。重视实验重视实验 重视工程实践能力的培养。重视工程实践能力的培养。模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术电电子子技技术术电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的技术电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的技术科学。科学。1第六章第六章 常用半导体器件常用半导体器件PN结的单向导电性结的单向导电性绝缘栅场效应管的特点绝缘栅场效应管的特点晶体

2、管的电流放大作用、特性、参数和分析方法晶体管的电流放大作用、特性、参数和分析方法二极管的伏安特性、参数和分析方法二极管的伏安特性、参数和分析方法主要内容主要内容注意注意:从从“使用使用”的角度出发，了解半导体器件的外的角度出发，了解半导体器件的外部特性，学习使用方法。部特性，学习使用方法。26-1 PN结的单向导电性结的单向导电性PN结是构成各种半导体器件的基础结是构成各种半导体器件的基础与核心与核心PN结最基本、最主要的性质是结最基本、最主要的性质是一一.半导体的导电特性半导体的导电特性单向导电性单向导电性搀杂性搀杂性在纯净的半导体材料中在纯净的半导体材料中,掺入微量的某些元素掺入微量的某些

3、元素(例如百万例如百万分之一分之一),就可以使其导电能力增加几十万乃至几百万倍。就可以使其导电能力增加几十万乃至几百万倍。硅、锗、硒和砷化镓及其它金属氧化物、硫化物等。硅、锗、硒和砷化镓及其它金属氧化物、硫化物等。常用的半导体材料常用的半导体材料导电能力介于导体和绝缘体之间。导电能力介于导体和绝缘体之间。热敏性、光敏性、磁敏性热敏性、光敏性、磁敏性等。等。性质性质3硅（硅（Si）和锗（）和锗（Ge）(一一)本征半导体本征半导体共价键结构共价键结构本征半导体本征半导体 高度纯净、晶体结构完整、排列整齐高度纯净、晶体结构完整、排列整齐的半导体的半导体空间三维菱形结构空间三维菱形结构SiSiSiSi

4、SiSiSiSiSi平面图表示平面图表示4价元素价元素 4(二二)本征激发本征激发 本征半导体导电特性本征半导体导电特性（1）本征激发本征激发 环境温度升高，半导体受到热激发产生。环境温度升高，半导体受到热激发产生。两种载流子两种载流子自由电子自由电子 带负电带负电空穴空穴 带正电带正电电子空穴对电子空穴对(2)电子和空穴都可以在电场的作用下定向运动电子和空穴都可以在电场的作用下定向运动,形成形成电流。电流。具有两种载流子是半导体材料导电性能的重要特征。具有两种载流子是半导体材料导电性能的重要特征。(3)在常温下在常温下,本征激发产生的电子空穴对浓度低本征激发产生的电子空穴对浓度低,半半导体的

5、导电能力差。随着外界温度的升高，电子空导体的导电能力差。随着外界温度的升高，电子空穴对浓度增大，半导体的导电能力相应增加。穴对浓度增大，半导体的导电能力相应增加。5二二.两种杂质半导体两种杂质半导体根据掺入杂质的不同，杂质半导体有两种。根据掺入杂质的不同，杂质半导体有两种。在本征半导体中掺入某些微量杂质元素在本征半导体中掺入某些微量杂质元素,即可使其导电即可使其导电能力显著增强，这种半导体称为能力显著增强，这种半导体称为杂质半导体。杂质半导体。（一）（一）N型半导体型半导体掺入掺入5价微量元素价微量元素,如磷如磷(P),形成形成N型半导体。型半导体。电子载流子电子载流子 多数载流子多数载流子空

6、穴载流子空穴载流子 少数载流子少数载流子在在N型半导体中型半导体中电子电子载流子载流子 浓度极高，而由本征激发浓度极高，而由本征激发产生的产生的空穴空穴载流子浓度低，二者相差十分悬殊。载流子浓度低，二者相差十分悬殊。6（二）（二）P型半导体型半导体掺入微量掺入微量3价元素价元素 如硼如硼(B),),形成形成P型半导体。型半导体。电子载流子电子载流子 少数载流子少数载流子空穴载流子空穴载流子 多数载流子多数载流子在在P型半导体中型半导体中空穴空穴载流子载流子 浓度极高，而由本征激发浓度极高，而由本征激发产生的产生的电子电子载流子浓度低，二者相差十分悬殊。载流子浓度低，二者相差十分悬殊。三三.PN

7、结的单向导电性结的单向导电性用专门的制造工艺在同一块半导用专门的制造工艺在同一块半导体晶片上体晶片上,在一侧形成在一侧形成 P型半导体型半导体 区区,另另一侧一侧N型半导体区型半导体区,在这两个在这两个区的交界处就形成了一个区的交界处就形成了一个PN 结。结。pNPN结结PN结呈现高阻状态结呈现高阻状态7(一一)外加外加正偏电压正偏电压 P区接电源正极区接电源正极,N区接电源负极。区接电源负极。PN结的单向导电性结的单向导电性外加不同极性的电压时外加不同极性的电压时,PN结的导电能力相差极为悬殊。结的导电能力相差极为悬殊。IFPN结呈现低电阻，在外电路产生很大的正向电流结呈现低电阻，在外电路产

8、生很大的正向电流IF。正向导通电流正向导通电流 P区区N区。区。PN结处于正向导通状态。结处于正向导通状态。PNE8（二）（二）外加外加反偏电压反偏电压 P区接电源负极区接电源负极,N区接电源正极。区接电源正极。PN结在反偏电压作用下，形成反向电流结在反偏电压作用下，形成反向电流R。但此时。但此时PN结呈现极高电阻，反向电流结呈现极高电阻，反向电流R 0。PN结截止。结截止。IR0注意：注意：反向电流反向电流IR对温度变化敏感，温度增高对温度变化敏感，温度增高,IR显著加大。显著加大。EPN9一一一一.二极管的基本结构二极管的基本结构二极管的基本结构二极管的基本结构6-2 半导体二极管半导体二

9、极管阳极阳极阴极阴极VDP N阳极阳极阴极阴极几种二极管的外形几种二极管的外形塑料封装塑料封装小功率二极管小功率二极管金属封装金属封装大功率二极管大功率二极管10 阳极引线阳极引线阴极引线阴极引线PN结结N型锗片型锗片金属铝触丝金属铝触丝点接触型二极管点接触型二极管特点特点:结面积小结面积小,能够承受的电压较低能够承受的电压较低,只允许通过较只允许通过较小的正向电流。小的正向电流。工作频率高，可达工作频率高，可达100MHz以上。以上。二极管按结构分类二极管按结构分类多用于小功率整流、通讯技术中的检波、数字电路中多用于小功率整流、通讯技术中的检波、数字电路中的开关元件。的开关元件。国产检波二极

10、管国产检波二极管2AP系列和开关二极管系列和开关二极管2AK系列。系列。11面接触型二极管面接触型二极管底座底座金锑合金金锑合金N型硅片型硅片铝合金小球铝合金小球PN结结阳极引线阳极引线阴极引线阴极引线特点特点:结面积大结面积大,允许通过允许通过工作频率低。工作频率低。多用于低频整流。多用于低频整流。国产硅二极管国产硅二极管2CP系列和系列和2CZ系列。系列。较大的正向电流。较大的正向电流。新型片状二极管新型片状二极管注意：使用二极管首先要认清它的正负极，外加电注意：使用二极管首先要认清它的正负极，外加电压的极性不能接错。压的极性不能接错。12二二.二极管的伏安特性二极管的伏安特性流过流过 二

11、极管的电流与其端电压的关系二极管的电流与其端电压的关系(一一)正向特性正向特性二极管阳极（二极管阳极（P区）接电源正极，阴极（区）接电源正极，阴极（N区）接电源负区）接电源负极。极。控制死区控制死区200100300-0.010.30.6-25-50I/mAU/V0+U II=f（U）。）。死区电压死区电压 硅管硅管 0.40.5V 锗管锗管 0.2V左右左右正常工作时的正偏电压正常工作时的正偏电压硅管硅管 0.60.7V锗管锗管 0.3V左右左右13(二二)反向特性反向特性反向特性反向特性0-0.01200I/mAU/V1003000.30.6-25-50AB二极管阳极（二极管阳极（P区）接

12、电源负极，阴极（区）接电源负极，阴极（N区）接电源正区）接电源正极。极。U I+反向击穿反向击穿 AB段段 失去单向导电性失去单向导电性造成二极管永久性损坏造成二极管永久性损坏反向饱和电流反向饱和电流 少子形成少子形成 越小越好越小越好对温度变化十分敏感。对温度变化十分敏感。14锗管的伏安特性锗管的伏安特性0I/mAU/V0.20.4 40 80510150.10.2锗锗二级二级管的伏安特性管的伏安特性控制死区控制死区200100300-0.010.30.6-25-50I/mAU/V0AB硅二极管的伏安特性硅二极管的伏安特性15PNPN结加正偏电压：结加正偏电压：PN结所处的状态称为结所处的状

13、态称为正向导通。正向导通。特点：特点：PN结正向电流大，结正向电流大，PN结电阻小结电阻小,管压降低管压降低U0。相当于开关闭合。相当于开关闭合。PNPN结加反偏电压：结加反偏电压：PN结所处的结所处的状态称为状态称为反向截止。反向截止。特点：反向饱和电流极小，近似为特点：反向饱和电流极小，近似为零。零。PN结电阻极大结电阻极大,近似为近似为。相当于开关断开。相当于开关断开。三三.理想二极管理想二极管 PN结的单向导电性结的单向导电性+-U+-UIU0理想二极管理想二极管伏安特性伏安特性16四二极管的使用知识四二极管的使用知识（一）国产二极管的型号命名国产二极管的型号命名由五部分组成由五部分组

14、成第一部分第一部分 阿拉伯数字阿拉伯数字“2”，表示二极，表示二极管管第二部分第二部分 汉语拼音字母，表示二极管的材料和极性汉语拼音字母，表示二极管的材料和极性A N型锗材料型锗材料BP型锗材料型锗材料C N型硅材料型硅材料BP型硅材料型硅材料第三部分第三部分 汉语拼音字母，表示二极管的类型汉语拼音字母，表示二极管的类型 例如是例如是P普通管（小信号管）、普通管（小信号管）、Z是整流管、是整流管、W是稳是稳压管、压管、K是开关二极管等是开关二极管等17第四部分第四部分 汉语拼音字母，表示二极管的序号汉语拼音字母，表示二极管的序号不同序号二极管的特性和参数不同不同序号二极管的特性和参数不同第五部

15、分第五部分 汉语拼音字母，表示二极管的规格号汉语拼音字母，表示二极管的规格号不同规格号的二极管只是个别参数有所不同不同规格号的二极管只是个别参数有所不同型号举例型号举例2AP12AP10 2CZ53 2CZ57（二）（二）二极管的主要参数二极管的主要参数表示二极管的特性表示二极管的特性是选择和正确使用二极管的依据是选择和正确使用二极管的依据181.最大整流电流最大整流电流IF2.最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。流过二极管的最大正向平均电流。实际使用中实际使用中,工作电流超过最大整流电流工作电流超过最大整流电流IF,将

16、使管子将使管子温升过高温升过高,烧坏烧坏PN结。结。以上两个参数表示二极管承受正向导通电流和反向以上两个参数表示二极管承受正向导通电流和反向电压的能力，从使用的角度出发，应该越大越好。电压的能力，从使用的角度出发，应该越大越好。2.最高反向工作电压最高反向工作电压UR3.它是保证二极管不被反向击穿所能承受的反向峰它是保证二极管不被反向击穿所能承受的反向峰值电压。值电压。一般是反向击穿电压的一半左右一般是反向击穿电压的一半左右。193.最大反向电流最大反向电流IRM4.它是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电它是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值，流值，IRM越小越小,二极管的单向导电

17、性越好。二极管的单向导电性越好。产品举例产品举例2AP8 N型锗材料，普通管（点接触型）。型锗材料，普通管（点接触型）。IF=35mA UR=10V 最高工作频率最高工作频率f=150MHz 主要用于检波和小功率整流。主要用于检波和小功率整流。2CZ53M N型硅材料，整流二极管（面接触型）。型硅材料，整流二极管（面接触型）。IF=0.3A UR=100V UF 1V 最高工作频率最高工作频率f=1kHz 20选用二极管的原则选用二极管的原则 要求正向平均电流大、反向工作电压高、反向电流小且要求正向平均电流大、反向工作电压高、反向电流小且热稳定性好（如整流电路中的二极管），以选用面接触热稳定性

18、好（如整流电路中的二极管），以选用面接触型硅二极管为好，如型硅二极管为好，如2CZ、2DZ系列产品。系列产品。要求正向平均电流小、但要求工作频率高且正向导通电要求正向平均电流小、但要求工作频率高且正向导通电压较低（如检波、小功率整流电路中的二极管），宜选压较低（如检波、小功率整流电路中的二极管），宜选用点接触型锗二极管，如用点接触型锗二极管，如2AP系列产品。系列产品。例题例题 例题例题6-1IVDE1E2RE1=12V、E2=4V、R=4k，判断二极管导通还是截止，判断二极管导通还是截止，计算电流计算电流I。21解：判断二极管是否导通的方法解：判断二极管是否导通的方法VD接入后，正向偏置，导

19、通。接入后，正向偏置，导通。断开二极管断开二极管,分别计算阳极与阴极接线端的电位分别计算阳极与阴极接线端的电位VA和和VB。若若VAVB，接入二极管后导通。若，接入二极管后导通。若VAVB，则接入，则接入二极管后截止。二极管后截止。电位电位 VA=E1=12VVB=E2=4VE2E1RBA以两个电源的公共点作为电位参考点以两个电源的公共点作为电位参考点VD作为理想二极管处理作为理想二极管处理E2E1RBAI22五五.二极管应用电路举例二极管应用电路举例（一）整流（一）整流 将交流电转换为脉动的直流电将交流电转换为脉动的直流电tu0tu0(二二)箝位箝位与隔离与隔离箝位箝位 利用二极管的正向导通

20、作用将电路中某点电位利用二极管的正向导通作用将电路中某点电位强行固定为某一确定值强行固定为某一确定值隔离隔离 利用二极管的反向截止作用割断两部分电路之利用二极管的反向截止作用割断两部分电路之间的联系间的联系23(1)VA=VB=0V；(2)VA=+3V、VB=0V；(3)VA=+3V、VB=+3V；例题例题 例题例题6-2分别计算以下三种情况下的分别计算以下三种情况下的Y点电位点电位VY和电流和电流IA、IB、IR。（1）VA=VB=0VVDA和和VDB均承受正偏电压导通均承受正偏电压导通,YY=0V。Y点电位被钳制为零点电位被钳制为零箝位。箝位。解：解：VDA和和VDB均作为理想二极均作为理

21、想二极管处理。管处理。电流电流AR=3.9k12VIRIAIBYVDAVDB24（2）VA=+3V、VB=0VDVB承受的正偏电压高，率先承受的正偏电压高，率先导通，使得导通，使得VY=0V。IA=0电流电流R=3.9k12VABIRIAIBYVDAVDB3V箝位作用箝位作用VY=0V,使使VDA反偏、截止，反偏、截止，使输入端使输入端A与输出端与输出端Y断开、断开、隔离隔离二极管的二极管的隔离隔离作用。作用。25（3）VA=VB=+3VDVA和和DVB承受相同的承受相同的正偏电压同时导通正偏电压同时导通Y点电位点电位 VY=+3V电流电流（三）限幅（三）限幅 限制输出电压的幅度限制输出电压的

22、幅度IRIAIBR=3.9k12VABYVDAVDB3V26例题例题6-3 电路电路和输入信号和输入信号u ui i波形波形如图所示如图所示,对应画出输出对应画出输出信号信号u uo o波形。波形。解：解：当当u ui i Us时，时，VD正偏正偏导通，等效电路如图示。导通，等效电路如图示。+uiuoRVD+Us输出输出uo=Us，被限幅，被限幅tUsui0UmtUsuo0uo+uiRVD+Us27+uiuoRVD+UstUsuo0tUsui0Um当当u ui i Us时，时，VD反偏截止，等效电路如图示。反偏截止，等效电路如图示。+uiuoRVD+Us输出输出u uo o=u ui i286

23、-3 稳压二极管稳压二极管稳压二极管的作用和特点：利用反向击穿特性实现稳稳压二极管的作用和特点：利用反向击穿特性实现稳定电压的作用。定电压的作用。工作在反向击穿状态工作在反向击穿状态 使用时，必须在电路中加入使用时，必须在电路中加入限流电限流电阻阻，使流过稳压二极管的电流数值在允许的范围内。使流过稳压二极管的电流数值在允许的范围内。用特殊工艺制作的面接触型硅半导体二极管。用特殊工艺制作的面接触型硅半导体二极管。特殊二极管特殊二极管 发光二极管、光电二极管、发光二极管、光电二极管、稳压二极管稳压二极管等。等。U0I伏安特性曲线伏安特性曲线工作在反向击穿状态。工作在反向击穿状态。阳极阳极阴极阴极V

24、DZ+-图形符号图形符号U29U0I一一.稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数稳压二极管的反向击穿特稳压二极管的反向击穿特性十分陡直性十分陡直,当电流在大范当电流在大范围内变化围内变化(IZ),对应的电对应的电压压(UZ),变化很小。变化很小。AUZIZ1.稳定电压稳定电压UZ反反向向击击穿穿区区正正常常工工作作范范围围内内某某一一确确定定点点(如如A点点)所对应的端电压。所对应的端电压。不同型号的稳压管具有不同的稳压值不同型号的稳压管具有不同的稳压值,同一型号稳压管同一型号稳压管的稳压值也略有差别。的稳压值也略有差别。如如2CW58稳定电压是反向电流为稳定电压是反向电流为5mA时所对应的

25、端电压时所对应的端电压此时此时UZ=9.210.5V30 2.2.最大耗散功率最大耗散功率PZM和最大稳定电流和最大稳定电流IZmax稳压管正常工作时允许消耗的最大功率稳压管正常工作时允许消耗的最大功率PZM=UZIZmax PZM由由最大稳定电流最大稳定电流IZmax决决定定,使用中不得超过。使用中不得超过。如如2CW58 IZmax=23mAPZM=UZIZmax=10.50.023=0.24W (0.25W)U0AIUZIZmax实际工作时，稳压管消耗的功率超过实际工作时，稳压管消耗的功率超过PZM 将使稳压管温升过高将使稳压管温升过高,造成永久性损坏造成永久性损坏。+-UZIZ313.

26、动态电阻动态电阻rz衡量稳压管稳压性能优劣的指标之一。衡量稳压管稳压性能优劣的指标之一。rz是稳压管在反向工作区内电压变化量是稳压管在反向工作区内电压变化量 UZ与电流与电流变化变化量量 IZ的比值，即的比值，即动态电阻越小，反向击穿特动态电阻越小，反向击穿特性曲线越陡，稳压性能越好。性曲线越陡，稳压性能越好。稳压管的稳压管的rz都比较小，都比较小，2CW58在电流在电流IZ=5mA时时,动态电阻动态电阻rz =25。U0AIIZUZ一般一般为为几欧姆至几十之间欧姆。几欧姆至几十之间欧姆。324.温度系数温度系数u 表示稳定电压受环境温度变化影响的参表示稳定电压受环境温度变化影响的参数。数。定

27、义：环境温度变化定义：环境温度变化1C引起稳定电压的相对变化量。引起稳定电压的相对变化量。温度系数温度系数u 越小越好。越小越好。一般稳压二极管稳定电压一般稳压二极管稳定电压Uz高于高于6V的，温度系数的，温度系数u 为为正值；稳定电压正值；稳定电压Uz低于低于6V的，温度系数的，温度系数u 为负值。为负值。Uz=6V左右的，稳定电压左右的，稳定电压Uz受环境温度变化的影响最小。受环境温度变化的影响最小。33双向稳压二极管双向稳压二极管2DW7简介简介结构示意结构示意 如图所示。如图所示。122两个两个Uz数值相同的稳压二极管数值相同的稳压二极管反向串联组成。反向串联组成。其中，一个反向工作，

28、具有正的其中，一个反向工作，具有正的温度系数；另一个正向工作具有温度系数；另一个正向工作具有负的温度系数。二者配合，有温负的温度系数。二者配合，有温度补偿作用。度补偿作用。VDzRU2+Ui+典型应用电路典型应用电路输出稳定电压输出稳定电压U2=（Uz+UD）U2=UzUD为稳压二极管的正向管压降，为稳压二极管的正向管压降，Uz UD0.6V。可近似认为可近似认为34二二.简单应用举例简单应用举例引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流 的变化的变化,引起整流输出的直流电压变化。引起整流输出的直流电压变化。下面分析在这两种情况下的稳压

29、作用。下面分析在这两种情况下的稳压作用。RLRIIZVDZIL+Uo+UI 限流电阻限流电阻RL不变不变输出直流电压输出直流电压I=IZ+ILUo=UIIR 当交流电源电压增加而使整流输出电压当交流电源电压增加而使整流输出电压UI随着增加时，随着增加时，负载电压负载电压Uo也要增加。也要增加。Uo即为稳压管两端的反向电压。即为稳压管两端的反向电压。35 当交流电源电压增加而使整流输出电压当交流电源电压增加而使整流输出电压UI随着增加时，负随着增加时，负载电压载电压Uo也要增加。也要增加。Uo即为稳压管两端的反向电压。即为稳压管两端的反向电压。当当当当负负载电压载电压Uo稍有增加时，稳压管的电流

30、稍有增加时，稳压管的电流IZ就显著增加，因此就显著增加，因此限流电阻限流电阻R上的压降增加，以抵偿上的压降增加，以抵偿UI的增加，从而使的增加，从而使Uo保保持近似不变。持近似不变。RLRIIZVDZIL+Uo+UI U0AIIZUZI=IZ+ILUo=UIIRUIUoUZIZIIR Uo36输出直流电压输出直流电压Uo=UIIRI=IZ+ILUI不变不变,RL变化变化RLILIIRUOUZIZIIRUO而下降。只要而下降。只要 Uo下降一点，稳压管电流下降一点，稳压管电流IZ就显著减小，使就显著减小，使通过电阻通过电阻R的电流的电流I和电阻上的电压回降和电阻上的电压回降,近似保持不变，近似保

31、持不变，因此负载电压因此负载电压 Uo也就近似稳定不变。也就近似稳定不变。当电源电压保持不变，当电源电压保持不变，UI不不变变,而负载电阻而负载电阻RL减小减小,电流电流IL增大，电流增大，电流I增大增大,电阻电阻R上上的压降增大。负载电压的压降增大。负载电压Uo因因RLVDZILRIIZ+Uo+UI37二极管是否具有稳压作用二极管是否具有稳压作用?若若UI=2.5V UO=?+-R RVDVD1 1VDVD2 2U UI IU UOO硅二极管正向导通电压硅二极管正向导通电压0.7V UO=0.7+0.7=1.4V限流电阻的作用限流电阻的作用思考练习思考练习UO=6+0.7=6.7V+-R R

32、VDVDZ ZVDVDU UI IU UOO稳压二极管稳压二极管VDZ的稳定电压的稳定电压UZ=6VVD是硅二极管是硅二极管输出电压输出电压Uo=?386-4 双极型晶体管双极型晶体管塑料封装塑料封装小功率管小功率管金属封装金属封装小功率管小功率管金属封装金属封装大功率管大功率管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管 两个两个两个两个PNPN结结结结 三个电极三个电极三个电极三个电极简称三极管、晶体管简称三极管、晶体管简称三极管、晶体管简称三极管、晶体管（BJTBJT）电流放大作用电流放大作用根据结构的不同根据结构的不同,晶体管分为两种类型晶体管分为两种类型NPN型和型和PNP型型3

33、9一一一一.晶体管晶体管晶体管晶体管的基本结构的基本结构的基本结构的基本结构B集电极集电极C发射极发射极E集电结集电结集电区集电区发射结发射结发射区发射区基区基区基基极极PNNNPN型型发射极发射极E集电结集电结集电区集电区发射结发射结发射区发射区基区基区基基极极PPN集电极集电极CBPNP型型40晶体管的结构特点晶体管的结构特点(1)基极尺寸极薄基极尺寸极薄(m数量级数量级),),占整个晶体管尺寸的百占整个晶体管尺寸的百分之一以下。分之一以下。(2)发射区和集电区虽为同一类型的杂质半导体发射区和集电区虽为同一类型的杂质半导体,但它们但它们的搀杂浓度相差悬殊的搀杂浓度相差悬殊:发射区的搀杂浓度

34、远大于集电区发射区的搀杂浓度远大于集电区的搀杂浓度。的搀杂浓度。(3)集电结的面积大集电结的面积大,发射结的面积小。发射结的面积小。注意注意:发射极发射极E和集电极和集电极C不能对调使用不能对调使用41晶体管的分类晶体管的分类按内部结构的不同分为按内部结构的不同分为NPN型和型和PNP型型 硅管多为硅管多为NPN型型 锗管多为锗管多为PNP 型型 BECBECNPN型型PNP型型ICIEIBICIBIE硅管硅管 受温度变化影响小，工作稳定受温度变化影响小，工作稳定按半导体材料的不同按半导体材料的不同 硅管和锗管硅管和锗管 在自动控制设备中广泛应用在自动控制设备中广泛应用图形符号和电流方向图形符

35、号和电流方向42按功率的不同按功率的不同 小功率管和小功率管和 大功率管大功率管功率小于功率小于0.5W的是小功率管的是小功率管,大于大于1W的是大功率管的是大功率管,介介于二者之间的是中功率管于二者之间的是中功率管。按工作频率的不同按工作频率的不同 低频管和低频管和 高频管高频管工作频率低于工作频率低于3MHz的是低频管，高于的是低频管，高于3MHz的是高频的是高频管管。按用途的不同按用途的不同 电压放大管、功率放大管、开关管等。电压放大管、功率放大管、开关管等。晶体管型号的命名晶体管型号的命名 由由5部分组成部分组成第一部分第一部分 阿拉伯数码阿拉伯数码3,表示三极管表示三极管43型号举例

36、型号举例 3AX51、3BX81、3CG14、3DG6、3AD50等。等。第二部分第二部分 汉语拼音字母汉语拼音字母,表示三极管的材料和极性表示三极管的材料和极性APNP型、锗材料型、锗材料BNPN型、锗材料型、锗材料CPNP型、硅材料型、硅材料DNPN型、硅材料型、硅材料第三部分第三部分 汉语拼音字母汉语拼音字母,表示三极管的类别表示三极管的类别X低频小功率管低频小功率管G高频小功率管高频小功率管D低频大功率管低频大功率管A高频大功率管高频大功率管第四部分第四部分 阿拉伯数字表示的阿拉伯数字表示的三极管的序号三极管的序号第五部分第五部分 汉语拼音字母表示汉语拼音字母表示的该三极管的规格号的该

37、三极管的规格号44二二.晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用晶体管实现电流放大作晶体管实现电流放大作用必须具备的外部条件用必须具备的外部条件晶体管的发射结正偏晶体管的发射结正偏 集电结反偏集电结反偏UBE 0UCB 0即即 VC VB VEUEB 0UBC 0即即 VE VB VC+-UBE+-UCB-+UEB+UBC-BECBECNPN型型PNP型型pppNNN45(一一)实验电路实验电路 NPN型晶体管型晶体管基极回路基极回路 共发射极电路共发射极电路电源电源UCCUB使发射结正偏使发射结正偏 集电结反偏集电结反偏（二）实验操作（二）实验操作改变电位器改变电位器RB的阻值的阻值 UBE

38、变化变化 IB变化变化 IC变化变化IB变化变化IC和和IE变化变化晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用集电极回路集电极回路 IE变化变化BRBUBIBAEICUCCIECmAmA46晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用UBBRBRBIBAEICUCCIECmAmA47(三三)分析实验数据分析实验数据 结论结论 (1)每一组数据说明三个电极的电流每一组数据说明三个电极的电流符合符合KCL(2)电流电流IE、IC比比IB大得多大得多 以第以第3组数据为例组数据为例ICIE IBIE=IB+ICBECICIEIB48（3 3）基极电流的微小变化引起集电极电流的显著变化）基极电流的微小变化引

39、起集电极电流的显著变化晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用放大微弱电信号放大微弱电信号以第三组数据变化到第四组数据为例以第三组数据变化到第四组数据为例49三三.晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线表示各极电流与极间电压表示各极电流与极间电压的关系的关系是了解晶体管特性和分是了解晶体管特性和分析晶体管工作状态的重析晶体管工作状态的重要依据要依据共射极放大电路共射极放大电路（一）共射极组态输入特性曲线（一）共射极组态输入特性曲线NPN型硅管输入特性曲线型硅管输入特性曲线正常工作时正常工作时 VCVBVEUCE1V即可使集电结反偏即可使集电结反偏常数常数IBA0.40.8UBEV206040800U

40、CE1V所有的输入特性曲线几乎重合所有的输入特性曲线几乎重合BRBUBIBAEICUCCIECmAmA50死区电压死区电压 硅管硅管 0.40.5V 锗管锗管 0.2V线性工作范围线性工作范围 晶体管正常工作晶体管正常工作时的正偏电压时的正偏电压硅管硅管 0.60.7V 锗管锗管 0.20.3VIB与与UBE之间是非线性关系之间是非线性关系IBA0.40.8UBEV206040800UCE1V控制死区控制死区(二二)共射极组态输出特性曲线共射极组态输出特性曲线BRBUBIBAEICUCCIECmAmA基极电流基极电流IB为常数，集电为常数，集电极电流极电流IC与集电极与集电极发射发射极电压极电

41、压UCE的关系的关系常数常数51输出特性曲线族输出特性曲线族4UCEVICmA132036912100AIB=0 20A40A60A80A第一第一.每一条曲线的变化规每一条曲线的变化规律律 例如例如:IB=40A该段近似为陡直的直线。该段近似为陡直的直线。恒流特性段恒流特性段 UCE1V 后后，UCE增加增加，IC几乎不再增加。几乎不再增加。特性曲线近似平行于水平轴特性曲线近似平行于水平轴,表现为恒流特性。表现为恒流特性。起始段起始段 UCE1V IC随随UCE增加近似成正比增加近似成正比,线性增加，线性增加，IC52IB的数值增加的数值增加,曲线上移，组成一组输出特性曲线。曲线上移，组成一组

42、输出特性曲线。第二第二.整个输出特性分为三个区整个输出特性分为三个区1.放大区放大区条件条件:发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏截止区截止区UCEVICmA1320436912100AIB=020A40A60A80A饱和区饱和区放放大大区区ICEOEBC+-0.60.7V+-UCE1V53放放大大区区截止区截止区UCEVICmA1320436912100AIB=020A40A60A80A饱和区饱和区特点特点:电流放大作用电流放大作用要改变要改变IC，只能用改变，只能用改变IB的办法达到。的办法达到。表现为表现为IB对对IC的控制作用的控制作用 即即电流放大作用电流放大作用每一条曲线表现

43、为恒流每一条曲线表现为恒流,即即IC与与UCE无关。无关。54IB以等差值规律变化，对应的特性曲线是一组间距基本以等差值规律变化，对应的特性曲线是一组间距基本 相等的平行线，它们之间的间距就体现了基极电流对相等的平行线，它们之间的间距就体现了基极电流对集电极电流的控制和放大作用。集电极电流的控制和放大作用。例如保持例如保持UCE=6V不变，调节不变，调节IB由由40A增大为增大为60A对对应的应的IC由由1.5mA增大为增大为2.25mA。UCEVICmA截止区截止区1320436912100AIB=020A40A60A80A饱和区饱和区放放大大区区1.52.25ICEO55UCEVICmA截

44、止区截止区1320436912100AIB=020A40A60A80A饱和区饱和区放放大大区区1.52.25ICEOIB=6040=20AIC=2.251.5=0.75mA基极电流的微小变化基极电流的微小变化IB引起集电极电流引起集电极电流IC的显著变化的显著变化ICIB56ICmAIB=0UCEV截止区截止区1320436912100A20A40A60A80AICEO2.截止区截止区由于由于IB0 表明发射结反偏表明发射结反偏 集电结亦反偏。集电结亦反偏。穿透电流穿透电流ICEO 基极断开（基极断开（IB=0），集），集-射极之间加上射极之间加上一定值的一定值的UCE时时,集电极集电极-发射

45、极的电流。发射极的电流。ICEO 由少子形由少子形成成，近似为零。近似为零。但但ICEO随温度增加而显著增加，使晶体管工作不稳定。随温度增加而显著增加，使晶体管工作不稳定。特点特点E-CBUBE0+-UCE1VICEO57晶体管的开关作用晶体管的开关作用IB=0、ICEO 0开关断开开关断开ICmAIB=0UCEV截止区截止区1320436912100A20A40A60A80AICEOE-CBUBE0+-UCE1VICEO0IB=0CEB58UCEVICmA1320436912100AIB=020A40A60A80A饱和区饱和区ICEO3.饱和区饱和区特点特点发射结正偏发射结正偏,集电结亦为正

46、偏。集电结亦为正偏。ECBUBE0.7V+-UCE0.7V晶体管失去放大作用。晶体管失去放大作用。晶体管的开关作用。晶体管的开关作用。深度饱和时深度饱和时,UCES0 。等效为开关闭合等效为开关闭合CEB59四四四四.晶体管的主要参数晶体管的主要参数晶体管的主要参数晶体管的主要参数 （一）（一）电流放大系数电流放大系数 表示表示晶体管放大电信号的能力。晶体管放大电信号的能力。晶体管放大电信号的能力。晶体管放大电信号的能力。直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数 表示表示晶体管性能优劣、适用范围及合理选择、正确使用晶体管性能优劣、适用范围及合理选择、正确使用晶体管性能优

47、劣、适用范围及合理选择、正确使用晶体管性能优劣、适用范围及合理选择、正确使用晶体管的依据。晶体管的依据。晶体管的依据。晶体管的依据。利用输出特性曲线利用输出特性曲线可以计算出可以计算出 。UCEVICmA1320436912100AIB=020A40A60A80A放放大大区区1.52.25ICEO60 交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数 UCEVICmA1320436912100AIB=020A40A60A80A放放大大区区1.52.25ICEO在放大区在放大区约为几十至一百左右约为几十至一百左右利用输出特性曲线，可以利用输出特性曲线，可以计算出计算出61 （二）

48、集（二）集-射极反向饱和电流射极反向饱和电流ICEO （穿透电流）（穿透电流）（三）（三）集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM （四）集（四）集-射反向击穿电压射反向击穿电压 U(BR)CEO极限参数极限参数使用中不得超过使用中不得超过 （五）（五）集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM晶体管工作时，集电极消耗的电功率晶体管工作时，集电极消耗的电功率BCEIC-+UCEIBIB=0ICEOUCC输出特性曲线中输出特性曲线中IB=0(基极开路基极开路)曲曲线所对应的集电极电流即为线所对应的集电极电流即为ICEOICEO是失控电流是失控电流,越小越好越小越好。62+10.75

49、V10V10.3V+0.7V06V例题例题:某放大电路中的晶体管各极电位如图所示某放大电路中的晶体管各极电位如图所示,判判断管子工作在何种状态。断管子工作在何种状态。-1.3V-1V-6V+0.3V0-6V放大放大饱和饱和放大放大截止截止63例题例题:某晶体管输出特性如图示某晶体管输出特性如图示根据输出特性曲线计算根据输出特性曲线计算值值IB=0UCEVICmA3960612160A80A241840A120A200A4解解:取取UCE=12V,做图做图64五五.晶体管小信号电路模型晶体管小信号电路模型(一一)为什么要建立晶体管小信号电路模型？为什么要建立晶体管小信号电路模型？线性元件线性元件

50、解析计算解析计算(图解分析图解分析)UBIBICIEBRBEUCCCRC注意注意:晶体管小信号电路模型只对电流、电压变化量晶体管小信号电路模型只对电流、电压变化量（IB、IC 、UBE 、UCE）等效。）等效。非线性元件非线性元件65ICUCEIB-+UBE+-BCEEEEBIBUBE+-+UCE-小信号小信号电路模型电路模型CIC（二）可能性（二）可能性对交流变化量（动态）等效对交流变化量（动态）等效特性曲线中都有一段近似为线性段特性曲线中都有一段近似为线性段之间具有线性正比关系之间具有线性正比关系电流、电压电流、电压变化量变化量电信号幅度较小，在该线性段工作，电流电信号幅度较小，在该线性段