第4章电子与电路学习教案

会计学1第第4章电子章电子(dinz)与电路与电路第一页，共101页。第1页/共100页第二页，共101页。第2页/共100页第三页，共101页。第3页/共100页第四页，共101页。图图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价共价键键第4页/共100页第五页，共101页。第5页/共100页第六页，共101页。第6页/共100页第七页，共101页。第7页/共100页第八页，共101页。第8页/共100页第九页，共101页。图4-1(b)晶体共价键结构(jigu)平面示意图BA空穴空穴自由电子自由电子图图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共价键共价键第9页/共100页第十页，共101页。第10页/共100页第十一页，共101页。第11页/共100页第十二页，共101页。第12页/共100页第十三页，共101页。第13页/共100页第十四页，共101页。第14页/共100页第十五页，共101页。第15页/共100页第十六页，共101页。第16页/共100页第十七页，共101页。空位空位A图图4-3 P型半导型半导体晶体结构示意体晶体结构示意图图+4+4+4+4+4+3+4+4+4共价共价键键空位空位(kn wi)吸引邻近原子的价吸引邻近原子的价电子填充，从而留电子填充，从而留下一个空穴。下一个空穴。在在P型半导体中型半导体中，空穴数等于负离，空穴数等于负离子数与自由电子数子数与自由电子数之和，空穴带正电之和，空穴带正电，负离子和自由电，负离子和自由电子带负电，整块半子带负电，整块半导体中正导体中正(zhn zhn)负电荷量相负电荷量相等，保持电中性。等，保持电中性。第17页/共100页第十八页，共101页。第18页/共100页第十九页，共101页。第19页/共100页第二十页，共101页。第20页/共100页第二十一页，共101页。第21页/共100页第二十二页，共101页。l扩散扩散(kusn)的结果形成自建电场。的结果形成自建电场。空间电荷区也称作空间电荷区也称作“耗尽区耗尽区” “势垒势垒区区” 第22页/共100页第二十三页，共101页。l 动态平衡。动态平衡。l 扩散扩散(kusn)=漂移漂移第23页/共100页第二十四页，共101页。l如图所示，电源的正极如图所示，电源的正极(zhngj)接接P区，负极接区，负极接N区区，这种接法叫做，这种接法叫做PN结加正结加正向电压或正向偏置。向电压或正向偏置。第24页/共100页第二十五页，共101页。第25页/共100页第二十六页，共101页。第26页/共100页第二十七页，共101页。PN结的反向电流很小，而且与反向电压的大小结的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本基本(jbn)无关。无关。PN结表现为很大的电阻，称结表现为很大的电阻，称之截止。之截止。第27页/共100页第二十八页，共101页。第28页/共100页第二十九页，共101页。第29页/共100页第三十页，共101页。) 1(kTqUSeII外加外加(wiji)电电压压流过流过PN结结的电流的电流电子电荷量电子电荷量q =1.610-19C反向饱和电流反向饱和电流绝对温度绝对温度(K)玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数k =1.3810-23J/K自然对数的底自然对数的底第30页/共100页第三十一页，共101页。)1( kTqUSeIITUqkT 在常温下，在常温下，T = 300K， 则则)1( TUUSeIImVqkTUT26106 . 13001038. 11923 当当U大于大于UT数倍数倍TUUSeII 1TUUe即正向电流随正向电压的增加以指数即正向电流随正向电压的增加以指数(zhsh)规律迅速增大。规律迅速增大。第31页/共100页第三十二页，共101页。 1TUUe)1( TUUSeIIIIS即加反向即加反向(fn xin)电压时，电压时，PN结只流过很小的结只流过很小的反向反向(fn xin)饱和电流。饱和电流。第32页/共100页第三十三页，共101页。U（mV）I（mA）0图图4-5 PN结的理论伏安特性结的理论伏安特性DT=25B-IS（V）255075100(uA)0.511.52l画出画出PN结的理论结的理论(lln)伏安伏安特性曲线。特性曲线。第33页/共100页第三十四页，共101页。UBRU（V）I（mA）0图图4-6 PN结反向击穿结反向击穿第34页/共100页第三十五页，共101页。第35页/共100页第三十六页，共101页。第36页/共100页第三十七页，共101页。 PN结结面积小，面积小，结电容小结电容小，用于检，用于检波和变频波和变频(bin pn)等高频电等高频电路。路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图第37页/共100页第三十八页，共101页。 PN结面积结面积大，用于工频大，用于工频(n pn)大电大电流整流电路。流整流电路。(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线阳极阳极引线引线PNP 型支持衬底型支持衬底 往往用往往用于集成电路于集成电路(jchng-dinl)制造中制造中。PN 结面积结面积可大可小，用可大可小，用于高频整流和于高频整流和开关电路中。开关电路中。n (3) 平面型二极管平面型二极管n (2)面接触型二极管面接触型二极管n(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号(b)(b)面接触型面接触型阳极阳极阴极阴极第38页/共100页第三十九页，共101页。第39页/共100页第四十页，共101页。第40页/共100页第四十一页，共101页。第41页/共100页第四十二页，共101页。VmAVDRRW（a）测正向特性）测正向特性VmAVDRRW（b）测反向特性）测反向特性第42页/共100页第四十三页，共101页。n二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线(qxin)(qxin)可用下式表示可用下式表示)1(/ TDUUSDeIi(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性CDoBAUBRuDiD（b b）2CP10-202CP10-20的的伏安特性曲伏安特性曲线线iD（mA）uD（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）7520（c c）2AP152AP15的的伏安特性曲线伏安特性曲线iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8第43页/共100页第四十四页，共101页。(a)二极管理论二极管理论(lln)伏安特性伏安特性正向特性正向特性CDoBAUBRuDiD第44页/共100页第四十五页，共101页。(a)二极管理论二极管理论(lln)伏安特性伏安特性反向击穿特性反向击穿特性CDoBAUBRuDiD反向特性反向特性第45页/共100页第四十六页，共101页。第46页/共100页第四十七页，共101页。第47页/共100页第四十八页，共101页。uDiDoDK理想理想(lxing)二极管二极管等效电路等效电路第48页/共100页第四十九页，共101页。第49页/共100页第五十页，共101页。uDiDoDUD考虑考虑(kol)正向压降的等效电正向压降的等效电路路KUD第50页/共100页第五十一页，共101页。第51页/共100页第五十二页，共101页。)(sin2sinVtUtUum u 2 34touo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）第52页/共100页第五十三页，共101页。、D3导通，相当于开关导通，相当于开关(kigun)闭合；闭合；D2、D4截止，相当于开截止，相当于开关关(kigun)断开，如图断开，如图 (b)所所示。因此输出电压示。因此输出电压uO = u。uo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2 D1D3ioAB（b）+-第53页/共100页第五十四页，共101页。uo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uou+_RLD4D2 D1D3ioAB（c）+-第54页/共100页第五十五页，共101页。（a）t 第55页/共100页第五十六页，共101页。（a）（b）第56页/共100页第五十七页，共101页。（b）第57页/共100页第五十八页，共101页。（b）t （c）第58页/共100页第五十九页，共101页。3AX313DG63AD6(a)外形示意图第59页/共100页第六十页，共101页。NNPcbeSiO2绝缘层(b) NPN硅管结构图NcbePN型锗铟球铟球(c) PNP锗管结构图第60页/共100页第六十一页，共101页。c集电极b基极集电区PN基区发射区P集电结发射结e 发 射极(a) PNP型ebc第61页/共100页第六十二页，共101页。c集电极b基极集电区NP基区发射区N集电结发射结e发射极(b) NPN型ebc第62页/共100页第六十三页，共101页。第63页/共100页第六十四页，共101页。NPNVEEVCCiBRcReiEiCbec第64页/共100页第六十五页，共101页。RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuCEiEuBC+第65页/共100页第六十六页，共101页。iBiCiEVCCVBBRbNPN(a) 载流子运动情况载流子运动情况i BiEi CnICBOiEiBRbV BBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电流分配情况 晶体管中的电流晶体管中的电流iEniEpiBiCnIC BO第66页/共100页第六十七页，共101页。CBOBBIiiCBOCnCIii+CBEiii+iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况Cni b bBi,iCn b bBi,令令 Bi,CnCCBOIii+ + + +CBOI b bCBOI+ +CBOI+ +Bib bb b第67页/共100页第六十八页，共101页。CBOBCI1ii)(b bb b+ + + CEO0ICEOBCIii+ + b bCEOBBCEIiiii+ + + + + )1(b bCCEOBiIibCBOCEOII)1(b b+ + 令：若第68页/共100页第六十九页，共101页。bb系数系数 代表代表iB对对iC的控制作用的大小，的控制作用的大小， 越大，控制作用越强。越大，控制作用越强。另一部分是另一部分是 ，它表示，它表示iC中受基极电流中受基极电流iB控制的部分。控制的部分。Bib b第69页/共100页第七十页，共101页。为什么能实现为什么能实现(shxin)放大呢？放大呢？ iBiC输入信号负载VCCVBB晶体管共射电路晶体管共射电路基极电流是由发射结间电压基极电流是由发射结间电压控制的控制的,较小的结间电压变化较小的结间电压变化,就就会使基极电流产生相应的变会使基极电流产生相应的变化化,再通过再通过iB对对iC的控制作用的控制作用,在在集电极回路引起了集电极回路引起了iC对应的对应的幅度上放大了幅度上放大了倍的变化倍的变化.第70页/共100页第七十一页，共101页。VBBVCCbceiBiCiE(a) NPN型VBBVCCbceiBiCiE(b) PNP型NPN型和型和PNP型晶体管电路的差别型晶体管电路的差别第71页/共100页第七十二页，共101页。BCEOCiIi b bb共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数n它表示集电极电压它表示集电极电压(diny)uCE一定时，集电极电一定时，集电极电流和基极电流之间的关系流和基极电流之间的关系如果如果(rgu)iCICEO则则BCii b b第72页/共100页第七十三页，共101页。uCE(V)iC(mA)051015483.368.81216A20406080iB =100A3DG6的输出特性的输出特性15004. 06BCiib第73页/共100页第七十四页，共101页。5504. 08 . 03 BCEOCiIib b0.823468-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080 .10.140.18B0 3AX3的输出特性的输出特性第74页/共100页第七十五页，共101页。b 共射交流短路电流放大系数共射交流短路电流放大系数常数CEBCuiib大表示只要基极电流很小的变化，就可以控大表示只要基极电流很小的变化，就可以控制产生集电极电流大的变化，即电流放大作制产生集电极电流大的变化，即电流放大作用好。用好。b第75页/共100页第七十六页，共101页。值的求法：值的求法：b在在A点附近找两个点附近找两个(lin )uCE相同的相同的点点C和和D13804. 05 . 5 BCiib b所以所以对应对应(duyng)于于C点，点，iC=8.8mA，iB=60A；对应对应(duyng)于于D点，点，iC=3.3mA，iB=20A，iC =8.8-3.3=5.5mA，iB=60-20=40A，uCE(V)iC(mA)051015483.368.81216CDA20406080iB =100A3DG6的输出特性的输出特性b 共射交流短路电流放大系数共射交流短路电流放大系数第76页/共100页第七十七页，共101页。用同样办法可以求出用同样办法可以求出3AX3工作在工作在B点的点的 值。值。 b找出找出F点和点和G点，点，对应对应(duyng)于于F点，点，iC=3.9mA，iB=0.06mA；对应对应(duyng)于于G点，点，iC=1.8mA，iB=0.02mA；于是于是iC=3.9-1.8=2.lmA， iB=0.06-0.02=0.04mA，b所以所以 =2.1/0.04=52.5-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080 .10.140.18FBG0 3AX3的输出特性的输出特性0.823468b 共射交流短路电流放大系数共射交流短路电流放大系数第77页/共100页第七十八页，共101页。ECiin 根据晶体管的电流分配关系，可以(ky)得到下列换算关系 1111bbbbbb+，共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 和共基交和共基交流电流放大系数流电流放大系数ECECBOCiiiIi bb与与,的数值相差很小的数值相差很小,在后面的分析在后面的分析(fnx)里里,只用共基极电流放大系数只用共基极电流放大系数 与共射极电流放大系数与共射极电流放大系数 ,而不区分而不区分是直流或是交流是直流或是交流b第78页/共100页第七十九页，共101页。AICBO(b) PNP管VAICBO(a) NPN管VICBO的测量第79页/共100页第八十页，共101页。第80页/共100页第八十一页，共101页。AbceICEO(a) NPN管管AbceICEO(b) PNP管管ICEO的测量的测量第81页/共100页第八十二页，共101页。l 晶体管电流晶体管电流iCiC与电压与电压uCEuCE的乘积称为集电极耗的乘积称为集电极耗散功率散功率PC =iCuCEPC =iCuCE，这个功率将导致集电结发，这个功率将导致集电结发热，温度升高。热，温度升高。l 因此因此(ync)(ync)，定出了集电极最大允许耗散功，定出了集电极最大允许耗散功率率PCMPCM，工作时管子消耗的平均功率，工作时管子消耗的平均功率PCPC必须小必须小于于PCMPCM。第82页/共100页第八十三页，共101页。l U(BR)CBOU(BR)CEOU(BR)EBO。第83页/共100页第八十四页，共101页。第84页/共100页第八十五页，共101页。bceiBiEiCuBCuCEuBE+-+-+- NPN型晶体管的电压和电流参考方向型晶体管的电压和电流参考方向l iC+iB=iE uCE =uBEuBC l通常是以发射极为公共端通常是以发射极为公共端，画出，画出iC、iB，uCE和和uBE四个量的关系四个量的关系(gun x)曲线，称为共射极特性曲线，称为共射极特性曲线。曲线。 第85页/共100页第八十六页，共101页。CEuBEBufi)( iB(mA)uBE(V)0.20.40.60.80.020.040.060.080uCE = 0V1V5V3DG4的输入特性的输入特性20第86页/共100页第八十七页，共101页。ARW1VBBbecVuBE+-iBuCE =0时的晶体管时的晶体管第87页/共100页第八十八页，共101页。第88页/共100页第八十九页，共101页。BiCECufi| )( (a)3AX1的输出特的输出特性性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区20468202681012晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510152025303550第89页/共100页第九十页，共101页。(a)3AX1的输出特的输出特性性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区20468202681012晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510152025303550第90页/共100页第九十一页，共101页。(a)3AX1的输出特的输出特性性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区20468202681012晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510152025303550第91页/共100页第九十二页，共101页。(a)3AX1的输出特的输出特性性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区20468202681012晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510152025303550第92页/共100页第九十三页，共101页。CEuCESUl饱和时的饱和时的 值称为饱和压降值称为饱和压降 第93页/共100页第九十四页，共101页。(a)3AX1的输出特的输出特性性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区20468202681012晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510152025303550第94页/共100页第九十五页，共101页。(a)3AX1的输出特的输出特性性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区20468202681012晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510152025303550第95页/共100页第九十六页，共101页。n主要考虑温度对下述三个参数的影响：主要考虑温度对下述三个参数的影响：n共射短路电流放大系数共射短路电流放大系数 n基射极间正向电压基射极间正向电压uBEn集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流ICBO。b第96页/共100页第九十七页，共101页。10002)()(TTCBOCBOTITI l 通常手册上给出的通常手册上给出的ICBO是温度是温度(wnd)为为25时的值，如果实际工作温度时的值，如果实际工作温度(wnd)高于高于25，则应用上式算出实际值。，则应用上式算出实际值。第97页/共100页第九十八页，共101页。 温度对温度对 的影响的影响bn温度升高时温度升高时 随之增大。一般的，温度随之增大。一般的，温度每升高每升高1， 增加约增加约(0.51)%，即，即bbCoTCo/)%15 . 0(251 b bb bb称为称为 的温度系数。的温度系数。 TCbb)25(1o第98页/共100页第九十九页，共101页。n晶体管的曲线晶体管的曲线(qxin)(qxin)随温度升高间距增大随温度升高间距增大。 uCE(V)iC(mA)05101512302040iB =60A输出特性输出特性02040iB =60A25100 温度对温度对 的影响的影响b第99页/共100页第一百页，共101页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第100页/共100页第一百零一页，共101页。