模拟电子技术(第三版)江晓安版-第一章课件

模拟电子技术基础模拟电子技术基础西电出版社西电出版社教材：教材：模拟电子技术模拟电子技术（第三版）（第三版）作者：江晓安作者：江晓安模拟电子技术基础西电出版社教材：模拟电子技术（第三版）作专业基础课课程体系专业基础课课程体系（低频电子线路）（低频电子线路）（计算机硬件）（计算机硬件）微机原理、单片机微机原理、单片机等等高频电子线路高频电子线路等等电路电路数电数电考研课考研课电子技术（模电、数电）、信号与系统电子技术（模电、数电）、信号与系统数字信号处理数字信号处理语音信号处理语音信号处理图像信号处理图像信号处理等等模电模电信号与系统信号与系统专业基础课专业基础课专业课专业课学位课学位课专业基础课课程体系（低频电子线路）（计算机硬件）微机原理、单模拟电子技术基础模拟电子技术基础概述概述：四、难点：四、难点：1.器件非线性、交直流共存器件非线性、交直流共存 2.“近似近似”处理处理(突出主要矛盾突出主要矛盾,简化实际问题简化实际问题)三、课程特点：三、课程特点：物理、高数、电路物理、高数、电路.高频、数电高频、数电学习电子元器件种类、结构、参数、原理学习电子元器件种类、结构、参数、原理学习基本电路工作原理、分析方法、指标计算学习基本电路工作原理、分析方法、指标计算二、先修课：二、先修课：后续课：后续课：性质性质:入门性质的专业基础课入门性质的专业基础课(考研课、学位课考研课、学位课)任务：任务：一、课程的性质和任务一、课程的性质和任务熟悉常用电子仪器的原理、使用及电路的测试熟悉常用电子仪器的原理、使用及电路的测试 方法方法1、工程性：近似计算、工程性：近似计算 2、实践性：电路测试、故障判断和排除、仿真、实践性：电路测试、故障判断和排除、仿真3.概念多、电路多、分析方法多概念多、电路多、分析方法多模拟电子技术基础概述：四、难点：1.器件非线性、交直流共存五、分析方法五、分析方法 1.电路课程：严密推导、精确计算电路课程：严密推导、精确计算3.掌握器件外特性和使用方法，不过分追究内部机理。掌握器件外特性和使用方法，不过分追究内部机理。4.重视实践环节重视实践环节(实验实验)。归纳归纳12个字：个字：定性分析定性分析 定量估算定量估算 实验调整实验调整2.非线性器件在非线性器件在一定条件下一定条件下线性使用线性使用(注意其条件注意其条件)。电路识图、判断作用、波形失真、是否自激电路识图、判断作用、波形失真、是否自激23位有效位位有效位通过调整达到指标要求通过调整达到指标要求 模电课程：模电课程：近似处理近似处理，有时图解，有时图解 (1)问题复杂，未知参数多问题复杂，未知参数多 (2)器件分散性器件分散性 (3)寄生电容、引线电感寄生电容、引线电感 (4)RC标称值与实际误差标称值与实际误差掌握掌握“近似近似”的方法的方法(不片面强调不片面强调“精确精确”)(困难困难且且不不实用实用)五、分析方法3.掌握器件外特性和使用方法，不过分追究内部机理六、本课程的能力要求六、本课程的能力要求1.会看：定性分析会看：定性分析2.会算：定量估算会算：定量估算分析问题的能力分析问题的能力3.会选：电路形式、器件、参数会选：电路形式、器件、参数4.会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、仿真会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、仿真解决问题的能力设计能力解决问题的能力设计能力解决问题的能力实践能力解决问题的能力实践能力综合应用所学知识的能力综合应用所学知识的能力六、本课程的能力要求1.会看：定性分析分析问题的能力3.解题要求：解题要求：（1）抄题、抄图（描图）；）抄题、抄图（描图）；（2）各电压、电流要标明位置、方向、极性；）各电压、电流要标明位置、方向、极性；（3）按公式）按公式代数代数结果结果(含单位含单位)三步骤完成。三步骤完成。八、考核方法八、考核方法七、几点忠告七、几点忠告1.规范化规范化的工程师的基本训练（文字标识、符号、实验）的工程师的基本训练（文字标识、符号、实验）2.不缺课，认真听，积极提问，会做笔记；不缺课，认真听，积极提问，会做笔记；4.认真作业认真作业(不应付不应付,不乱抄不乱抄)，按时作业，按时作业(跟上进度跟上进度)，自查自查自纠自纠；3.互相学习，多学多问，及时反馈意见；互相学习，多学多问，及时反馈意见；九、本课程不作要求的内容九、本课程不作要求的内容解题要求：八、考核方法七、几点忠告2.不缺课，认真听，积极提 电子技术的发展电子技术的发展从电子管从电子管半导体管半导体管集成电路集成电路1958年集成电年集成电路研制成功路研制成功电子管、晶体管、集成电路比较电子管、晶体管、集成电路比较1958年只有年只有4个晶体管个晶体管1997年一芯片中有年一芯片中有40亿个晶体管亿个晶体管1904年年电子管问世电子管问世1947年年晶体管诞生晶体管诞生 电子技术的发展从电子管半导体管集成电路1958年第一只晶体管的发明者第一只晶体管的发明者（by John Bardeen,William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）第一个集成电路及其发明者第一个集成电路及其发明者（Jack Kilby from TI）1958年年9月月12日，在德州仪器公司日，在德州仪器公司的实验室，实现了把电子器件集成在的实验室，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。一块半导体材料上的构想。42年后，年后，于于2000年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。贝尔实验室三名科学家在贝尔实验室三名科学家在1947年年11月底发明了晶体管，月底发明了晶体管，1956年因年因此获得诺贝尔物理学奖。此获得诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于巴因所做的超导研究于1972年年第二次获得诺贝尔物理学奖。第二次获得诺贝尔物理学奖。值得纪念的几位科学家！值得纪念的几位科学家！第一只晶体管的发明者第一个集成电路及其发明者 19 半导体半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质。导电性介于导体与绝缘体之间的物质。本征半导体本征半导体纯净的晶体结构的半导体。纯净的晶体结构的半导体。1.什么是半导体？什么是本征半导体？什么是半导体？什么是本征半导体？导体导体最外层电子在外电场作用下容易产生定向移动，最外层电子在外电场作用下容易产生定向移动，多为低价金属元素，如铁、铝、铜等。多为低价金属元素，如铁、铝、铜等。绝缘体绝缘体原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，很原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，很 难导电。如惰性气体、橡胶、陶瓷等。难导电。如惰性气体、橡胶、陶瓷等。半导体半导体最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体 之间。是四价元素，如硅（之间。是四价元素，如硅（SiSi）、锗（）、锗（GeGe）。）。无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构1.1.1 本征半导体本征半导体1.1 半导体基础知识半导体基础知识第一章第一章 半导体器件半导体器件 半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质。本征半导体2.本征半导体的结构本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子而成为自由电子自由电子的产生使共价键中自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。的浓度加大。动态平衡动态平衡2.本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱两种载流子两种载流子 外加电场时，带负电的自由电外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。目很少，故导电性很差。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？3.本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。运载电荷的粒子称为载流子。温度升高，热运动加剧，载温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。流子浓度增大，导电性增强。热力学温度热力学温度0K时不导电。时不导电。两种载流子 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴 1.N型半导体型半导体磷（磷（P）杂质半导体主要靠多数载杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。实现导电性可控。多数载流子多数载流子 空穴比未加杂质时的数目空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？多了？少了？为什么？多子多子:自由电子自由电子 少子少子:空穴空穴 导电特点：导电特点：nnpn N型半导体主要靠自由电子导电型半导体主要靠自由电子导电1.1.2 杂质半导体杂质半导体 1.N型半导体磷（P）杂质半导体主要靠多数2.P型半导体型半导体硼（硼（B）多数载流子多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强。导电性越强。讨论：讨论：在杂质半导体中，温度变在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？子与多子浓度的变化相同吗？多子多子:空穴空穴少子少子:自由电子自由电子导电特点：导电特点：ppnpP型半导体主要靠空穴导电型半导体主要靠空穴导电2.P型半导体硼（B）多数载流子 P型半导体主要说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子的的浓浓度度；温温度度决定决定少数载流子少数载流子的浓度。的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。N 型半导体型半导体 P 型半导体型半导体受温度的影响很小受温度的影响很小本征激发产生本征激发产生说明：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子的浓度；温度决定 1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.减少、减少、b.不变、不变、c.增多）。增多）。abc 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）ba5.N型半导体对外显型半导体对外显 。（a.正电、正电、b.负电、负电、c.电中性）电中性）c 1.在杂质半导体中多子的数量与 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。体、液体、固体均有之。扩散运动扩散运动P区空穴区空穴浓度远高浓度远高于于N区。区。N区自由电区自由电子浓度远高子浓度远高于于P区。区。扩散运动使靠近接触面扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继续进行。续进行。1.2 PN结结 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、因电场作用所产生因电场作用所产生的运动称为漂移运动。的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了达到动态平衡，就形成了PN结。结。漂移运动漂移运动 由于扩散运动使由于扩散运动使P区与区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向区向P区、区、自由电子从自由电子从P区向区向N 区运动。区运动。1.2.1 PN结的形成结的形成 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体的结合面上形成如下物理过程的结合面上形成如下物理过程:因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动 由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型PN结加正向电压导通：结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，成扩散电流，PNPN结处于导通结处于导通状态。状态。PN结加反向电压截止：结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似流。由于电流很小，故可近似认为其截止。认为其截止。1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性必要吗？必要吗？PN结加正向电压导通：PN结加反向电压截止：1.2.2 PNPN结的伏安特性结的伏安特性 PN结结ui特性表达式：特性表达式：其中其中PN结的伏安特性结的伏安特性IS 反向饱和电流反向饱和电流UT 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）ID 流过流过PN结的电流结的电流UD PN结两端的电压结两端的电压PN结的伏安特性 PN结u-i特性表达式：其中PN结的伏安 当当PN结的反向电压增加到一结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为加，此现象称为PN结的反向击穿结的反向击穿。热击穿热击穿不可逆不可逆 PN结的电流和温升不断结的电流和温升不断增加，使增加，使PN结的发热超过它结的发热超过它的耗散功率。的耗散功率。电击穿电击穿可逆可逆PN结结的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种。的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种。1.2.3 PN结的击穿结的击穿 当PN结的反向电压增加到一定数值时，反1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应1.势垒电容势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容电相同，其等效电容称为势垒电容CT。2.扩散电容扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容放的过程，其等效电容称为扩散电容CD。结电容：结电容：结电容不是常量！若结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！程度，则失去单向导电性！PN结正偏：结正偏：CjCD PN结反偏：结反偏：CjCT 1.2.4 PN结的电容效应1.势垒电容 PN结外加1.2.5 二极管二极管将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管1.2.5 二极管将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管结面积小，结电容小结面积小，结电容小允许的电流小允许的电流小工作频率高工作频率高用于高频检波等用于高频检波等结面积大，结电容大结面积大，结电容大允许的电流大允许的电流大工作频率低工作频率低用于整流等用于整流等结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工作频率高大的结允许的电流大大的结允许的电流大 阴极阴极 阳极阳极SiO2P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝 阳极阳极N 型锗片型锗片阴极阴极外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金铝合金N型硅型硅阳极阳极PN 结结金锑合金金锑合金底座底座 阴极阴极(b )面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极D 1.2.5 二极管二极管结面积小，结电容小结面积大，结电容大结面积可小、可大 开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压温度的温度的电压当量电压当量1.二极管的特性二极管的特性 1.2.5 二极管二极管开启电压反向饱和电流击穿电压温度的1.二极管的特性 1.从二极管的伏安特性可以反映出：从二极管的伏安特性可以反映出：a.单向导电性单向导电性b.伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR)T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向特性为正向特性为指数曲线指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线增大增大1倍倍/10（22.5）mV/oC从二极管的伏安特性可以反映出：a.单向导电性b.2.二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值最大平均值。二极管长期工作时，允。二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。许通过的最大正向平均电流。IF取决与取决与PN结的面积，结的面积，材料和散热情况。材料和散热情况。最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值最大瞬时值。二极管允许的最。二极管允许的最大工作电压，当反向电压超过此值，二极管可能被击大工作电压，当反向电压超过此值，二极管可能被击穿。一般手册上给出的最大反向工作电压约为击穿电穿。一般手册上给出的最大反向工作电压约为击穿电压的一半（压的一半（UR=1/2UBR)。反向电流反向电流 IR：即即IS。二极管未击穿时的反向电流值。二极管未击穿时的反向电流值。IR越小单向导电性越好，它受温度影响较大。越小单向导电性越好，它受温度影响较大。最高工作频率最高工作频率fM：因因PN结有电容效应结有电容效应。fM的值主要取的值主要取决于决于PN结结电容的大小。结电容越大，则二极管允许结结电容的大小。结电容越大，则二极管允许的最高工作频率越低。如果信号频率超过的最高工作频率越低。如果信号频率超过fM，二极管，二极管的单向导电性会变差，甚至消失。的单向导电性会变差，甚至消失。直流电阻直流电阻RD交流电阻交流电阻rd2.二极管的主要参数最大整流电流IF：最大平均值。二极管rd可以利用可以利用PN结的电流方程：结的电流方程：两边两边取取I的微分得：的微分得：注意：注意：、等效电路只适用于正向导通，且信号较小的场合；、等效电路只适用于正向导通，且信号较小的场合；(2)(2)、Q越高，越高，rd越小。越小。rd的求法的求法、图解法：、图解法：、计算法：、计算法：静态电流静态电流rd可以利用PN结的电流方程：两边取I的微分得：注意：、等1.2.6 稳压二极管稳压二极管1.伏安特性伏安特性进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 由一个由一个PN结组结组成，反向击穿后成，反向击穿后在一定的电流范在一定的电流范围内端电压基本围内端电压基本不变，为稳定电不变，为稳定电压。压。2.主要参数主要参数稳定电压稳定电压UZ、稳定电流、稳定电流IZ最大功耗最大功耗PZM IZM UZ动态电阻动态电阻rzUZ/IZ斜率？斜率？电压温度系数电压温度系数 1.2.6 稳压二极管1.伏安特性进入稳压区的最小电流不VDZR使用稳压管需要注意的几个问题使用稳压管需要注意的几个问题UOIO+IZIRUI+1.外外加加电电源源的的正正极极接接管管子子的的 N 区区，电电源源的的负负极极接接 P 区区，保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区；RL 2.稳稳压压管管应应与与负负载载电电阻阻RL 并并联联；3.必必须须限限制制流流过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ，不不能能超超过过规规定定值值，以以免免因因过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。限流电阻限流电阻 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的压管电流的限流电阻限流电阻！VDZR使用稳压管需要注意的几个问题UOIO+IZIRUI+1.二极管伏安特性折线化二极管伏安特性折线化理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成线性关系成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！1.2.7 二极管的应用二极管的应用（单向导电性单向导电性）1.二极管伏安特性折线化理想近似分析中最常用理想开关导通 2.二极管限幅电路二极管限幅电路 定定义义：当当输输入入信信号号电电压压在在一一定定范范围围内内变变化化时时，输输出出电电压压随随输输入入电电压压做做相相应应变变化化，而而当当输输入入电电压压超超出出范范围围时时，输出电压保持不变。输出电压保持不变。输出信号电压开始不变的电压值输出信号电压开始不变的电压值限幅电平限幅电平输入电压输入电压限幅电平，限幅电平，Uo保持不变的限幅保持不变的限幅上限幅上限幅输入电压输入电压0V时，二极管导通，时，二极管导通，U00V;Ui0V时，二极管截止，时，二极管截止，U0=Ui。限幅电平为限幅电平为0V。以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解E=0（理想二极管）以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解0 EUm Ui+E，二极管导通，二极管导通，UO=E。限幅电平为限幅电平为+E。以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解0 EUm以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解UmEE,二极管导通，二极管导通，UO=E;UiE的部分，称为上限幅电路。的部分，称为上限幅电路。以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解以并联二极管上限幅电路为例，来具体讲解-UmEE,二极管导通，UO=-E;VDuiuoREVDuiuOER 并联并联二极管二极管上上限幅电路限幅电路 并联并联二极管二极管下下限幅电路限幅电路 VDuiuoRE 串联串联二极管二极管上上限幅电路限幅电路 串联串联二极管二极管下下限幅电路限幅电路VDuiuORE归纳：归纳：不论二极管串联限幅还是并联限幅，只要不论二极管串联限幅还是并联限幅，只要P端接输出正端接输出正端端,就是就是上限幅上限幅;N端接输出正端端接输出正端，就是，就是下限幅下限幅。VDuiuoREVDuiuOER 并联二极管二极管门电路二极管门电路VD1UiUoRE1VD2E2双向限幅电路双向限幅电路二极管二极管“与与”门电路门电路 二极管二极管“或或”门电路门电路二极管门电路VD1UiUoRE1VD2E2双图图 123 “与与”门门“或或”门门 例例.二极管门电路二极管门电路 电路中电路中+5V、5V是电源电压，是电源电压，UAUB接直流电压接直流电压+3V或接或接地。若考虑二极管正向压降，忽略其反向电流，在给定地。若考虑二极管正向压降，忽略其反向电流，在给定UAUB的情况下，写出二极管的工作状态、流过的电流和的情况下，写出二极管的工作状态、流过的电流和Uo的值。的值。通通 通通 0.7V 通通 止止 0.7V 止止 通通 0.7V 通通 通通 3.7V 通通 通通 0.7V 止止 通通 2.3V 止止 通通 2.3V 通通 通通 2.3V 思路：思路：先定性分析先定性分析(电位高低电位高低)(电流方向电流方向)后定量计算后定量计算 5k5kI I1 I2 图 1-23 “与”门“或”门 例.二极管门电路 已知：稳压管已知：稳压管UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，输入输入UI=12V，限流限流R=200 。问。问:若若RL变化范围变化范围1.5 k 4 k ,是否还能稳压？是否还能稳压？例例.稳压二极管的应用稳压二极管的应用 UO=UZ=10VIZ在在12mA和和2mA之间之间,所以假设正确，稳压管能起稳压作用。所以假设正确，稳压管能起稳压作用。解：解：设设稳压管能够稳压管能够稳压，则稳压，则 （注意语言逻辑性）注意语言逻辑性）=（1210）/0.2=10 mAI=（UI UZ）/RRL=1.5 k ,IL=UO/RL=10/1.5=6.7mA,IZ=106.7=3.3mARL=4 k ,IL=UO/RL=10/4=2.5mA,IZ=102.5=7.5mA思路思路:学会用假设法分析问题学会用假设法分析问题 公式代数结果公式代数结果 UI+UORRLILIZIUZ+已知：稳压管UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？为什么有孔？1.3 半导体三极管半导体三极管 1.3.1 三极管的结构及类型三极管的结构及类型 多子浓度高多子浓度很低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态1.3.2 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法，基1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件BECNNPUBBRBUCCRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏发射结正偏 VBVE集电结反偏集电结反偏 VCVE集电结反偏集电结反偏 VCVB 1.3.3 三极管的放大作用三极管的放大作用(内部条件内部条件:结构特点结构特点)1.三极管放大的外部条件BECNNPUBBRBUCCRC判断三极管能否放大？判断三极管能否放大？临界临界判断三极管能否放大？临界 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。少数载少数载流子的流子的运动运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散2.载流子的传输过程载流子的传输过程 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB穿透电流穿透电流集电结反向电流集电结反向电流直流电流直流电流放大系数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？路会有穿透电流？3.三极管的电流分配三极管的电流分配 IEIBIC IE扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 IB复合运动形成的电流复合运动形成的电流 IC漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数为什么三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA -0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC IE,IC IE。2.当当 IB 有有微微小小变变化化时时，IC 较较大大。说说明明三三极极管管具具有有电电流放大作用。流放大作用。3.在表的第一列数据中，在表的第一列数据中，IE=0 时，时，IC=0.001 mA=ICBO，ICBO 称为称为反向饱和电流反向饱和电流。4.在在表表的的第第二二列列数数据据中中，I B=0，IC=0.01 mA=ICEO，称为称为穿透电流穿透电流。三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据IB/mA 4.三极管的三极管的电流放大系数电流放大系数、共射电流放大系数、共射电流放大系数小功率管小功率管 =几十几百几十几百、共基电流放大系数、共基电流放大系数0.970.994.三极管的电流放大系数、共射电流放大系数小功率管 为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲线增大到一定值曲线右移就不明显了？右移就不明显了？1.输入特性输入特性1.3.4 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 UCE 1 时的输入特性具有实用意义。时的输入特性具有实用意义。为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大2.输出特性输出特性对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区2.输出特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。2.输出特性输出特性NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线iC/mAuCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321划划分分三三个个区区：截截止止区区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区1.截截止止区区IB 0 的的区域。区域。两个结都处于反向偏置两个结都处于反向偏置IB=0 时时，iC=ICEO。硅硅管管约约等等于于 1 A，锗锗管管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。截止区截止区截止区截止区对对 NPN 管管 UBE 0，UBC 0，UBC 0,UBC 0 特特点点：iC 基基本本上上不不仅仅与与 iB 有有关关，在在饱饱和和区区三三极极管管失失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 uCE=uBE，即即 uCB=0 时时，称称临临界界饱饱和和，uBE uCE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管)，UCES 0.2 V(锗管锗管)饱饱和和区区饱饱和和区区饱饱和和区区NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线3.饱和区：条件：两个结均正偏iC/mAuCE /V 直流参数直流参数：、ICBO、ICEOce间击穿电压间击穿电压集电结承受反向电压集电结承受反向电压最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作区安全工作区 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率）极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO1.3.5 三极管的主要参数三极管的主要参数 直流参数：、ICBO、ICEOc-e间 温度升高，温度升高，ICEO、增大，且输入特性左移，导致集电增大，且输入特性左移，导致集电极电流增大。极电流增大。1.3.6 温度的影响温度的影响 温度升高，ICEO、增大，且输入特性左1.3.7 二、三极管的命名二、三极管的命名 2AP102CW17 3AX313BA3CG23DD8二二极极管管材料材料AB锗锗CD硅硅用途用途P普通普通W稳压稳压Z整流整流序序号号三三极极管管材料结构材料结构A锗锗PNPB锗锗NPNC硅硅PNPD硅硅NPN用途用途X低频小功率低频小功率G高频小功率高频小功率D低频大功率低频大功率A高频大功率高频大功率序序号号1.3.7 二、三极管的命名 2AP103AX31二极管材例例1、某电路中几只、某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位型晶体管三个极的直流电位如下表，各晶体管如下表，各晶体管be间开启电压间开启电压Uon约为约为0.5V。说明。说明管子工作状态。管子工作状态。放大放大饱和饱和放大放大截止截止例1、某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位如下表，各晶例例2、在一个单管放大电路中，电源电压、在一个单管放大电路中，电源电压30V，已知，已知三只管子的参数如下表，请选用一只管子，并说明理三只管子的参数如下表，请选用一只管子，并说明理由。由。T2例2、在一个单管放大电路中，电源电压30V，已知三只管子的参例例3、放大电路中，测得三极管三个电极电压放大电路中，测得三极管三个电极电压U U1 1、U U2 2、U U3 3分别为下列数值，判断：分别为下列数值，判断：、e e、b b、c c；、硅、硅管、锗管；管、锗管；、NPNNPN型、型、PNPPNP型。型。(1)(1)、U1=3.3V,U2=2.6V,U3=15V；(2)(2)、U1=3.2V,U2=3V,U3=15V；(3)(3)、U1=6.5V,U2=14.3V,U3=15V；(4)(4)、U1=8V,U2=14.8V,U3=15V。硅硅NPN锗锗NPN硅硅PNP锗锗PNP例3、放大电路中，测得三极管三个电极电压U1、U2、U3分别例例4、由图示特性求出、由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。CECCMuiP=2.7iCCEBCUii =uCE=1V时的时的iC就是就是ICMU（BR）CEO解：解：PCM=iCuCE=2.710=27mWU U（BRBR）CEOCEO=25V=25V例4、由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、