電工學(xué)Ⅱ

模擬部分

數(shù)字部分模擬電子技術(shù)

第一章常用半導(dǎo)體器件

第二章基本放大電路

第三章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用

第四章直流穩(wěn)壓電源第一章常用半導(dǎo)體器件

第一節(jié)

PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

第二節(jié)半導(dǎo)體二極管

第三節(jié)特殊二極管

第四節(jié)晶體管返回作業(yè)第一節(jié)PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

半導(dǎo)體基本知識

PN結(jié)一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點(diǎn)1.半導(dǎo)體材料物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，半導(dǎo)體是4價(jià)元素。半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受光和熱影響

T°↑

導(dǎo)電能力↑

光照↑導(dǎo)電能力↑

純凈的半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)導(dǎo)電性會(huì)大大增強(qiáng)。+4純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體中的載流子自由電子(－)

空穴（+）2.本征半導(dǎo)體空穴與電子成對出現(xiàn)并可以復(fù)合。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體摻五價(jià)元素，如磷，自由電子數(shù)多于空穴數(shù)，自由電子數(shù)是多子。

P型半導(dǎo)體摻三價(jià)元素，如硼，空穴數(shù)多于自由電子數(shù)，空穴是多子。4．?dāng)U散電流與漂移電流載流子由于濃度差異而形成運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流叫擴(kuò)散電流。在電場作用下，載流子定向運(yùn)動(dòng)而形成的電流叫漂移電流。

1.PN結(jié)的形成二、

PN結(jié)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)削弱內(nèi)電場漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場動(dòng)態(tài)平衡－－－－－－－－－－－－－－－－P內(nèi)電場空間電荷區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)N外電場方向與內(nèi)電場方向相反

空間電荷區(qū)(耗盡層)變薄

擴(kuò)散＞漂移導(dǎo)通電流很大,呈低阻態(tài)

2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕璓N內(nèi)電場外電場加正向電壓（正偏）P（+）N（－）外電場與內(nèi)電場相同耗盡層加厚

漂移＞擴(kuò)散形成反向電流IR，很小。呈高阻態(tài)N－－－－－－－－－－－－－－－－P內(nèi)電場外電場加反向電壓（反偏）P（－）N（+）

PN結(jié)正偏，導(dǎo)通；PN結(jié)反偏，截止第二節(jié)半導(dǎo)體二極管

半導(dǎo)體二極管的伏安特性

半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)一、半導(dǎo)體二極管的伏安特性+P區(qū)－－陽極N區(qū)－－陰極陽極陰極

1.正向特性死區(qū)電壓硅管0.5V

鍺管0.1V

正向?qū)妷汗韫?.7V

鍺管0.3Vi(mA)u(V)反向擊穿電壓死區(qū)GeSi

2.

反向特性反向飽和電流很小，可視為開路，反向電壓過高，電流急增，二極管發(fā)生擊穿。導(dǎo)通電壓VD二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF

二極管允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓URM

保證二極管不被擊穿允許加的最大反向電壓。3.最大反向飽和電流IR

室溫下，二極管加最高反向電壓時(shí)的反向電流，與溫度有關(guān)。例：如圖，當(dāng)E＝5V時(shí)，IV＝5mA，則E=10V，IV＝（）Ａ.Ｉ＝１０mA

Ｂ.Ｉ>１０mA

Ｃ.Ｉ＜１０mA

Ｄ.不確定EVDIVB例：如圖，E＝5V，二極管正向壓降忽略不計(jì)，畫出uo波形。EVDuiuO10ui

(V)ωtui

<EVD截止

uo

=Eui

>EVD導(dǎo)通

uo

=ui5uOωt5利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪敵鲂盘柶鹣薹饔?。例：如圖，E＝6V，二極管正向壓降忽略不計(jì)，畫出uo波形。EVD1uiuO10ui

(V)ωt6EVD2R－6ui

>E，VD1導(dǎo)通，VD2截止

u0=E=6V－E<ui

<E，VD1、VD2截止，

u0=uiuOωt解：ui<－E，

VD2導(dǎo)通，VD1截止

u0=－E=－6V6例：二極管組成電路如圖，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓為0.3V，試求輸出電壓UF。+3VUF－12VR0VVD1VD23

>0>－12VVD1率先導(dǎo)通，

UF＝3－0.3＝2.7VVD2截止解：第三節(jié)特殊二極管

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，具有穩(wěn)定電壓的作用。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。特點(diǎn)：電流變化大，電壓變化小。一、穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓管：１）加正向電壓時(shí)同二極管２）加反向電壓時(shí)使其擊穿后穩(wěn)壓i(mA)u(V)反向擊穿電壓VS１．穩(wěn)定電壓UZ

正常工作下，穩(wěn)壓管兩端電壓。同一型號的穩(wěn)壓管分散性較大。２．穩(wěn)定電流IZ

正常工作下的參考電流。大小由限流電阻決定。３．動(dòng)態(tài)電阻rZ

rZ

=△U/△I

rZ

越小，穩(wěn)壓效果越好。二、穩(wěn)壓管參數(shù)例：如圖，已知UZ=10V，負(fù)載電壓UL（）（Ａ）5Ｖ（Ｂ）10Ｖ（Ｃ）15Ｖ（Ｄ）20Ｖ４．溫度系數(shù)αu

溫度改變1°，穩(wěn)壓值改變的百分比。其值可正，可負(fù)。AVS20V15KΩ5KΩUL例：已知ui

=6sinωt，UZ=3V，畫輸出波形。穩(wěn)壓管的工作條件（１）必須工作在反向擊穿狀態(tài)（２）電路中應(yīng)有限流電阻，以保證反向電流不超過允許范圍。VSuiuO6ui

(V)ωt3uOωt3例：圖示電路中，穩(wěn)壓管VS1、VS2的穩(wěn)壓值分別為UZ1＝5V，UZ2＝7V，正向壓降為0.7Ｖ，若輸入電壓Ui波形如圖所示，試畫出輸出電壓波形。RRVS1VS2UiUOUit6V12V－2VUi

經(jīng)電阻分壓UR＝Ui/2當(dāng)UR<5V，VS1、VS2截止，U0=UR7V>UR>5V，VS1反向?qū)ǎ琕S2截止，U0=Uz1UR<－0.7V，VS1、VS2正向?qū)ǎ瑄0=－0.7VUot3V5V－0.7V解：第四節(jié)晶體管

晶體管的基本結(jié)構(gòu)和類型

晶體管的電流分配和放大原理

晶體管的特性曲線

晶體管的主要參數(shù)

溫度對晶體管的影響一、晶體管的基本結(jié)構(gòu)和類型基區(qū)集電區(qū)發(fā)射區(qū)基極集電極發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)NPN型VTPNP型特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)參雜濃度很大，基區(qū)薄且濃度低，集電結(jié)面積大。VT二、晶體管的電流分配和放大原理１．放大條件（１）內(nèi)部特點(diǎn)決定 發(fā)射區(qū)產(chǎn)生大量載流子基區(qū)傳送載流子集電區(qū)收集載流子（２）外部條件 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)EICIBRBRCEBECNNP發(fā)射區(qū)電子發(fā)射結(jié)正偏利于發(fā)射區(qū)發(fā)射電子基區(qū)集電結(jié)反偏利于集電區(qū)收集電子集電區(qū)2.電流分配IBRBEBICRCECIE基極電流很小的變化，將引起集電極電流一個(gè)很大的變化。直流放大系數(shù)交流放大系數(shù)

1.輸入特性曲線

三、三極管特性曲線IB＝f(UBE)︳UCE=常數(shù)IB(μA)UBE(V)UCE=0UCE≥1發(fā)射結(jié)、集電結(jié)正偏，兩個(gè)二極管正向并聯(lián)。集電結(jié)反偏，IB減小UCE>1IB變化很小，與UCE=1曲線重合。2．輸出特性曲線飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)截止區(qū)IB≈0，IC≈0，UBE≤0發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)

IC＝βIB

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。飽和區(qū)

UCE≤UBE

，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)正偏。

IC(mA)UCE(V)IB＝0IB＝20IB＝40IB＝60IB＝802．極間反向電流

ICBO：發(fā)射極開路，基極與集電極間的反向飽和電流，受溫度影響大。

ICEO：基極開路，集電極與發(fā)射極間的穿透電流。四、三極管主要參數(shù)1．

放大倍數(shù)集電極最大電流ICMIC<ICM

集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓UCEO

基極開路，加在集電極和發(fā)射極間的最大允許工作電壓。

UCE<UCEO

集電極最大允許功耗PCMICUCE<PCM3．極限參數(shù)五、溫度對晶體管的影響溫度對ICEO、ICBO的影響

ICEO、ICBO隨溫度上升急劇增加，溫度每升高10°，ICBO約增加一倍。溫度對鍺管的影響比較大。溫度對β

的影響溫度增加，β

隨之增加。3.溫度對UBE

的影響溫度增加，UBE

隨之減少。例：由三極管各管腳電位判定三極管屬性（1）

A:1VB：0.3VC:3V（2）A:－0.2VB:0VC:－3V如何區(qū)分硅管和鍺管如何區(qū)分NPN、PNP管如何區(qū)分三個(gè)極A.︱UBE︳≈0.2V(鍺管）

︱UBE︳≈0.7V(硅管）B.步驟：1.區(qū)分硅管、鍺管，并確定C極（以相近兩個(gè)電極的電壓差為依據(jù)，

UBE硅＝0.7／UBE鍺＝0.2～0.3）

2.區(qū)分NPN、PNP管（NPN：UC最高

，PNP：UC最低

）

3.區(qū)分三極（NPN：UC>UB>UE

PNP：UC<UB<UE）解：（1）硅管、NPN管A：基極；B:發(fā)射極；C:集電極（2）鍺管、PNP管A:基極；B:發(fā)射極；C:集電極例：有三只三極