電路及電路元件第1頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1電路電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。1.電路的作用(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線第2頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二放大器揚(yáng)聲器話筒2.電路的組成部分發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線電源:

提供電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用負(fù)載:取用電能的裝置(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理第3頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二放大器揚(yáng)聲器話筒信號(hào)源:

提供信息信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等直流電源直流電源:

提供能源負(fù)載電路的組成:電源(信號(hào)源)、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)第4頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二i1.1.2電路元件和電路模型

實(shí)際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電池、電阻器等，它們的電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。例如：一個(gè)白熾燈在有電流通過(guò)時(shí)，R

R

L

消耗電能(電阻性)

產(chǎn)生磁場(chǎng)儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量(電感性)

忽略

L

為了便于分析與計(jì)算實(shí)際電路，在一定條件下常忽略實(shí)際部件的次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它看成理想電路元件。電路元件第5頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二電源負(fù)載連接導(dǎo)線電路實(shí)體電路模型2.電路模型

用理想電路元件組成的電路，稱為實(shí)際電路的電路模型。今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。SER–

+R0開(kāi)關(guān)第6頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.3電壓和電流的參考方向?qū)﹄娐愤M(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，不僅要算出電壓、電流、功率值的大小，還要確定這些量在電路中的實(shí)際方向。但是，在電路中各處電位的高低、電流的方向等很難事先判斷出來(lái)。因此電路內(nèi)各處電壓、電流的實(shí)際方向也就不能確定。為此引入?yún)⒖挤较虻囊?guī)定。習(xí)慣上規(guī)定電壓的實(shí)際方向?yàn)椋河筛唠娢欢酥赶虻碗娢欢耍浑娏鞯膶?shí)際方向?yàn)椋赫姾蛇\(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向；電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向?yàn)椋河傻碗娢欢酥赶蚋唠娢欢恕５?頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.3電壓和電流的參考方向電壓、電流的參考方向：當(dāng)電壓、電流參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，其值為正，反之則為負(fù)值。R–

+R0IE

例如：圖中若I=3A，則表明電流的實(shí)際方向與參考方向相同；反之，若

I=–3A，則表明電流的實(shí)際方與參考方向相反。

在電路圖中所標(biāo)電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)的方向，一般均為參考方向。電流的參考方向用箭頭表示；電壓的參考方向除用極性“+”、“–”外，還用雙下標(biāo)或箭頭表示。任意假定。第8頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二圖(b)中若I=–2A，R=3，則U=–3

(–2)=6V歐姆定律：通過(guò)電阻的電流與電壓成正比。表達(dá)式=RUIU、I參考方向相同U=–RIU、

I參考方向相反電流的參考方向與實(shí)際方向相反–圖(a)或圖(b)RUI+–IRU+–+–圖(c)RUI電壓與電流參考方向相反–返回第9頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二EIU1.1.4電源有載工作、開(kāi)路與短路1.電壓與電流R0RabcdR+R0I=EER0I電源的外特性曲線當(dāng)

R0

<<

R時(shí)，則U

E表明當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電源的端電壓變化不大，即帶負(fù)載能力強(qiáng)。IUO+_+_UU=RI或U=E–R0I1.電源有載工作第10頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.電壓與電流U=RIU=E–R0I2.功率與功率平衡UI=EI–R0I2

P=PE–P電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率電源輸出功率功率的單位：瓦[特](W)

或千瓦(kW)電源產(chǎn)生功率=負(fù)載取用功率+內(nèi)阻消耗功率功率平衡式EIUR0Rabcd+_+_R+R0I=E第11頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.電源與負(fù)載的判別根據(jù)電壓、電流的實(shí)際方向判別，若U和I的實(shí)際方向相反，則是電源，發(fā)出功率；U和I的實(shí)際方向相同，是負(fù)載，取用功率。根據(jù)電壓、電流的參考方向判別P=UI為負(fù)值，是電源，發(fā)出功率；若電壓、電流的參考方向相同P=UI為正值，負(fù)載，取用功率。第12頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.電源與負(fù)載的判別[例

1]已知：圖中UAB=3V，I=–2A[解]

P=UI=

(–2)

3=–6W求：N的功率，并說(shuō)明它是電源還是負(fù)載。因?yàn)榇死须妷骸㈦娏鞯膮⒖挤较蛳嗤鳳為負(fù)值，所以N發(fā)出功率，是電源。想一想，若根據(jù)電壓電流的實(shí)際方向應(yīng)如何分析？NABI第13頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.額定值與實(shí)際值U電源+–IP電源輸出的電流和功率由負(fù)載的大小決定額定值是為電氣設(shè)備在給定條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的允許值電氣設(shè)備不在額定條件下運(yùn)行的危害：不能充分利用設(shè)備的能力；降低設(shè)備的使用壽命甚至損壞設(shè)備。S1S2S3第14頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2電源開(kāi)路

電源開(kāi)路時(shí)的特征I=0U=U0=EP=0當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電源則處于開(kāi)路(空載)狀態(tài)。EIU0R0Rabcd+_+_第15頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二UIS

電流過(guò)大，將燒毀電源！U=0I=IS=E/R0P=0PE=

P=R0IS2

ER0Rbcd+_

電源短路時(shí)的特征a

當(dāng)電源兩端由于某種原因連在一起時(shí)，電源則被短路。

為防止事故發(fā)生，需在電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，用以保護(hù)電路。3電源短路第16頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二上式表明電阻將全部電能消耗掉，轉(zhuǎn)換成熱能。1.電阻元件1.2電阻元件、電感元件和電容元件iu+_R圖中u和i參考方向相同，根據(jù)歐姆定律得出u=RiR=ui電阻元件的參數(shù)電阻對(duì)電流有阻礙作用將u=Ri兩邊同乘以i

，p=ui=Ri2積分之，則得R是耗能元件第17頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二i安(A)韋伯(Wb)亨利(H)N電感+–u2.電感元件L

=iN

在圖示

u、i、e假定參考方向的前提下，當(dāng)通過(guò)線圈的磁通或

i發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為d

dteL=Ndidt=LL+–ui–eL+L稱為電感或自感。線圈的匝數(shù)越多，其電感越大；線圈單位電流中產(chǎn)生的磁通越大，電感也越大。第18頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二P>0,L把電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能，吸收功率。P<0,L把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，放出功率。L是儲(chǔ)能元件根據(jù)KVL可寫出電壓電流關(guān)系L+–ui–eL+或瞬時(shí)功率儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能在直流穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感相當(dāng)于短路。第19頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二伏(V)庫(kù)侖(C)法拉(F)3.電容元件電容元件的參數(shù)iu+–C

當(dāng)通過(guò)電容的電荷量或電壓

發(fā)生變化時(shí)，則在電容中引起電流在直流穩(wěn)態(tài)時(shí)，I=0，電容隔直流。儲(chǔ)存的電場(chǎng)能C是儲(chǔ)能元件第20頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二外特性曲線U0=EIS=OI/AU/V1.3電壓源與電流源及其等效變換一個(gè)電源可以用兩種模型來(lái)表示。用電壓的形式表示稱為電壓源，用電流的形式表示稱為電流源。1.3.1電壓源U=E–R0I理想電壓源電壓源

R0E

理想電壓源電路IbEUR0RL+_+_aERLIbU+_+_a當(dāng)

R0

=0

時(shí)，U=E，是一定值，則I是任意的，由負(fù)載電阻RL和U確定，這樣的電源稱為理想電壓源或恒壓源。第21頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二外特性曲線U0

=ISR0IS

OI/AU/V1.3.2電流源理想電流源電流源將式U=E–R0

I兩邊同除以R0，則得R0U即IS=

+I當(dāng)R0

=∞

時(shí),I

恒等于

IS是一定值，而其兩端電壓U是任意的,由負(fù)載電阻和IS確定，這樣的電源稱為理想電流源或恒流源。理想電流源電路R0IURL+–ISR0U第22頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.3.3電源模型的等效變換

電壓源的外特性和電流源的外特性是相同的。因此兩種模型相互間可以等效變換。IbEUR0RL+_+_aE=ISR0內(nèi)阻改并聯(lián)IURLR0+–ISR0U

U0=ISR0IS

OI/AU/V電流源IS=ER0內(nèi)阻改串聯(lián)U0

=EOI/AU/V電壓源第23頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.3.3電源模型的等效變換IbEUR0RL+_+_aE=ISR0內(nèi)阻改并聯(lián)IURLR0+–ISR0UIS=ER0內(nèi)阻改串聯(lián)

電壓源與電流源模型的等效變換關(guān)系僅對(duì)外電路而言，至于電源內(nèi)部則是不相等的。注意第24頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二[例

1]

用電源等效變換方法求圖示電路中電流I3

。+_+_I390V140V2056207A5I3618A4I3611A[解]4第25頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

注意事項(xiàng)：①電壓源和電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。例：當(dāng)RL=時(shí)，電壓源的內(nèi)阻R0

中不損耗功率，而電流源的內(nèi)阻R0

中則損耗功率。②等效變換時(shí)，兩電源的參考方向要一一對(duì)應(yīng)。R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab③理想電壓源與理想電流源之間無(wú)等效關(guān)系。④任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E和某個(gè)電阻R串聯(lián)的電路，都可化為一個(gè)電流為IS和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。第26頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4二極管半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性第27頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第28頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)第29頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

本征半導(dǎo)體就是完全純凈的半導(dǎo)體。

應(yīng)用最多的本征半導(dǎo)體為鍺和硅，它們各有四個(gè)價(jià)電子，都是四價(jià)元素.硅的原子結(jié)構(gòu)1.4.1本征半導(dǎo)體第30頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

純凈的半導(dǎo)體其所有的原子基本上整齊排列，形成晶體結(jié)構(gòu)，所以半導(dǎo)體也稱為晶體

——晶體管名稱的由來(lái)

本征半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)SiSiSiSi共價(jià)鍵價(jià)電子第31頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二自由電子與空穴

共價(jià)鍵中的電子在獲得一定能量后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴?？昭⊿iSiSiSi自由電子第32頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱激發(fā)與復(fù)合現(xiàn)象

由于受熱或光照產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象-----熱激發(fā)

自由電子在運(yùn)動(dòng)中遇到空穴后，兩者同時(shí)消失，稱為復(fù)合現(xiàn)象SiSiSiSi自由電子空穴第33頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二半導(dǎo)體導(dǎo)電方式載流子自由電子和空穴溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響很大。SiSiSiSi價(jià)電子空穴

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流；而空穴的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)第34頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入微量的磷（或其它五價(jià)元素）。自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。

電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體SiSiP+Si多余電子第35頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二P型半導(dǎo)體

在硅或鍺晶體中摻入硼（或其它三價(jià)元素）。

空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。

空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。SiSiB-Si空穴第36頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

不論N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但是整個(gè)晶體仍然是不帶電的。返回第37頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

1.4.2PN結(jié)PN結(jié)的形成自由電子PN空穴第38頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)第39頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)兩者平衡PN結(jié)寬度基本穩(wěn)定外加電壓平衡破壞擴(kuò)散強(qiáng)漂移強(qiáng)PN結(jié)導(dǎo)通PN結(jié)截止第40頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF

內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–第41頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二PN結(jié)變寬2.PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－第42頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二結(jié)論

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?/p>

（1）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，處在導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)電阻很低，正向電流較大。（2）PN結(jié)加反向電壓時(shí)，處在截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電阻很高，反向電流很小。返回第43頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.3半導(dǎo)體二極管PN結(jié)陰極引線鋁合金小球金銻合金底座N型硅陽(yáng)極引線面接觸型引線外殼觸絲N型鍺片點(diǎn)接觸型表示符號(hào)PN第44頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

伏安特性

半導(dǎo)體二極管的伏安特性是非線性的。硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降外加電壓大于死區(qū),電壓二極管才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓,二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性?.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。第45頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

伏安特性的折線化I0I0USUU第46頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

主要參數(shù)1最大整流電流IOM：二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許流過(guò)的最大正向平均電流。2反向工作峰值電壓URWM:

保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓。3反向峰值電流IRM:

二極管上加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流值。第47頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

應(yīng)用舉例

主要利用二極管的單向?qū)щ娦?。可用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開(kāi)關(guān)元件。

例:圖中電路，輸入端A的電位VA=+3V，B的電位VB=0V，求輸出端Y的電位VY。電阻R接負(fù)電源-12V。VY=+2.7V解：DA優(yōu)先導(dǎo)通，DA導(dǎo)通后，DB上加的是反向電壓，因而截止。DA起鉗位作用，DB起隔離作用。-12VAB+3V0VDBDAY返回第48頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二電路如圖，求：UABV陽(yáng)

=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例：

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。

在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–第49頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)

=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例:D1承受反向電壓為－6V流過(guò)D2

的電流為求：UAB

在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–第50頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開(kāi)路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開(kāi)關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––第51頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.4穩(wěn)壓管

一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用。1穩(wěn)壓管表示符號(hào)：

第52頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二正向+-反向+-IZUZ2穩(wěn)壓管的伏安特性：3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理：

穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓管擊穿時(shí)，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管的反向特性曲線比較陡。反向擊穿是可逆的。

U/VI/mA0IZIZMUZ

第53頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4主要參數(shù)（2）電壓溫度系數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)壓管在正常工作下管子兩端的電壓。說(shuō)明穩(wěn)壓管受溫度變化影響的系數(shù)（3）動(dòng)態(tài)電阻rZ穩(wěn)壓管端電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量的比值（4）穩(wěn)定電流IZ（5）最大允許耗散功率PZM管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。PZM=UZIZM第54頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二例題+_UU0UZR穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用當(dāng)U<UZ時(shí),電路不通；當(dāng)U>UZ大于時(shí),穩(wěn)壓管擊穿此時(shí)選R，使IZ<IZM第55頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.5發(fā)光二極管與光電二極管1、發(fā)光二極管（1）工作原理（與光電二極管相反）當(dāng)管子正向偏置并通過(guò)一定的電流時(shí)，會(huì)發(fā)出一定波長(zhǎng)的光。（2）發(fā)光光譜比較窄波長(zhǎng)由二極管基本材料決定

發(fā)光二極管(LED):是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的特殊二極管,根據(jù)材料的不同可發(fā)出紅、綠、蘭、黃光澤。其工作電壓一般為(1.5～3V),工作電流為(10mA～30mA)。第56頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二例2S閉和，LED亮；S端開(kāi)，LED滅5VSRLED第57頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、光電二極管

是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的特殊二極管,如影碟機(jī)中的激光二極管.工作狀態(tài)：反相偏置狀態(tài)特性：反相電流隨著光照強(qiáng)度的增加而增加。第58頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5半導(dǎo)體三極管1.5.1基本結(jié)構(gòu)1.5.2電流分配和放大原理1.5.3特性曲線1.5.4主要參數(shù)結(jié)構(gòu)平面型

合金型

NPN

PNP第59頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5

半導(dǎo)體三極管1.5.1基本結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)(a)平面型；(b)合金型BEP型硅N型硅二氧化碳保護(hù)膜銦球N型鍺N型硅CBECPP銦球(a)(b)第60頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號(hào)(a)NPN型晶體管；(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP型晶體管CE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNP基極發(fā)射極集電極BCE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)P發(fā)射結(jié)P集電結(jié)N集電極發(fā)射極基極B第61頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大第62頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNP發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

EBRBECRC第63頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路

設(shè)EC=6V，改變可變電阻RB,則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下表：2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用mAAVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100第64頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:(1)IE=IB+IC符合基爾霍夫定律(2)IC

IB

，

IC

IE

(3)IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實(shí)質(zhì):

用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。第65頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二+UBE

ICIEIB

CTEB+UCE(a)NPN型晶體管；+UBE

IBIEICCTEB+UCE電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性(4)要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。(b)PNP型晶體管第66頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。

發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。第67頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0第68頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5.3

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

(1)直觀地分析管子的工作狀態(tài)(2)合理地選擇偏置電路的參數(shù),設(shè)計(jì)性能良好的電路

重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線第69頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路mAAVVICECIBRB+UBE+UCEEBCEB3DG100第70頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.

輸入特性特點(diǎn):非線性正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3V3DG100晶體管的輸入特性曲線O0.40.8IB/AUBE/VUCE≥1V60402080死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。第71頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.輸出特性

共發(fā)射極電路ICEC=UCCIBRB+UBE+UCEEBCEBIC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=03DG100晶體管的輸出特性曲線

在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。第72頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.輸出特性

晶體管有三種工作狀態(tài)，因而輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)3DG100晶體管的輸出特性曲線IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(1)放大區(qū)

在放大區(qū)IC=

IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。對(duì)NPN型管而言,應(yīng)使

UBE

>0,UBC<

0，此時(shí)，

UCE

>UBE。Q2Q1大放區(qū)第73頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(2)截止區(qū)對(duì)NPN型硅管，當(dāng)UBE<0.5V時(shí),即已開(kāi)始截止,為使晶體管可靠截止,常使UBE

0。截止時(shí),集電結(jié)也處于反向偏置(UBC<

0),此時(shí),IC0,UCEUCC。IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB=0時(shí),IC=ICEO(很小)。(ICEO<0.001mA)截止區(qū)第74頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(3)飽和區(qū)

在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時(shí)，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。

IC

UCC/RC。

當(dāng)UCE

<

UBE時(shí)，集電結(jié)處于正向偏置(UBC

>0)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。飽和區(qū)第75頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流(a)放大+UBE>0

ICIB+UCE

UBC<0+(b)截止IC0IB=0+UCEUCC

UBC<0++UBE

0

(c)飽和+UBE>

0

IB+UCE0

UBC>0+

當(dāng)晶體管飽和時(shí)，UCE

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的接通，其間電阻很?。划?dāng)晶體管截止時(shí)，IC

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，其間電阻很大，可見(jiàn)，晶體管除了有放大作用外，還有開(kāi)關(guān)作用。第76頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

0

0.10.5

0.1

0.6~0.70.2~0.3

0.30.1

0.7

0.3硅管(NPN)鍺管(PNP)

可靠截止開(kāi)始截止

UBE/V

UBE/VUCE/VUBE/V

截止

放大

飽和

工作狀態(tài)

管型晶體管結(jié)電壓的典型值14.5.4

主要參數(shù)

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。第77頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5.4

主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時(shí)，注意：

和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。

常用晶體管的

值在20~200之間。

由于晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在特性曲線的近于水平部分，IC隨IB成正比變化，值才可認(rèn)為是基本恒定的。第78頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二例：在UCE=6V時(shí)，在Q1點(diǎn)IB=40A,IC=1.5mA；在Q2點(diǎn)IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC/mA1234UCE/V9120Q1Q2在Q1點(diǎn)，有由Q1和Q2點(diǎn)，得第79頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第80頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.集電極最大允許電流ICM5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。

當(dāng)集—射極之間的電壓UCE超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。6.集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過(guò)大，溫升過(guò)高會(huì)燒壞三極管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C。第81頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二ICMU(BR)CEO由三個(gè)極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)ICUCEOICUCE=PCM安全工作區(qū)第82頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二晶體管參數(shù)與溫度的關(guān)系1.溫度每增加10C，ICBO增大一倍。2.溫度每升高1C，UBE將減小

(2~2.5)mV，即晶體管具有負(fù)溫度系數(shù)。3.溫度每升高1C，增加0.5%~1.0%。第83頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5.3微變等效電路法iBUBE

當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的工作段可認(rèn)為是直線。 對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe，表示輸入特性。UBEIB1.晶體管的微變等效電路（1）輸入特性曲線Q返回第84頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

對(duì)于低頻小功率晶體管的輸入電阻估算為：

式中，IE：發(fā)射極電流的靜態(tài)值;

β：晶體管的放大倍數(shù)；

rbe：輸入電阻，其值一般為幾百歐到幾千歐(動(dòng)態(tài)電阻)。返回第85頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二iCuCE

輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源。

輸出端還等效并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。（2）輸出特性曲線在線性工作區(qū)是一族平行直線。ibiC返回第86頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二iCuCEiCuCE

在小信號(hào)的條件下，

rce也是一個(gè)常數(shù)。阻值很高，約為幾十到幾百kΩ。在后面微變等效電路中，可忽略不計(jì)。輸出電阻rce返回第87頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二ubeibibicicubeibuce+-+-BCEucerbe+-+-CB先將交流通道中的三極管用微變等效電路代替。（1）三極管的微變等效電路2.放大電路的微變等效電路返回第88頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.6

場(chǎng)效應(yīng)管

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號(hào)源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：增強(qiáng)型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分第89頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.6.1

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。(1)

N溝道增強(qiáng)型管的結(jié)構(gòu)1.

增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管漏極金屬電極柵極源極

高摻雜N區(qū)DGSSIO2絕緣層P型硅襯底N+N+第90頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二GSD符號(hào)：

由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)1014。

由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。漏極金屬電極柵極源極

高摻雜N區(qū)DGSSIO2絕緣層P型硅襯底N+N+第91頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理

由結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開(kāi)，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SDP型硅襯底N+N+DS+GEG-UGS第92頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

當(dāng)UGS>0時(shí)，P型襯底中的電子受到電場(chǎng)力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；當(dāng)UGS>UGS（th）時(shí)，還在表面形成一個(gè)N型層，稱反型層，即勾通源區(qū)和漏區(qū)的N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來(lái)。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理P型硅襯底N溝道N+N+DGS----耗盡層EG+-UGS第93頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二N型溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通P型硅襯底N+EGS–G+N+DN溝道–+EDID當(dāng)UGS

UGS(th）后，場(chǎng)效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開(kāi)始導(dǎo)通，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。

在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開(kāi)啟電壓UGS(th）。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。第94頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(3)

特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)無(wú)溝道有溝道UGS/VUGS(th)UDS=常數(shù)ID/16mAO開(kāi)啟電壓UGS(th）第95頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二N型襯底P+P+GSD符號(hào)：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強(qiáng)型符號(hào)SiO2絕緣層加電壓才形成

P型導(dǎo)電溝道

增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有當(dāng)UGS

UGS(th）時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。第96頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.

耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管GSD符號(hào)：

如果MOS管在制造時(shí)導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導(dǎo)電溝道第97頁(yè)，共109頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.

耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

由于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時(shí)，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生