1、,電工學(xué)（下冊(cè)） 電 子 技 術(shù),安徽工業(yè)大學(xué) 20112012學(xué)年第一學(xué)期,個(gè) 人 簡(jiǎn) 介,PhD, 副教授 研究方向：固態(tài)量子計(jì)算和量子信息 主持國(guó)家自然科學(xué)基金一項(xiàng)；省優(yōu)秀青年教師資助項(xiàng)目一項(xiàng)； Email：mtcheng,每周兩次課的作業(yè)在平時(shí)成績(jī)冊(cè)上登記一次，每學(xué)期共登記8次。 按校學(xué)生守則規(guī)定，每次所收作業(yè)只批改1/3，學(xué)生在作業(yè)的第一頁(yè)按學(xué)號(hào)尾號(hào)填寫(xiě)批次。 學(xué)號(hào)尾號(hào)0、1、2、3是第一批次；4、5、6是第二批次；7、8、9是第三批次。改一個(gè)批次作業(yè)時(shí)，其余批次的作業(yè)閱過(guò)后登記。 按校學(xué)生守則規(guī)定，一學(xué)期作業(yè)所登次數(shù)少于4次，該生無(wú)資格參加本課程考試。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1.一學(xué)期所登次

2、數(shù)4次，得60分； 2.一學(xué)期登滿(mǎn)4次后，再每登一次得8分，并根據(jù)所交作業(yè)的質(zhì)量好壞，在8分的基礎(chǔ)上，適當(dāng)加減。 3.無(wú)故補(bǔ)交一次作業(yè)減2分。 4.缺交一次作業(yè)減10分。,電工學(xué)平時(shí)作業(yè)管理辦法及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),電 子 技 術(shù) 的 應(yīng) 用（信 號(hào) 檢 測(cè)）,壓力、溫度、水位、水流量等的測(cè)量與調(diào)節(jié); 電子儀器（如信號(hào)發(fā)生器，電子脈搏器）; .,電 子 技 術(shù) 的 應(yīng) 用（汽 車(chē) 電 子）,點(diǎn)火裝置，燃油噴射控制、 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制,車(chē)速控制、間隙刮水、 除霧裝置、車(chē)門(mén)緊鎖,安全帶、車(chē)燈未關(guān)報(bào)警、 速度報(bào)警、安全氣囊,空調(diào)控制、動(dòng)力窗控制,里程表、數(shù)字式速度表、 出租車(chē)用儀表,收音機(jī)、CD,幾種模擬信號(hào)波

3、形 (a) 正弦波 (b) 三角波 (c) 調(diào)幅波 (d) 阻尼振蕩波,信號(hào)的分類(lèi),模擬信號(hào),模擬信號(hào)的幅值隨時(shí)間呈連續(xù)變化，波形上任意一點(diǎn)的數(shù)值均有其物理意義。,數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)只在某些不連續(xù)的瞬時(shí)給出函數(shù)值,其函數(shù)值通常是某個(gè)最小單位的整數(shù)倍。,信 號(hào) 及 其 分 類(lèi),信號(hào)的分類(lèi),模擬信號(hào),模擬信號(hào)的幅值隨時(shí)間呈連續(xù)變化，波形上任意一點(diǎn)的數(shù)值均有其物理意義。,數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)波形舉例,數(shù)字信號(hào)只在某些不連續(xù)的瞬時(shí)給出函數(shù)值,其函數(shù)值通常是某個(gè)最小單位的整數(shù)倍。,電工學(xué)（下） 電子技術(shù),第14章 半導(dǎo)體二極管和三極管 (2次課),第15章 基本放大電路 (4.5次課),第16章 集成運(yùn)算

4、放大器 (2次課),第17章 電子電路中的反饋 (2.5次課),第18章 直流穩(wěn)壓電源 (2次課),第19章 電力電子技術(shù),第20章 門(mén)電路和組合邏輯電路 (3次課),第21章 觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路 (4次課),第22章 存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件,第23章 模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容,主要教學(xué)內(nèi)容,參 考 書(shū) 目,1. 秦曾煌主編 電工學(xué)第七版 高教出版社 2. 駱雅琴主編 電子技術(shù)輔導(dǎo)與實(shí)習(xí)教程第二版 中科大出版社 3. 圖書(shū)館其它相關(guān)模擬電子、數(shù)字電子教材,第14章 半導(dǎo)體器件,14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 14.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?14.3 二極管 14.4 穩(wěn)壓二極

5、管 14.5 晶體管 14.6 光電器件,本章要求： 理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕龢O管的電流分配和電流放大作用； 了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線(xiàn)，理解主要參數(shù)的意義； 會(huì)分析含有二極管的電路。,第14章 半導(dǎo)體二極管和三極管,學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。 對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)，就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。 器件是非線(xiàn)性的、特性有分散性、RC 的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。,對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方

6、法，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。,導(dǎo)體： 電阻率小于10-3cm 量級(jí); 絕緣體：電阻率大于108cm量級(jí); 半導(dǎo)體：電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間;,導(dǎo)電 能力,14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,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、三極管和晶閘管等）。,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),14.1.1 本征半導(dǎo)體,完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，

7、稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。,晶體中原子的排列方式,硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu),共價(jià)健,共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱(chēng)為價(jià)電子。,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理,價(jià)電子,價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴（帶正電）。,空穴,自由電子,空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中又出現(xiàn)一個(gè)空穴，如此繼續(xù)下去，就好像空穴在運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。,本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。,當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出 現(xiàn)兩部分電流 (1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流 (2)被原子束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流,注意： (1

8、) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能很差； (2) 本征半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)目恒等于空穴數(shù)目。 (3) 溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。,自由電子和空穴都稱(chēng)為載流子。 本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴總是成對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。,14.1.2 N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體,摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱(chēng)為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。,摻入五價(jià)元素,多余電子,磷原子,在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?失去一個(gè)電子變?yōu)檎x子,

9、在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。,在N 型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。,14.1.2 N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體,摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱(chēng)為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體。,摻入三價(jià)元素,在 P 型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。,硼原子,接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子,空穴,無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的， 對(duì)外不顯電性。,應(yīng)注意：,1. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。,2. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。,3. 當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量 （

10、a. 減少、b. 不變、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加電壓的作用下，P 型半導(dǎo)體中的電流 主要是 ，N 型半導(dǎo)體中的電流主要是 。 （a. 電子電流、b.空穴電流）,b,a,14.2 PN結(jié)及其單相導(dǎo)電性,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)： 載流子受擴(kuò)散力的作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 擴(kuò)散電流：載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱(chēng)為擴(kuò)散電流。,1. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散電流,擴(kuò)散電流的大小與載流子的濃度梯度成正比,14.2 PN結(jié)及其單相導(dǎo)電性,漂移運(yùn)動(dòng)： 載流子受電場(chǎng)力的作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)成為漂移運(yùn)動(dòng)。 漂移電流：載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱(chēng)為漂移電流。,2. 漂移運(yùn)動(dòng)和漂移電流,漂移電流的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,14

11、.2.1 PN結(jié)的形成,多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),少子的漂移運(yùn)動(dòng),濃度差,P 型半導(dǎo)體,N 型半導(dǎo)體,擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。,空間電荷區(qū)也稱(chēng) 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),14.2 PN結(jié)及其單相導(dǎo)電性,內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，阻礙多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,少子 漂移,擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié),多子 擴(kuò)散,形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng),促使,阻止,PN結(jié)的兩大基本特征：,當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體共處時(shí)，產(chǎn)生空間電荷區(qū)， 形成內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)的方向?yàn)镹指向P。 2. 整個(gè)半導(dǎo)體仍然是電中性的。,P

12、N結(jié)加上正向電壓（正向偏置）的意思是：P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓； PN結(jié)加上反向電壓（反向偏置）的意思是：P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓；,14.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?14.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1. PN 結(jié)加正向電壓（正向偏置）,PN 結(jié)變窄,P接正、N接負(fù),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)。,PN 結(jié)變寬,2. PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）,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。,IR,P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。,

13、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)。,結(jié) 論,PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?（1） PN結(jié)加正向電壓時(shí)，正向擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，PN結(jié)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)，僅有很小的反向飽和電流Is，處在截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電阻很高，反向電流很小。,PN結(jié)的單向?qū)щ娦?一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線(xiàn)并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線(xiàn)稱(chēng)為陽(yáng)極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線(xiàn)稱(chēng)為陰極。,14.3 半導(dǎo)體二極管,(a) 點(diǎn)接觸型,(b)面接觸型,結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電

14、路。,結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。,(c) 平面型 用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。,圖 1 12 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),二極管的結(jié)構(gòu)示意圖,參看二極管的實(shí)物圖,14.3 半導(dǎo)體二極管,14.3.2 伏安特性,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娦浴?正向特性,反向特性,特點(diǎn)：非線(xiàn)性,硅0.60.8V鍺0.20.3V,死區(qū)電壓,反向電流 在一定電壓 范圍內(nèi)保持 常數(shù)。,顯然二極管的伏安特性不是直線(xiàn)，因此屬

15、于非線(xiàn)性電阻元件。,14.3.3 主要參數(shù),1. 最大整流電流 IOM,二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。,2. 反向工作峰值電壓URWM,是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。,3. 反向峰值電流IRM,指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。,1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù) ）時(shí)， 二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向

16、電阻較小，正向電流較大。,2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正 ）時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。,3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。,二極管單向?qū)щ娦?二極管是對(duì)溫度非常敏感的器件。實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會(huì)減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)（約為-2mV/）；溫度升高，反向飽和電流會(huì)增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10，反向電流大約增加一倍。,溫度對(duì)二極管伏安特性的影響,二極管的溫度特性,二極管應(yīng)用電路,1. 整流電路

17、,2. 限幅電路,3. 鉗位電路,4. .,定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài),導(dǎo)通截止,分析方法：將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位 的高低或所加電壓UD的正負(fù)。,若 V陽(yáng) V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導(dǎo)通 若 V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6.3或6.7V,例1：,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。,例2:,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) =6 V，V2陽(yáng)=0 V，V1陰 = V2陰= 1

18、2 V UD1 = 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 = 0 V,D1承受反向電壓為6 V,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。,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(huà)出 uo 波形。,例3：,參考點(diǎn),二極管陰極電位為 8 V,ui,1. 符號(hào),UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,2. 伏安特性,穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓,使用時(shí)要加限流電阻,穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端

19、電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。,穩(wěn)壓管實(shí)物圖,14.4 穩(wěn)壓二極管,3. 主要參數(shù),(1) 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。,(2) 電壓溫度系數(shù) 環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。,(3) 動(dòng)態(tài)電阻,(4) 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM 是指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)壓管中流過(guò)的電流， 有最小穩(wěn)定電流和最大穩(wěn)定電流之分。,(5) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZM 是指穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，管子上允許的最大耗散功率。,rZ愈小，曲線(xiàn)愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。,例,穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 定 電 壓UZ =10V，穩(wěn) 壓 管 的 最

20、 大 穩(wěn) 定 電 流 IZMAX = 20 mA， 輸 入 直 流 電 壓 UI =20V，限 流 電 阻 R 最 小 應(yīng) 選 （ ）。,例：如圖所示是穩(wěn)壓管電路。當(dāng)穩(wěn)壓管的電流Iz的變化范圍為 540mA時(shí)，問(wèn)RL的變化范圍為多少？,光電二極管,反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。,符號(hào),發(fā)光二極管（LED）,有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見(jiàn)波段的光，它的電特性與一般二極管類(lèi)似，正向電壓較一般二極管高(1.5 3V)，電流為幾 幾十mA,光電二極管,發(fā)光二極管,單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物,雙極型晶體管是由兩個(gè)背靠背、互有影響的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過(guò)程中兩種載流子都

21、參與導(dǎo)電，所以全名稱(chēng)為雙極結(jié)型晶體管。 雙極結(jié)型晶體管有三個(gè)引出電極，人們習(xí)慣上又稱(chēng)它為晶體三極管或簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管。,晶體管的種類(lèi)很多,按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，有硅管、鍺管等等。但是從它的外形來(lái)看，晶體管都有三個(gè)電極，常見(jiàn)的晶體管外形如圖所示：,從晶體管的外形可看出，其共同特征就是具有三個(gè)電極，這就是“三極管”簡(jiǎn)稱(chēng)的來(lái)歷。,14.5 雙極性晶體管,14.5.1 三極管的結(jié)構(gòu),14.5.2 電流分配和放大原理,14.5.3 三極管的伏安特性曲線(xiàn),14.5.4 三極管的主要參數(shù),14.5 半導(dǎo)體三極管（晶體管）,基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,符

22、號(hào)：,NPN型三極管,PNP型三極管,14.5.1 基本結(jié)構(gòu),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),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,集電區(qū)： 面積最大,由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體的管子稱(chēng)為NPN管。還有一種與它成對(duì)偶形式的，即兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體的管子，稱(chēng)為PNP管。晶體管制造工藝上的特點(diǎn)是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度底，集電區(qū)面積大。,(a)共基極 (b)共發(fā)射極 (c)共集電極,三種連接方式（或成為三種組態(tài)）,14. 5. 2 電流分配和放大原理,1. 三極管放大的條件,*外部條件：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,PNP 發(fā)射結(jié)正偏 VBVB,*

23、晶體管內(nèi)部條件： a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)； b）基區(qū)很薄。,2. 各電極電流關(guān)系及電流放大作用,結(jié)論:,1）三電極電流關(guān)系 IE = IB + IC 2） IC IB ， IC IE ， IC IB 3）當(dāng)IB=0(將基極開(kāi)路)時(shí)，IC=ICEO,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(chēng)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。,3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,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

24、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。,1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過(guò)程： 由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。,2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過(guò)程： 由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。,3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子過(guò)程： 由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。,3. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)

25、律,IC = ICE+ICBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 與 IBE 之比稱(chēng)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 IC ICE0,14.5.3 特性曲線(xiàn),即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線(xiàn)，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(xiàn)： 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(xiàn),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(xiàn)路,1. 輸入特

26、性,特點(diǎn):非線(xiàn)性,死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。,正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： NPN型硅管 UBE 0.60.7V PNP型鍺管 UBE 0.2 0.3V,UCE 1V，原因是b、e間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分?jǐn)U散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴復(fù)合，形成IB。 與UCE=0V時(shí)相比 ，在UBE相同的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導(dǎo)通電壓約為0.5V。嚴(yán)格地說(shuō)，當(dāng)UCE逐漸增加 時(shí)，IB逐漸減小，曲線(xiàn)逐漸向右移。這是因?yàn)閁CE增加時(shí)，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復(fù)合，所以IB減小。不過(guò)UCE超過(guò)

27、1V以后再增加，IC增加很少，因?yàn)镮B的變化量也很小，通?？梢院雎訳CE變化對(duì)IB的影響，認(rèn)為UCE 1V時(shí)的 曲線(xiàn)都重合在一起。,2. 輸出特性,IB=0,20A,放大區(qū),輸出特性曲線(xiàn)通常分三個(gè)工作區(qū)：,(1) 放大區(qū),（a）三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置； （b）基極電流IB微小的變化會(huì)引起集電極電流IC較大的變化，有電流關(guān)系式：IC=IB； （c）對(duì)NPN型的三極管，有電位關(guān)系：UCUBUE； UCEUBE （d）對(duì)NPN型硅三極管，有發(fā)射結(jié)電壓UBE0.7V；對(duì)NPN型鍺三極管，有UBE0.2V。,（2）截止區(qū),IB 0 以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有 IC 0 。,（a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)

28、均反向偏置； UBE0,UBC0 （b）若不計(jì)穿透電流ICEO，有IB、IC近似為0； UCEUCC （c）三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。,（3）飽和區(qū),（a）三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置； UBC0, UCEUBE （b）三極管的電流放大能力下降，通常有ICIB； （c）UCE的值很小，稱(chēng)此時(shí)的電壓UCE為三極管的飽和壓降，用UCES表示。一般硅三極管的UCES約為0.3V，鍺三極管的UCES約為0.1V； UCE0, IC=UCC/RC （d）三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類(lèi)似于一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。 三極管作為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，通常工作在截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài)；作為放大元件使用時(shí)，一般要工作在放大狀態(tài)。,例：,如圖所示電路中，,當(dāng)輸入電壓,分別為,和,時(shí)，,試問(wèn)晶體管,處于何種工作狀態(tài)？,解：,晶體管臨界飽和時(shí)的基極電流,14.5.4 主