1、電子技術(shù)基礎(chǔ)知識,授課：永安市技校 陳昌初,維修電工培訓(xùn),2本征半導(dǎo)體：不加雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體晶體。如本征硅或本征鍺。,根據(jù)摻雜的物質(zhì)不同，可分兩種：,3雜質(zhì)半導(dǎo)體：為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，在本征半導(dǎo)體（4價(jià)）中摻入硼或磷等雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。,（1）P型半導(dǎo)體：本征硅(或鍺)中摻入少量硼元素（3價(jià)）所形成的半導(dǎo)體，如P型硅。多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。,一、PN結(jié),1半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)。如硅（Si）或鍺（Ge）半導(dǎo)體。,（2）N型半導(dǎo)體：在本征硅(或鍺)中摻入少量磷元素（5價(jià)）所形成的半導(dǎo)體，如N型硅。其中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。,4PN結(jié)：

2、N型和P型半導(dǎo)體之間的特殊薄層叫做PN結(jié)。PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的核心。如圖1所示。,P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，PN結(jié)導(dǎo)通； 反之，PN結(jié)截止。,PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。即?將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體使用特殊工藝連在一起，形成PN結(jié)。,外加正向電壓（也叫正向偏置） 外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴(kuò)散運(yùn)動大大超過漂移運(yùn)動，N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,外加反向電壓（也叫反向偏置） 外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場作用下形成反向電流，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動產(chǎn)生的，反向電流很小，這時稱PN

3、結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,1 外形：由密封的管體和兩條正、負(fù)電極引線所組成。管體外殼的標(biāo)記通常表示正極。如圖2（a）所示；,2 符號：如圖。其中： 三角形正極， 豎杠負(fù)極， V二極管的文字符號。,3晶體二極管的單向?qū)щ娦裕?（1）正極電位負(fù)極電位，二極管導(dǎo)通；,（2）正極電位負(fù)極電位，二極管截止。,即二極管正偏導(dǎo)通，反偏截止。這一導(dǎo)電特性稱為二極管的單向?qū)щ娦浴?例1 圖3所示電路中，當(dāng)開關(guān)S閉合后，H1、H2兩個指示燈，哪一個可能發(fā)光？,圖3 例1電路圖,解 由電路圖可知，開關(guān)S閉合后，只有二極管V1正極電位高于負(fù)極電位，即處于正向?qū)顟B(tài)，所以H1指示燈發(fā)光。,4 二極管的伏安特性,1定義：二極管

4、兩端的電壓和流過的電流之間的關(guān)系曲線叫作二極管的伏安特性。,5特點(diǎn)：,結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。,導(dǎo)通后V兩端電壓基本恒定：,VFVT時，V導(dǎo)通，IF急劇增大。,正向電壓VF小于門坎電壓VT時，二極管V截止，正向電流IF = 0； 其中，門檻電壓,（1）正向特性,正向特性 外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。導(dǎo)通電壓: UD(on) = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V (0.1 0.3) V鍺管 0.3 V,（2）反向特性,

5、結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。,VRVRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱為反向電擊穿。對應(yīng)的電壓VRM稱為反向擊穿電壓。,反向電壓VRVRM（反向擊穿電壓）時，反向電流IR很小，且近似為常數(shù)，稱為反向飽和電流。,反向特性 外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流 很小。反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。 反向擊穿類型 電擊穿 PN 結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)。 熱擊穿 PN 結(jié)燒毀。,（1）最大整流電流IFM：指管子長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流。 （2）最高反向工作電壓URM：二極管運(yùn)行時允許承受的最大反向電壓。 （3）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管

6、子的單向?qū)щ娦栽胶谩?（4）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。,6、二極管的主要參數(shù),8 二極管的簡單測試,圖4 萬用表檢測二極管,將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負(fù)極。,（1）. 判別正負(fù)極性,用萬用表檢測二極管如圖4所示。,圖5 萬用表檢測二極管,萬用表測試條件：R1k。,（2）.判別好壞,(3)若正向電阻約幾千歐姆，反向電阻非常大，二極管正常。,(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。,(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；,9 二極管的分類,（3）按用途：如圖6所示。,（2）按PN結(jié)面積：點(diǎn)接觸型（電流小，高頻應(yīng)用）、面接觸型（

7、電流大，用于整流）,（1）按材料分：硅管、鍺管,圖6 二極管圖形符號,三、 晶體三極管,晶體三極管：是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。 特點(diǎn)：管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電。,特點(diǎn)：有三個電極， 故稱三極管。,圖7三極管外形,1 三極管的結(jié)構(gòu),（1）.三極管的外形,（2）. 三極管的結(jié)構(gòu),圖8 三極管的結(jié)構(gòu)圖,工藝要求：發(fā)射區(qū)摻雜濃度較大；基區(qū)很薄且摻雜最少；集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少。,特點(diǎn)：,有三個區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)；,兩個PN結(jié)發(fā)射結(jié)（BE結(jié)）、集電結(jié)（BC結(jié)）；,三個電極發(fā)射極e(E)、基極b(B)和集電極c；,兩種類型 P N P型管和NPN型管。,箭頭：表示發(fā)射結(jié)加正

8、向電壓時的電流方向。 文字符號：V,圖9 三極管符號,2、晶體三極管的符號,3、三極管的電流放大作用 （1）三極管的工作電壓 三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的外部偏置條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，此時，各電極電位之間的關(guān)系是： NPN型 UCUBUE PNP型 UCUBUE,（2）電流分配關(guān)系 圖3.3是NPN管放大實(shí)驗(yàn)電路。,三極管各電極電流分配關(guān)系是： IE = IB + IC 由于基極電流很小，因而IEIC。,（3）三極管的電流放大作用 當(dāng)IB有一微小變化時，能引起IC較大的變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。 電流放大作用的實(shí)質(zhì)是通過改變基極電流IB的大小，達(dá)到控制IC的目的，而并不是真正把微

9、小電流放大了，因此稱三極管為電流控制型器件。,電流放大作用： 電流放大系數(shù)：=IC/IB,4、三極管的特性曲線,（1）輸入特性曲線,集射極之間的電壓UCE一定時，發(fā)射結(jié)電壓UBE與基極電流IB之間的關(guān)系曲線。,5VBE與IB成非線性關(guān)系。,2當(dāng)VBE很小時，IB等于零， 三極管處于截止?fàn)顟B(tài)；,3當(dāng)VBE大于門檻電壓（硅管 約0.5V，鍺管約0.2V）時， IB逐漸增大，三極管開始導(dǎo) 通。,4三極管導(dǎo)通后，VBE基本不 變。硅管約為0.7V，鍺管 約為0.3V，稱為三極管的導(dǎo) 通電壓。,共發(fā)射極輸入特性曲線,（2）晶體三極管的輸出特性曲線,基極電流一定時，集、射極之間的電壓與集電極電流的關(guān)系曲線

10、。,輸出特性曲線可分為三個工作區(qū):,（1） 截止區(qū),條件：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)反偏或兩端電壓為零。,三極管輸出特性曲線中，IB=0的輸出特性曲線以下，橫軸以上的區(qū)域稱為截止區(qū)。其特點(diǎn)是：各電極電流很小，相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)。,在放大狀態(tài)，當(dāng)IB一定時，IC不隨VCE變化，即放大狀態(tài)的三極管具有恒流特性。,（2）放大區(qū),條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 特點(diǎn)： IC受IB控制,輸出特性曲線中，截止區(qū)以上平坦段組成的區(qū)域稱為放大區(qū)。此時IC受控于IB；同時IC與UCE基本無關(guān)，可近似看成恒流。此區(qū)內(nèi)三極管具有電流放大作用。,輸出特性曲線中，UCEUBE的區(qū)域，即曲線的上升段組成的區(qū)域稱為飽和區(qū)。 飽和時的U

11、CE稱為飽和壓降，用UCES表示，UCES很小，一般約為0.3V。工作在此區(qū)的三極管相當(dāng)于一個閉合的開關(guān)，沒有電流放大作用。,（3）飽和區(qū),條件：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。,5、三極管的主要參數(shù) 1.電流放大系數(shù) 電流放大系數(shù)是反映三極管電流放大能力的基本參數(shù)，主要有共發(fā)射極電路交流電流放大系數(shù) 和共發(fā)射極電路直流電流放大系數(shù)hFE。,2.極間反向電流 (1) ICBO是指發(fā)射極開路時從集電極流到基極的反向電流。如圖所示。,圖 極間反向電流,管子基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當(dāng)電壓越過此值時，管子將發(fā)生電壓擊穿，若電擊穿導(dǎo)致熱擊穿會損壞管子。,當(dāng)管子集電結(jié)兩端電壓與通過電流的乘積

12、超過此值時，管子性能變壞或燒毀。,(2) 集電極發(fā)射極間擊穿電壓U(BR)CEO,(3) 集電極最大允許功耗PCM,6、三極管的識別和簡單測試,表 常用三極管管腳排列,判別硅管和鍺管的測試電路,7 三極管的簡單測試,（1）、硅管或鍺管的判別,將萬用表設(shè)置在 或 擋，用黑表筆和任一管腳相接（假設(shè)它是基極b），紅表筆分別和另外兩個管腳相接，如果測得兩個阻值都很小，則黑表筆所連接的就是基極，而且是NPN型的管子。如圖11（a）所示。如果按上述方法測得的結(jié)果均為高阻值，則黑表筆所連接的是PNP管的基極。如圖11（b）所示。,（2）、NPN管型和PNP管型的判斷,圖11 基極b的判斷,首先確定三極管的基

13、極和管型，然后采用估測值的方法判斷c 、e極。方法是先假定一個待定電極為集電極（另一個假定為發(fā)射極）接入電路，記下歐姆表的擺動幅度，然后再把兩個待定電極對調(diào)一下接入電路，并記下歐姆表的擺動幅度。擺動幅度大的一次，黑表筆所連接的管腳是集電極c，紅表筆所連接的管腳為發(fā)射極e，如圖12所示。測PNP管時，只要把圖12電路中紅、黑表筆對調(diào)位置，仍照上述方法測試。,（3）、e、b、c三個管腳的判斷,圖12 估測的電路,四、單管基本放大電路,由三極管組成的放大電路。其功能是利用三極管的電流控制作用，把微弱的電信號（簡稱信號，指變化的電壓、電流、功率）不失真地放大到所需的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)將直流電源的能量部分地轉(zhuǎn)化

14、為按輸入信號規(guī)律變化且有較大能量的輸出信號。放大電路的實(shí)質(zhì)，是一種用較小的能量去控制較大能量轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換裝置。,（1）晶體管V。放大元件， 用基極電流iB控制集電極電流iC。,共發(fā)射極基本放大電路,（2）直流電源UCC 放大電路的能源； 使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，提供電流IB和IC，UCC一般在幾伏到十幾伏之間。,（3）基極偏置電阻RB。 為基極提供一個合適的偏置電流IB， 使晶體管有一個合適的工作點(diǎn)， 一般為幾十千歐到幾百千歐。,（4）集電極電阻RC。 將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大， 一般為幾千歐。,（5）耦合電容或隔直電容Cl、C2。

15、 用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放大 電路和信號源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳 遞信號的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至 幾十微法，通常采用電解電容器。,(1) ui直接加在三極管V的基極和發(fā)射極 之間，引起基極電流iB作相應(yīng)的變化 。 (2)通過V的電流放大作用，V的集電極 電流iC也將變 (3)iC的變化引起V的集電極和發(fā)射極之間的 電壓uCE變化。 (4)uCE中的交流分量uce經(jīng)過C2暢通地傳送給負(fù)載RL，成為輸出交流電壓uo,，實(shí)現(xiàn)了電壓放大作用。,2.工作原理,靜態(tài)是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流

16、和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。,3、靜態(tài)工作情況,直流通路：耦合電容可視為開路。,共發(fā)射極基本放大電路,交流通路：（ui單獨(dú)作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)于短路），直流電源UCC去掉（短接）。,從圖解分析過程，可得出如下幾個重要結(jié)論： （1）放大器中的各個量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。 （2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。（放大器具有倒相作用） （

17、3）放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載電阻RL也越小，交流負(fù)載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。 （4）靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時，Q進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。,整流：把交流電變成直流電的過程。,五 晶體二極管整流電路,整流原理：二極管的單向?qū)щ娞匦?二極管單相整流

18、電路：把單相交流電變成直流電的電路。,V：整流二極管，把交流電變成脈動直流電； T：電源變壓器，把v1變成整流電路所需的電壓值v2。,1 單相半波整流電路,（1）電路 如圖（a）,缺點(diǎn)：整流效率低，脈動較大,（2）負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流,（4）二極管反向峰值電壓VRM,（1）負(fù)載電壓VL,（2）二極管正向電流IV和負(fù)載電流IOUT,IV=IOUT=UOUT/RL,UDRM= U2,UOUT = 0.45 U2,V1、V2為性能相同的整流二極管；T為電源變壓器，作用是產(chǎn)生大小相等而相位相反的v2a和v2b。,2 單相全波整流電路,變壓器中心抽頭式單相全波整流電路,（1）. 電路如圖 ：,圖 變壓器中心抽頭式全波整流電路,（2）. 工作原理：,（A）v1正半周時，T次級A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，在v2a作用下，V1導(dǎo)通（V2截止），iV1自上而下流過RL；,（B）v1負(fù)半周時，T次級A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)電位，在v2b的作用下，V2導(dǎo)通（V1截止），iV2自上而下流過RL；,缺點(diǎn)：單管承受的反峰壓比半波整流高一倍，變壓器T需中心抽頭。,（3）負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流,（1）負(fù)載電壓UOUT,（2）負(fù)載電流IL,（3）二極管的平均電流IV,（4）二極管承受反向峰值電壓,UOUT = 0.9 U2,IOUT=UOUT/RL=0