课件模拟电子技术基础第四版ppt课件.ppt

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1、多媒体教学课件 模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronics 童诗白、华成英 主编 第 四 版 童 诗 白 1 1. 本课程的性质 电子技术基础课 2. 特点 非纯理论性课程 实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题 3. 研究内容 以器件为基础、以电信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作 原理、特点及性能指标等。 4. 教学目标 能够对一般性的、常用的模拟电子电路进行分析，同时对较简单 的单元电路进行设计。 导 言 第 四 版 童 诗 白 2 5. 学习方法 重点掌握基本概念；基本电路的结构、性能特点；基本分析估算方法 。 6. 课时及成绩

2、评定标准 课时：80学时=64(理论）+16（实验） 平时10%+实验30%+卷面60% 7. 教学参考书 康华光主编，电子技术基础 模拟部分 第三版，高教出版社 陈大钦主编，模拟电子技术基础问答：例题 试题， 华科大出版社 陈 洁主编， EDA软件仿真技术快速入门- Protel99SE+Multisim10+Proteus 7 中国电力出版社 导 言 第 四 版 童 诗 白 3 目录 1 常用半导体器件（10学时） 2 基本放大电路（8学时） 3 多级放大电路 4 集成运算放大电路（4学时） 5 放大电路的频率响应（6学时） 6 放大电路中的反馈（6学时） 7 信号的运算和处理（6学时）

3、8 波形的发生和信号的转换（6学时） 9 功率放大电路（4学时） 10 直流稳压电源（8学时） 第 四 版 童 诗 白 （6学时） 4 第 四 版 童 诗 白 电子技术: 通常我们把由电阻、电容、三极管、二极管、集成 电路等电子元器件组成并具有一定功能的电路称为电子 电路，简称为电路。 一个完整的电子电路系统通常由若干个功能电路组 成，功能电路主要有：放大器、滤波器、信号源、波形 发生电路、数字逻辑电路、数字存储器、电源、模拟/数 字转换器等。 电子技术就是研究电子器件及电路系统设计、分析 及制造的工程实用技术。目前电子技术主要由模拟电子 技术和数字电子技术两部分组成。 在电子技术迅猛发展的今

4、天，电子电路的应用在日 常生活中无处不在，小到门铃、收音机、DVD播放机、 电话机等，大到全球定位系统GPS（Global Positioning Systems）、雷达、导航系统等。 5 第 四 版 童 诗 白 模拟电子技术： 模拟电子技术主要研究处理模拟信号的电子电路。 模拟信号就是幅度连续的信号，如温度、压力、流量等 。 数字电子技术主要研究处理数字信号的电子电路。 数字信号通常是指时间和幅度均离散的信号，如电报信 号、计算机数据信号等等。 时间 时间 幅度 幅度 T 2T 3T 4T 5T 6T 数字电子技术： 6 第 四 版 童 诗 白 第一章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识

5、 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管 1.6集成电路中的元件 7 本章讨论的问题： 2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗 ？ 3.什么是N型半导体？什么是P型半导体？ 当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？ 4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具 有单向性？在PN结中另反向电压时真的没有电流吗？ 5.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效 应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它 们都可以用于放大？ 1.为什么采用半导体材料制作电子器件？ 第 四 版 童 诗 白 8 1.1 半导体的基础知识 1.1.1

6、本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体 导导体：自然界中很容易导电导电 的物质质称为为导导体，金属 一般都是导导体。 绝缘绝缘 体：有的物质质几乎不导电导电 ，称为为绝缘绝缘 体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导导体：另有一类类物质质的导电导电 特性处处于导导体和绝缘绝缘 体之间间，称为为半导导体，如锗锗、硅、砷化镓镓 和一些硫化物、氧化物等。 一、导体、半导体和绝缘体 第 四 版 童 诗 白 9 半导导体的导电导电 机理不同于其它物质质，所以 它具有不同于其它物质质的特点。例如： 当受外界热热和光的作用时时， 它的导电导电 能力明显变显变 化。 往纯净纯净 的半导导体中掺掺入某些杂质杂质

7、，会使它的导电导电 能力明显显改变变。 光敏器件 二极管 第 四 版 童 诗 白 10 +4 +4 +4+4+4 +4 +4 +4 +4 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导 体 称为本征半导体 将硅或锗材料提 纯便形成单晶体 ，它的原子结构 为共价键结构。 价 电 子 共 价 键 图 1.1.1 本征半导体结构示意图 二、本征半导体的晶体结构 当温度 T = 0 K 时， 半导体不导电，如同 绝缘体。 第 四 版 童 诗 白 第 四 版 童 诗 白 11 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4 图 1.1.2 本征半导体中的 自由电子和空穴 自由电子空穴 若 T ，将有少数价

8、 电子克服共价键的束缚成 为自由电子，在原来的共 价键中留下一个空位 空穴。 T 自由电子和空穴使本 征半导体具有导电能力， 但很微弱。 空穴可看成带正电的 载流子。 三、本征半导体中的两种载流子 （动画1-1） （动画1-2 ） 第 四 版 童 诗 白 12 四、本征半导体中载流子的浓度 在一定温度下本征半导导体中载流子的浓度是一定的， 并且自由电子与空穴的浓度相等。 本征半导导体中载流子的浓度公式： T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.431010/cm3 本征锗的电子和空穴浓度: n = p =2.381013/cm3 ni= pi= K1T3/2 e -E

9、GO/(2KT) 本征激发 复合 动态平衡 第 四 版 童 诗 白 13 1. 半导体中两种载流子 带负电的自由电子 带正电的空穴 2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。 3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又 不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动 会达到平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。 小结： 第 四 版 童 诗 白 14 1.1.2 杂质半导体 杂质半导体有两种 N 型半导体 P

10、 型半导体 一、 N 型半导体(Negative) 在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。 常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。 第 四 版 童 诗 白 15 本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。 第 四 版 童 诗 白 16

11、+4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4+5 自由电子 施主原子 图 1.1.3 N 型半导体 第 四 版 童 诗 白 17 二、 P 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 空穴浓度多于电子浓度，即 p n。空 穴为多数载流子，电子为少数载流子。 3 价杂质原子称为受主原子。 第 四 版 童 诗 白 18 图 1.1.4 P 型半导体 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4+3 受主 原子 空穴 第 四 版 童 诗 白 19 说明： 1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。 3. 杂质半导体总体

12、上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。 2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。 (a)N 型半导体 (b) P 型半导体 图 杂质半导体的的简化表示法 第 四 版 童 诗 白 20 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体， 另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形 成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 P NPN结 图 PN 结的形成 一、PN 结的形成 1.1.3 PN结 第 四 版 童 诗 白 21 PN 结中载流子的运动 耗尽层 空间电荷区 P N 1. 扩散运动 2. 扩散 运动形成空 间电荷区 电子和空 穴浓度差形

13、成 多数载流子的 扩散运动。 PN 结， 耗尽层。 P N （动画1-3） 第 四 版 童 诗 白 22 3. 空间电荷区产生内电场 P N 空间电荷区 内电场 Uho 空间电荷区正负离子之间电位差 Uho 电位壁垒； 内电场；内电场阻止多子的扩散 阻挡层。 4. 漂移运动 内电场 有利于少子 运动漂移 。 少子 的运动与 多子运动 方向相反 阻挡层 第 四 版 童 诗 白 23 5. 扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等 于零，空间电荷区的宽度达到稳定。 对称结 即扩散运动与漂

14、移运动达到动态平衡。 P N 不对称结 第 四 版 童 诗 白 24 二、二、 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性 1. PNPN结结 外加正向电压时处于导通状态 又称正向偏置，简称正偏。 外电场方向 内电场方向 耗尽层 V R I 空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有 较大的正向电流。 图 1.1.6 P N 什么是PN结的单向 导电性？ 有什么作用？ 第 四 版 童 诗 白 25 在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较 大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。 2. PN PN 结结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强 了

15、内电场的作用； 外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流 大于扩散电流，电路中产生反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。 第 四 版 童 诗 白 26 耗尽层 图 1.1.7 PN 结加反相电压时截止 反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感， 随着温度升高， IS 将急剧增大。 P N 外电场方向 内电场方向 VR IS 第 四 版 童 诗 白 27 当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大 的正向电流， PN 结处于 导通状态； 当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小 ，几乎等于零， PN 结处于截止状态。 （动画1-4） （动画

16、1-5） 综上所述： 可见， PN 结具有单向导电性。 第 四 版 童 诗 白 28 IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量 在常温(300 K)下， UT 26 mV 三、三、 PN PN 结的电流方程结的电流方程 PN结所加端电压u与流过的电流i的关系为 公式推导过程略 第 四 版 童 诗 白 29 四、PN结的伏安特性 i = f (u )之间的关系曲线。 60 40 20 0.002 0.004 00.5 1.0 2550 i/ mA u / V 正向特性 死区电压 击穿电压 U(BR) 反向特性 图 1.1.10 PN结的伏安特性 反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿 第 四 版 童

17、诗 白 30 五、PN结的电容效应 当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷 量将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 电容效应包括两部分 势垒电容 扩散电容 1. 势垒电容Cb 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。 (a) PN 结加正向电压（b) PN 结加反向电压 N 空间 电荷区 P V R I + U N 空间 电荷区 P R I + U V 第 四 版 童 诗 白 31 空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容 的放电和充电过程。 势垒电容的大小可用下式表示： 由于 PN 结 宽度 l 随外 加电压 u 而变化，因此势垒 电容 Cb不是一个常数。其 Cb = f (U)

18、曲线如图示。 ：半导体材料的介电比系数； S ：结面积； l ：耗尽层宽度。 O u Cb 图 1.1.11（ b) 第 四 版 童 诗 白 32 2. 扩散电容 Cd Q 是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。 在某个正向电压下，P 区中的电子浓度 np(或 N 区的空穴 浓度 pn)分布曲线如图中曲线 1 所示。 x = 0 处为 P 与 耗 尽层的交界处 当电压加大，np (或 pn)会升高， 如曲线 2 所示(反之浓度会降低)。 O x nP Q 1 2 Q 当加反向电压时，扩散运动被 削弱，扩散电容的作用可忽略。 Q 正向电压变化时，变化载流子积 累电荷量发生变化，相当于电容器充

19、电和放电的过程 扩散电容效应 。 图 1.1.12 PN PN 结 第 四 版 童 诗 白 33 综上所述： PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd 两部分。 Cb 和 Cd 值都很小，通常为几个皮法 几十皮法， 有些结面积大的二极管可达几百皮法。 当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为 Cj Cb。 一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作 用，即可以认为 Cj Cd； 在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。 第 四 版 童 诗 白 34 1.2 半导体二极管 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型 图1.2

20、.1二极管的几种外形 第 四 版 童 诗 白 35 1 点接触型二极管 (a)点接触型 二极管的结构示意图 1.2.1半导体二极管的几种常见结构 PN结面积小，结 电容小，用于检波和变 频等高频电路。 第 四 版 童 诗 白 36 3 平面型二极管 往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。 2 面接触型二极管 PN结面积大，用 于工频大电流整流电路 。 (b)面接触型 (c)平面型 4 二极管的代表符号 D 第 四 版 童 诗 白 37 1.2.2二极管的伏安特性 二极管的伏安特性曲线可用下式表示 硅二极管2CP10的伏安特性 正向特性 反向特性 反向击

21、穿特性 开启电压：0.5V 导通电压：0.7 一、伏安特性 锗二极管2AP15的伏安特性 Uon U(BR) 开启电压：0.1V 导通电压：0.2V 第 四 版 童 诗 白 38 二、温度对二极管伏安特性的影响 在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反 向特性将下移。 二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数 。 50 I / mA U / V 0.20.4 25 5 10 15 0.01 0.02 0 温度增加 第 四 版 童 诗 白 39 1.2.3 二极管的参数 (1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压URM (3) 反向电流IR (4) 最高工作频

22、率fM (5) 极间电容Cj 在实际应用中，应根据管子 所用的场合，按其所承受的 最高反向电压、最大正向平 均电流、工作频率、环境温 度等条件，选择满足要求的 二极管。 第 四 版 童 诗 白 40 1.2.4 二极管等效电路 一、由伏安特性折线化得到的等效电路 1. 理想模型 第 四 版 童 诗 白 41 1.2.4 二极管等效电路 一、由伏安特性折线化得到的等效电路 2. 恒压降模型 第 四 版 童 诗 白 42 1.2.4 二极管等效电路 一、由伏安特性折线化得到的等效电路 3. 折线模型 第 四 版 童 诗 白 43 二、二极管的微变等效电路 二极管工作在正向特性的某一小范围内 时，其

23、正向特性可以等效成一个微变电阻。 即根据 得Q点处的微变电导 则 常温下（T=300K ） 图1.2.7二极管的微变等效电路 第 四 版 童 诗 白 44 应用举例 二极管的静态工作情况分析 理想模型 （R=10k）VDD=10V 时 恒压模型 （硅二极管典型值） 折线模型 （硅二极管典型值） 设 第 四 版 童 诗 白 45 1.2.5 稳压二极管 一、稳压管的伏安特性 (a)符号 (b)2CW17 伏安特性 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管 稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压 电压。 DZ 第 四 版 童 诗 白 46 (1) 稳定电压UZ (2) 动态电阻rZ 在规

24、定的稳压管反向 工作电流IZ下，所对应的 反向工作电压。 rZ =VZ /IZ (3)最大耗散功率 PZM (4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin (5)温度系数VZ 二、稳压管的主要参数 第 四 版 童 诗 白 47 稳压电路 正常稳压时 UO =UZ # # 不加不加R R可以吗？可以吗？ # # 上述电路上述电路U U I I 为正弦波，且幅为正弦波，且幅 值大于值大于U U Z Z ， U UO O的波形是怎 的波形是怎 样的？样的？ （1 1）. .设电源电压波动设电源电压波动( (负载不变负载不变 ) ) UI UOUZ IZ UOUR IR （2 2）

25、. .设负载变化设负载变化( (电源不变电源不变) ) I IOO P25P25例例1.2.21.2.2 UOUI 第 四 版 童 诗 白 R RL L 如电路参数变化？ 48 例1：稳压二极管的应用 RL ui uO R DZ i iz iL UZ 稳压二极管技术数据为：稳压值UZ=10V，Izmax=12mA， Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻 R=200 ，求iZ。 若负载电阻变化范围为1.5 k - 4 k ，是否还能稳压 ？ 第 四 版 童 诗 白 49 RLui uO R DZ i iz iL UZ UZ=10V ui=12V R=200 Iz

26、max=12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k 4 k) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA） i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA） RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA） RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA） 负载变化,但iZ仍在12mA和2mA之间, 所以稳压管仍能起稳压作用 第 四 版 童 诗 白 50 例2：稳压二极管的应用 解： ui和uo的波形如图所示 （UZ3V）

27、 ui uO DZ R (a) (b) ui uO R DZ 第 四 版 童 诗 白 51 一、发光二极管 LED (Light Emitting Diode) 1. 符号和特性 工作条件：正向偏置 一般工作电流几十 mA ， 导通电压 (1 2) V 符号 u /V i /mA O 2 特性 1.2.6其它类型的二极管 第 四 版 童 诗 白 52 发光类型： 可见光：红、黄、绿 显示类型： 普通 LED ， 不可见光：红外光 点阵 LED七段 LED , 第 四 版 童 诗 白 53 二、光电二极管 符号和特性 符号 特性 u i O E = 200 lx E = 400 lx 工作原理：

28、 三、变容二极管 四、隧道二极管 五、肖特基二极管 无光照时，与普通二极管一样。 有光照时，分布在第三、四象限。 第 四 版 童 诗 白 54 1.3 双极型晶体管(BJT) 又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。 (Bipolar Junction Transistor) 三极管的外形如下图所示。 三极管有两种类型：NPN 型和 PNP 型。 主要以 NPN 型为例进行讨论。 图 1.3.1 三极管的外形 X：低频小功率管 D：低频大功率管 G：高频小功率管 A：高频大功率管 第 四 版 童 诗 白 55 1.3.1 晶体管的结构及类型 常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型

29、。 图1.3.2a 三极管的结构 (a)平面型(NPN) (b)合金型(PNP) N e c N P b 二氧化硅 b e c P N P e 发射极 ，b基极 ，c 集电 极。 发射区 集电区 基区 基区 发射区 集电区 第 四 版 童 诗 白 56 图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号 NPN 型 e c b 符号 集电区 集电结 基区 发射结 发射区 集电极 c 基极 b 发射极 e N N P 第 四 版 童 诗 白 57 集电区 集电结 基区 发射结 发射区 集电极 c 发射极 e 基极 b c b e 符号 N NP P N 图 1.3.2 三极管结构示意图和符号 (b)P

30、NP 型 第 四 版 童 诗 白 58 1.3.2 晶体管的电流放大作用 以 NPN 型三极管为例讨论 c N N P e b b e c 表面看 三极管若实 现放大，必须从 三极管内部结构 和外部所加电源 的极性来保证。 不具备 放大作用 第 四 版 童 诗 白 59 三极管内部结构要求： N N P e b c N N N P P P 1. 发射区高掺杂。 2. 基区做得很薄。通常只有 几微米到几十微米，而且掺杂较 少。 三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射 结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。 3. 集电结面积大。 第 四 版 童 诗 白 60 b e c Rc Rb

31、一、晶体管内部载流子的运动 I E IB 1. 发射结加正向电压，扩散 运动形成发射极电流 发射区的电子越过发射结扩散 到基区，基区的空穴扩散到发 射区形成发射极电流 IE (基 区多子数目较少，空穴电流可 忽略)。 2. 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动形成基极 电流 电子到达基区，少数与空穴复 合形成基极电流 Ibn，复合掉的 空穴由 VBB 补充。 多数电子在基区继续扩散，到达 集电结的一侧。 晶体管内部载流子的运动 第 四 版 童 诗 白 61 b e c I E I B Rc Rb 3.集电结加反向电压，漂移 运动形成集电极电流Ic 集电结反偏，有利于收集基区 扩散过来的电子而

32、形成集电极 电流 Icn。 其能量来自外接电源 VCC 。 I C 另外，集电区和基区的少 子在外电场的作用下将进 行漂移运动而形成反向饱 和电流，用ICBO表示。 ICBO 晶体管内部载流子的运动 第 四 版 童 诗 白 62 b e c e Rc Rb 二、晶体管的电流分配关系 IEp ICBO IE IC IB IEn IBn ICn IC = ICn + ICBO IE= ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp IB=IEP+ IBNICBO IE =IC+IB 图1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流 第 四 版 童 诗 白 63 三、晶体管的共射电流放大系数 整理

33、可得： ICBO 称反向饱和电流 ICEO 称穿透电流 1、共射直流电流放大系数 2、共射交流电流放大系数 VCC Rb + VBB C1 T IC IB C2 Rc + 共发射极接法 第 四 版 童 诗 白 64 3、共基直流电流放大系数 或 4、共基交流电流放大系数 直流参数 与交流参数 、 的含义是不同的 ，但是，对于大多数三极管来说， 与 ， 与 的数 值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。 5. 与的关系 ICIE + C2 + C1 VEE Re VCC Rc 共基极接法 第 四 版 童 诗 白 65 1.3.3 晶体管的共射特性曲线 uCE = 0V uBE /V iB=f(

34、uBE) UCE=const (2) 当uCE1V时， uCB= uCE - uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，在同样的uBE下 IB减小，特性曲线右移。 (1) 当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 一. 输入特性曲线 uCE = 0V uCE 1V uBE /V + - b c e 共射极放大电路 UBB UCC uBE iC iB+ - uCE 第 四 版 童 诗 白 66 饱和区：iC明显受uCE控 制的区域，该区域内， 一般uCE0.7V(硅管)。 此时，发射结正偏，集 电结正偏或反偏电压很 小。 iC=f(uCE) IB=const 二、输

35、出特性曲线 输出特性曲线的三个区域: 截止区：iC接近零的 区域，相当iB=0的曲 线的下方。此时， uBE小于死区电压， 集电结反偏。 放大区：iC平行于uCE轴的 区域，曲线基本平行等距 。此时，发射结正偏，集 电结反偏。 第 四 版 童 诗 白 67 三极管的参数分为三大类: 直流参数、交流参数、极限参数 一、直流参数 1.共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const 1.3.4晶体管的主要参数 2.共基直流电流放大系数 3.集电极基极间反向饱和电流ICBO 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 第 四 版 童 诗 白

36、 68 二、交流参数 1.共发射极交流电流放大系数 =iC/iBUCE=const 2. 共基极交流电流放大系数 =iC/iE UCB=const 3.特征频率 fT 值下降到1的信号频率 第 四 版 童 诗 白 69 1.最大集电极耗散功率PCM PCM= iCuCE 三、 极限参数 2.最大集电极电流ICM 3. 反向击穿电压 UCBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压。 U EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。 UCEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。 几个击穿电压有如下关系 UCBOUCEOUEBO 第 四 版 童 诗 白 70 由PCM、 ICM和UCEO在输出特性曲线

37、上可以确 定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 PCM= iCuCE U (BR) CEO UCE/V 第 四 版 童 诗 白 71 1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响 一、温度对ICBO的影响 温度每升高100C ， ICBO增加约一倍。 反之，当温度降低时ICBO减少。 硅管的ICBO比锗管的小得多。 二、温度对输入特性的影响 温度升高时正向特性左移 ， 反之右移 60 40 20 00.4 0.8 I / mA U / V 温度对输入特性的影响 200 600 三、温度对输出特性的影响 温度升高将导致 IC 增大 iC uCE O iB 200 600

38、温度对输出特性的影响 第 四 版 童 诗 白 72 三极管工作状态的判断 例1：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下， 试判别管子工作在什么区域？ （1 1） V V C C 6V6V V V B B 0.7V0.7V V V E E 0V0V （2 2） V V C C 6V6V V V B B 4V4V V V E E 3.6V3.6V （3 3） V V C C 3.6V3.6V V V B B 4V4V V V E E 3.4V3.4V 解： 原则： 正偏反偏反偏集电结 正偏正偏反偏发射结 饱和放大截止 对NPN管而言，放大时V V C C V V B B V V E E 对PN

39、P管而言，放大时V V C C V V B B V V E E （1）放大区 （2）截止区 （3）饱和区 第 四 版 童 诗 白 73 例2 某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。 解：电流判断法。 电流的正方向和KCL。IE=IB+ IC A BC IA IB IC C为发射极 B为基极 A为集电极。 管型为NPN管。 管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。 第 四 版 童 诗 白 74 例例33：测得工作在测得工作在放大电路中放大电路中几个晶体管三个电极的电位几个晶体管三个电极的电位 U U1 1 、

40、U U 2 2 、U U 3 3 分别为：分别为： （1 1）U U 1 1 =3.5V=3.5V、U U 2 2 =2.8V=2.8V、 、 U U 3 3 =12V=12V （2 2）U U 1 1 =3V=3V、 、 U U 2 2 =2.8V=2.8V、 、 U U 3 3 =12V=12V （3 3）U U 1 1 =6V=6V、 、 U U 2 2 =11.3V=11.3V、 、 U U 3 3 =12V=12V （4 4）U U 1 1 =6V=6V、 、 U U 2 2 =11.8V=11.8V、 、 U U 3 3 =12V=12V 判断它们是判断它们是NPNNPN型还是型还

41、是PNPPNP型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定e e 、b b、c c。 （ （1 1）U U 1 1 b b、U U 2 2 e e、U U 3 3 c NPN c NPN 硅硅 （2 2）U U 1 1 b b、U U 2 2 e e、U U 3 3 c NPN c NPN 锗锗 （3 3）U U 1 1 c c、U U 2 2 b b、U U 3 3 e PNP e PNP 硅硅 （4 4）U U 1 1 c c、U U 2 2 b b、U U 3 3 e PNP e PNP 锗锗 原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗 管。发

42、射结正偏，集电结反偏。 NPN管 UBE0， UBC0，即U U C C U U B B U U E E 。 PNP管 UBE0， UBC0，即U U C C U U B B U U E E 。 解：解： 第 四 版 童 诗 白 75 1.3.6 光电三极管 一、等效电路、符号 二、光电三极管的输出特性曲线 c e c e iC uCE O 图1.3.11光电三极管的输出特性 E1 E2 E3 E4 E0 第 四 版 童 诗 白 76 复习 1.BJT放大电路三个 电流关系 ？ IE =IC+IB 2.BJT的输入、输出特性曲线？ uCE = 0V uCE 1V uBE /V 3.BJT工作状

43、态如何判断？ 第 四 版 童 诗 白 77 1.4 场效应三极管 场效应管：一种载流子参与导电，利用输入回路的 电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极 型三极管。 场效应管分类 结型场效应管 绝缘栅场效应管 特点 单极型器件(一种载流子导电)； 输入电阻高； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小 、成本低。 第 四 版 童 诗 白 78 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 （耗尽型） FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) 场效应管分类： 第 四 版 童 诗 白 79 D S G N 符号 1.4.1 结型场效应管Junction

44、 Field Effect Transistor 结构 图 1.4.1 N 沟道结型场效应管结构图 N 型 沟 道 N型硅棒 栅极 源极 漏极 P+P+ P 型区 耗尽层 (PN 结) 在漏极和源极之间 加上一个正向电压，N 型半导体中多数载流子 电子可以导电。 导电沟道是 N 型的 ，称 N 沟道结型场效应 管。 第 四 版 童 诗 白 80 P 沟道场效应管 P 沟道结型场效应管结构图 N+N+ P 型 沟 道 G S D P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺 杂的 N 型区(N+)，导电沟 道为 P 型，多数载流子为 空穴。 符号 G D S 第 四 版 童 诗 白 81 一、

45、结型场效应管工作原理 N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的。(VCCS) G D S N N 型 沟 道 栅极 源极 漏极 P+P+ 耗尽层 *在栅极和源极之间 加反向电压，耗尽层会变 宽，导电沟道宽度减小， 使沟道本身的电阻值增大 ，漏极电流 ID 减小，反 之，漏极 ID 电流将增加 。 *耗尽层的宽度改变 主要在沟道区。 第 四 版 童 诗 白 82 1. 当UDS = 0 时， uGS 对导电沟道的控制作用 ID = 0 G D S N 型 沟 道 P+P+ (a) UGS = 0 UGS = 0 时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽 第 四 版 童 诗 白 83

46、 1. 当UDS = 0 时， uGS 对导电沟道的控制作用 UGS 由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。 ID = 0 G D S P+P+ N 型 沟 道 (b) UGS(off) UGS（Off) ， iD 较大。 G D S P+ N iS iD P+P+VDD VGG uGS UGS（Off) ， iD 更小。 G D S N iS iD P+P+ VDD 注意：当 uDS 0 时，耗尽层呈现楔形。 (a) (b) uGD uGS uDS 第 四 版 童 诗 白 86 G D S P+ N iS iD P+P+ VDD VGG uGS uGS(off)情况下, 即当uDS

47、UT) 导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流 ID 。 b. UDS= UGS UT， UGD = UT 靠近漏极沟道达到临界开启程 度，出现预夹断。 c. UDS UGS UT， UGD UT P 型衬底 N+N+ B GSD VGG VDD P 型衬底 N+N+ B GSD VGG VDD P 型衬底 N+N+ B GSD VGG VDD 夹断区 第 四 版 童 诗 白 98 D P型衬底 N+N+ B GS VGG VDD P型衬底 N+N+ B GSD VGG VDD P型衬底 N+N+ B GSD VGG VDD 夹断区 图 1.4.9 UDS 对导电沟道的影响 (a) UGD UT

48、(b) UGD = UT (c) UGD UGS UT时，对应于不同的uGS就有一个确定的iD 。 此时， 可以把iD近似看成是uGS控制的电流源。 第 四 版 童 诗 白 99 3. 特性曲线与电流方程 (a)转移特性 (b)输出特性 UGS UT 时) 三个区：可变电阻区、恒 流区(或饱和区)、夹断区 。 UT 2UT IDO uGS /V iD /mA O 图 1.4.10 (a) 图 1.4.10 (b) iD/mA uDS /V O 预夹断轨迹 恒流区 可变 电阻区 夹断区 。 UGS增加 第 四 版 童 诗 白 100 二、N 沟道耗尽型 MOS 场效应管 P型衬底 N+N+ B GSD + 制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子 ，这些正离子电场在 P 型衬底中“感应”负电荷，形 成“反型层”。即使 UGS = 0 也会形成 N 型导电沟道 。 + UGS = 0，UDS 0，产生较 大的漏极电流； UGS 0； UGS 正、负、 零均可。 iD/mA uGS /VOUP (a)转移特性 IDSS 耗尽型 MOS 管的符号 S