模电一章

1 1 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术 李 李李 李承 承承 承 华中科技大学 华中科技大学华中科技大学 华中科技大学 电气与电子工程学院 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 电气与电子工程学院 2013/02 2 第一章第一章第一章第一章 半导体半导体半导体半导体器件器件器件器件 1.1 半导体的基本知识 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体的基本知识 1.2 PN结及半导体二极管 结及半导体二极管结及半导体二极管 结及半导体二极管 1.3 半导体三极管 半导体三极管半导体三极管 半导体三极管 (BJT) 3 1.1 半导体的基本知识 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体的基本知识 半导体材料 半导体材料半导体材料 半导体材料 根据物体导电能力 根据物体导电能力根据物体导电能力 根据物体导电能力( (( (电阻率 电阻率电阻率 电阻率) )) )的不同来划分导体 的不同来划分导体的不同来划分导体 的不同来划分导体、 、、 、绝缘体 绝缘体绝缘体 绝缘体 和半导体 和半导体和半导体 和半导体。 。。 。典型的半导体有 典型的半导体有典型的半导体有 典型的半导体有硅 硅硅 硅Si SiSi Si和 和和 和锗 锗锗 锗Ge GeGe Ge以及 以及以及 以及砷化镓 砷化镓砷化镓 砷化镓GaAs GaAsGaAs GaAs等 等等 等。 。。 。 1.1.1 本征半导体 本征半导体本征半导体 本征半导体 现代电子学中 现代电子学中现代电子学中 现代电子学中， ，， ，用的最多的半导体是硅和锗 用的最多的半导体是硅和锗用的最多的半导体是硅和锗 用的最多的半导体是硅和锗， ，， ，它 它它 它 们的最外层电子 们的最外层电子们的最外层电子 们的最外层电子（ （（ （价电子 价电子价电子 价电子） ）） ）都是四个 都是四个都是四个 都是四个。 。。 。完全纯净的 完全纯净的完全纯净的 完全纯净的、 、、 、 结构完整的半导体晶体 结构完整的半导体晶体结构完整的半导体晶体 结构完整的半导体晶体， ，， ，称为 称为称为 称为本征半导体 本征半导体本征半导体 本征半导体。 。。 。 Ge Si 4 1.1 半导体的基本知识 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体的基本知识 半导体的共价键结构特点 半导体的共价键结构特点半导体的共价键结构特点 半导体的共价键结构特点 1.1.1 本征半导体 本征半导体本征半导体 本征半导体 电子空穴对 电子空穴对电子空穴对 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对 由热激发而产生的自由电子和空穴对由热激发而产生的自由电子和空穴对 由热激发而产生的自由电子和空穴对。 。。 。 两种载流子 两种载流子两种载流子 两种载流子 5 1.1.1 本征半导体 本征半导体本征半导体 本征半导体 重要概念 重要概念重要概念 重要概念 两种载流子 两种载流子两种载流子 两种载流子——带负电的 带负电的带负电的 带负电的 自由电子和带正电的空穴 自由电子和带正电的空穴自由电子和带正电的空穴 自由电子和带正电的空穴. .. . 空穴 空穴空穴 空穴——共价键中的空位 共价键中的空位共价键中的空位 共价键中的空位。 。。 。 电子空穴对 电子空穴对电子空穴对 电子空穴对——由热激发 由热激发由热激发 由热激发 而产生的自由电子和空穴对 而产生的自由电子和空穴对而产生的自由电子和空穴对 而产生的自由电子和空穴对。 。。 。 载流子浓度 载流子浓度载流子浓度 载流子浓度——与温度和光照有关 与温度和光照有关与温度和光照有关 与温度和光照有关。 。。 。 ni:本征半导体电子浓度本征半导体电子浓度本征半导体电子浓度本征半导体电子浓度; pi:本征半导体空穴浓度本征半导体空穴浓度本征半导体空穴浓度本征半导体空穴浓度 ni=pi 1.1 半导体的基本知识 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体的基本知识 6 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， ，， ，可 可可 可 使半导体的导电性发生显著变化 使半导体的导电性发生显著变化使半导体的导电性发生显著变化 使半导体的导电性发生显著变化。 。。 。掺入的杂质主要是 掺入的杂质主要是掺入的杂质主要是 掺入的杂质主要是 三价或五价元素 三价或五价元素三价或五价元素 三价或五价元素。 。。 。掺入杂质的本征半导体称为 掺入杂质的本征半导体称为掺入杂质的本征半导体称为 掺入杂质的本征半导体称为杂质半 杂质半杂质半 杂质半 导体 导体导体 导体。 。。 。 N型半导体 型半导体型半导体 型半导体——掺入五价杂质元素 掺入五价杂质元素掺入五价杂质元素 掺入五价杂质元素（ （（ （如磷 如磷如磷 如磷） ）） ）的半导体 的半导体的半导体 的半导体。 。。 。 P型半导体 型半导体型半导体 型半导体——掺入三价杂质元素 掺入三价杂质元素掺入三价杂质元素 掺入三价杂质元素（ （（ （如硼 如硼如硼 如硼） ）） ）的半导体 的半导体的半导体 的半导体。 。。 。 1.1.2 杂质半导体 杂质半导体杂质半导体 杂质半导体 1.1 半导体的基本知识 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体的基本知识 5 15P磷： 3 5B硼： 2 7 （ （（ （1） ）） ）N型半导体 型半导体型半导体 型半导体 (掺入 掺入掺入 掺入五价杂质原子 五价杂质原子五价杂质原子 五价杂质原子) 在 在在 在N型半导体中 型半导体中型半导体中 型半导体中自由 自由自由 自由电子是多数载流子 电子是多数载流子电子是多数载流子 电子是多数载流子， ，， ，它主要由 它主要由它主要由 它主要由 杂质原子提供 杂质原子提供杂质原子提供 杂质原子提供； ；； ；空穴是少数载流子 空穴是少数载流子空穴是少数载流子 空穴是少数载流子, 由热激发形成 由热激发形成由热激发形成 由热激发形成。 。。 。 由于五价杂质原子 由于五价杂质原子由于五价杂质原子 由于五价杂质原子 可提供自由电子 可提供自由电子可提供自由电子 可提供自由电子， ，， ，因此 因此因此 因此 也称为 也称为也称为 也称为施主杂质 施主杂质施主杂质 施主杂质。 。。 。 电子空穴对 电子空穴对电子空穴对 电子空穴对——由 由由 由 热激发而产生的自由电 热激发而产生的自由电热激发而产生的自由电 热激发而产生的自由电 子和空穴对 子和空穴对子和空穴对 子和空穴对。 。。 。 8 （ （（ （2） ）） ）P型半导体 型半导体型半导体 型半导体 (三价杂质原子 三价杂质原子三价杂质原子 三价杂质原子) 在 在在 在P型半导体中 型半导体中型半导体中 型半导体中空穴是多数载流子 空穴是多数载流子空穴是多数载流子 空穴是多数载流子， ，， ，它主要由杂质原 它主要由杂质原它主要由杂质原 它主要由杂质原 子提供 子提供子提供 子提供； ；； ；电子是少数载流子 电子是少数载流子电子是少数载流子 电子是少数载流子, 由热激发形成 由热激发形成由热激发形成 由热激发形成。 。。 。 三价杂质原子可提供 三价杂质原子可提供三价杂质原子可提供 三价杂质原子可提供空穴 空穴空穴 空穴可 可可 可 接受自由电子 接受自由电子接受自由电子 接受自由电子， ，， ，空穴很容易俘 空穴很容易俘空穴很容易俘 空穴很容易俘 获电子因此也称为 获电子因此也称为获电子因此也称为 获电子因此也称为授主杂质 授主杂质授主杂质 授主杂质。 。。 。 电子空穴对 电子空穴对电子空穴对 电子空穴对——由热激发而 由热激发而由热激发而 由热激发而 产生的自由电子和空穴对 产生的自由电子和空穴对产生的自由电子和空穴对 产生的自由电子和空穴对。 。。 。 空穴的运动 空穴的运动空穴的运动 空穴的运动 9 � PN结的形成 结的形成结的形成 结的形成 � PN结的单向导电性 结的单向导电性结的单向导电性 结的单向导电性 (理解 理解理解 理解) � PN结的反向击穿 结的反向击穿结的反向击穿 结的反向击穿 1.2 PN结及 结及结及 结及半导体二极管 半导体二极管半导体二极管 半导体二极管 10 PN结的形成 结的形成结的形成 结的形成 扩散电流 扩散电流扩散电流 扩散电流:自由电子与 自由电子与自由电子与 自由电子与 空穴的浓度差产生的 空穴的浓度差产生的空穴的浓度差产生的 空穴的浓度差产生的 多数载流子运动形成 多数载流子运动形成多数载流子运动形成 多数载流子运动形成 扩散电流 扩散电流扩散电流 扩散电流. 漂移电流 漂移电流漂移电流 漂移电流:电场作用 电场作用电场作用 电场作用 下产生的少数载流子 下产生的少数载流子下产生的少数载流子 下产生的少数载流子 运动形成 运动形成运动形成 运动形成漂移电流 漂移电流漂移电流 漂移电流. 扩散运动 扩散运动扩散运动 扩散运动 漂移运动 漂移运动漂移运动 漂移运动 • N型半导体 型半导体型半导体 型半导体 (施主杂质 施主杂质施主杂质 施主杂质) • P型半导体 型半导体型半导体 型半导体 (受主杂质 受主杂质受主杂质 受主杂质) 1.2.1 PN结的形成 结的形成结的形成 结的形成 11 因浓度差 因浓度差因浓度差 因浓度差 ↓↓↓↓ 空间电荷区形成内电场 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 空间电荷区形成内电场 ↓↓↓↓ 促使少子漂移 促使少子漂移促使少子漂移 促使少子漂移 ↓↓↓↓ 阻止多子扩散 阻止多子扩散阻止多子扩散 阻止多子扩散 最后 最后最后 最后,多子的 多子的多子的 多子的扩散 扩散扩散 扩散和少子的 和少子的和少子的 和少子的漂移 漂移漂移 漂移达到 达到达到 达到动态平衡 动态平衡动态平衡 动态平衡。 。。 。 对于 对于对于 对于P型半导体和 型半导体和型半导体和 型半导体和N型半导体结合面 型半导体结合面型半导体结合面 型半导体结合面， ，， ，带电 带电带电 带电 离子薄层形成的 离子薄层形成的离子薄层形成的 离子薄层形成的空间电荷区 空间电荷区空间电荷区 空间电荷区称为 称为称为 称为PN结 结结 结。 。。 。 在空间电荷区 在空间电荷区在空间电荷区 在空间电荷区， ，， ，由于缺少多子 由于缺少多子由于缺少多子 由于缺少多子， ，， ，所以也称 所以也称所以也称 所以也称 耗尽层 耗尽层耗尽层 耗尽层。 。。 。 多子的扩散运动 多子的扩散运动多子的扩散运动 多子的扩散运动→→→→ 由 由由 由杂质离子形成空间电荷区 杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 杂质离子形成空间电荷区 ↓↓↓↓ 12 当外加电压使 当外加电压使当外加电压使 当外加电压使PN结中 结中结中 结中P区的电位高于 区的电位高于区的电位高于 区的电位高于N区的电位 区的电位区的电位 区的电位， ，， ， 称为加 称为加称为加 称为加正向电压 正向电压正向电压 正向电压， ，， ，简称 简称简称 简称正偏 正偏正偏 正偏； ；； ；反之 反之反之 反之称为加 称为加称为加 称为加反向电压 反向电压反向电压 反向电压， ，， ，简 简简 简 称 称称 称反偏 反偏反偏 反偏。 。。 。 (1) PN结加正向电压时 结加正向电压时结加正向电压时 结加正向电压时 iD/mA 1.0 0.5 – –– – 0.5 – –– –1.0 0.5 0 1.0 vD/V PN结的伏安特性 结的伏安特性结的伏安特性 结的伏安特性 iD + - v D >0 1.2.2 PN结的单向导电性 结的单向导电性结的单向导电性 结的单向导电性 3 13 当外加电压使 当外加电压使当外加电压使 当外加电压使PN结中 结中结中 结中P区的电位高于 区的电位高于区的电位高于 区的电位高于N区的电位 区的电位区的电位 区的电位， ，， ，称为 称为称为 称为 加 加加 加正向电压 正向电压正向电压 正向电压， ，， ，简称 简称简称 简称正偏 正偏正偏 正偏； ；； ；反之 反之反之 反之称为加 称为加称为加 称为加反向电压 反向电压反向电压 反向电压， ，， ，简称 简称简称 简称反偏 反偏反偏 反偏。 。。 。 反偏 反偏反偏 反偏:截止 截止截止 截止(断开 断开断开 断开)状态 状态状态 状态 iD/mA 1.0 0.5 – –– –0.5 – –– –1.0 0.5 0 1.0 υυυυD/V PN结的伏安特性 结的伏安特性结的伏安特性 结的伏安特性 反向电压增强了内电场漂移 反向电压增强了内电场漂移反向电压增强了内电场漂移 反向电压增强了内电场漂移＞ ＞＞ ＞扩散少子 扩散少子扩散少子 扩散少子 导电 导电导电 导电， ，， ，因少子有限有很小的反向饱和电 因少子有限有很小的反向饱和电因少子有限有很小的反向饱和电 因少子有限有很小的反向饱和电 流 流流 流Is≈0 (2) PN结加反向电压时 结加反向电压时结加反向电压时 结加反向电压时 iD + - v D <0 14 iD O VBR υυυυD 热击穿 热击穿热击穿 热击穿——不可逆 不可逆不可逆 不可逆 雪崩击穿 雪崩击穿雪崩击穿 雪崩击穿 齐纳击穿 齐纳击穿齐纳击穿 齐纳击穿 电击穿 电击穿电击穿 电击穿——可逆 可逆可逆 可逆 当 当当 当PN结的反向电压增加到 结的反向电压增加到结的反向电压增加到 结的反向电压增加到 一定数值时 一定数值时一定数值时 一定数值时， ，， ，反向电流突然快 反向电流突然快反向电流突然快 反向电流突然快 速增加 速增加速增加 速增加， ，， ，此现象称为 此现象称为此现象称为 此现象称为PN结的 结的结的 结的反 反反 反 向击穿 向击穿向击穿 向击穿。 。。 。 一般二极管工作在正向导通区或反向截止区 一般二极管工作在正向导通区或反向截止区一般二极管工作在正向导通区或反向截止区 一般二极管工作在正向导通区或反向截止区,但 但但 但 稳压二极管工作在反向击穿区或正向导通区 稳压二极管工作在反向击穿区或正向导通区稳压二极管工作在反向击穿区或正向导通区 稳压二极管工作在反向击穿区或正向导通区。 。。 。 （ （（ （3） ）） ）PN结的反向击穿 结的反向击穿结的反向击穿 结的反向击穿 15 1.势垒电容 势垒电容势垒电容 势垒电容CT 不能移动的正负杂质离子形成的 不能移动的正负杂质离子形成的不能移动的正负杂质离子形成的 不能移动的正负杂质离子形成的 2.扩散电容 扩散电容扩散电容 扩散电容CD 正向电压时多数载流子在扩散过程中的电荷积累而产 正向电压时多数载流子在扩散过程中的电荷积累而产正向电压时多数载流子在扩散过程中的电荷积累而产 正向电压时多数载流子在扩散过程中的电荷积累而产 生的 生的生的 生的 3. PN结的电容 结的电容结的电容 结的电容 Cj= CT +CD 正偏 正偏正偏 正偏:扩散电容起主要作用 扩散电容起主要作用扩散电容起主要作用 扩散电容起主要作用 反偏 反偏反偏 反偏 :势垒电容起主要作用 势垒电容起主要作用势垒电容起主要作用 势垒电容起主要作用 Cj≈CD Cj≈CT *1.2.3 PN结的电容效应 结的电容效应结的电容效应 结的电容效应 16 • 半导体二极管的结构 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 半导体二极管的结构 • 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的伏安特性 • 二极管的参数 二极管的参数二极管的参数 二极管的参数 • 二极管基本电路及其分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 二极管基本电路及其分析方法 1.2.4 半导体二极管 半导体二极管半导体二极管 半导体二极管 17 半导体二极管图片 半导体二极管图片半导体二极管图片 半导体二极管图片 18 在 在在 在PN结上加上引线和封装 结上加上引线和封装结上加上引线和封装 结上加上引线和封装， ，， ，就成为一个二极 就成为一个二极就成为一个二极 就成为一个二极 管 管管 管。 。。 。二极管按结构分有 二极管按结构分有二极管按结构分有 二极管按结构分有点接触型和平面型 点接触型和平面型点接触型和平面型 点接触型和平面型两大类 两大类两大类 两大类。 。。 。 � 点接触型二极管 点接触型二极管点接触型二极管 点接触型二极管 (1) (1)(1) (1)半导体二极管的结构 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 半导体二极管的结构与符号 与符号与符号 与符号 PN结面积小 结面积小结面积小 结面积小， ，， ，结电 结电结电 结电 容小 容小容小 容小， ，， ，用于检波和变频等 用于检波和变频等用于检波和变频等 用于检波和变频等 高频电路 高频电路高频电路 高频电路。 。。 。 4 19 � 平面型二极管 平面型二极管平面型二极管 平面型二极管 阴极引线 阴极引线阴极引线 阴极引线 阳极引线 阳极引线阳极引线 阳极引线 P N 型硅 二氧化硅 二氧化硅二氧化硅 二氧化硅 保护层 保护层保护层 保护层 � 二极管的代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 符号 二极管的代表符号二极管的代表符号 二极管的代表符号 代表符号 代表符号代表符号 代表符号 k阴极 阴极阴极 阴极 阳极 阳极阳极 阳极a 20 PN结 结结 结V- I 特性表达式 特性表达式特性表达式 特性表达式 其中 其中其中 其中 iD/mA 1.0 0.5 iD=––––IS – –– –0.5 – –– –1.0 0.5 0 1.0 υυυυD /V )1e( / SD D −−−−==== TVvIi IS ——反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流 VT ——温度的电压当量温度的电压当量温度的电压当量温度的电压当量 且在常温下 且在常温下且在常温下 且在常温下（ （（ （T=300K） ）） ） V026.0======== q kT V T mV 26==== 死区电压 死区电压死区电压 死区电压 硅 硅硅 硅: 0.5V 锗 锗锗 锗: 0.1V 正向电压 正向电压正向电压 正向电压: =≫ VD VT T D S v V i I e 反向电压 反向电压反向电压 反向电压: = −≫ T D Sv V i I (2) (2)(2) (2)二极管的伏安特性 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的伏安特性 21 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的伏安特性( (( (实例 实例实例 实例) )) ) )1e( / SD D −−−−==== TVvIi 0 vD/V 0.2 0.4 0.6 0.8 −−−−10 −−−−20 −−−−30 −−−−40 5 10 15 20 −−−−10 −−−−20 −−−−30 −−−−40 iD/µµµµA iD/mA 死区 死区死区 死区 Von VBR 硅二极管 硅二极管硅二极管 硅二极管2CP10 2CP102CP10 2CP10的 的的 的V VV V- -- -I I I I 特性 特性特性 特性 0 vD/V 0.2 0.4 0.6 −−−−20 −−−−40 −−−−60 5 10 15 20 −−−−10 −−−−20 −−−−30 −−−−40 iD/µµµµA iD/mA ② ②② ② ① ①① ① ③ ③③ ③ Von VBR 锗二极管 锗二极管锗二极管 锗二极管2AP15 2AP152AP15 2AP15的 的的 的V VV V- -- -I I I I 特性 特性特性 特性 + iD vD - R 正向特性 正向特性正向特性 正向特性 反向特性 反向特性反向特性 反向特性 反向击穿特性 反向击穿特性反向击穿特性 反向击穿特性 22 1) 最大整流电流 最大整流电流最大整流电流 最大整流电流IF 2) 最大 最大最大 最大反向击穿电压 反向击穿电压反向击穿电压 反向击穿电压VBR(在几十伏以上在几十伏以上在几十伏以上在几十伏以上) 最高允许反向工作电压 最高允许反向工作电压最高允许反向工作电压 最高允许反向工作电压VRM 3) 反向电流 反向电流反向电流 反向电流I II I R RR R 4) 最高工作频率 最高工作频率最高工作频率 最高工作频率fF 6) 直流电阻 直流电阻直流电阻 直流电阻RD URM~0.5 U（ （（ （BR） ）） ） 5)最大 最大最大 最大正向压降 正向压降正向压降 正向压降VF 7) 交流电阻 交流电阻交流电阻 交流电阻rd （ （（ （3 33 3） ）） ）二极管 二极管二极管 二极管的参数 的参数的参数 的参数 23 （ （（ （3 33 3） ）） ）二极管的参数 二极管的参数二极管的参数 二极管的参数 6) 直流电阻 直流电阻直流电阻 直流电阻RD 7) 交流电阻 交流电阻交流电阻 交流电阻rd F D F V R I = vd id VF IF 0 Q d d T d d d D v dv V r i di I = = = △ △ vd id IDQ 0 di∆ dv∆ Q 常温下 常温下常温下 常温下（ （（ （T=300K） ）） ） d D DQ mV mA ( ) ( ) T V 26 r I I = ≈ 24 � 理想模型 理想模型理想模型 理想模型 � 恒压降模型 恒压降模型恒压降模型 恒压降模型 (1) (1)(1) (1)二极管 二极管二极管 二极管V VV V- -- - I I I I 特性的 特性的特性的 特性的等效模型 等效模型等效模型 等效模型 1.2.5 半导体二极管的应用 半导体二极管的应用半导体二极管的应用 半导体二极管的应用 5 25 （ （（ （2 22 2） ）） ）电路中习惯画法 电路中习惯画法电路中习惯画法 电路中习惯画法 + −−−− υυυυD iD VDD + −−−− υυυυD iD VDD VD 26 利用它的单向导电性 利用它的单向导电性利用它的单向导电性 利用它的单向导电性， ，， ，主要用于 主要用于主要用于 主要用于 � 开关 开关开关 开关； ；； ； � 限幅 限幅限幅 限幅： ：： ：将输出电压的幅度限制在一定范围内 将输出电压的幅度限制在一定范围内将输出电压的幅度限制在一定范围内 将输出电压的幅度限制在一定范围内； ；； ； � 元件保护以及在数字电路中作为开关元件等 元件保护以及在数字电路中作为开关元件等元件保护以及在数字电路中作为开关元件等 元件保护以及在数字电路中作为开关元件等; � 整流 整流整流 整流： ：： ：将交流变换为直流 将交流变换为直流将交流变换为直流 将交流变换为直流； ；； ； � 箝位及隔离 箝位及隔离箝位及隔离 箝位及隔离； ；； ； � 检波 检波检波 检波： ：： ：从高频载波中检出调制信号 从高频载波中检出调制信号从高频载波中检出调制信号 从高频载波中检出调制信号； ；； ； （ （（ （3 33 3） ）） ）二极管 二极管二极管 二极管的应用 的应用的应用 的应用 27 D 3k ( a) 3333 6666V 4444 2222 V A O 例 例例 例: 电路如图所示 电路如图所示电路如图所示 电路如图所示， ，， ，求 求求 求AO的电压值 的电压值的电压值 的电压值. 解 解解 解： ：： ： 先判断二极管 先判断二极管先判断二极管 先判断二极管D的工作状态 的工作状态的工作状态 的工作状态。 。。 。 求 求求 求D以外戴维南等效电路 以外戴维南等效电路以外戴维南等效电路 以外戴维南等效电路。 。。 。 二极管 二极管二极管 二极管D两端以外电路等效化简如 两端以外电路等效化简如两端以外电路等效化简如 两端以外电路等效化简如 图 图图 图(b)所示 所示所示 所示。 。。 。卡判断 卡判断卡判断 卡判断D导通 导通导通 导通。 。。 。 导通后 导通后导通后 导通后， ，， ，D的压降等于零 的压降等于零的压降等于零 的压降等于零， ，， ，即 即即 即A 点的电位就是 点的电位就是点的电位就是 点的电位就是D阳极的电位 阳极的电位阳极的电位 阳极的电位。 。。 。 所以 所以所以 所以， ，， ，AO的电压值为 的电压值为的电压值为 的电压值为-36V。 。。 。 6666V D 3k (b ) A 25v A D 3k 30v B 截止 截止截止 截止， ，， ，VAB=-25v （ （（ （4 44 4） ）） ）举例 举例举例 举例 28 例 例例 例： ：： ：图中硅二极管管压降是 图中硅二极管管压降是图中硅二极管管压降是 图中硅二极管管压降是0.7V, 求 求求 求AB ABAB AB两端的电压 两端的电压两端的电压 两端的电压。 。。 。 VD2=9-12=-3(V) VD1=9(V) D1导通导通导通导通，，，，D2截止截止截止截止，，，，VAB=-0.7V _ 9v A 3k 12v B VD1+ + _VD2 9v A D2 3k 12v B D1 9v A D2 3k 12v B D1 0.7V 29 例 例例 例 限幅电路 限幅电路限幅电路 限幅电路 ui uo t t E= 0 限幅电平 限幅电平限幅电平 限幅电平E 00 ui 0 ui UBE 39 发射极注入电流 发射极注入电流发射极注入电流 发射极注入电流 传输到集电极的电流 传输到集电极的电流传输到集电极的电流 传输到集电极的电流 设 设设 设 ====αααα nC E I I α =即 根据传输过程可知 根据传输过程可知根据传输过程可知 根据传输过程可知 IC= InC+ ICBO 通常 通常通常 通常 IC >> ICBO IE=IB+ IC C E α ≈ I I 　　 则有 则有则有 则有 （ （（ （2） ）） ）电流分配关系 电流分配关系电流分配关系 电流分配关系 b e c iB’ IE ICn ICBO IE IB Rb VBB VCC IC 各极电流分配情况 各极电流分配情况各极电流分配情况 各极电流分配情况 很薄 很薄很薄 很薄 N N e b c Rc 40 CBO 0 Cn C B B I I I β I I ==== ===== β为共射级直流电流放大倍数 由前式可得 由前式可得由前式可得 由前式可得 通常 通常通常 通常 IC >> ICBO C B I β I ≈≈≈≈则有 41 iB=f(vBE) vCE=常数常数常数常数 � 当 当当 当vCE≥1V时时时时，，，，集电结已进入反偏集电结已进入反偏集电结已进入反偏集电结已进入反偏，，，，开始收集电子开始收集电子开始收集电子开始收集电子，，，，基区复合基区复合基区复合基区复合 减少 减少减少 减少， ，， ，同样的 同样的同样的 同样的vBE下下下下 IB减小减小减小减小，，，，特性曲线右移特性曲线右移特性曲线右移特性曲线右移。。。。 vCE ≥ 1V � 当 当当 当vCE=0V时时时时，，，，相当于发射结的正向伏安特性曲线相当于发射结的正向伏安特性曲线相当于发射结的正向伏安特性曲线相当于发射结的正向伏安特性曲线。。。。 （ （（ （1） ）） ）输入特性曲线 输入特性曲线输入特性曲线 输入特性曲线 1.3.4 三极管的 三极管的三极管的 三极管的特性曲线 特性曲线特性曲线 特性曲线 vCE = 0V UBE≈0.7V(Si)；；；；UBE≈0.2V(Ge) 42 iC=f(vCE) iB=常数常数常数常数 （ （（ （2） ）） ）输出特性曲线 输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线 输出特性曲 输出特性曲输出特性曲 输出特性曲线 线线 线的三 的三的三 的三个 个个 个区 区区 区域 域域 域: IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)3 6 9 12 IB=0 20µµµµA 40µµµµA 60µµµµA 80µµµµA 100µµµµA 放大区 放大区放大区 放大区： ：： ：发射结正偏 发射结正偏发射结正偏 发射结正偏， ，， ，集电结反偏 集电结反偏集电结反偏 集电结反偏。 。。 。曲 曲曲 曲线 线线 线 平行 平行平行 平行等 等等 等距 距距 距， ，， ，曲 曲曲 曲线 线线 线的 的的 的疏密 疏密疏密 疏密反 反反 反映了 映了映了 映了β的大小 的大小的大小 的大小。 。。 。 β=∆IC/∆IB，，，，IC受受受受IB控制控制控制控制。。。。 截止区 截止区截止区 截止区： ：： ：发射结反偏 发射结反偏发射结反偏 发射结反偏， ，， ，集电结反偏 集电结反偏集电结反偏 集电结反偏。 。。 。 IC≠βIB，，，，IC=ICEO, vBE小于小于小于小于死死死死区电压区电压区电压区电压。。。。 饱 饱饱 饱和区 和区和区 和区： ：： ：vCE＜＜＜＜0.7V(硅管硅管硅管硅管)，，，， 饱和区 饱和区饱和区 饱和区 截止区 截止区截止区 截止区 放大区 放大区放大区 放大区 发射结正偏 发射结正偏发射结正偏 发射结正偏， ，， ，集电结正偏或反偏 集电结正偏或反偏集电结正偏或反偏 集电结正偏或反偏 电压很小 电压很小电压很小 电压很小。 。。 。 IC≠βIB, UCE≈≈≈≈0.3V 8 43 � 共基极交流电流放大系数 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 共基极交流电流放大系数 α αα α=∆∆∆∆iC/∆∆∆∆iE 1.3.5 三极管的主要参数 三极管的主要参数三极管的主要参数 三极管的主要参数 (1) 电流放大系数 电流放大系数电流放大系数 电流放大系数 44 (2) 级间反向电流 级间反向电流级间反向电流 级间反向电流 (ICBO ,ICEO) 0 E CBO B I I I = = 0 B CEO C I I I = = (3) 极限参数 极限参数极限参数 极限参数 � 反向击穿电压 反向击穿电压反向击穿电压 反向击穿电压 U(BR)EBO：：：：集电极开路时集电极开路时集电极开路时集电极开路时，，，，发射极发射极发射极发射极-基极间的反向击基极间的反向击基极间的反向击基极间的反向击 穿电压 穿电压穿电压 穿电压,一 一一 一般只 般只般只 般只有几伏 有几伏有几伏 有几伏。 。。 。 45 U(BR)CBO：：：：发射极开路时发射极开路时发射极开路时发射极开路时，，，，集电极集电极集电极集电极-基极间的反向击穿电基极间的反向击穿电基极间的反向击穿电基极间的反向击穿电 压 压压 压,一 一一 一般 般般 般几十伏 几十伏几十伏 几十伏,有的高达几 有的高达几有的高达几 有的高达几千 千千 千伏 伏伏 伏。 。。 。 U(BR)CEO：：：：基极开路时基极开路时基极开路时基极开路时，，，，集电极集电极集电极集电极-发射极间的反向击穿电发射极间的反向击穿电发射极间的反向击穿电发射极间的反向击穿电 压 压压 压. U(BR)CBO>U(BR)CEO> U(BR)EBO 一 一一 一般 般般 般有 有有 有 � 集电极最大允许电流 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 集电极最大允许电流ICM e 2 3 CM C I I β β= = 46 � 集电极最大允许 集电极最大允许集电极最大允许 集电极最大允许功 功功 功率 率率 率损耗 损耗损耗 损耗PCM PCM= ICVCE 1.3.6 温度对三极管的主要参数的影响 温度对三极管的主要参数的影响温度对三极管的主要参数的影响 温度对三极管的主要参数的影响 一 一一 一般讲 般讲般讲 般讲温度对所有 温度对所有温度对所有 温度对所有参 参参 参数 数数 数都 都都 都有 有有 有影响 影响影响 影响， ，， ，但影响 但影响但影响 但影响最显著的有 最显著的有最显著的有 最显著的有 ICBO、、、、β、、、、UBE。。。。 � 温度对 温度对温度对 温度对UBE的的的的影响影响影响影响 � 温度对 温度对温度对 温度对ICBO的的的的影响影响影响影响 T↑(10° °° °C)→I CBO↑（（（（约约约约一一一一倍倍倍倍）））） T ↑(1° °° °C ) →U BE ↓ ( 约约约约2-2.5mV）））） � 温度对 温度对温度对 温度对ββββ的的的的影响影响影响影响 T ↑ (1° °° °C ) → β↑(约 约约 约 0.5-1 % ) 47 1 11 1、 、、 、必须使晶体管工作在安全区 必须使晶体管工作在安全区必须使晶体管工作在安全区 必须使晶体管工作在安全区。 。。 。 2 22 2、 、、 、若工作频率高 若工作频率高若工作频率高 若工作频率高， ，， ，必须选用高频管 必须选用高频管必须选用高频管 必须选用高频管。 。。 。 3 33 3、 、、 、若要求导通电压低时选用锗管 若要求导通电压低时选用锗管若要求导通电压低时选用锗管 若要求导通电压低时选用锗管， ，， ， 若要求导通电压高时选用硅管 若要求导通电压高时选用硅管若要求导通电压高时选用硅管 若要求导通电压高时选用硅管。 。。 。 4 44 4、 、、 、I II I CBO CBOCBO CBO 、 、、 、I II I CEO CEOCEO CEO 越小越好 越小越好越小越好 越小越好。 。。 。 5 55 5、 、、 、NPN NPNNPN NPN管和 管和管和 管和PNP PNPPNP PNP管对电源的极性要求不一 管对电源的极性要求不一管对电源的极性要求不一 管对电源的极性要求不一 样 样样 样。 。。 。 *三极管的选择和使用注意事项 三极管的选择和使用注意事项三极管的选择和使用注意事项 三极管的选择和使用注意事项 48 *1.4 光电器件 光电器件光电器件 光电器件 1 发光二极管 发光二极管发光二极管 发光二极管(LED) 2 光电二极管 光电二极管光电二极管 光电二极管 4 变容二极管 变容二极管变容二极管 变容二极管 3 光电耦合二极管 光电耦合二极管光电耦合二极管 光电耦合二极管 9 49 本章练习 本章练习本章练习 本章练习 1.4， ，， ，1.6， ，， ，1.8， ，， ，1.11(a)、 、、 、(d) 1.12， ，， ，1.13， ，， ，1.14， ，， ，