数字电子电路第1章.ppt

模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术本课程是电类各专业的技术基础课本课程是电类各专业的技术基础课，是，是必修、考试必修、考试、主、主干课程之一，是核心课程。是理干课程之一，是核心课程。是理论性、实践性较强论性、实践性较强的的课程。通过本课程的学习为课程。通过本课程的学习为后读课程的学习和后读课程的学习和今今后工作打下坚实的基础后工作打下坚实的基础。7272学时（实验独设课程，实验在电气实学时（实验独设课程，实验在电气实验技术课中实施）验技术课中实施）1.1.性质性质:2 2.学时学时:选用童诗白、华成英选用童诗白、华成英主编的模拟主编的模拟电电子技术基础子技术基础（第（第三三版版），），该教材是一本成熟的经典该教材是一本成熟的经典教材教材，优秀教材，优秀教材。平时成绩占平时成绩占20%20%，期末考试成绩占期末考试成绩占80%80%。3 3.考核考核:4 4.教材教材:*参考书：参考书：（1 1）康华光主编的电子技术基）康华光主编的电子技术基础础模模 拟电子技术部分。拟电子技术部分。（2 2）华成英编的模拟）华成英编的模拟电电子技术基础子技术基础 （第（第三三版版）习题解答。）习题解答。（1 1）常用）常用半半导器件导器件;10 10学时学时（2 2）基）基本本放大电路放大电路;10+2(10+2(习题习题)学时学时（3 3）多级放大电路；多级放大电路；6 6学时学时（4 4）集成运算放大电路；）集成运算放大电路；4 4学时学时（5 5）放大电路的）放大电路的频频率响应；率响应；6 6学时学时（6 6）放大电路中的反馈；）放大电路中的反馈；8+2(8+2(讨论讨论)学时学时（7 7）信号的运算和处理；）信号的运算和处理；8+2(8+2(习题习题)学时学时（8 8）波形的发生和信号的转换；）波形的发生和信号的转换；6 6学时学时（9 9）功率放大电路；）功率放大电路；4 4学时学时（1010）直流电源。）直流电源。4 4学时学时 5 5.内容：内容：学生初步具有一看、二算、三选、四干的能力。学生初步具有一看、二算、三选、四干的能力。6 6.课程教学目标课程教学目标 会看会看，就是能看懂典型的电子设备的原理图，就是能看懂典型的电子设备的原理图，了解各部分的组成及其了解各部分的组成及其工工作原理；作原理；会算会算，就是对各环节的工作性能会进行定性或，就是对各环节的工作性能会进行定性或定量分析定量分析、估算；估算；会选和会干会选和会干，就是遇到本专业的一般性任务，就是遇到本专业的一般性任务，能大致选定方案，选用有关的元、器件能大致选定方案，选用有关的元、器件，并且通过并且通过安装调试把它基本上研制出来安装调试把它基本上研制出来。至于会选和会干，至于会选和会干，将在课程设计、实验课和实训等实践教学环节中培将在课程设计、实验课和实训等实践教学环节中培养。养。（1 1）掌握基本概念、基本电路、基本分析方法；）掌握基本概念、基本电路、基本分析方法；7 7.学习本课程的建议学习本课程的建议（2 2）掌握基本单元电路和典型电路的工作原理、）掌握基本单元电路和典型电路的工作原理、及其分析计算方法；及其分析计算方法；（3 3）要加强读图能力培养；）要加强读图能力培养；（4 4）要重视实验，立足提）要重视实验，立足提高高实际工作能力实际工作能力。通过通过实验及其它实践环节，掌握常用电子仪器的使用实验及其它实践环节，掌握常用电子仪器的使用方法，模拟电子电路的测试方法方法，模拟电子电路的测试方法、故障的判断和故障的判断和排除方法排除方法。提提高高分析问题分析问题和解决问题的和解决问题的能力，实能力，实现理论与实践结合，做到会选会干。现理论与实践结合，做到会选会干。（5 5）学会全面、辩证地分析模拟电子电路中的问）学会全面、辩证地分析模拟电子电路中的问 题，只有最合适的电路，没有最好的电路。题，只有最合适的电路，没有最好的电路。（6 6）注意电路基）注意电路基本本定理定理、定律、定律在模拟电子电路中在模拟电子电路中 的应用，如基尔霍夫定律、戴维宁定理的应用，如基尔霍夫定律、戴维宁定理、诺诺 顿定理等；顿定理等；（7 7）充分利用课堂时间，主动学习）充分利用课堂时间，主动学习。课后及时复课后及时复 习习，按时完成作业按时完成作业。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件重点：重点：1.本征半导体和杂质半导体；本征半导体和杂质半导体；2.PN结的形成及其特性；结的形成及其特性；3.半导体二极管特性及主要参数；半导体二极管特性及主要参数；4.半导体三极管放大原理及其特性、主要参数；半导体三极管放大原理及其特性、主要参数；5.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。场效应管的分类、工作原理和特性曲线。半导体的基本知识半导体的基本知识 本征半导体本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体纯净的具有晶体结构的半导体 半导体除了导电能力介于导体与半导体之间外，还半导体除了导电能力介于导体与半导体之间外，还具有三个重要的特性：具有三个重要的特性：一、半导体一、半导体（1 1）掺杂掺杂：在纯净的半导体（本征半导体）中掺入微量的某种：在纯净的半导体（本征半导体）中掺入微量的某种杂质后，导电能力增加。杂质后，导电能力增加。-利用这一特性可制成各种半导体器件。利用这一特性可制成各种半导体器件。（2 2）温度温度：T T（）导电能力导电能力 -利用这一特性可制成热敏电阻，但是这一特性对半导利用这一特性可制成热敏电阻，但是这一特性对半导体器件稳定性不利。体器件稳定性不利。（3 3）光照光照：光照后，导电能力增强。：光照后，导电能力增强。-利用这一特性可制成光电管、光电池等，但是这一特利用这一特性可制成光电管、光电池等，但是这一特性对半导体器件稳定性不利。性对半导体器件稳定性不利。1.1二、本征半导体二、本征半导体1.1.晶体结构晶体结构将硅或锗材料提纯将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它便形成单晶体，它的原子结构为共价的原子结构为共价键结构。键结构。本征半导体结构示意图本征半导体结构示意图共共价价键键价价电电子子 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体体称为本征半导体。当温度当温度 T=0 K 时，半导时，半导体不导电，如同绝缘体。体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+42.2.两种载流子两种载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 若若 T ，将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，在在原原来来的的共共价价键键中中留下一个空位留下一个空位空穴。空穴。自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力，但但很很微弱。微弱。本征半导体中的本征半导体中的 自由电子和空穴自由电子和空穴空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载载流流子子。自自由由电电子子与与空空穴穴数数目相等，是成对出现的。目相等，是成对出现的。T 自由电子自由电子空穴空穴 本征半导体两端外加一电场，则自由电子将产生定本征半导体两端外加一电场，则自由电子将产生定向运动，形成电子电流；同时价电子将一定的方向依次向运动，形成电子电流；同时价电子将一定的方向依次填补空穴，即空穴移动，形成空穴填补空穴，即空穴移动，形成空穴电电流。它们二者运动流。它们二者运动方向相反，其电流是两个电流之和。方向相反，其电流是两个电流之和。运载电荷的粒子称为载流子。半导体中存在两种载运载电荷的粒子称为载流子。半导体中存在两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电的最大特点，也是与导体导电的本质区别。的最大特点，也是与导体导电的本质区别。三、本征半导体中载流子的浓度三、本征半导体中载流子的浓度动态平衡动态平衡本征激发本征激发复合复合在一定温度下在一定温度下本征半本征半导体中体中载流子的浓度是一定的，载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。并且自由电子与空穴的浓度相等。本征半本征半导体中体中载流子的浓度公式：载流子的浓度公式：T=300 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.431010/cm3n=p=2.381013/cm3本征锗的电子和空穴浓度本征锗的电子和空穴浓度:小结：小结：1.半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电的自由电子带负电的自由电子带正电的空穴带正电的空穴 2.本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称为称为 电子电子-空穴对空穴对。3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然 ni=pi。4.由由于于物物质质的的运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又 不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5.载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切切相相关关，它它随随着着温温度度的的升升 高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体一、一、N型半导体型半导体(Negative)在本征硅或锗中掺入微量的在本征硅或锗中掺入微量的5价元素价元素(如磷如磷)，由于，由于磷原子最外层有磷原子最外层有5个价电子，与硅个价电子，与硅(锗锗)原子的价电子组原子的价电子组成共价键时，则磷原子还多出一个电子，它不受周围原成共价键时，则磷原子还多出一个电子，它不受周围原子核的束缚，易脱离磷原子核对它的束缚而成为自由电子核的束缚，易脱离磷原子核对它的束缚而成为自由电+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子 N 型半导体型半导体 子，如图所示。这样，在硅子，如图所示。这样，在硅(或锗或锗)半导体中产生很多自由半导体中产生很多自由电子。在常温下，热激发产生电子。在常温下，热激发产生电子电子-空空穴对。这样，穴对。这样，np，所以称为，所以称为自由电子为多数载自由电子为多数载流子流子，而，而空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子。由于杂质原子由于杂质原子可以提供电子，称之为可以提供电子，称之为施主原子施主原子。这种半。这种半导体主要靠自由电子导电，称为导体主要靠自由电子导电，称为电子型半导体电子型半导体，因电子带负，因电子带负电，所以称为电，所以称为N型半导体（型半导体（Ngative）。二、二、P型半导体型半导体受主受主原子原子空穴空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的3 3价元素（如硼）价元素（如硼），由于硼原子最外层只有三个价电子，与硅原子的价电子组，由于硼原子最外层只有三个价电子，与硅原子的价电子组成共价键时，则硼原子的周围少一个价电子，即出现一个成共价键时，则硼原子的周围少一个价电子，即出现一个“空位空位”（空穴），如图示。（空穴），如图示。3 3价杂质原子为受主原子。价杂质原子为受主原子。这种半导体主要靠空穴导电，这种半导体主要靠空穴导电，称之为称之为空穴型半导体空穴型半导体，因空，因空穴带正电，所以称为穴带正电，所以称为P P型半型半导体（导体（positve)positve)。+3P P型半导体型半导体空穴为多数载流子空穴为多数载流子，电子电子为少数载流子为少数载流子。空穴浓度。空穴浓度多于电子浓度，即多于电子浓度，即 p n。说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度；温温度度决决定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。(a)N 型半导体型半导体(b)P 型半导体型半导体杂质半导体的的简化表示法杂质半导体的的简化表示法 在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体，两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层，称为一个特殊的薄层，称为 PN 结结。PNPN结结一、一、PN 结的形成结的形成PN结结 PN 结中载流子的运动结中载流子的运动耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区PN1.扩散运动扩散运动2.扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区电电子子和和空空穴穴浓浓度度差差形形成成多多数数载载流流子子的的扩扩散散运运动。动。PN 结结，耗耗尽层。尽层。PN3.空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 Uho 电位壁垒电位壁垒；内电场内电场；内电场阻止多子的扩散；内电场阻止多子的扩散 阻挡层阻挡层。4.漂移运动漂移运动内内电电场场有有利利于于少少子子运运动动漂漂移。移。少少子子的的运运动动与与多多子子运运动动方方向向相反相反 阻挡层阻挡层5.扩散与漂移的动态平衡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；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；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当当扩扩散散电电流流与与漂漂移移电电流流相相等等时时，PN 结结总总的的电电流流等等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即即扩扩散散运运动动与与漂漂移移运动达到动态平衡。运动达到动态平衡。二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性1.PNPN结结结结 外加正向电压时处于导通状态外加正向电压时处于导通状态又称又称正向偏置正向偏置，简称，简称正偏正偏。PNPN结处于导通结处于导通状态，状态，呈现呈现正正向电阻很向电阻很小小。PNPN结加正向电压结加正向电压2.PN PN 结结结结外加反向电压时处于截止状态外加反向电压时处于截止状态(反偏反偏)反反向向接接法法时时，外外电电场场与与内内电电场场方方向向一一致致，使使空空间间电电荷荷变变宽宽，不不利利于于多多子子扩扩散散，有有利利于于少少子子漂漂移移运运动动，漂漂流流电电流流大大于于扩扩散散电电流流，电电路路中中产产生生反反向向电流电流。PNPN结加反向电压结加反向电压 由于少子数目很小，因此反向电流很小，常可忽略，由于少子数目很小，因此反向电流很小，常可忽略，认为认为PNPN外外加加反向电压时处于截反向电压时处于截止止状态。状态。PNPN结结呈现呈现的反向的反向电阻很高。电阻很高。PNPN结具有单向导电性，即正偏时导通，反偏时结具有单向导电性，即正偏时导通，反偏时 截止。截止。结论：结论：IS：反向饱和电流反向饱和电流UT：温度的电压当量温度的电压当量在常温在常温(300 K)下，下，UT 26 mV三、三、PN 结的电流方程结的电流方程PN结所加端电压结所加端电压u 与流过的电流与流过的电流i 的关系的关系为为公式推导过程略公式推导过程略四、四、PN结的伏安特性结的伏安特性i=f(u)之间之间的关系曲线。的关系曲线。604020 0.002 0.00400.5 1.02550i/mAu/V正向特性正向特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反反向向特特性性PNPN结的伏安特性结的伏安特性齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿反向击穿反向击穿电击穿电击穿-可逆可逆热击穿热击穿-不可逆不可逆五、五、PN结的电容效应结的电容效应当当PN上的电压发生变化时，上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量结中储存的电荷量将随之发生变化，使将随之发生变化，使PN结具有电容效应。结具有电容效应。电容效应包括两部分电容效应包括两部分势垒电容势垒电容扩散电容扩散电容1.势垒电容势垒电容Cb是由是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。结的空间电荷区变化形成的。(a)PN 结加正向电压结加正向电压（b)PN 结加反向电压结加反向电压 N空间空间电荷区电荷区PVRI+UN空间空间电荷区电荷区PRI+UV五、五、PN结的电容效应结的电容效应空空间间电电荷荷区区的的正正负负离离子子数数目目发发生生变变化化，如如同同电电容容的的放电和充电过程。放电和充电过程。势垒电容的大小可用下式表示：势垒电容的大小可用下式表示：由由于于 PN 结结 宽宽度度 l 随随外外加加电电压压 u 而而变变化化，因因此此势势垒垒电电容容 Cb不不是是一一个个常常数数。其其 Cb=f(u)曲线如图示。曲线如图示。：半导体材料的介电比系数；：半导体材料的介电比系数；S：结面积；结面积；l ：耗尽层宽度：耗尽层宽度。OuCb2.扩散电容扩散电容 Cd Q是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。在在某某个个正正向向电电压压下下，P 区区中中的的电电子子浓浓度度 np(或或 N 区区的的空空穴穴浓浓度度 pn)分布曲线如图中曲线分布曲线如图中曲线 1 所示。所示。x=0 处处为为 P 与与 耗耗尽层的交界处尽层的交界处当当电电压压加加大大，np(或或 pn)会会升升高高，如曲线如曲线 2 所示所示(反之浓度会降低反之浓度会降低)。OxnPQ12 Q当当加加反反向向电电压压时时，扩扩散散运运动动被被削削弱弱，扩散电容的作用可忽略。扩散电容的作用可忽略。Q正正向向电电压压变变化化时时，变变化化载载流流子子积积累累电电荷荷量量发发生生变变化化，相相当当于于电电容容器器充充电电和和放电的过程放电的过程 扩散电容效应扩散电容效应。PNPN 结结综上所述：综上所述：PN 结总的结电容结总的结电容 Cj 包括势垒电容包括势垒电容 Cb 和扩散电容和扩散电容Cd 两部分。两部分。Cj=Cb+CdCb 和和 Cd 值值都都很很小小，通通常常为为几几个个皮皮法法 几几十十皮皮法法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。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。在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。半导体二极管半导体二极管 将将PNPN结用管壳封装起来结用管壳封装起来，并加上电极引线，就构成半，并加上电极引线，就构成半导体二极管，简称导体二极管，简称二极管二极管。由。由P P区引出的电极为阳极区引出的电极为阳极，由，由N N区区引出的电极为阴极，常见的外形如图示引出的电极为阴极，常见的外形如图示。1.2 二极管的结构及分类二极管的结构及分类一一、按内部结构分类按内部结构分类1.点接触型二极管点接触型二极管点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图特点特点：PN结的面积结的面积小，允许通过电流小，小，允许通过电流小，用于小电流整流或作用于小电流整流或作 开关；开关；结电容小，用于结电容小，用于高高频频检波。检波。3.平面型二极管平面型二极管2.面接触型二极管面接触型二极管特点特点：PN结面积大，结面积大，允许通过的电流大（可允许通过的电流大（可达上千安），用于低频达上千安），用于低频整流整流；结电容大，主结电容大，主要用于低频电路，不能要用于低频电路，不能用于用于高高频电路频电路面接触型面接触型平面型平面型 特点特点：结面积小的管子：结结面积小的管子：结电容小，允许电流小，作电容小，允许电流小，作开关开关管管；结面积大的管子：允许结面积大的管子：允许通过电流大，用于大功率整流。通过电流大，用于大功率整流。二、按材料分类二、按材料分类硅二极管，锗二极管硅二极管，锗二极管。图形图形符号符号如图示如图示。阳极阳极阴极阴极D 二极管的伏安特性二极管的伏安特性一一、二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管硅二极管2 2CP10CP10的伏安特性的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性开启电压：开启电压：0.5V导通电压：导通电压：0.7V锗二极管锗二极管2 2AP15AP15的伏安特性的伏安特性UonU(BR)开启电压：开启电压：0.1V导通电压：导通电压：0.2V 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：D代表P型Si二、温度对二极管伏安特性的影响二、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。向特性将下移。二极管的特性对温度很敏感。二极管的特性对温度很敏感。50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.020温度增加温度增加1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数（1 1）最大整流电流最大整流电流IF：二极管长时间运行时允许通过的最二极管长时间运行时允许通过的最大正向平均电流，大正向平均电流，IF 值与值与PNPN结结面积面积及外部散热条件及外部散热条件有有关。关。（2 2）最高工作反向电压最高工作反向电压UR：二极管允许外加的最大反向电：二极管允许外加的最大反向电压压。一般，一般，UR =（1/22/3）U(BR)。（3 3）反向电流反向电流IR：二极管未击穿时的二极管未击穿时的反向电流反向电流，IR小，单小，单向导电性好。向导电性好。IR对温度敏感。对温度敏感。IR(Si)IR(Ge)。(4)(4)最高工作频率最高工作频率fM：二极管工作的上限频率。：二极管工作的上限频率。超过超过fM，由，由于于Cj的作用，二极管不能很好体现单向导电性。的作用，二极管不能很好体现单向导电性。（1）由于工艺分散性，半导体器件参数具有分散性，）由于工艺分散性，半导体器件参数具有分散性，同一型号管子参数不同同一型号管子参数不同。使用时注意测试条件，当使用使用时注意测试条件，当使用条件与测试条件不同时，参数会发生变化。条件与测试条件不同时，参数会发生变化。（2）根据管子使用场合，）根据管子使用场合，按其承受的按其承受的UR、IF、fM、环流环流温度等条件，选择满足要求的二极管。温度等条件，选择满足要求的二极管。注注：二极管的二极管的等效电路等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路 1.理想模型理想模型 2.恒压降模型恒压降模型3.折线模型折线模型UUU 二、二极管的微变等效电路二、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二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。变电阻。即即根据根据 得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下常温下（T=300K）电路如图所示，电路如图所示，UD=0.7V，试估算开关断开和闭合时，试估算开关断开和闭合时，输出电压输出电压UO 。例例例例1 1开关断开时，开关断开时，D导通导通，开关闭合时，开关闭合时，D截止截止，U1=6VU2=12VDSRUO解：解：稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是一种硅稳压二极管是一种硅面面接触型半导体二极管，简称接触型半导体二极管，简称稳压稳压管管。它在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不。它在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而变，表现出稳压特性，因而广泛广泛用于稳压电路与限幅电路。用于稳压电路与限幅电路。一、稳压管的伏安特性一、稳压管的伏安特性 稳压管有着与普通二极管稳压管有着与普通二极管类似的伏安特性，如图。但稳类似的伏安特性，如图。但稳压管的反向特性曲线比较陡，压管的反向特性曲线比较陡，且反向击穿是可逆的，只要反且反向击穿是可逆的，只要反向电流不超过一定值，管子不向电流不超过一定值，管子不会过热损坏。会过热损坏。UZIZIZM UZ IZUIO稳压管的符号及等效电路稳压管的符号及等效电路如如图图所示。所示。稳压二极管稳压时稳压二极管稳压时工作在反向击穿状态工作在反向击穿状态，即利用反向，即利用反向击穿特性实现稳压。击穿特性实现稳压。阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极二、稳压管的主要参数二、稳压管的主要参数（1）稳定电压）稳定电压UZ：在规定电流：在规定电流下下稳压稳压管管的反向击穿电压。的反向击穿电压。（2）稳定电流）稳定电流 IZ:稳压管工作在稳压状态时的参考电流，常认稳压管工作在稳压状态时的参考电流，常认为为IZ=IZmin。IZ IZmin 才稳压。才稳压。（3）额定功耗额定功耗PZM:稳定电压稳定电压 UZ 与最大稳定电流与最大稳定电流 IZM(IZmax)的的乘积。乘积。（4）动态电阻）动态电阻 rZ:稳压管在稳压时，端电压变化量与其电流变稳压管在稳压时，端电压变化量与其电流变化量之比，即：化量之比，即：,rZ 愈小，稳压特性愈好。愈小，稳压特性愈好。（5）温度系数温度系数 :温度每变化温度每变化 稳压值的变化量稳压值的变化量,即即 。稳稳压值小于压值小于4V具有负温度系数具有负温度系数（属于属于齐纳击穿）；稳压值大于齐纳击穿）；稳压值大于7V具具有正温度有正温度系系数（数（属于属于雪崩击穿）；雪崩击穿）；47V之间的管子，温度糸数非之间的管子，温度糸数非常小，近似为零（齐纳击穿和雪崩击穿均有）。常小，近似为零（齐纳击穿和雪崩击穿均有）。稳压管正常工作的两个条件：稳压管正常工作的两个条件：稳压管正常工作的两个条件：稳压管正常工作的两个条件：必须工作在反向击必须工作在反向击必须工作在反向击必须工作在反向击穿状态（利用其正向特性除外）；穿状态（利用其正向特性除外）；穿状态（利用其正向特性除外）；穿状态（利用其正向特性除外）；流过管子的电流必须流过管子的电流必须流过管子的电流必须流过管子的电流必须介于稳定电流和最大电流之间。介于稳定电流和最大电流之间。介于稳定电流和最大电流之间。介于稳定电流和最大电流之间。典型应用如图所示。典型应用如图所示。当输入电压当输入电压Ui和负载电阻和负载电阻RL在一定范围内变化时，在一定范围内变化时，流过稳压管的电流发生变流过稳压管的电流发生变化，而稳压管两端的电压化，而稳压管两端的电压Uz变化很小，即输出电压变化很小，即输出电压Uo基本稳定基本稳定。电阻电阻R的作用的作用:一是起限流作用，一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，以调节稳压管的工电压降的变化，以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。作电流，从而起到稳压作用。问题：问题：不加不加不加不加R R可以吗？可以吗？可以吗？可以吗？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？Ui UO UZ 稳压二极管的应用稳压二极管的应用解：解：（UZ3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ例例2ui和和uo的的波形如图所示波形如图所示 一、发光二极管一、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)LED(Light Emitting Diode)1.符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十mA，导通电压导通电压(1 2)V符号符号u/Vi /mAO2特性特性1.2.6 其它类型的二极管其它类型的二极管发光类型：发光类型：可见光：红、黄、绿可见光：红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：红外光不可见光：红外光点阵点阵 LED七段七段 LED,二、光电二极管二、光电二极管符号和特性符号和特性符号符号特性特性工作原理：工作原理：三、变容二极管三、变容二极管四、隧道二极管四、隧道二极管(请同学们查找有关资料）请同学们查找有关资料）五、肖特基二极管五、肖特基二极管(请同学们查找有关资料）请同学们查找有关资料）无光照时，与普通二极管一样。无光照时，与普通二极管一样。有光照时，分布在第三、四象限。有光照时，分布在第三、四象限。1.3又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。(Bipolar Junction Transistor)(a)小功率管小功率管(b)小功率管小功率管(c)中功率管中功率管(d)大功率管大功率管双极型晶体管双极型晶体管(BJT)BJT)我国晶体管型号的命名方法我国晶体管型号的命名方法 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型 具有两个具有两个PNPN结，加上三个电极引线，并用管壳封装就构成结，加上三个电极引线，并用管壳封装就构成晶体管，常见晶体管，常见平面型平面型和和合金型合金型两种，硅管主要是平面型，锗管两种，硅管主要是平面型，锗管都是合金型。都是合金型。三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)ebbecPNPe 发射极，发射极，b基极基极c 集电极。集电极。NcNP二氧化硅二氧化硅发射区发射区集电区集电区基区基区基区基区发射区发射区集电区集电区三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP注：符号中，发射极箭头注：符号中，发射极箭头的方向表示发射结正偏时的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向，即多发射极电流的方向，即多子的扩散方向。子的扩散方向。NPN 型型集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号注：符号中，发射极箭头注：符号中，发射极箭头的方向表示发射结正偏时的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向，即多发射极电流的方向，即多子的扩散方向。子的扩散方向。PNP 型型1.3.2晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用NNPebc1.放大作用放大作用(1 1)内部条件内部条件三极管的基区很薄，且掺杂很三极管的基区很薄，且掺杂很少少（减（减少复合，利于扩散）；少复合，利于扩散）；发射区、集电区掺杂较多；发射区、集电区掺杂较多；集电结面积大（集电结面积大（利于利于接收载流子）接收载流子）。(2 2)外部条件外部条件 外加电源的极性使三极管的发射外加电源的极性使三极管的发射结正偏，集电结反偏结正偏，集电结反偏。即。即NPN：PNP:一、晶体管处于放大工作状态的条件一、晶体管处于放大工作状态的条件2.2.三极管的三种组态三极管的三种组态 三极管在电三极管在电路路中有三种连接方式（或称三种组态），即共中有三种连接方式（或称三种组态），即共射极，共集电极和共基极射极，共集电极和共基极。若输入回路和输出回路的共若输入回路和输出回路的共公公端点端点是发射极，称是发射极，称共发射极接法共发射极接法（如（如A A图）。若公共端点是集电极，图）。若公共端点是集电极，称为称为共集电极接法共集电极接法（如（如B B图），若公共端点是基极称为图），若公共端点是基极称为共基极共基极接法接法（如（如C C图）。图）。A图图B图图C图图beceRcRbIEPIEIEN晶体管内部载流子的运动与外部电流晶体管内部载流子的运动与外部电流1.1.发射结正偏，扩散运动发射结正偏，扩散运动形成发射极电流形成发射极电流IE E。(很很小小)二、晶体管内部载流子的运动二、晶体管内部载流子的运动 三极管发射结正偏，三极管发射结正偏，空间电荷区变窄，有利于空间电荷区变窄，有利于多子扩散运动，所以发射多子扩散运动，所以发射区的多子（电子）向基区区的多子（电子）向基区扩散，并不断从电源负极扩散，并不断从电源负极获得补充，形成发射极电获得补充，形成发射极电子电流子电流IEN;同时基区中多同时基区中多子（空穴）也向发射区扩子（空穴）也向发射区扩散形成空穴电流散形成空穴电流IEP。发射极电流发射极电流ebeceRcRbIEPICBOIEIBIENIBN晶体管内部载流子的运动与外部电流晶体管内部载流子的运动与外部电流2.2.扩散到基区的电子扩散与扩散到基区的电子扩散与空穴复合形成基极电流空穴复合形成基极电流I IB B。（很小很小，可忽略，可忽略，当当 ）二、晶体管内部载流子的运动二、晶体管内部载流子的运动 由于浓度差，扩散到基由于浓度差，扩散到基区的电子向集电结扩散。在区的电子向集电结扩散。在扩散中，绝大部分电子扩散扩散中，绝大部分电子扩散到集电结，极少部分电子与到集电结，极少部分电子与基区空穴复合，复合掉的空基区空穴复合，复合掉的空穴由穴由V VBBBB补充，形成基区复合补充，形成基区复合电流电流I IBNBN（很小）。由于集电（很小）。由于集电结反偏，集电区和基区本身结反偏，集电区和基区本身少子漂移形成少子漂移形成I ICBCBO O（反向饱和（反向饱和电流）。形成基极电流电流）。形成基极电流e 由于集电结加反向电由于集电结加反向电压且其结面积大，扩散到压且其结面积大，扩散到基电结的电子在外电场作基电结的电子在外电场作用下越过集电结到达集电用下越过集电结到达集电区，形成漂移电流区，形成漂移电流ICN；同时集电区与基区本身少同时集电区与基区本身少子漂移电流子漂移电流ICBO。在。在VCC作用下，漂移运动形成的作用下，漂移运动形成的电流电流beceRcRbIEPICBOIEICIBIENIBnICN晶体管内部载流子的运动与外部电流晶体管内部载流子的运动与外部电流3.3.集电结加反向电压，漂集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流移运动形成集电极电流IC。二、晶体管内部载流子的运动二、晶体管内部载流子的运动ebeceRcRbIEPICBOIEICIBIENIBNICN晶体管内部载流子的运动与外部电流晶体管内部载流子的运动与外部电流三、晶体管的电流分配关系三、晶体管的电流分配关系IC=ICN+ICBO IE=IEN+IEPIE=IC+IBIB=IBNICBO可见，三极管是一可见，三极管是一个电流控制器件个电流控制器件（cccs)。e1.共射电流放大系数共射电流放大系数整理可得：整理可得：（1）共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法共发射极接法四、晶体管的电流放大系数四、晶体管的电流放大系数ICEO 是基极开路时，集是基极开路时，集-射间的电流。射间的电流。称为称为穿透电流。穿透电流。2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数之间关系之间关系3.与ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法共基极接法 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线uCE=0VuBE/V iB=f(uBE)UCE=const(2)随着随着UCE值增大，曲线将右移值增大，曲线将右移。(1)当当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。一、输入特性曲线一、输入特性曲线uCE=0V uCE 1VuBE/V(3)当当UCE 1V时，能够到达集电结附近的电子几乎全部被时，能够到达集电结附近的电子几乎全部被集电极收集，再增加集电极收集，再增加UCE，IB也也不会明显地减少，因此，不会明显地减少，因此，UCE 1V以后几条曲线几以后几条曲线几乎乎重合，所以常画重合，所以常画UCE=0和和UCE 1V两条特性曲线。两条特性曲线。+-bce共射极放大电路共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE1.曲线特点曲线特点（1）二、输出特性曲线二、输出特性曲线 很小时，很小时，（2）时