电路与电子学第四章课件.ppt

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1、4章第第 4章章第一节第一节第一节第一节 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第二节第二节第二节第二节 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管 一、半导体二极管的结构和类型一、半导体二极管的结构和类型 二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数 四、二极管的等效电路及应用四、二极管的等效电路及应用 五、稳压二极管五、稳压二极管半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管和场效应管和场效应管半导体基本知识第一节第一节第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识 1、热敏性、热敏性 2、光敏性、光敏性导电性能介于导体和绝缘

2、体之间的物质。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。半导体半导体硅硅锗锗砷化物砷化物硫化物硫化物电阻率电阻率=10-3108cm。半导体广泛应用的原因半导体广泛应用的原因温度升高，电阻率迅速下降。温度升高，电阻率迅速下降。热敏电阻热敏电阻光线变化，电阻率立刻发生变化。光线变化，电阻率立刻发生变化。光敏二极管、光电耦合管光敏二极管、光电耦合管光敏二极管光敏二极管光电耦合管光电耦合管半导体基本知识第一节第一节第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识 1、热敏性、热敏性 2、光敏性、光敏性导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。半导体半导体硅硅锗锗砷化物砷化物硫化

3、物硫化物电阻率电阻率=10-3108cm。半导体广泛应用的原因半导体广泛应用的原因 3、掺杂性、掺杂性温度升高，电阻率迅速下降。温度升高，电阻率迅速下降。热敏电阻热敏电阻光线变化，电阻率立刻发生变化。光线变化，电阻率立刻发生变化。光敏二极管、光电耦合管光敏二极管、光电耦合管在纯净半导体（本征半导体）中适当掺入微量杂质，使导在纯净半导体（本征半导体）中适当掺入微量杂质，使导电特性大大增强。电特性大大增强。掺杂后掺杂后P型型半导体半导体N型半导体型半导体空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。自由电子为多数载流子，空穴

4、为少数载流子。三价元素掺杂三价元素掺杂P 型半导体型半导体 在硅（锗）单晶中在硅（锗）单晶中掺入少量三价元素硼，掺入少量三价元素硼，或铝、铟、镓等，则三或铝、铟、镓等，则三价元素原子在晶格中缺价元素原子在晶格中缺少一个价电子，从而造少一个价电子，从而造成一个空位。成一个空位。五价元素掺杂五价元素掺杂 N 型半导体型半导体 在硅（锗）单在硅（锗）单晶中掺入少量五价晶中掺入少量五价元素磷，或砷、锑元素磷，或砷、锑等，则五价元素原等，则五价元素原子在晶格中多余一子在晶格中多余一个价电子。个价电子。半导体基本知识第一节第一节第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识 1、热敏性、热敏性 2、光敏性

5、、光敏性导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。半导体半导体硅硅锗锗砷化物砷化物硫化物硫化物电阻率电阻率=10-3108cm。半导体广泛应用的原因半导体广泛应用的原因 3、掺杂性、掺杂性温度升高，电阻率迅速下降。温度升高，电阻率迅速下降。热敏电阻热敏电阻光线变化，电阻率立刻发生变化。光线变化，电阻率立刻发生变化。光敏二极管、光电耦合管光敏二极管、光电耦合管在纯净半导体（本征半导体）中适当掺入微量杂质，使导在纯净半导体（本征半导体）中适当掺入微量杂质，使导电特性大大增强。电特性大大增强。PN结结掺杂后掺杂后P型型半导体半导体N型半导体型半导体空穴为多数载流子，自由

6、电子为少数载流子。空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。两种半导体结合两种半导体结合由于载流子浓度差，产生扩散运动，形成扩散电流。由于载流子浓度差，产生扩散运动，形成扩散电流。PN结的形成过程结的形成过程 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质质,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半导体和型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理型半导体的结合面上形成如下物理过程过程: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

7、内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽层。多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 （1 1）两边的浓度差引起载流子的扩散运动）两边的浓度差引起载流子的扩散运动（2 2）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移）复合形成内电场：阻挡扩散，促

8、使漂移（3 3）扩散和漂移动态平衡：）扩散和漂移动态平衡：PNPN结结（空间电荷区、耗尽层、势垒区、空间电荷区、耗尽层、势垒区、阻挡层阻挡层）PN结的形成过程结的形成过程 PNPN结的形成结的形成 PN结结PN结特性PN结的特性结的特性 1、单向导电性、单向导电性外加正向电压，其正向电流大，正向电阻很小。外加正向电压，其正向电流大，正向电阻很小。外加反向电压，其反向电流很小，反向电阻很大。外加反向电压，其反向电流很小，反向电阻很大。PN结的伏安特性：结的伏安特性：电流与电压是非线性关系电流与电压是非线性关系IUD演示演示_二极管二极管IS 反向饱和电流（半导体工艺决定的）反向饱和电流（半导体工

9、艺决定的）VT 温度的电压当量温度的电压当量VPN PN结外加电压结外加电压常温下常温下:PN结特性 2、击穿特性、击穿特性当反向电压超过某一个值时，反向当反向电压超过某一个值时，反向电流会突然增大，此现象为击穿。电流会突然增大，此现象为击穿。3、温度特性、温度特性温度升高，少数载流子的数目增多，温度升高，少数载流子的数目增多，反向饱和电流增大。反向饱和电流增大。PN结两端施加高频交流电压，产生电容效应。结两端施加高频交流电压，产生电容效应。4、电容效应、电容效应势垒电容势垒电容扩散电容扩散电容 交作业交作业 今日作业今日作业 4-2，4-4,4-6，4-7提问复习复习1、谐振现象的特点？、谐

10、振现象的特点？2、谐振频率如何找到？、谐振频率如何找到？3、PN结的形成过程？结的形成过程？二极管第二节第二节第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 一、二极管的结构及类型一、二极管的结构及类型 1、二极管的结构、二极管的结构二极管符号二极管符号内部结构参见内部结构参见P103图图4-1阳极阳极阴极阴极D(a)(a)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(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结面积小，结电容小，用于结电容小，用于检波和变频等高检波和变频等高频电路。频电路。(b)(b)面接触型面接触型(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，结面积大，用于工频

11、大电流整用于工频大电流整流电路。流电路。(c)(c)平面型平面型(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路往往用于集成电路制造工艺中。制造工艺中。PN 结面结面积可大可小，用于高频积可大可小，用于高频整流和开关电路中。整流和开关电路中。二极管第二节第二节第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 一、二极管的结构及类型一、二极管的结构及类型 1、二极管的结构、二极管的结构 2、二极管的类型、二极管的类型二极管符号二极管符号内部结构参见内部结构参见P103图图4-1硅管硅管锗管锗管点接触型点接触型按材料分：按材料分：按结构分：按结构分：按用途分：按用途分：面接触型面接触型普通二极管普通二极管整

12、流二极管整流二极管开关二极管开关二极管稳压二极管稳压二极管阳极阳极阴极阴极D二极管的伏安特性 二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二极管两端电压与流过二极管的电流的关系二极管两端电压与流过二极管的电流的关系伏安特性伏安特性为为正向特性：外加正向电压正向特性：外加正向电压*OC段对应一个死区电压段对应一个死区电压*正向电压超过死区电压电流以指正向电压超过死区电压电流以指数规律递增，电压变化很小。数规律递增，电压变化很小。*正向电阻较小正向电阻较小为反向特性：外加反向电压为反向特性：外加反向电压*OB段段反向电流很小不随电压变化反向电流很小不随电压变化*截止截止为击穿特性：外加足够大的反向电压

13、为击穿特性：外加足够大的反向电压*电流突然剧增电流突然剧增*UB为为击穿电压击穿电压+-+-I/mA0.4U/v0.8102030401020OCBDAUB*导通后的正向压降：导通后的正向压降：硅硅=0.5V锗锗=0.1V硅硅=0.7V锗锗=0.20.3V二极管的主要参数 三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数1、最大整流电流、最大整流电流IF:2、最高反向工作电压、最高反向工作电压UR:二极管正常工作时允许通二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流。过的最大正向平均电流。超过则损坏！超过则损坏！二极管未发生击穿是的反向电流二极管未发生击穿是的反向电流。一般为反一般为反向击穿电向击穿电压的

14、一半压的一半3、反向电流、反向电流IR:4、最高工作频率、最高工作频率fM:保证二极管具有单向导电性的最高频率保证二极管具有单向导电性的最高频率。二极管允许施加的最大反向电压。二极管允许施加的最大反向电压。P106 表表4-1二极管等效电路 四、二极管的电路模型四、二极管的电路模型 1、理想二极管的等效电路、理想二极管的等效电路将将二极管看成一个开关二极管看成一个开关导通时正向压降很小导通时正向压降很小截止时反向电流很小截止时反向电流很小KD特性曲线参见特性曲线参见P106图图4-4*加正向电压相当于开关闭合。（直通）加正向电压相当于开关闭合。（直通）*加反向电压相当于开关打开。（开路）加反向

15、电压相当于开关打开。（开路）理想模型理想模型二极管等效电路 2、考虑正向压降的等效电路、考虑正向压降的等效电路DKUD特性曲线参见特性曲线参见P107图图4-5*加正向电压相当于开关闭合并有加正向电压相当于开关闭合并有 一个一个UD管压降。管压降。硅管硅管=0.7V，锗管锗管=0.2V*加反向电压相当于开关打开。（断路）加反向电压相当于开关打开。（断路）折线模型折线模型恒压降模型恒压降模型uiuiuiui0000UDUD(A)(B)(C)(D)例例:理想二极管的伏安特性如图（理想二极管的伏安特性如图（）所示。）所示。B二极管的应用 3、二极管的应用、二极管的应用例例例例已知输入电压为已知输入电

16、压为ui=10sint V，画出以下两个电路的输出波形。（理画出以下两个电路的输出波形。（理想二极管）想二极管）+-uiDRu011ku01t10vuit10v演示二极管演示二极管1二极管通常应用于整流、检波、限幅及箝位二极管通常应用于整流、检波、限幅及箝位+-uiD5Vu02R二极管的应用uit10vu02t5v10v演示二极管演示二极管2+-uiD5Vu02+-uiD5Vu02u02t5v10v小于小于5V后后+-uiD5Vu02R输入电压小于输入电压小于5V:输入电压大于输入电压大于5V:半波整流电路半波整流电路整流整流 利用二极管的单向导电性，将双向变化的交流电转换为利用二极管的单向导

17、电性，将双向变化的交流电转换为单向脉动的直流电。单向脉动的直流电。半波整流电路+-uiDRLu0u0tuit 二极管整流电路二极管整流电路电阻电阻RL上只有单一方向的电流和电压。上只有单一方向的电流和电压。方向不变、大小波动的电压和电流方向不变、大小波动的电压和电流脉动直流电脉动直流电半波整流电路半波整流电路输出电压半波整流电路输出电压UO的平均值：的平均值：负载中通过电流的平均值：负载中通过电流的平均值：二极管截止时所承受的最大反向电压为峰值二极管截止时所承受的最大反向电压为峰值URM：选择半波整流电路中二极管时，其参数为：选择半波整流电路中二极管时，其参数为：u0tuit+-uiDRLu0

18、单向桥式整流电路全波整流电路全波整流电路ui+-D1uoAD2D3D4ioRLBtu023ui0：上正下负，上正下负，D1D3导通导通D2D4截止截止。tu023tu023ui0且且 uiUR时，二极管导通，时，二极管导通，uo=UR参考电压源参考电压源当当uiUR时，二极管截止时，二极管截止，uo=ui二极管例题+-Uab6kabD12V18V求电路中的求电路中的Uab。D导通，导通，Ua=12V理想二极管理想二极管 将二极管从电路中拆除将二极管从电路中拆除 确定二极管两端的电压确定二极管两端的电压 如果阳极电位高二极管就导通如果阳极电位高二极管就导通如果阳极电位低二极管就截止如果阳极电位低

19、二极管就截止设定参考电位设定参考电位二极管例题+-Uab6kabD12V18V求电路中的求电路中的Uab。12V-18V6kDUaD导通，导通，Ua=12V+-UabRabD212V6VD1-12V-6VRD2Ua0VD1D1导通，导通，D2截止，截止，Ua=0V变换电路变换电路二极管例题求电路中的求电路中的Uab。-5V1V5KD2Ua3VD1D1截止，截止，D2导通，导通，Ua=-5V+-Uab5KabD25V1VD13VD1截止，截止，D2导通，导通，D3截止，截止，UO=-6V+6V+18VRD3UO-6VD20VD1D2导通，导通，UO=-6V,D3截止截止。D3导通，导通，UO=6

20、VD1截止截止，UO=-6V求电路中的求电路中的UO:提问_限幅电路例题tu01如图已知输入电压如图已知输入电压 ui=30sint,理想二极管，画出输出电压理想二极管，画出输出电压 uO 的波形。的波形。(a)+-uiDu01R+ui+-Du02R(b)(c)+-uiDu03R5V(d)+-uiDu04R5Vtuitu02tu03-5Vtu045V演示演示_二极管限幅例题二极管限幅例题复习复习二极管例题例：例：电路如图所示，在下述条件下电路如图所示，在下述条件下：IDV2R1DR2V1(1)V1=6V，V2=6V，R1=2k，R2=3k。(2)V1=6V，V2=6V，R1=3k，R2=3k。

21、(3)V1=6V，V2=6V，R1=3k，R2=2k。判断二极管的通断情况，设二极管导通后的压降判断二极管的通断情况，设二极管导通后的压降UD=0.7V，求，求D导通时的电流导通时的电流ID。解：将解：将D断开，计算断开，计算Uab:ab(1)(2)(3)零偏，不通，零偏，不通，ID=0反偏，不通，反偏，不通，ID=0I1I2D导通导通例题例：例：如图所示：电路中如图所示：电路中D1、D2为硅管，导通压降为硅管，导通压降UD均为均为0.7V，已知已知UA、UB的波形，试画出输出的波形，试画出输出UO的波形。的波形。RD1D2UOUAUB+10V2K0.7V5.7VUOtUAUB5V5Vtt解：

22、解：检波电路 检波电路检波电路P110图图4-9数字信号数字信号载波信号载波信号数字电压控制正弦电压的幅度数字电压控制正弦电压的幅度调制调制t发送方发送方从已调幅波中还原出原调制信号的过程。是振幅调制的逆过程。从已调幅波中还原出原调制信号的过程。是振幅调制的逆过程。检波检波实现频谱线性搬移实现频谱线性搬移。功能功能检波电路高高频频放放大大器器+-ui+-u0DR1R2ROu1C1C2C3+-接收方接收方检波电路检波电路tuitu1tttuO低通滤波电路低通滤波电路峰值包络检波峰值包络检波电视机的视频检波电路电视机的视频检波电路 检波器应用检波器应用稳压二极管 五、稳压二极管五、稳压二极管 1、

23、稳压二极管的特点、稳压二极管的特点稳压二极管符号稳压二极管符号阳极阳极阴极阴极DZ利用利用PN结反向击穿时电流在较大范围内变化而结反向击穿时电流在较大范围内变化而端电压基本不变的特性而制成的特殊二极管。端电压基本不变的特性而制成的特殊二极管。稳压二极管原理稳压二极管原理稳压二极管伏安特性稳定电压稳定电压 UZI/mAU/vOCIZUZIZ MUZIZ 2、稳压二极管的、稳压二极管的伏安特性伏安特性 3、稳压二极管的、稳压二极管的主要参数主要参数反向电流为规定值时稳压管两端的电压。反向电流为规定值时稳压管两端的电压。稳定电流稳定电流 IZ维持稳压管起稳压作用时所需的最小工作电流。维持稳压管起稳压

24、作用时所需的最小工作电流。是以范围的是以范围的形式给出的形式给出的动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 其值越小曲线越陡，稳压性越好。其值越小曲线越陡，稳压性越好。最大稳定电流最大稳定电流 IZM若工作电流超过若工作电流超过IZM 就可能损坏管子就可能损坏管子。温度系数温度系数 描述描述UZ随随温度变化的参数。温度变化的参数。P111表表稳压管稳压电路 4、稳压管稳压电路、稳压管稳压电路RZ+DZRLUi-UOIZIO+-IRUZ稳压原理稳压原理、设设RL不变，不变，Ui改变改变、设设Ui不变不变，RL 改变改变Ui UO(UZ)IZ IR URZ RL UO(UZ)IZ IR URZ UO

25、 UO 限流电阻限流电阻稳压管稳压电路 5、稳压管稳压时的等效电路、稳压管稳压时的等效电路KUzDZ*外加反向电压小于外加反向电压小于Uz，稳压管截止，开关断开。稳压管截止，开关断开。*外加反向电压大于外加反向电压大于Uz，稳压管反向击穿，开关稳压管反向击穿，开关闭合，稳压管相当于直流电压源闭合，稳压管相当于直流电压源Uz。*稳压管加正向偏置电压时稳压管加正向偏置电压时，相当于普通二极管相当于普通二极管的正向偏置情况。的正向偏置情况。稳压电路中的限流电阻 6、稳压电路中的限流电阻、稳压电路中的限流电阻当当稳压管被击穿而稳压时，流过稳压管的电流为：稳压管被击穿而稳压时，流过稳压管的电流为：RZ太

26、小电流过大会损坏管子。太小电流过大会损坏管子。RZ太大失去稳压作用。太大失去稳压作用。RZ+DZU-IZ+-IUZRZ+DZRLU-UOIZIO+-IRUZ限流电阻的选择限流电阻的选择保证保证 Iz得到最大电流得到最大电流保证保证 IZ得到最小电流得到最小电流要保证：最小电流要保证：最小电流IZmin IZ 最大电流最大电流IZmax结论：结论：判断能否实现稳压判断能否实现稳压1、反偏置反偏置补充稳压管2、输出电压稳定的条件输出电压稳定的条件3、电流电流Iz的的条件条件RZ+DZRLUi-UOIZIO+-IRUZ分析习题分析习题4-5例：例：已知电路如图，稳定电压已知电路如图，稳定电压UZ=6

27、V。最小稳最小稳定电流定电流IZmin=5mA，最大功耗最大功耗PZM=150mW。（a）Ui=10V稳压管例题1K+DZ500Ui-UOIZIO+-IRUZ（1）分别计算分别计算Ui=10V、15V、35V情况下输出情况下输出UO。（2）若若Ui=35V情况下负载开路，会出现什么现象？情况下负载开路，会出现什么现象？为什么？为什么？（b）Ui=15V6V6V150mW稳压管将因功耗过大而损坏！稳压管将因功耗过大而损坏！P139 习题习题4-6演示演示:Multisim_稳压管稳压管 (6V)结论：结论：判断能否实现稳压判断能否实现稳压1、反偏置反偏置补充稳压管2、输出电压稳定的条件输出电压稳

28、定的条件3、电流电流Iz的的条件条件RZ+DZRLUi-UOIZIO+-IRUZ注意：注意：当当时，稳压管视为开路，再进行电路计算。时，稳压管视为开路，再进行电路计算。第4章续第第 4章章第三节第三节第三节第三节 双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管 一、晶体管的结构和类型一、晶体管的结构和类型 二、晶体管的电流分配关系和放大作用二、晶体管的电流分配关系和放大作用 三、晶体管的特性曲线三、晶体管的特性曲线 四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数 五、温度对晶体管参数的影响五、温度对晶体管参数的影响第四节第四节第四节第四节 场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管 一、绝缘

29、栅一、绝缘栅场效应管场效应管场效应管场效应管 二、结型二、结型场效应管场效应管场效应管场效应管 三、三、场效应管的特点场效应管的特点场效应管的特点场效应管的特点半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管和场效应管和场效应管 交作业交作业 今日作业今日作业 4-8,4-9，4-10,4-11，4-13 第三节第三节第三节第三节 双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管三极管结构 一、一、晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型 1、晶体管晶体管的结构的结构双极型晶体管双极型晶体管晶体管晶体管半导体三极管半导体三极管简称简称三极管结构 发射区发射区发射极发射极 用E或e表示（Emitter）发射

30、结发射结(Je)基极基极 用B或b表示（Base）集电极集电极 用C或c表示（Collector）集电区集电区基区基区 集电结集电结(Jc)第三节第三节第三节第三节 双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管三极管结构 一、一、晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型 1、晶体管晶体管的结构的结构双极型晶体管双极型晶体管晶体管晶体管半导体三极管半导体三极管简称简称cbecbebPPNec 集电极集电极基极基极发射极发射极bNNPec基极基极发射极发射极集电极集电极 结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：两结两结 两个两个PN结结 三区三区 发射、基、集电发射、基、集电 三极三极 三个输出端

31、子三个输出端子NPNPNPNPNNPNNPN,PNP判断ebcebcebcebcNPN,PNP判断晶体管类型 2、晶体管晶体管的类型的类型晶体管命名方式参见晶体管命名方式参见P119附表附表硅管硅管锗管锗管高频管高频管按材料分：按材料分：按用途分：按用途分：按掺杂分：按掺杂分：低频管低频管PNP型型NPN型型 BJT的外形图的外形图功率管功率管开关管开关管贴片式贴片式晶体管连接方式 3、晶体管晶体管的三种连接方式的三种连接方式cbeiBiCiEuCBuEB+-+共基极电路共基极电路bce-+uCEuBEiCiEiB共发射极电路共发射极电路uBCbce-+uECiCiEiB共集电极电路共集电极电

32、路输输入入端端口口输输出出端端口口晶体管的电流关系 二、二、晶体管的电流分配关系和放大作用晶体管的电流分配关系和放大作用实现放大，三极管应满足以下条件：实现放大，三极管应满足以下条件：参见参见P115图图4-17发射区重掺杂发射区重掺杂 杂质浓度远大于基区杂质浓度杂质浓度远大于基区杂质浓度基区很薄基区很薄 发射结正向偏置发射结正向偏置内内部部外外部部集电结反向偏置集电结反向偏置bNNPec基极基极发射极发射极集电极集电极VBBVCC内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程投影投影:电路与电子学电路与电子学/Ele-A/03/AVI/A03104载流子分析(1)发射：发射：由于发射结正向偏置，则

33、发射区由于发射结正向偏置，则发射区的电子大量地扩散注入到基区。基区向发的电子大量地扩散注入到基区。基区向发射区扩散的空穴忽略不计。射区扩散的空穴忽略不计。(3)收集：收集：由于集电结反向偏置，在结电场由于集电结反向偏置，在结电场作用下，通过扩散到达集电结的电子将作作用下，通过扩散到达集电结的电子将作漂移运动，到达集电极。由于集电结的面漂移运动，到达集电极。由于集电结的面积大，所以基区扩散过来的电子，基本上积大，所以基区扩散过来的电子，基本上全部被集电极收集。全部被集电极收集。(2)扩散和复合：扩散和复合：由于电子的注入，使基区由于电子的注入，使基区靠近发射结处电子浓度很高。集电结反向靠近发射结

34、处电子浓度很高。集电结反向偏置，使靠近集电结处的电子浓度很低偏置，使靠近集电结处的电子浓度很低(近近似为似为0)。因此在基区形成电子浓度差，从因此在基区形成电子浓度差，从而电子靠扩散作用，向集电区运动。电子而电子靠扩散作用，向集电区运动。电子扩散的同时，在基区将与空穴相遇产生复扩散的同时，在基区将与空穴相遇产生复合。由于基区空穴浓度比较低，且基区做合。由于基区空穴浓度比较低，且基区做得很薄，因此，复合的电子是极少数，绝得很薄，因此，复合的电子是极少数，绝大多致电于均能扩散到集电结处，被集电大多致电于均能扩散到集电结处，被集电极收集。极收集。三极管载流子传输过程三极管载流子传输过程becICIE

35、IBUBBUCC晶体管的电流关系 1、晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系集电极电流集电极电流反向饱和电流反向饱和电流基极电流基极电流UBBRCRBUCCiCiBiEiCnICBOiB载流子的运动形成相应的电流载流子的运动形成相应的电流晶体管的电流关系从图中从图中可以看出可以看出iCn远远大于远远大于iB用用一个比例系数来表示两者的关一个比例系数来表示两者的关系系共射电流的放大系数共射电流的放大系数此式说明了基极电流对集电极电流的控制此式说明了基极电流对集电极电流的控制晶体管是电流控制器件晶体管是电流控制器件穿透电流穿透电流演示演示WEB_电流分电流分配关系配关系在晶体管中只要任何一个电极

36、的电流确定了，其他二在晶体管中只要任何一个电极的电流确定了，其他二个电流将随之而确定，这是三极管的一个重要特点。个电流将随之而确定，这是三极管的一个重要特点。P117(4-14)穿透电流越大，穿透电流越大，稳定性越差。稳定性越差。晶体管的放大作用bce-+uCEuBEiCiEiB 2、晶体管的放大作用晶体管的放大作用如果将如果将uBE作为输入端施加一个电压作为输入端施加一个电压uBEiB iC uCE在在输出端输出端uCE连接的负载上就会得到一个放大连接的负载上就会得到一个放大倍的电压。倍的电压。iB对对 iC 的的控制控制 三、三、晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线各极间各极间电压与电流之间的

37、关系曲线电压与电流之间的关系曲线晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 1、输入特性曲线输入特性曲线当当UCE保持恒定，输入的基极电流保持恒定，输入的基极电流IB随输入电压随输入电压UBE的变化曲线的变化曲线输入特性输入特性特性曲线IB/A0.3UBE/v0.6501000UCE=0UCE=1UCE=5集电结和发射结相当于两个正偏集电结和发射结相当于两个正偏的并联二极管的正向特性曲线。的并联二极管的正向特性曲线。UCE=0UCE0曲线右移。曲线右移。UCE1以后以后UCE值的值的变化对变化对曲线的影响很小，各曲线基本重合。曲线的影响很小，各曲线基本重合。NNPebcbce-+uCEuBEiCiEiB

38、特性曲线 2、输出特性曲线输出特性曲线当当IB保持恒定，输出回路中集电极电流保持恒定，输出回路中集电极电流Ic和电压和电压UCE的的关系曲线关系曲线输出特性输出特性I/mA0.5U/v1.0102030401020OIC/mA48264UCE/v80121620IB=20IB=40IB=60IB=80输出特性截止区截止区IC/mA48264UCE/v80121620UCE=UBE 临界饱和临界饱和击穿区击穿区IB=0IB=20IB=40IB=60IB=80放放大大区区饱和区饱和区 截止区截止区*IB0的的区域称为截止区。区域称为截止区。IC=IE=ICEO 0*偏置特点：发射结和集电结均为反偏

39、偏置特点：发射结和集电结均为反偏 UBE0 放大区放大区*偏置特点：发射结正偏，集电结为反偏偏置特点：发射结正偏，集电结为反偏 UBE0，UCB0*IC仅与仅与IB有关而与有关而与UCE无关无关 饱和区饱和区*偏置特点：发射结和集电结均为正偏偏置特点：发射结和集电结均为正偏 UCE0,UCBUBUEPNP管的特性 4、PNP晶体管晶体管的特性的特性 电路连接电路连接电源极性电源极性电流方向电流方向注意注意 工作状态工作状态放大工作状态：发射结正偏，集电结反偏，放大工作状态：发射结正偏，集电结反偏，UBE0，UCB0，UCB0。UCUB0，故为故为NPN管。管。UBE=-0.2V，故为锗管。电压

40、均为负，故为故为锗管。电压均为负，故为PNP管。管。UCE=-0.3V工作在饱和区。工作在饱和区。UBE=0V，故工作在截止区。无法判断硅管故工作在截止区。无法判断硅管/锗管。锗管。UCE为负，故为为负，故为PNP管。管。例例用万用表测量某些三极管的管压降得下列几组值，试说明每个管子是用万用表测量某些三极管的管压降得下列几组值，试说明每个管子是NPN还是还是PNP型，是硅管还是锗管以及工作在什么区？型，是硅管还是锗管以及工作在什么区？UBE=0.7V，UCE=0.3V UBE=0.7V，UCE=4V UBE=0V，UCE=4V UBE=-0.2V，UCE=-0.3V UBE=0V，UCE=-4

41、V cbe例题12V11.3V0VT112V3.7V3VT212V12.7V15VT312V12.2V0VT412V15V14.8VT512V11.8V15VT6例：例：在圆圈中画出管子，分别说明是硅管还是锗管。在圆圈中画出管子，分别说明是硅管还是锗管。硅硅锗锗锗锗锗锗硅硅硅硅NPN型：型：UCUBUEPNP型：型：UCUBUBUE锗管锗管放大区放大区-5V-1.3V-1V硅管硅管截止区截止区NPNPNP硅管的死区电压是硅管的死区电压是0.5V例题 交作业交作业 今日作业今日作业 5-1,5-2,5-3,5-4（求（求Q、画微变等效电路）画微变等效电路）5-7（求（求Q、画微变等效电路）画微变

42、等效电路）提问1、三极管的结构特点：、三极管的结构特点：_区、区、_结、结、_极。极。2、三极管工作在放大状态的条件：、三极管工作在放大状态的条件：内部内部外部外部_3、三极管工作在放大状态的条件时的电流分配关系：、三极管工作在放大状态的条件时的电流分配关系：_4、三极管的三种工作状态：、三极管的三种工作状态：_、_、_。每种状态的偏置特点：每种状态的偏置特点：_、_、_。5、三极管工作在放大状态时判断、三极管工作在放大状态时判断NPN和和PNP条件：条件：_、_。复习复习例例投影投影测验0V0.7V5VT1硅硅3.7V3.7V3VT2硅硅-6V-5.7V0VT3锗锗测验：测验：判断下列管子的

43、状态判断下列管子的状态截止截止临界饱和临界饱和放大放大三极管处于放大、饱和、截止状态时，不同管三极管处于放大、饱和、截止状态时，不同管型发射结和集电结的偏置电压条件及电压范围型发射结和集电结的偏置电压条件及电压范围晶体管的主要参数 四、四、晶体管的主要参数晶体管的主要参数 1、电流放大系数电流放大系数共射极电流放大系数共射极电流放大系数 2、极间、极间反向电流反向电流集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流ICBO穿透电流穿透电流ICEO发射极开路发射极开路IE=0基极开路基极开路IB=0越小越好越小越好也受温度影响也受温度影响（P118）uCE一定：一定：=20100=100300问题：已知某晶

44、体管问题：已知某晶体管iB=20A、iC=6mA能否能否根据这两个数据决定电流放大系数根据这两个数据决定电流放大系数?何时可以？何时不可以？何时可以？何时不可以？晶体管的主要参数 3 3、极限参数极限参数集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM反向击穿电压反向击穿电压集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗 PCM电流过高时性能显著下降主要体现在电流过高时性能显著下降主要体现在会下降会下降取决于管取决于管子的温升子的温升两个两个PN结反向电压超过规定值发生击穿结反向电压超过规定值发生击穿击穿电压与连接方式有关击穿电压与连接方式有关发射极发射极-基极间反向击穿电压基极间反向击穿电压UEB

45、O集电极开路集电极开路集电极集电极-发射极间反向击穿电压发射极间反向击穿电压UCEO基极开路基极开路集电极集电极-基极间反向击穿电压基极间反向击穿电压UCBO发射极开路发射极开路bce-+uCEuBEiCiEiB使得管子得到充分利用而又安全可靠的参数使得管子得到充分利用而又安全可靠的参数晶体管的主要参数 4 4、特征、特征、特征、特征频率频率fT用来衡量晶体管高频时放大性能的参数。用来衡量晶体管高频时放大性能的参数。实质上是实质上是随频率变化的描述随频率变化的描述频率增加，频率增加，下降，当下降，当下降到下降到1时所对应的频率称为时所对应的频率称为特征特征特征特征频率频率fT。晶体管的主要参数

46、 五、温度对五、温度对晶体管参数的影响晶体管参数的影响1 1、温度对温度对ICBO的影响的影响2 2、温度对温度对的影响的影响3 3、温度对温度对uBE的影响的影响温度升高温度升高10，ICBO增加一倍增加一倍温度升高温度升高增加增加温度升高温度升高 uBE减小减小晶体管的主要参数第第第第4 4章掌握内容章掌握内容章掌握内容章掌握内容 1 1、二极管的伏安特性、二极管的等效电路二极管的伏安特性、二极管的等效电路 2 2、二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法 3 3、稳压二极管的稳压二极管的伏安特性及伏安特性及稳压二极管的稳压二极管的作用作用 4 4、三极管的、三极管的、三极管的、三极管的输

47、入特性及输出特性曲线输入特性及输出特性曲线 5 5、三极管的、三极管的、三极管的、三极管的放大原理放大原理 6 6、晶体管的三种工作状态晶体管的三种工作状态晶体管的三种工作状态晶体管的三种工作状态 7 7、晶体管的特点晶体管的特点晶体管的特点晶体管的特点场效应晶体管第四节第四节第四节第四节 场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管场场效应晶体管效应晶体管场效应管（场效应管（FET）简称简称基本原理基本原理利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流电压控制器件电压控制器件 一、一、绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（IGFET）根据结构和工作原理的不

48、同分为根据结构和工作原理的不同分为绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS 1、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管符号及分类符号及分类g 栅极栅极d 漏极漏极S 源极源极B 衬底衬底栅极与源极、漏极之间绝缘栅极与源极、漏极之间绝缘绝缘材料绝缘材料SiO2金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应半导体场效应管管结型场效应管结型场效应管Metal_Oxide_Semiconductor type Field Effect TransistorField Effect Transistor场效应晶体管引入的原因晶体管放大电路的输入阻抗比较低，原因是由于晶体管的输入端晶体管放大电路的输入阻抗比较低，原因是由于

49、晶体管的输入端(发射结发射结)必须工作在正向偏置下所引起的。必须工作在正向偏置下所引起的。场效应管材料为绝缘：输入场效应管材料为绝缘：输入电阻可达电阻可达10121015uSRSRbuSRSRbri场效应管分类按掺杂分类按掺杂分类N沟道沟道P沟道沟道 按工作状态分类按工作状态分类增强型（增强型（E）耗尽型耗尽型 (D)gdSBNMOS(E型型)gdSBNMOS(D型型)gdSBPMOS(D型型)gdSBPMOS(E型型)场效应管工作原理 2、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管工作原理工作原理 加电压加电压Ugs 栅极下方形成反型层栅极下方形成反型层NNP漏极漏极d与源极与源极s构成通路构成通路N

50、沟道。沟道。加电压加电压Uds Id Ugs 反型层加宽反型层加宽产生产生Id沟道电阻减小沟道电阻减小Id 电压控制电流电压控制电流增强型增强型Ugs=0时不存在导电沟道时不存在导电沟道,Id=0Ugs=0时存在导电沟道时存在导电沟道,Id0耗尽型耗尽型此时的此时的 Ugs称称为开启为开启电压电压 UT感应沟道感应沟道gdSB场效应管工作原理 2、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管工作原理工作原理gdSBNNPId 电压电压Ugs0 Id=0 电压电压UgsUT Uds 较小，导电沟道宽度不变较小，导电沟道宽度不变 Uds Id（线性）线性）电压电压UgsUT Uds 较大，导电沟道存在电位梯度