环境工程电工电子--第五章.pptx

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1、环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子输入信号按时间可分为连续时间信号输入信号按时间可分为连续时间信号输入信号按时间可分为连续时间信号输入信号按时间可分为连续时间信号(模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号)和和和和离散时间信号离散时间信号离散时间信号离散时间信号(数字信号数字信号数字信号数字信号)。处理模拟信号的电子电路称为处理模拟信号的电子电路称为处理模拟信号的电子电路称为处理模拟信号的电子电路称为模拟电路模拟电路模拟电路模拟电路,电路中的晶体电路中的晶体电路中的晶体电路中的晶体管工作在线性放大状态。管工作在线性放大状态。管工作在线性放大状态。管工作在线性放大状态。处理数字信号的电子电路称为处

2、理数字信号的电子电路称为处理数字信号的电子电路称为处理数字信号的电子电路称为数字电路数字电路数字电路数字电路,电路中的晶电路中的晶电路中的晶电路中的晶体管一般在工作开关状态。体管一般在工作开关状态。体管一般在工作开关状态。体管一般在工作开关状态。电子技术内容电子技术内容电子技术内容电子技术内容-模拟电路和数字电路模拟电路和数字电路模拟电路和数字电路模拟电路和数字电路环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子摩尔定律：摩尔定律：摩尔定律：摩尔定律：集成电路中的集成电路中的集成电路中的集成电路中的晶体管数目每两年增加一倍；晶体管数目每两年增加一倍；晶体管数目每两年增加一倍；晶体管数目每两年增加一倍；

3、CPUCPU性能每性能每性能每性能每1818个月增加一倍。个月增加一倍。个月增加一倍。个月增加一倍。摩尔定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律集成电路集成电路集成电路集成电路的发展遵从摩尔定律的发展遵从摩尔定律的发展遵从摩尔定律的发展遵从摩尔定律环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 物质按导电能力的不同可分为物质按导电能力的不同可分为导体导体、半导半导体体和和绝缘体绝缘体3 3类。类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝等金属都是良好的导日常生活中接触到的金、银、铜、铝等金属都是良好的导日常生活中接触到的金、银、铜、铝等金属都是良好的导日常生活中接触到的金、银、铜、铝等金属都是良好的导体，它们的电导率在

4、体，它们的电导率在体，它们的电导率在体，它们的电导率在101010105 5 5 5S S S S cmcmcmcm-1-1-1-1量级；量级；量级；量级；而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质称为绝缘体，而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质称为绝缘体，而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质称为绝缘体，而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质称为绝缘体，它们的电导率在它们的电导率在它们的电导率在它们的电导率在10101010-22-22-22-2210101010-14-14-14-14S S S S cmcmcmcm-1-1-1-1量级；量级；量级；量级；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称

5、为半导体，它们导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，它们导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，它们导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，它们的电导率在的电导率在的电导率在的电导率在10101010-9-9-9-9101010102 2 2 2S S S S cmcmcmcm-1-1-1-1量级。自然界中属于半导体的物质量级。自然界中属于半导体的物质量级。自然界中属于半导体的物质量级。自然界中属于半导体的物质有很多种类，目前用来制造半导体器件的材料大多是提纯后的有很多种类，目前用来制造半导体器件的材料大多是提纯后的有很多种类，目前用来制造半导体器件的材料大多是提纯后的有很

6、多种类，目前用来制造半导体器件的材料大多是提纯后的单晶型半导体，主要有硅单晶型半导体，主要有硅单晶型半导体，主要有硅单晶型半导体，主要有硅(Si)(Si)(Si)(Si)、锗、锗、锗、锗(Ge)(Ge)(Ge)(Ge)和砷化镓（和砷化镓（和砷化镓（和砷化镓（GaAs)GaAs)GaAs)GaAs)等。等。等。等。第五章第五章 常用电子元件及其应用常用电子元件及其应用环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体 完全纯净完全纯净的具有晶体的具有晶体结构的半导结构的半导体称为体称为本征本征半导体半导体 。它。它具有共价键具有共价键结构。结构。锗和硅的原子结构锗和

7、硅的原子结构锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构价电子价电子硅原子硅原子环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 在半导在半导体中，同体中，同时存在着时存在着电子导电电子导电和空穴导和空穴导电。空穴电。空穴和自由电和自由电子都称为子都称为载流子。载流子。它们成对它们成对出现，成出现，成对消失。对消失。在常温下自由电子和空穴的形成在常温下自由电子和空穴的形成复合自由电子自由电子本征本征激发激发空穴空穴半导体的导电性能对温度很敏感半导体的导电性能对温度很敏感环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子杂质半导体：杂质半导体：N

8、 N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体原理图P自由电子自由电子结构图结构图磷原子磷原子正离子正离子P+在硅或锗中掺在硅或锗中掺入少量的五价元入少量的五价元素，如磷或砷、素，如磷或砷、锑，则形成锑，则形成N N型型半导体半导体。多余价电子多余价电子少子少子多子多子正离子正离子在在N N型半导体中，电子是多子，空穴是少子型半导体中，电子是多子，空穴是少子 N N型半导体型半导体环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 P型半导体 在硅或锗中在硅或锗中掺入三价元素，掺入三价元素，如硼或铝、镓，如硼或铝、镓，则形成则形成P P型半导型半导体。体。原理图原理图BB-硼原子硼原子负离子负离子空穴空

9、穴填补空位填补空位结构图结构图在在P P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。型半导体中，空穴是多子，电子是少子。多子多子少子少子负离子负离子 多数载流子取决于掺杂浓度，少数载流子取决于温度环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子一、认识晶体二极管一、认识晶体二极管一、认识晶体二极管一、认识晶体二极管小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管 发光发光二极管二极管 第一节第一节第一节第一节 晶体二极管及其应用晶体二极管及其应用晶体二极管及其应用晶体二极管及其应用环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子表示符号表示符号 阴极阳极D环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子用专门的制用专门的制造

10、工艺在同一造工艺在同一块半导体单晶块半导体单晶上，形成上，形成P P型半型半导体区域和导体区域和N N型型半导体区域，半导体区域，在这两个区域在这两个区域的交界处就形的交界处就形成一个成一个PNPN结结 。P区区N N 区区P P区的空穴向区的空穴向N N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合N N区的电子向区的电子向P P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到在一定条件下，多子扩散和少子漂移达

11、到动态平衡动态平衡。P区区N区区多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定。的宽度基本上稳定。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向PN多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移结结论论：在在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子PNPN结的单向导电性结的单向导

12、电性P区区N区区内电场内电场外电场外电场EI空间电荷区变窄空间电荷区变窄P P区的空穴进入空间电荷区区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中和和一部分负离子中和N N区电子进入空间电荷区电子进入空间电荷 区和一部分正区和一部分正 离子中和离子中和扩散运动增强，形成较大的正向电流。扩散运动增强，形成较大的正向电流。外加正向电压外加正向电压环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走移走空间电荷区变宽空间电荷区变宽内电场内电场外电场外电场少子越过少子越过PN结形成结形成很小的反向电流很小的反向电流IRE外加反向电压外加反

13、向电压N区区P区区环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子由上述分析可知：由上述分析可知：PNPN结具有结具有单向单向导电性导电性即在即在PNPN结上加结上加正向正向电压时，电压时，PNPN结结电阻很低，正向电流较大。（电阻很低，正向电流较大。（PNPN结处结处于于导通导通状态）状态）加加反向反向电压时，电压时，PNPN结电阻很高，反结电阻很高，反向电流很小。（向电流很小。（PNPN结处于结处于截止截止状态）状态）切记切记环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子二极管的伏安特性二极管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向击穿电压击穿电压死区死

14、区电压电压U(BR)硅管的伏安特性硅管的伏安特性I/A-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区死区电压电压死区电压：硅管约为：死区电压：硅管约为：0.5V,0.5V,锗管约为：锗管约为：0.1V0.1V。导通时的正向压降：硅管导通时的正向压降：硅管约为约为:0.6V:0.6V0.8V,0.8V,锗管约锗管约为为:0.2V:0.2V0.3V0.3V。常温下，反向饱和电流很常温下，反向饱和电流很小小.当当PNPN结温度升高时，反结温度升高时，反向电流明显增加。向电流明显增加。注 意:环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子二极管的主要参数二极管的主要参

15、数二极管的主要参数二极管的主要参数-40-20OI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)I/AU/V最大整流电流最大整流电流I IFMFM ：指管子长期指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电运行时，允许通过的最大正向平均电流。流。最高反向电压最高反向电压U URMRM ：二极管运行二极管运行时允许承受的最高反向电压时允许承受的最高反向电压最高工作频率最高工作频率f fM M ：允许通允许通过的最高频率取决于过的最高频率取决于PNPN结的结电结的结电容的大小容的大小最大反向电流最大反向电流I IRMRM ：指管子指管子未击穿时的反

16、向电流，其值越小，未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。则管子的单向导电性越好。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管，具有稳定稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管，具有稳定电压的作用电压的作用符号符号:DZ阴阴极极阳阳极极特点特点:(1)(1)反向特性曲线比较陡反向特性曲线比较陡(2)(2)工作在反向击穿区工作在反向击穿区 二、二、特殊二极管特殊二极管-稳压二极管稳压二极管I/mAU/V0 0UZIZIU-击穿并不意味损坏，采取适当的限流措施，反相击穿是可逆的击穿并不意味损坏，采取适当的限流措施，反相击穿是可逆的环境工程专业电工电子

17、环境工程专业电工电子稳压管的主要参数稳压管的主要参数:稳定电压稳定电压UZ稳定电流稳定电流I IZ Z动态电阻动态电阻rZ最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZ M一般情况:高于6V的UZ为负,低于6V的UZ为正。电压温度系数电压温度系数UZrz=UZ/IZI/mAU/V0 0UZIZ环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子单个发光二极管实物单个发光二极管实物发光二极管图符号发光二极管图符号发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PNPN结构成，具有结构成，具有

18、单向导电性。左图所示为发光二极管的实物图和图符号。单向导电性。左图所示为发光二极管的实物图和图符号。发光二极管是一种功率控制器件，常用来作为数字电路的发光二极管是一种功率控制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列式器件；单个发光二极管常数码及图形显示的七段式或阵列式器件；单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源以及光电耦合器中的发作为电子设备通断指示灯或快速光源以及光电耦合器中的发光元件等。光元件等。二、特殊二极管-发光二极管环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 光电二极管也和普通二极管一样，光电二极管也和普通二极管一样，管芯由管芯由PNPN结构成，具有单向导电性。

19、光结构成，具有单向导电性。光电二极管的管壳上有一个能射入光线的电二极管的管壳上有一个能射入光线的“窗口窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。上。二、特殊二极管-光电二极管环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子三、直流稳压源电路三、直流稳压源电路 二极管的应用非常广泛范围很广二极管的应用非常广泛范围很广,利用它利用它的单向导电性和正向导通、反向截止、反向的单向导电性和正向导通、反向截止、反向击穿击穿(稳压管稳压管)等工作状态等工作状态,可以组成各种应用可以组成各种应用电路电路.下面介绍其在直流稳压源中的

20、应用下面介绍其在直流稳压源中的应用.环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成滤波滤波电路电路整流整流电路电路稳压稳压电路电路负负载载变压变压器器交流交流电源电源各部分电路输出波形各部分电路输出波形将电源的交流电将电源的交流电将电源的交流电将电源的交流电变成直流电压或电流变成直流电压或电流变成直流电压或电流变成直流电压或电流功能功能功能功能环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子uo to to to to 2 3 uou2u2u1uDioioRLTr 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 uDVDu2正正半周半周负负 整流电路整流电路（一）单相半波

21、整流电路（一）单相半波整流电路1、电路图：、电路图：2、工作原理：、工作原理：(1)t=0时：时：u2=(+)，D在正向电压作用在正向电压作用下而导通，下而导通，u0=u2。(2)t=2时时：u2=(-)，D因因承承受受反反向向电电压压而截止，而截止，u0=0。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子3 3、有关计算：、有关计算：（1 1）负载上的电压平均值和电流平均值（即直流值）负载上的电压平均值和电流平均值（即直流值）直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值。即直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值。即 流过负载流过负载R RL L上的直流电流为上的直流电流为（2）二极管：）二极管：ID=I

22、0，选管时：选管时：IOMID,URMUDrm环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子例例1 1：一单相半波整流电路，已知负载电阻：一单相半波整流电路，已知负载电阻R RL L=600=600，变压器副边电压有效值变压器副边电压有效值U U2 2=40V=40V。求：负载上电流和电压。求：负载上电流和电压的平均值及二极管承受的最大反向电压。的平均值及二极管承受的最大反向电压。解：解：U0=0.45U2=0.4540=18VmAV环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子（二）单相桥式全波整流电路：（二）单相桥式全波整流电路：2、工作原理：、工作原理：（1 1）t=0t=0时：时：u u2 2=(

23、+)=(+)VDVD1 1、VDVD3 3在正向电压作用下而导通；在正向电压作用下而导通；VDVD2 2、VDVD4 4因承受反向电压而截止。因承受反向电压而截止。u u0 0=u u2 2（2 2）t=2t=2时：时：u u2 2=(=()VDVD2 2、VDVD4 4在正向电压作用下而导通；在正向电压作用下而导通；VDVD1 1、VDVD3 3因承受反向电压而截止因承受反向电压而截止u u0 0=u u2 2VD1VD2VD4VD4uOu1u2RLTri01、电路图：、电路图：环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子D1和和D D3导通，导通，D D2和和D D4截止截止(相当于开路相当于

24、开路)u2Tru1RLu0i0+u u2 2正半周正半周正半周正半周VD4VD3VD2VD1环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子D2和和D D4导通导通,D1和和 D D3截止截止(相当于开路相当于开路)u2Tru1RLVD4VD3VD2uoiou u2 2负半周负半周负半周负半周VD1+环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 工作波形工作波形工作波形工作波形uD2uD4uouD t tu2uD1uD3环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子4.计算计算(1)(1)整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值 U Uo o(2)(2)整流电流平均值整流电流平均值整流电流平均值

25、整流电流平均值 I Io o(3)二极管：二极管：选管时：选管时：IOMID,URMUDrmuD2uD4uouD t tuD1uD3环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子4 4、特点：、特点：桥式整流电路与半波整流电路相比桥式整流电路与半波整流电路相比,电源利用电源利用率提高了率提高了1 1倍，同时输出电压波动小，因此桥式倍，同时输出电压波动小，因此桥式整流电路得到了广泛应用。整流电路得到了广泛应用。电路的缺点是二极管用得较多，电路连接复电路的缺点是二极管用得较多，电路连接复杂，容易出错，为了解决这一问题，生产厂家杂，容易出错，为了解决这一问题，生产厂家常将整流二极管集成在一起构成常将整流二

26、极管集成在一起构成桥堆桥堆。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子简化画法简化画法+uo RLio+u2 整流桥整流桥把四只二极管封装把四只二极管封装在一起称为整流桥在一起称为整流桥 环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 已知负载电阻已知负载电阻RL=100，负载工作电压，负载工作电压UL=45V，若采用桥式整流电路，试选择整流二极管的型号。，若采用桥式整流电路，试选择整流二极管的型号。解：解：变压器副边电压有效值为变压器副边电压有效值为二极管承受最高反压为二极管承受最高反压为二极管的平均电流为二极管的平均电流为可选择可选择 2CZ54C型整型整流二极管流二极管URM=100VIFM=0

27、.5A例例=VA=225mAA=225mA环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子滤波电路滤波电路1 1、滤滤波波的的概概念念：是是一一种种只只允允许许直直流流电电流流通通过过，而而交交流流电电流流很难通过的电路。很难通过的电路。(将脉动的直流电变为较平滑的直流电将脉动的直流电变为较平滑的直流电)2 2、组成：、组成：一般由电容、电感等元件组成。一般由电容、电感等元件组成。能量观点：能量观点：L L、C C都是储能元件。都是储能元件。阻抗观点：阻抗观点：L L通直阻交，因此串联在负载电路中。通直阻交，因此串联在负载电路中。C C通交阻直，因此并联在负载电路中。通交阻直，因此并联在负载电路中。3

28、 3、滤滤波波作作用用原原理理：任任何何一一个个单单一一方方向向的的周周期期性性变变化化的的脉脉动动电电压压或或电电流流均均可可分分解解为为一一个个直直流流分分量量，一一个个基基波波分分量量和和许许多多高高次次谐谐波波，因因此此只只要要用用一一种种电电路路，把把脉脉动动电电压压（电电流流）中中的的交交流流分分量量滤滤去去，这这样样便便可可得得到到平平滑滑的的直直流流电电用用滤滤波波电电路路来实现。来实现。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子半波整流电容滤波电路的外特性半波整流电容滤波电路的外特性2U20.45U2UDrm t0 2 3 u2、u0IoUo0有关计算：有关计算：U0U2I0=

29、U0/RLID=I0UDrm=电容电容电容电容充电充电充电充电电容电容电容电容放电放电放电放电ioCDuou2uDRLTu1电容滤波电容滤波-半波整流电容滤波电路：半波整流电容滤波电路：环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子电容电容电容电容充电充电充电充电电容电容电容电容放电放电放电放电二极管导通时给电容充电二极管导通时给电容充电,二极管截止时电容向负载放电二极管截止时电容向负载放电 1.1.电路组成和工作原理：电路组成和工作原理：电路组成和工作原理：电路组成和工作原理：u2Tru1RLD1D4D3D2uoioCuC滤波后输出电压滤波后输出电压 u uo o 的波形变得平缓的波形变得平缓,平

30、均值提高。平均值提高。电容滤波电容滤波-桥式整流电容滤波电路：桥式整流电容滤波电路：环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子2.波形及输出电压波形及输出电压当当RL=时：时：O tuO 2 当当RL为有限值时：为有限值时：通常取通常取RC 越大越大UO越大越大RL=为获得良好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：(T T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期)UO=1.2U2环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子（3）输出特性）输出特性OUOIO输出电压随输出输出电压随输出电流的增大而明显降电流的增大而明显降低，带负载能力差。低，带负载能力差。一般用于负载电一般用于负载电流较小且

31、变化不大的流较小且变化不大的场合。场合。电容滤波：电容滤波：优点：优点：电路简单，输出直流电压较高，纹波较小。电路简单，输出直流电压较高，纹波较小。缺点：缺点：带负载能力差。带负载能力差。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子单单相相桥桥式式电电容容滤滤波波整整流流，交交流流电电源源频频率率 f f=50 50 HzHz，负负载载电电阻阻 R RL L =40 40 ，要要求求直直流流输输出出电电压压U UO O =20 20 V V，选选择择整整流二极管流二极管及及滤波电容。滤波电容。解解 1.选二极管选二极管电流平均值：电流平均值：承受最高反压承受最高反压：环境工程专业电工电子环境工程专

32、业电工电子选二极管应满足：选二极管应满足：IF(2 3)ID可选：可选：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或或1A、100V整流桥整流桥2.选滤波电容选滤波电容可选可选：1000 F，耐压，耐压50V的电解电容。的电解电容。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子稳压管构成的稳压电路稳压管构成的稳压电路稳压管构成的稳压电路稳压管构成的稳压电路图中图中R R为限流电阻，用为限流电阻，用来限制流过稳压管的电流。来限制流过稳压管的电流。R RL L为负载电阻。为负载电阻。UiR-DZRL-UOIILIZUZ 由于稳压管工作在其反由于稳压管工作在其反向特性端，因而在反向击穿向特性端，因而在反

33、向击穿的情况下可以保证负载两端的情况下可以保证负载两端的电压在一定的范围内基本的电压在一定的范围内基本保持不变。保持不变。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR(IRR)基本不变基本不变UO(UZ)IZ 1.1.电路电路电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZUIUZ 设负载设负

34、载设负载设负载R RL L一定，一定，一定，一定，U UI I 变化变化变化变化 UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR 1.1.电路电路电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子(1)UZ=UO(2)IZM=(1.53)IoM(3)UI=(23)UO(4)为保证稳压为保证稳压为保证稳压为保证稳压管安全工作管安全工作管安全工作管安全工作为保证稳压为保证稳压为保证稳压为保证稳压管正常工作管正常工作管正常工作管正常工作环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子适用场合适用场合：适用于负载电流较小的场合。：适用于负载电流较小的场合。（因为（因为I IL

35、 L大，大，I I大大,IR,IR大，大，U U0 0相应的小，相应的小，U UZ Z小，小，起不到稳压作用。）起不到稳压作用。）注意：注意：注意：注意：（1 1）在稳压电路中，稳压管应工作在反向击穿区；）在稳压电路中，稳压管应工作在反向击穿区；（2 2）使用稳压管时必须串联电阻。）使用稳压管时必须串联电阻。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子问题讨论问题讨论问题讨论问题讨论利用稳压管的正向利用稳压管的正向压降，是否也可以压降，是否也可以稳压？稳压？利用稳压管的正向压降是不能进行稳压的。利用稳压管的正向压降是不能进行稳压的。因为稳压管的正向特性与普通二极管相同，正因为稳压管的正向特性与普通

36、二极管相同，正向电阻非常小，工作在正向导通区时，正向电压一向电阻非常小，工作在正向导通区时，正向电压一般为般为0.6V0.6V左右，此电压数值一般变化不大。左右，此电压数值一般变化不大。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子一、晶体三极管一、晶体三极管90149014小功率晶体管小功率晶体管大功率晶体管大功率晶体管ECB第二节第二节 晶体三极管晶体三极管环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子晶体管三极管内有两种载流子晶体管三极管内有两种载流子晶体管三极管内有两种载流子晶体管三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子和空穴)参参参参与导电，故称为双极型三极管。或

37、与导电，故称为双极型三极管。或与导电，故称为双极型三极管。或与导电，故称为双极型三极管。或BJT(BJT(B BipolaripolarJ JunctionunctionT Transistor)ransistor)。BJTBJT有两种类型：有两种类型：有两种类型：有两种类型：NPNNPN晶体管晶体管晶体管晶体管正极性晶体管正极性晶体管正极性晶体管正极性晶体管PNPPNP晶体管晶体管晶体管晶体管负极性晶体管负极性晶体管负极性晶体管负极性晶体管两种晶体管在电路中形成互补两种晶体管在电路中形成互补两种晶体管在电路中形成互补两种晶体管在电路中形成互补NPN晶体管晶体管PNP晶体管晶体管互补互补互补互

38、补复合晶体管复合晶体管环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子双极型晶体管的基本结构和类型双极型晶体管的基本结构和类型 双极型晶体管是由两个背靠背、互有影响的双极型晶体管是由两个背靠背、互有影响的PNPN结构成的。结构成的。在工作过程中两种载流子都参与导电，所以全名称为双极结型在工作过程中两种载流子都参与导电，所以全名称为双极结型晶体管。晶体管。双极结型晶体管有三个引出电极，人们习惯上又称它为晶体三双极结型晶体管有三个引出电极，人们习惯上又称它为晶体三极管或简称晶体管。极管或简称晶体管。晶体管的种类很多晶体管的种类很多,按照频率分，有高频管、低频管；按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有

39、小、中、大功率管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管等等。按照半导体材料分，有硅管、锗管等等。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子双极性三极管的基本结构和电流放大作用双极性三极管的基本结构和电流放大作用双极性三极管的基本结构和电流放大作用双极性三极管的基本结构和电流放大作用NPN型型PNP型型CP PN NN NN NP PP PE EE EB BB B发射区集电区基区基区基极发射极集电结发射结发射结集电结集电区发射区集电极集电极C发射极基极BETCNPNBETCPNP环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理晶体管的电流放

40、大原理晶体管的电流放大原理IEIBRBUBBICUCC输输入入电电路路输输出出电电路路公共端公共端 晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外部条件：部条件：部条件：部条件：发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置NPN 管：管：UBE0UBCVBVERCBCE共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路PNP 管：管：UBE0即即V VCVBIB 或或 ICIB晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。集电结反偏的条件。3当基极电路由于

41、外加电压或电阻改变而引起当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起I IB B的的微小变化时，必定使微小变化时，必定使I IC C发生较大的变化。即三极发生较大的变化。即三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。管的基极电流对集电极电流具有控制作用。环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.1.1.1.输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线IB=f(UBE)UCE=常数常数UCE1VIEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AO环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子O2.2.晶体管输出特性曲线晶

42、体管输出特性曲线IC=f(UCE)|IB=常数常数IB 减小减小IB增加增加UCEICIB =20AIB=60AIB=40AIEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子晶体管输出特性曲线分三个工作区晶体管输出特性曲线分三个工作区UCE /VIC /mA8060400IB=20AO24681234截止区截止区饱和区饱和区放大区放大区环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点:放大区放大区放大区放大区:截止区截止区截止区截止区:饱和区饱和区饱和区饱和区:发射结正偏,集电结

43、反偏有电流放大作用,IC=IB输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用,IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去放大作用晶体管C、E之间相当于短路环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子例例1：测量到硅测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图管的三个电极对地电位如图 试判断三极管的工作状态。试判断三极管的工作状态。放大放大截止截止饱和饱和(a)8V3.7V3V(b)3V2V12V(c)3V3.7V3.3V环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子例例例例2.2.判断下列硅判断下列硅判断下列硅判断下列硅BJTBJT的工作状态的工作状态的工作状态的工作状态解：解：解

44、：解：(a a)发射结反偏发射结反偏发射结反偏发射结反偏 ,集电结正偏，集电结正偏，集电结正偏，集电结正偏，管子截止管子截止管子截止管子截止 ;(b b)发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，管子放大管子放大管子放大管子放大 ;(c c)发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，管子饱和管子饱和管子饱和管子饱和 ;(d d)发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，管子放大。管子放大。管子放大。管子放大。0 02V2V3V3V(a

45、 a)2V2V2.7V2.7V5V5V(b b)2.3V2.3V3V3V2.3V2.3V(c c)1V1V 3 3V V(d d)1.71.7V V环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 3.3.3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流 I ICBOCBO集电极发射极间穿透电流集电极发射极间穿透电流 I ICEOCEOICEO=(1+)ICBO交流电流放大系数交流电流放大系数=I IC C/I IB B直流电流放大系数直流电流放大系数=I IC C/I IB B 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 极间反向饱和电流极间反向饱和电流

46、极间反向饱和电流极间反向饱和电流ICEOCBEAAICBOCEB环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM集集-射反向击穿电压射反向击穿电压 U U(BR)CEO(BR)CEO集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 P PCMCM过过过过压压压压区区区区过流区过流区过流区过流区安安安安全全全全工工工工作作作作区区区区过损区过损区过损区过损区PCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO使用时不允许超使用时不允许超使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数过这些极限参数过这些极限参数.极限参数极限参数极限参数极

47、限参数环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子电路组成电路组成1.1.合理的直流偏置电路：合理的直流偏置电路：发射结正偏发射结正偏,集电结集电结反偏。反偏。直流电源2.2.能使交流信号有效的输入、输出。能使交流信号有效的输入、输出。组成组成 原则原则基极基极 电阻电阻 输入输入 电容电容RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0集电极电阻 三极管：电流放大输出输出电容电容二、基本放大电路二、基本放大电路环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子 C1、C2 同时又起到耦合交流的作用，其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降达到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。

48、耦合电容的作用耦合电容的作用 C1用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路。C2 用来隔断放大电路与负载之间的直流通路。负负载载信信号号源源RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RL环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子IB，IC，UBE，UCE直流分直流分量量ib，iC，ube，uce交流分量交流分量iB，iC，uBE，uCE总总量量Ib，IC，Ube，Uce交流分量有效值交流分量有效值0iBtIBibIbm各种符号关系：各种符号关系：符号含义：符号含义：RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RL环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子直流通路直流通路电容开路电容开路

49、直流通路和交流通路直流通路和交流通路直流通路和交流通路直流通路和交流通路RBRCICIBUCEUBE+UCCRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RL环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RL交流通路交流通路电容短路电容短路 直流电源短路直流电源短路RB+ui+u0RLRCubeuceicibii环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子静态分析静态分析静态分析静态分析 静态分析内容静态分析内容：在直流电源作用下，确定三在直流电源作用下，确定三极管基极电流、集电极电流和集电极与基极之间的极管基极电流、集电极电流和集电极与基极之间的电

50、压值（电压值（I IB B 、I IC C 、U UCECE）。）。当放大器当放大器没有输入信没有输入信号（号（ui=0)=0)时，时，电路中各处电路中各处的电压电流的电压电流都是直流恒都是直流恒定值，称为定值，称为直流工作状直流工作状态，简称静态，简称静态态。静态分析方法：静态分析方法：估算法估算法图解法图解法RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLiBiC环境工程专业电工电子环境工程专业电工电子静态估算法：静态估算法：静态估算法：静态估算法：直流通路（求解IB、ICUCE、）UCC=RBIB+UBEUCC=UCE+RCICIB=RBUCCUBEIC=IBUCE=UCCRCIC