模拟电子技术 康华光等主编

1、12半导体二极管及整流电路特殊二极管及稳压电路双极型三极管放大电路场效应晶体管3半导体的导电特征半导体的导电特征：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，如硅如硅(Si)、锗锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是金属氧化物等。硅和锗是4价价元素，原子的最外层轨道上有元素，原子的最外层轨道上有4个价电子个价电子。物质导电性能的差异决定于物质导电性能的差异决定于物质内部原子结构及物质内部原子结构及原子与原子之间的结合方式。原子与原子之间的结合方式。4本征半导体本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。称为本征半导体。

2、硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构5 純净的半导体叫本征半导体純净的半导体叫本征半导体。每个原子周围。每个原子周围有四个相邻的原子，每个原子的一个外层价电有四个相邻的原子，每个原子的一个外层价电子与另一原子的外层价电子组成电子对，原子子与另一原子的外层价电子组成电子对，原子之间的这种电子对为两原子共有，称为之间的这种电子对为两原子共有，称为通过通过紧密结合在一起。两个紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。相邻原子共用一对电子。 由于由于温升、光照温升、光照等原因，等原因，6 室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为键的束缚成为自由电子自由电子，同时

3、在共价键中留下，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为一个空位，这个空位称为。失去价电子的。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。 在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子子。7硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对 共价键中的两共价键中的两个电子被紧紧束缚个电子被紧紧束缚在共价键中，称为在共价键中，称为束缚电子束缚电子。+4+4+4+48+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 在常温下，由于在常温下，由于热激发，使一些价电热激发，使一些价电子获得足够的

4、能量而子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，脱离共价键的束缚，成为成为自由电子自由电子（带负（带负电），同时共价键上电），同时共价键上留下一个空位，称为留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）。 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发这一现象称为本征激发。9（与自由电子的运动不同） 有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中（这补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中（这是一种相对运动），新的空穴又会被邻近的价电子是一种相对运动），新的空穴又会被邻近的价电子填补。填补。带负电荷的价电子依

5、次填补空穴的运动，从带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。动。10 本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴，这是半导体与导体在子和带正电荷的空穴，这是半导体与导体在导电原导电原理上的本質区别。理上的本質区别。 热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度，达在一定温度下自由电子和空穴维

6、持一定的浓度，达到动态平衡。到动态平衡。11在纯净半导体硅或锗（在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入价）中掺入磷、砷磷、砷等等5价元价元素，由于这类元素的原子最外层有素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在一个多余的价电子构成的共价键结构中，由于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子，而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子这种半导体主要靠自由电子导电导电，称为，称为电子电子半导体或半导体或N型半导体，其中自由电子型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。自由电子自由电子 多数载

7、流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）13 在纯净半导体硅或锗（在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入价）中掺入硼、铝硼、铝等等3价价元素，由于这类元素的原子最外层只有元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴半导体其导电作用主要靠空穴运动，运动，称为空穴半导体或称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。数载流子，

8、热激发形成的自由电子是少数载流子。自由电子自由电子 多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）15半导体的特性：半导体的特性： ( (可制成温度敏感元件，如热敏电阻可制成温度敏感元件，如热敏电阻) )掺杂性：掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，往纯净的半导体中掺入某些杂质，使其导电能力明显改变。使其导电能力明显改变。光敏性：光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变当受到光照时，其导电能力明显变化。化。( (可制成各种光敏元件，如光敏电阻、可制成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等光敏二极管、光敏三极管、光电池等) )

9、。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显当环境温度升高时，导电能力明显増强。増强。16P 型半导体N 型半导体无论是无论是P型半导体还是型半导体还是N型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，通常对外不显电性。通常对外不显电性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。量越多。只有将两种杂质半导体做成只有将两种杂质半导体做成PN结后才能成为半结后才能成为半导体器件导体器件。17u半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为动称为。在半

10、导体中，如果载流子。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为运动称为。u将一块半导体的一侧掺杂成将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，型半导体，另一侧掺杂成另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层交界面处将形成一个特殊的薄层 PN结及其单向导电性结及其单向导电性18P 区 空间电荷区 N 区PN 结及其内电场内电场方向P 区 N 区载流子的扩散运动 多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区产生内电场产

11、生内电场 少子少子漂移漂移 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结19u外加正向电压（也叫外加正向电压（也叫正向偏置正向偏置）u外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到区电子不断扩散到P区，区，P区空穴不断扩散到区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这区，形成较大的正向电流，这时称时称PN结处于低阻结处于低阻状态。状态。空间电荷区变窄E R内电场外电场PNI20E R内电场外电场空间电荷区变宽PNIu外加反向电压（也叫外加反向电压（也叫反向偏置

12、反向偏置）u外加电场与内电场方向相同，增强了内电外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称生的，反向电流很小，这时称PN结处于高结处于高阻阻状态。状态。21 一个一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。符号用符号用VD表示。表示。 半导体二极管按其结构不同可分为半导体二极管按其结构不同可分为点点接触型接触型和和面面接触型两

13、类。接触型两类。 点点接触型二极管接触型二极管PN结面积很小，结电容很结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。元件。 面面接触型二极管接触型二极管PN结面积大，结电容也小结面积大，结电容也小，允許通过电流大，多用在低频整流、检波等，允許通过电流大，多用在低频整流、检波等电路中。电路中。阳 极 阴 极二极管的结构示意图二极管的结构示意图VD23-60 -40 -200.4 0.8 U /V40302010I /mA0正向特性反向特性外加正向电压小于开启电压（阈值电压）时外加正向电压小于开启电压（阈值电压）时，外电场不足以克服内电场

14、对多子扩散的阻，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，力，PN结处于截止状态结处于截止状态 。正向电压大于阈值电压后，正向电流正向电压大于阈值电压后，正向电流 随着正随着正向电压增大迅速上升。通常阈值电压硅管约向电压增大迅速上升。通常阈值电压硅管约为为0.5V，导通时电压导通时电压0.6V；锗管阈值电压约锗管阈值电压约为为0.2V，导通时电压导通时电压0.3V 。正向特性曲线近正向特性曲线近似似指数曲线指数曲线。外加反向电压时，外加反向电压时， PN结处于截止状态。结处于截止状态。1、温升使反向电流增加很快；、温升使反向电流增加很快；2、反向电流、反向电流 很小且稳定。很小且稳定。 半导体二

15、极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性反向电压大于击穿电压（反向电压大于击穿电压（UBR）时，反向电流急剧增加。原因为时，反向电流急剧增加。原因为电击穿电击穿。1、强外电场破坏键结构；、强外电场破坏键结构；2、获得大能量的載流子碰撞原子产生新的电、获得大能量的載流子碰撞原子产生新的电子空穴对。如无限流措施，会造成子空穴对。如无限流措施，会造成热击穿热击穿而损坏。而损坏。24（1）最大整流电流）最大整流电流IFM：指管子长期运行时，允许通过指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。的最大正向平均电流。（2）反向击穿电压）反向击穿电压UBR：指管子反向击穿时的电压值。指管子反向击穿时的电压值。（

16、3）最大反向工作电压）最大反向工作电压URM：二极管运行时允许承受的二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为最大反向电压（约为UBR 的一半）。的一半）。（4）最大反向电流）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。其值越小，则管子的单向导电性越好。（5）最高工作频率）最高工作频率fm：主要取决于主要取决于PN结结电容的大小。结结电容的大小。：正向导通时为正向导通时为短路短路特性，特性，正向电阻为零正向电阻为零，正向压降忽略不计；反向截止时为正向压降忽略不计；反向截止时为开路开路特性，特性，反向电阻反向电阻为无穷大为无穷大，反向漏

17、电流忽略不计。，反向漏电流忽略不计。半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数25整流电路整流电路u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 变 压 整 流 滤 波 稳 压u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 02627优点：电路结构简单。优点：电路结构简单。 缺点：输出电压脉动系数大缺点：输出电压脉动系数大用途：可以用脉动电流的地方，如电镀、蓄电池充电等。用途：可以用脉动电流的地方，如电镀、蓄电池充电等。 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + u1 V D (a) 电 路 (b) 波 形 + uo RL 28 当u为正半周时，二极管VD承受正向电压而导通，

18、此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io= id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即uo=u ，输出电压uo的波形幅度与u相同。 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + u1 VD (a) 电路 (b) 波形 + uo RL 29 当u为负半周时，二极管VD承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u全部加在二极管VD上，UVD=um。 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + u1 VD (a) 电路 (b) 波形 + uo RL 30单相半波整流电压的平均值为：单相半波整流电压

19、的平均值为： o0122 sin()0.452DUUtdtUU 流过负载电阻流过负载电阻R RL L的电流平均值为：的电流平均值为： ooLL0.45DDUUIRR 流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即： DoL0.45UIIR 二极管截止时承受的最高反向电压为二极管截止时承受的最高反向电压为u u的最大值，即：的最大值，即： RMm2UuU 3132 + u1 + u2 D4 D3 D1 D2 RL + uo (a) 原理电路 a b + u1 + u RL + uo (b) 简化画法 33u为正半周时，为正半周时，a点电位高于点电位

20、高于b点电位，二极管点电位，二极管D1、D3承受正向电压而导通，承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而承受反向电压而截止。此时电流的路径为：截止。此时电流的路径为：aD1RLD3b。 a b VD3 + u1 + u VD1 RL + uo 34u为负半周时，为负半周时，b点电位高于点电位高于a点电位，二极管点电位，二极管D2、D4承受正承受正向电压而导通，向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的承受反向电压而截止。此时电流的路径为：路径为：bD2RLD4a。 a b + u1 + u VD4 VD2 RL + uo 35 t u 0 2 3 4 t iD 1 0 2 3

21、4 t iD 2 0 2 3 4 t uo 0 2 3 4 36单相全波整流电压的平均值为： o0122s in()20 .9UUtdtUU 流过负载电阻 RL的电流平均值为： ooLL0 .9UUIRR 流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即： DoL10 .4 52UIIR 每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u 的最大值，即： R MM2UuU 37整流变压器副边电压有效值为： oo1.110.9UUU 整流变压器副边电流有效值为： o1.111.11LLUUIIRR 由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。 38 例例：试设计一台输出电压为 24V，输出电流为 lA 的

22、直流电源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。 解解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为： o2453.30.450.45UU V 整流二极管承受的最高反向电压为： RM21.41 53.375.2UUV 流过整流二极管的平均电流为： 1oD IIA 因此可选用 2CZ12B 整流二极管，其最大整流电流为 3 A，最高反向工作电压为 200V。 39（2）当当采采用用桥桥式式整整流流电电路路时时，变变压压器器副副边边绕绕组组电电压压有有效效值值为为： o2426.70.90.9UU V 整整流流二二极极管

23、管承承受受的的最最高高反反向向电电压压为为： RM21.41 26.737.6UUV 流流过过整整流流二二极极管管的的平平均均电电流流为为： 5 . 021oDIIA 因因此此可可选选用用四四只只 2CZ11A 整整流流二二极极管管，其其最最大大整整流流电电流流为为 1 A，最最高高反反向向工工作作电电压压为为 100V。 40 稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是稳压管的稳定电压就是反向击穿电压反向击穿电压。稳压管的。稳压管的稳压作用在于：稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电电流增量很大，只引起很小的电压变化。稳压管的

24、反向击穿应是可逆的，工作电压变化。稳压管的反向击穿应是可逆的，工作电流能控制在一定范围内。流能控制在一定范围内。阳极 阴极1 稳压管（稳压管（W）41 最简单的稳压电源采用稳压管来稳定电压。最简单的稳压电源采用稳压管来稳定电压。（负极接（负极接+） 经整流和滤波后的直流电压经整流和滤波后的直流电压Udi，再经限流电阻再经限流电阻R和稳压管和稳压管VS组成的稳压电路接到负载组成的稳压电路接到负载RL上，稳压管上，稳压管VS与负载与负载RL并联。并联。 当当RL不变时，不变时，Udi随电网电压变化增大，应是随电网电压变化增大，应是UDO增大，增大，由于稳压管工作在由于稳压管工作在反向击穿狀態反向击

25、穿狀態，其，其两端的电压略有增大，两端的电压略有增大，流过的电流增大很多流过的电流增大很多，使限流电阻，使限流电阻R上的电流增大，压降增上的电流增大，压降增大，使大，使Udi的电压增量几乎都降在限流电阻的电压增量几乎都降在限流电阻R上。从而使上。从而使UDO保持不变。反之亦然。保持不变。反之亦然。 当负载电阻当负载电阻RL变化（减小），则輸出变化（减小），则輸出UDO应减小，由于稳应减小，由于稳压管两端的电压略有减小时，流过的电流减小很多，而压管两端的电压略有减小时，流过的电流减小很多，而R上上的电流基本不变，负载电流要增大，从而使的电流基本不变，负载电流要增大，从而使UDO保持不变。保持不变

26、。 42IRIRLIVSUiUdoIvsIrUrUdoRlUdoIvsIrIvs IrlIrlUdo43稳压管稳压电路的特点稳压管稳压电路的特点 输出电压不能调节，负载电流变化范围小，稳定性，优点是电路简单，输出电压固定。稳压管的选择稳压管的选择 一般情况下，选稳压管型号依据： VZ=VO IZM=（1.53）Iomax输入电压的确定输入电压的确定 为保证足够的电压调整范围，Ui=(23)UZ电路连接电路连接 稳压狀態，正极接低电平，负极接高电平；输出VZ; 导通狀態，正极接高电平，负极接低电平，输出0.5V。442 发光二极管（发光二极管（LED）当发光二极管的当发光二极管的PN结加上正向电

27、压时，电子与空穴结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。复合过程以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.53V）、）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。字和字符显示。阳极 阴极 (a) (b)LEDLEDRE453 光电二极管（光电二极管（U）光电二极管的又称为光敏二极管光电二极管的

28、又称为光敏二极管，其工作原理恰好，其工作原理恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端结两端加反向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的加反向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常工作大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到PN结结上，在光电二极管的管壳上

29、设有一个小的通光窗口。上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。阳极 阴极46半导体三极管是由两个背靠背的半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。结构成的。重重要特性是具有电流放大作用和开关作用要特性是具有电流放大作用和开关作用，常见的有，常见的有平面型和合金型两类。在工作过程中，两种载流子平面型和合金型两类。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为（电子和空穴）都参与导电，故又称为，简称晶体管或三极管。，简称晶体管或三极管。 两个两个PN结，把半导体分成三个区域（三区二结，把半导体分成三个区域（三区二结）。这三个区域的排列，可以是结）。这三个区域的排列，可以是N-P-

30、N，也可以也可以是是P-N-P。因此，双极型三极管有两种类型：因此，双极型三极管有两种类型：和和。47集电结 B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电结 B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区NPN型PNP型 箭头方向表示发射结箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方加正向电压时的电流方向向48（1）产生放大作用的条件（工艺结构特点）产生放大作用的条件（工艺结构特点） 内部内部： a）发射区杂质浓度发射区杂质浓度基区基区集电区，保证足够集电区，保证足够多載流子用于发射。多載流子用于发射。 b）基区很薄且低浓度，减小复合运动。基区很薄且低浓度，减小复合运动。 c）集电区面积大，保证有足够的收

31、集能力。集电区面积大，保证有足够的收集能力。 外部外部： 发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏49NPNICIEIBRBUBBUCCRC （2）三极管内部载流子的三极管内部载流子的传输过程（传输过程（NPN为例）为例）a）发射区向基区注入电子，发射区向基区注入电子，形成发射极电流形成发射极电流 iEb）电子在基区中的继续扩散电子在基区中的继续扩散与复合，形成基极电流与复合，形成基极电流 iBc）集电区收集扩散过来的电集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流子，形成集电极电流 iC （3）电流分配关系电流分配关系： iE = iC + iB 50 实验表明实验表明IC比比IB大数十至数百

32、倍，因而有大数十至数百倍，因而有IC 近似等于近似等于IE。IB虽然很小，但对虽然很小，但对IC有控制作用，有控制作用，IC随随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。就是三极管的电流放大作用。51ICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB /mA0UCE1V测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线输入特性曲线输入特性

33、曲线与二极管加正向电压类似与二极管加正向电压类似 CUBEBCEUfI)(52CICECBUfI)(输出特性曲线输出特性曲线 4 3 2 1 IB=0 0 3 6 9 12 UCE /V 20A 40A 60A 80A 100A 饱和区 截止区 放 大 区 IC /mA 53（2）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置BECEBEBuuui, 0, 0BCii0,0CBiiBCii（1）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置 （3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置 此时

34、此时 UCE 0.3V541、电流放大系数、电流放大系数：iC= iB 有直流和交流之分，在小功率范围內认为相等。（有的用hfe表示）2、极间反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO： iCEO也叫穿透电流，也叫穿透电流，与ICBO、 及温度有关。 iCEO=（1+ ）iCBO3、极限参数、极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM： 下降到额定值下降到额定值的的2/3时所时所允许的最大集电极电流，电路不能正常工作。允许的最大集电极电流，电路不能正常工作。 （2）反向击穿电压）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发基极开路时，集电极、发射极间的最大允许反向电压

35、，大了可能烧坏管子。射极间的最大允许反向电压，大了可能烧坏管子。 （3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM =IC UCE，决定了管子的温升决定了管子的温升极限。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了安全区。极限。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了安全区。55ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区56三极管开关特性 在数字电路中，三极管作为最基本的开关元件，工作在在数字电路中，三极管作为最基本的开关元件，工作在截止区和饱和区。输入高电平时，管子导通饱和，输出低截止区和饱和区。输

36、入高电平时，管子导通饱和，输出低电平；输入低电平时，管子反相截止，输出高电平。三极电平；输入低电平时，管子反相截止，输出高电平。三极管起一个反相器的作用。（构成非门）管起一个反相器的作用。（构成非门） （一）、（一）、饱和导通条件饱和导通条件：临界饱和时临界饱和时 UCE=UCES IC=ICS IB=IBS 若若 IBIBSUCC/RC 管子一定飽和导通管子一定飽和导通 饱和导通时饱和导通时 UBE0.7v UCE=UCES0.3v （硅管）硅管）管子如一个管子如一个合上的开关合上的开关。 （二）、（二）、截止条件截止条件： UBE0.5V （硅管）硅管） 管子截止。管子截止。此时此时 IB

37、0 IC0 UCEUCC管子如一个管子如一个打开的开关打开的开关。三极管的开关特性三极管的开关特性uiRB+UCCRCTuouo+UCCRCCE。+UCC。RCCEuo饱和饱和导通导通，截止，截止3V0Vuo 0相当于相当于开关断开开关断开相当于相当于开关闭合开关闭合uo UCC58 三、开关时间三、开关时间 导通与截止的转换时间称开关时间。导通与截止的转换时间称开关时间。1、开启时间、开启时间ton： 由截止转换为饱和的时间。由截止转换为饱和的时间。由截止由截止IC=0跳变到跳变到IC=0.1Cmax导通的延迟时间导通的延迟时间td和导通到饱和和导通到饱和IC=0.9ICmax的上升时间的上

38、升时间tr组成。组成。 ton= td+tr2、关闭时间、关闭时间toff ： 由饱和转换为截止的时间。由饱和转换为截止的时间。由饱和由饱和Icmax转为导通转为导通IC=0.9ICmax的存储时间的存储时间ts和导通跳变到截止和导通跳变到截止IC=0.1Cmax的下降时间的下降时间tf组成。组成。 toff=ts+tf 三极管的开关时间一般为纳秒级，其中存储三极管的开关时间一般为纳秒级，其中存储时间时间ts是影响三极管开关速度的关键参数。是影响三极管开关速度的关键参数。59前一页前一页 后一页后一页A0.9A0.5A0.1AtptrtfT脉冲幅度脉冲幅度 A延迟时间延迟时间td, 上升时间上

39、升时间 tr ，开启时间开启时间 ton=td+tr脉冲周期脉冲周期 T存储时间存储时间ts, 下降时间下降时间 tf ，关闭时间关闭时间 toff=ts+tf脉冲宽度脉冲宽度 tp 60 放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。放大器的本质是能量控制和转换。放大器的本质是能量控制和转换。三极管工作在放大区的条件是发射结正偏，集电结反偏。三极管工作在放大区的条件是发射结正偏，集电结反偏。RsRBus+ui+UBBRL+uo+UCCRCC1C2V+61（1）晶体管）晶体管V 放大元件，用基极电流放大元件，用基极电流iB控制集电极控制集电极电流电流iC。

40、（2）电源电源UCC和和UBB 使晶体管的发射结使晶体管的发射结正偏正偏，集电，集电结结反偏反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流的能量来源，提供电流iB和和iC。UCC一般在几伏到十一般在几伏到十几伏之间。几伏之间。（3）偏置电阻）偏置电阻RB 用来调节基极偏置电流用来调节基极偏置电流IB，使晶使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。千欧。（4）集电极负载电阻）集电极负载电阻RC。将集电极电流将集电极电流iC的变化转的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧换为电

41、压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。62w （5）电容）电容Cl、C2 用来传递交流信号，用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。几十微法，通常采用电解电容器。63 Rs us + + ui RL + uo +UCC RC C1 C2 V RB + + 共发射极放大电路的实用电路（固定式偏置电路）共发射极放大电路的实

42、用电路（固定式偏置电路）64直流通路和交流通路直流通路和交流通路 因电容对交、直流的作用不同。在放大电路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路, ,用来计算静态工作点。电容开路，电感短路。用来计算静态工作点。电容开路，电感短路。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通交流通路

43、：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。电容，电源（对交流内阻很电阻等动态参数。电容，电源（对交流内阻很小）看成短路，电感开路。小）看成短路，电感开路。65是指无交流信号输入时，电路中的电流、电是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都处不变（直流）的状态，静态时三极管各极电压都处不变（直流）的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点流和电压值称为静态工作点Q（主要指主要指IBQ、ICQ和和UCEQ）。）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和和UC

44、EQ。用直流通路进行分析用直流通路进行分析RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQCCBEQBQBBUUUccIRRBQCQIICCQCCCEQRIUU：耦合电容可视为开路。耦合电容可视为开路。66IB=00UCE/V20A40A60A80AIC/mAQICQUCEQUCCRCUCCIB=40A的输出特性曲线由由UCE=UCCICRC所决定的直流负载线所决定的直流负载线两者的交点两者的交点Q就是静态工作点就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为UCEQ67图解步骤：图解步骤：（1）用估算法求出基极电流）用估算法求出基极电流IBQ（如如4

45、0A）。）。（2）根据根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压与集、射间电压UCE的关系式的关系式UCE=UCCICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为在横轴上的截距为UCC，其斜率为其斜率为1/ RC ，只与集电极负载电阻，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点）求静态工作点Q，并确定并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的的值。晶体管的ICQ和和UCEQ既要满足

46、既要满足IB=40A的输出特性曲线，又要满足直流负的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态该点就是静态工作点。由静态工作点工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值便可在坐标上查得静态值ICQ和和UCEQ。68是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。随输入信号作相应变化的状态。 由于动态时放大电路是在直流电源由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输和交流输入信号入信号ui共同作用下工作，电路中的共同作用下工作，电路中的 电压电压 uCE=UCE

47、Q-icRc(负号表示负号表示uce反向反向)、 电流电流iB=IBQ+ib和和iC=ICQ+ic均包含交、直流两个分均包含交、直流两个分量。量。69：（ui单独作用下的电路）。由于电容单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源源UCC去掉（相当于短接）。去掉（相当于短接）。RsRBus+uiRL+uoVRCibic70图解步骤：图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据）根据ui在输入特性上求在输入特性上求uBE和和iB。（3）作交流负载线。）作交流负载线。

48、（4）由输出特性曲线和交流负载线求）由输出特性曲线和交流负载线求iC和和uCE。0 (a) 输入回路 (b) 输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线0071从图解分析过程，可得出：静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。7

49、2(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ073(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE74 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。变等效电路分析法。是晶体管在小信号是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性

50、近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。曲线。75UBEIB0IBUBEQ输入特性曲线在输入特性曲线在Q点附点附近的微小范围内可以认近的微小范围内可以认为是线性的。当为是线性的。当uBE有有一微小变化一微小变化UBE时，时，基极电流变化基极电流变化IB，两两者的比值称为三极管的者的比值称为三极管的动态输入电阻，用动态输入电阻，用rbe表表示，即：示，即：bbeBBEbeiuIUrbeEQ26(mV)200(1)(mA)rI76+ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib (a) 三极管 (b) 三极管的微变等效电路0UCEICIBICQ输出特性曲线在放大区域

51、内输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电可认为呈水平线，集电极电流的微小变化流的微小变化IC仅与基极电仅与基极电流的微小变化流的微小变化IB有关，而与有关，而与电压电压uCE无关，故集电极和发无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受射极之间可等效为一个受ib控控制的电流源，即：制的电流源，即：bcii77rbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU RsRBus+uiRL+uoVRCibic78电压（电流、功率）放大倍数电压（电流、功率）放大倍数beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中式中RL=RC/RL。当当RL=（开路）时开路）时beCrRA

52、urbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU 实际中，常用电压增益（用对数表示放大倍数）来表示它。实际中，常用电压增益（用对数表示放大倍数）来表示它。020 lg20 lg()UGvAudBUi79输入电阻输入电阻RibeB/ rRIURiiirbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU iIRi 输入电阻输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。越大越好。另外，较大的输入电阻另外，较大的输入电阻Ri，也可以降

53、低信号源内阻也可以降低信号源内阻Rs的影响，的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比比rbe大得大得多，多，Ri近似等于近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。并不理想。 放大器对于信号放大器对于信号源来说，相当于一个源来说，相当于一个负载，可以用动态电负载，可以用动态电阻等效，这个动态电阻等效，这个动态电阻就是放大器的输入阻就是放大器的输入电阻电阻Ri。80输出电阻输出电阻ROrbe+UcIbICBEbIRCRBRsICoRIUR 对于负载而言，放大器的输出电阻对于负载而言，放

54、大器的输出电阻Ro越小，负载电阻越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望强，因此总希望Ro越小越好。上式中越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。一般认为是较大的，也不理想。 放大器对于下一级电路放大器对于下一级电路而言，是个信号源，这个而言，是个信号源，这个信号源的内阻就是放大器信号源的内阻就是放大器的输出电阻的输出电阻Ro。81例例 ： 图 示 电 路 ， 已 知V12CCU，300BRk ，3CRk，3LRk，3sRk，50，试求：（1） RL接

55、 入和 断开 两种 情况 下电 路的 电压 放大 倍数uA；（2）输入电阻 Ri和输出电阻 Ro；（3）输出端开路时的源电压放大倍数susUUAo。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+82解解：先先求求静静态态工工作作点点 40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIA mA204. 050BQCQ II V63212CCQCCCEQRIUU 再再求求三三极极管管的的动动态态输输入入电电阻阻 beEQ26(mV)26(mV)200 (1)200 (1 50)763(mA)2(mA)rI0.763k RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQ83（1）RL接接入入

56、时时的的电电压压放放大大倍倍数数uA为为： Lbe3 3503 3980.763uRAr RL断断开开时时的的电电压压放放大大倍倍数数uA为为： Cbe50 31960.763uRAr （2）输输入入电电阻阻 Ri为为： Bbe/300/0.7630.76iRRrk 输输出出电电阻阻 Ro为为： 3Co RR k （3）oo1( 196)493 1iiusussisiUUURAAUUURR 微变等效电路分析的对象是变化量，不能用来求静態工作微变等效电路分析的对象是变化量，不能用来求静態工作点或某一时间的电压、电流总值。但微变参数又是在点或某一时间的电压、电流总值。但微变参数又是在Q点的点的基础

57、上求得的，计算的结果反映了基础上求得的，计算的结果反映了Q点附近的工作情况。点附近的工作情况。84(4) (4) 具有射极电阻的共射放大电路的计算具有射极电阻的共射放大电路的计算EebebiRIrIULboRIU EbbebiRIrIU) 1( EbeLuRrRA) 1 ( iUiIbIcIoUbIBR eI+ + +- - -85EbbebiRIrIU) 1( /(1 )iBbeErRr RbRiiiiIIUIUrB iUiIbIcIoUbIBR eI+ + +- - -ir86iUiIbIcIoUbIBR eI+ + +- - - 如果忽略三极管的输出电阻如果忽略三极管的输出电阻rce，令

58、令Ui=0 (Ib=0,使使Ib=0，受控电流源开路），受控电流源开路），RL=时，得出时，得出 放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻r0Rc 共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：1. 1. 放大倍数高放大倍数高; ; 2. 2. 输入电阻低输入电阻低;3. ;3. 输出电阻高输出电阻高. .87例：例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解：解：（1）用估算法计算静态工作点V75. 3)

59、 23 (65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ88（2）求电压放大倍数）求电压放大倍数 由于由于Re并接了交流旁路电容并接了交流旁路电容Ce，三极管发射极交流接地三极管发射极交流接地，其，其Au与基本放大电路一样。与基本放大电路一样。beEQLbe2626200 (1)200 (1 50)10001.0k1.653 3503 3751.0urIRAr（3）求输入电阻和输出电阻）求输入电阻和输出电阻B1B2beo/20/10/1.00.87k3ki

60、CRRRrRR89Rsus+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+ UC CVRB 1REIC QIB Q+UC EQ+ UB EQ 集电极直接接在电源上，对交流信号相当于接地集电极直接接在电源上，对交流信号相当于接地端，成为输入、输出回路的公共端。信号从射极输端，成为输入、输出回路的公共端。信号从射极输出。出。90ECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1 ()1 (RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIU1 91rbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射极输出器的微变等效电路1IeIiILbeLoLb