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1、模拟电路基础主讲人：张灿杰二极管的伏安特性二极管的伏安特性将将 PN PN 结结封封装装在在塑塑料料、玻玻璃璃或或金金属属外外壳壳里里，再再从从 P P 区和区和 N N 区分别焊出两根引线作正、负极。区分别焊出两根引线作正、负极。二极管的结构：二极管的结构：(a)外形图外形图半导体二极管又称晶体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。(b)符号符号图图 二极管的外形和符号二极管的外形和符号二极管的伏安特性二极管的伏安特性在在二二极极管管的的两两端端加加上上电电压压U，测测量量流流过过管管子子的的电电流流I，I=f f(U)之间的关系曲线。之间的关系曲线。604020 0.002 0.00400.
2、5 1.02550I/mAU/V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安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 50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性0图图 二极管的伏安特性二极管的伏安特性v二极管v1.种类：按结构材料分硅二极管（导通电压）和锗二极管（导通电压0.2-0.3 V），按功能分整流二极管、发光二极管、稳压二极管，磁敏二极管、压敏二极管、温敏二极管、光敏二极管、变容二极管等。v特性：正向导通反相截止。二、单相整流电路二、单相整流电路（一）半波整流电路v单相半波整流电路如下图(a)所示，图中Tr为电源变压器，
3、用来将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。设V为整流二极管，令它为理想二极管，RL为要求直流供电的负载等效电阻。v由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在u2的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。桥式整流电路桥式整流电路稳压管稳压管一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型半半导体硅二极管。导体硅二极管。稳稳压压管管工工作作于于反反向向击击穿穿区区。I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U(b)稳压管符号稳压管符号(a)稳压管伏安特性稳
4、压管伏安特性+I图图 稳压管的伏安特性和符号稳压管的伏安特性和符号图图 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三极管的结构三极管的结构三三极极管管有有两两种种类类型型：NPN 和和 PNP 型型。以以 NPN 型型为为例进行讨论。例进行讨论。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图图 1.3.3三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(b)PNP 型型三极管的电流三极管的电流“放大
5、放大”作用作用以以 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要实三极管要实现放大，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。不不具具备备放大作用放大作用电流电流“放大放大”的内部条件：的内部条件：NNPebcN N NP P P1.1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.2.基基区区做做得得很很薄薄。通通常常只只有有几几微微米米到到几几十十微微米米，而而且且掺掺杂杂较较少少。电电流流“放放大大”的的外外部部条条件件：外外加加电电源源的的极极性性应应使使发发射结处于正向偏置射结处于正向偏置状态，而状态，
6、而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.3.集电结面积大。集电结面积大。beceRcRb 从发射区进入基区的大从发射区进入基区的大量电子只有少数从基极出量电子只有少数从基极出来，大部分从集电极出来。来，大部分从集电极出来。即只要基极有一个小即只要基极有一个小IB,集电集电极就有一个大极就有一个大IC。这就是所。这就是所谓的电流放大，把谓的电流放大，把IC与与IB之之比，叫电流放大系数，用比，叫电流放大系数，用表表示，示，=IC/IBIBIC电流电流“放大放大”基本原理：基本原理：V集集V基基IE 注意：注意：IC是受是受IB控制的，控制的，IC的大小依赖于的大小依赖于IB，如果，
7、如果没有没有IB，就没有，就没有IC。输出输出回路回路输入输入回路回路+UCE 三极管的特性曲线三极管的特性曲线IBUCE三极管共射特性曲线测试电路三极管共射特性曲线测试电路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A+mA 输入特性：输入特性：输出特性：输出特性：+UCE+UCE IBIBIBUBE一、输入特性一、输入特性 (1)(1)UCE=0 时时的的输输入入特特性曲线性曲线RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A 当当 UCE=0 时时，基基极极和和发发射射极极之之间间相相当当于于两两个个 PN 结结并并联联。所所以以，当当 b、e 之之间间加加正正向向电电压压时
8、时，应应为为两两个个二二极极管管并联后的正向伏安特性。并联后的正向伏安特性。(2)UCE 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时时，这这个个电电压压有有利利于于将将发发射射区区扩扩散散到到基基区区的电子收集到集电极。的电子收集到集电极。UCE UBE，三极管处于放大状态。，三极管处于放大状态。*特性特性曲线曲线右移右移(因因集电结开始吸引电子集电结开始吸引电子)OIB/AUCE 1 时的输入特性时的输入特性具有实用意义。具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A+mAUBE*UCE 1 V，特特性曲线重合。性曲线重合。三极管共射特性曲线测试电路三极管共射
9、特性曲线测试电路三极管的输入特性三极管的输入特性二、输出特性二、输出特性NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线划划分分三三个个区区：截截止止区区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1.截截止止区区IB 0 的的区域。区域。两个结都处于反向偏置。两个结都处于反向偏置。IB=0 时时，IC=ICEO(穿穿透透电电流流)。硅硅管管约约等等于于 1 1 A A，锗锗管管约约为为几十至几百微安。几十至几百微安。截止区截止区截止区截止区IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A +mAUBEIC/mAUCE /V100 A80A60 A40
10、A20 AIB=0O 5 10 15543212.放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏特特点点：各各条条输输出出特特性性曲曲线线比比较较平平坦坦，近近似似为为水水平平线线，且等间隔。且等间隔。二、输出特性二、输出特性放放大大区区集集电电极极电电流流和和基基极极电电流流体现放大作用，即体现放大作用，即放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0，UBC 0 UBC 0。特特点点：IC 不不随随 IB 而而变变化化，在在饱饱和和区区三三极极管管失失去去放放大大作作用。用。I C IB。当当 UCE=UBE，即即 UCB=0 时时，称称临临界界饱饱和和，UC
11、E UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管)，UCES 0，0 UGS 0，UGS UT由于吸引了足够多的电子，由于吸引了足够多的电子，会在耗尽层和会在耗尽层和 SiO2 之间形成之间形成可移动可移动的表面电荷层的表面电荷层 反反型型层层(N 型型导导电电沟沟道道)，ID 0，UGS 升升高高，N 沟沟道道变变宽宽，ID增大增大。UT 为开始形成反型层所需的为开始形成反型层所需的 UGS，称，称开启电压开启电压。VDSID H桥式电机驱动电路图4.12 H桥驱动电路、三极管的经典应用：H桥驱动电路v一、H桥驱动电路v图中所示为一个典型的直流电机控制
12、电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。v如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向图4.12 H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动图所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。图4.14 H桥驱动电机逆时针转动实际应用中的H桥