电子技术模拟部分ch.ppt

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1、1河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/271电子技术基础信息与电气工程学院信息与电气工程学院电工电子教研室电工电子教研室3-3113-311张萱张萱2河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2721.本课程的性质及特点本课程的性质及特点 技术基础课，具有工程性、实践性。技术基础课，具有工程性、实践性。非纯理论性课程非纯理论性课程 实践性很强实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题以工程实践的观点来处理电路中的一些问题2.课程研究内容课程研究内容 研究各种电子器件的结构、工作原理及性能指标等研究各种电子器件的结构、工作原理及性能指标等;用

2、各种电子用各种电子器件组成电路的分析与设计。器件组成电路的分析与设计。包括：模拟电子技术、数字电子技术包括：模拟电子技术、数字电子技术3.学习目标学习目标前言 能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。元电路进行设计。3河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2734.电子技术的发展电子技术的发展 1904年弗莱明发明了年弗莱明发明了电子二极管电子二极管，并证实了电子管具有，并证实了电子管具有“阀门阀门”作作用，首先被用于无线电检波。用，首先被用于无线电检波。1906 年美国的德弗雷斯在

3、弗莱明的二极管中放进了第三个电极年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个电极栅极而发明了栅极而发明了电子三极管电子三极管，从而建树了早期电子技术上最重要的里，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。程碑。半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管成本高，制造繁，体积大，耗电多，从子管成本高，制造繁，体积大，耗电多，从 1948 年美国贝尔实验室的年美国贝尔实验室的几位研究人员发明几位研究人员发明晶体管晶体管以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管。但是，我们不能否定电子

4、管的独特优点，在有些装置中电子管。但是，我们不能否定电子管的独特优点，在有些装置中,，不，不论从稳定性，经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。论从稳定性，经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。随着生产和科学技术发展的需要，电子技术得到高度发展和广泛应用随着生产和科学技术发展的需要，电子技术得到高度发展和广泛应用（如空间电子技术，生物医学电子技术，信息处理和遥感技术，微波应（如空间电子技术，生物医学电子技术，信息处理和遥感技术，微波应用等），它对于社会生产力的发展，也起着变革性的推动作用。用等），它对于社会生产力的发展，也起着变革性的推动作用。4河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础20

5、22/10/274 随着半导体技术的发展和科学研究，在工业上晶体闸流管随着半导体技术的发展和科学研究，在工业上晶体闸流管(即可控硅即可控硅)也获得广泛应用，使半导体技术进入了强电领域。也获得广泛应用，使半导体技术进入了强电领域。1958 年，年，集成电路集成电路的出现和应用，标志着电子技术发展到了一个新的的出现和应用，标志着电子技术发展到了一个新的阶段。它实现了材料，元件，电路三者之间的统一。随着集成电路制造工阶段。它实现了材料，元件，电路三者之间的统一。随着集成电路制造工艺的进步，集成度越来越高，出现了大规模和超大规模集成电路艺的进步，集成度越来越高，出现了大规模和超大规模集成电路.5河北工

6、程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础发展特点发展特点:以电子器件的发展为基础以电子器件的发展为基础电子管时代电子管时代1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电压控制器件电真空技术电真空技术6河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础晶体管时代晶体管时代电流控制器件电流控制器件 半导体技术半导体技术半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管器件器件7河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础半导体集成电路半导体集

7、成电路8河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础80年代后年代后-ULSI，1 0 亿个晶体管亿个晶体管/片片、ASIC 制作技术成熟制作技术成熟目前目前-芯片内部的布线细微到亚微米芯片内部的布线细微到亚微米(0.130.09 m)量级量级微处理器的时钟频率高达微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz）90年代后年代后-97年一片集成电路上有年一片集成电路上有40亿个晶体管。亿个晶体管。6070代代-IC技术迅速发展：技术迅速发展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10万个晶体管万个晶体管/片。片。将来将来-高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路高分子材料或生物材料制成密度更

8、高、三维结构的电路9河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2796.成绩评定成绩评定 平时成绩：平时成绩：19%考试成绩：考试成绩：81%7.参考书参考书 康华光主编，康华光主编，电子技术基础电子技术基础 模拟部分模拟部分 ，高教出版社，高教出版社 童诗白主编，童诗白主编，模拟电子技术基础模拟电子技术基础 ，高教出版社，高教出版社 实验成绩：实验成绩：20%闫石主编，闫石主编，数字电子技术基础数字电子技术基础 ，高教出版社，高教出版社 康华光主编，康华光主编，电子技术基础电子技术基础 数字部分数字部分 ，高教出版社，高教出版社 课堂成绩：课堂成绩：80%5.学习方法学习

9、方法 重点掌握基本概念、基本电路的分析方法和解题技巧。重点掌握基本概念、基本电路的分析方法和解题技巧。10河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2710第一章半导体器件11河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2711半导体的特性1.导导体体：电电阻阻率率 109 cm 物物质质。如如橡橡胶胶、塑料等。塑料等。3.半半导导体体：导导电电性性能能介介于于导导体体和和绝绝缘缘体体之之间间的的物物质质。大大多多数数半半导导体体器器件件所所用用的的主主要要材材料料是是硅硅(Si)和和锗锗(Ge)。半导体导电性能是由其原子结构决定的。半导体导电性能是由其原

10、子结构决定的。12河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2712硅原子结构硅原子结构图 硅原子结构(a)硅的原子结构图硅的原子结构图最外层电子称最外层电子称价电子价电子 价电子价电子锗原子也是锗原子也是 4 价元素价元素4 价价元元素素的的原原子子常常常常用用+4 电电荷荷的的正正离离子子和和周周围围 4个价电子表示。个价电子表示。+4(b)简化模型简化模型13河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2713本征半导体 +4+4+4+4+4+4+4+4+4共共价价键键价价电电子子完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结

11、构构的的半半导导体称为本征半导体。体称为本征半导体。将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，它它的的原原子子结结构构为为共共价价键键结结构。构。图 单晶体中的共价键结构当当温温度度 T=0 K 时时，半半导导体体不不导导电电，如如同同绝绝缘体。缘体。14河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2714+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴T 图 本征半导体中的 自由电子和空穴 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留下下一一个个空空位位空穴

12、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，但很微弱。但很微弱。空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载流子。载流子。15河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27151.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的的浓浓度度用用 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

13、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会达达到到平衡，载流子的浓度就一定了。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。16河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2716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)在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 5

14、 价价杂杂质质元元素素，如如磷磷、锑锑、砷砷等等，即即构构成成 N 型型半半导导体体(或或称称电电子子型型半半导导体体)。17河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2717+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图 N 型半导体的晶体结构 本本征征半半导导体体掺掺入入 5 价价元元素素后后，原原来来晶晶体体中中的的某某些些硅硅原原子子将将被被杂杂质质原原子子代代替替。杂杂质质原原子子最最外外层层有有 5 个个价价电电子子，其其中中 4 个个与与硅硅构构成成共共价价键键，多多余余一一个个电电子子只只受受自自身身原原子子核核吸吸引引，在在室室

15、温温下下即可成为自由电子。即可成为自由电子。自自由由电电子子浓浓度度远远大大于于空空穴穴的的浓浓度度，电电子子称称为为多多数数载载流流子子(简简称称多多子子)，空空穴穴称称为为少少数载流子数载流子(简称简称少子少子)。18河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2718+4+4+4+4+4+4+4+4+4二、二、P 型半导体型半导体在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 3 价价杂杂质质元元素素，如如硼、镓、铟等，即构成硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体型半导体。+3空空穴穴浓浓度度多多于于电电子子浓浓度度，空空穴穴为为多多数数载载流流子子，电子为少数载流子

16、电子为少数载流子。3 价价杂杂质质原原子子称称为为受受主原子。主原子。受主受主原子原子空穴空穴图 P 型半导体的晶体结构19河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2719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。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。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。(a

17、)N 型半导体型半导体(b)P 型半导体型半导体图 杂质半导体的的简化表示法20河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2720半导体二极管PN 结及其单向导电性 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，一个特殊的薄层，称为称为 PN 结结。PNPN结结图 PN 结的形成21河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2721一、一、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

18、电荷区PN2.扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区1.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。图 PN22河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27223.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UD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 UD 电位壁垒电位壁垒；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运动运动 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 阻挡层阻挡层内电场阻止多子的扩散内电场阻止

19、多子的扩散 阻挡层阻挡层。23河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27235.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；当扩散电流与漂移电流相等时，当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流结总的电流空间电荷区的宽度约为几微米空间电荷区的宽度约为几微米 几十微米；几十微米；等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与扩散运动与漂移运动达到动态平衡。漂移运动达到动态平衡。电压

20、壁垒电压壁垒 UD，硅材料约为，硅材料约为()()V,锗材料约为锗材料约为()()V。24河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2724二、二、二、二、PN PN 结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性1.PN PN 外加正向电压外加正向电压又称正向偏置，简称正偏。又称正向偏置，简称正偏。外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区VRI空间电荷区变窄，有利空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有于扩散运动，电路中有较大的正向电流。较大的正向电流。图 PN25河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2725在在 P

21、N 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。2.PN PN 结结结结外加反向电压外加反向电压(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的的方方向向一一致致，增增强强了了内内电场的作用；电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；外电场使空间电荷区变宽；不不利利于于扩扩散散运运动动，有有利利于于漂漂移移运运动动，漂漂移移电电流流大大于于扩扩散电流，电路中产生反向电流散电流，电路中产生反向电流 I；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。由于少数载流子浓度很低，反向

22、电流数值非常小。26河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2726空间电荷区空间电荷区图 反相偏置的 PN 结反反向向电电流流又又称称反反向向饱饱和和电电流流。对对温温度度十十分分敏敏感感，随随着温度升高，着温度升高，IS 将急剧增大。将急剧增大。PN外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向VRIS27河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2727综上所述：综上所述：当当 PN 结结正正向向偏偏置置时时，回回路路中中将将产产生生一一个个较较大大的的正正向向电电流流，PN 结结处处于于 导导通通状状态态；当当 PN 结结反反向向偏偏置置时时，回回路

23、路中中反反向向电电流流非非常常小小，几几乎乎等等于于零零，PN 结结处处于于截截止止状态状态。可见，可见，PN 结具有结具有单向导电性单向导电性。28河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2728二极管的伏安特性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(a)外形图外形图图 二极管的外形和符号29河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2729半导体二极管图片30河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2730二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，测测量量流流

24、过过管管子子的的电电流流，I=f(U)之间的关系曲线之间的关系曲线。604020 0.002 0.00400.5 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2CP31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2AP260图 二极管的伏安特性31河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27311.正向特性正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相相应应的的电电压压叫叫死死区区电电压压

25、。范范围围称称死死区区。死死区区电电压压与与材材料料和和温温度度有有关关，硅硅管管约约 0.5 V 左左右右，锗锗管约管约 0.1 V 左右。左右。正向特性死区死区电压电压60402000.4 0.8I/mAU/V当当正正向向电电压压超超过过死死区区电电压压后后，随随着着电电压压的的升升高高，正正向向电电流流迅迅速速增大。增大。32河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27322.反向特性反向特性 0.02 0.0402550I/mAU/V反向特性当当电电压压超超过过零零点点几几伏伏后后，反反向向电电流流不不随随电电压压增增加加而而增增大，即饱和；大，即饱和；二二极极管

26、管加加反反向向电电压压，反反向电流很小；向电流很小；如如果果反反向向电电压压继继续续升升高高，大大到到一一定定数数值值时时，反反向向电电流会突然增大；流会突然增大；反向饱反向饱和电流和电流 这种现象称这种现象称击穿击穿，对应电压叫，对应电压叫反向击穿电压反向击穿电压。击击穿穿并并不不意意味味管管子子损损坏坏，若若控控制制击击穿穿电电流流，电电压压降降低后，还可恢复正常。低后，还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)33河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27333.伏安特性表达式伏安特性表达式(二极管方程二极管方程)IS：反向饱和电流：反向饱和电流UT：温度的电压当量

27、：温度的电压当量在常温在常温(300 K)下，下，UT 26 mV二二极极管管加加反反向向电电压压，即即 U UT，则则 I IS。二极管加正向电压，即二极管加正向电压，即 U 0，且，且 U UT，则，则，可得，可得 ，说明电流，说明电流 I 与电压与电压 U 基本上成指数关系。基本上成指数关系。34河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2734结论：结论：二二极极管管具具有有单单向向导导电电性性。加加正正向向电电压压时时导导通通，呈呈现现很很小小的的正正向向电电阻阻，如如同同开开关关闭闭合合；加加反反向向电电压压时时截截止止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。呈现很

28、大的反向电阻，如同开关断开。从从二二极极管管伏伏安安特特性性曲曲线线可可以以看看出出，二二极极管管的的电电压压与与电电流流变变化化不不呈呈线线性性关关系系，其其内内阻阻不不是是常常数数，所所以以二二极极管管属于非线性器件。属于非线性器件。硅二极管的导通电压为硅二极管的导通电压为，一般取；，一般取；锗二极管的导通电压为锗二极管的导通电压为，一般取。，一般取。35河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2735知识点小结一、半导体一、半导体自由电子（少子）自由电子（少子）空穴空穴（多子）（多子）本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体P型半导体型半导体N型半导体型半导体自由电

29、子（多子）自由电子（多子）空穴空穴（少子）（少子）二、二极管二、二极管1、PN结的单向导电性结的单向导电性（1）正偏时，）正偏时，PN 结处于结处于 导通状态导通状态；（2）反偏时，）反偏时，PN 结处于结处于截止状态截止状态。36河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27362、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性硅硅二极管的导通电压为二极管的导通电压为，一般取；，一般取；锗锗二极管的导通电压为二极管的导通电压为，一般取。，一般取。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

30、特特性性37河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2737应用举例应用举例例例2：P56习题习题解：采用理想电路模型解：采用理想电路模型 ui和和uo的波形如图所示的波形如图所示 二极管的电流波形如何二极管的电流波形如何？例例1：P55习题习题欲使二极管具有良好的单向导电性，管子的正向电欲使二极管具有良好的单向导电性，管子的正向电阻和反向电阻分别为大一些好，还是小一些好？阻和反向电阻分别为大一些好，还是小一些好？解：二极管的正向电阻愈小愈好，反向电阻愈大愈好。解：二极管的正向电阻愈小愈好，反向电阻愈大愈好。根据二极管的单向导电性可判断二极管的阳极和阴极。根据二极管的单向

31、导电性可判断二极管的阳极和阴极。38河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2738二极管的主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IF 二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压最高反向工作电压 UR工工作作时时允允许许加加在在二二极极管管两两端端的的反反向向电电压压值值。通通常常将将击击穿电压穿电压 UBR 的一半定义为的一半定义为 UR。3.反向电流反向电流 IR通常希望通常希望 IR 值愈小愈好。值愈小愈好。4.最高工作频率最高工作频率 fMfM 值值主主要要决决定定于于PN结结结结电电容容的的大

32、大小小。结结电电容容愈愈大大，二极管允许的最高工作频率愈低。二极管允许的最高工作频率愈低。39河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2739 稳压管一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型半半导导体硅二极管。体硅二极管。稳压管稳压管工作于反向击穿区。工作于反向击穿区。I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U(b)稳压管符号稳压管符号(a)稳压管伏安特性稳压管伏安特性+I图 稳压管的伏安特性和符号+40河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2740 稳压管的参数主要有以下几项：稳压管的参数主要有以下几项：1.稳定电压稳定电压 UZ3.动态电阻动态电阻

33、 rZ2.稳定电流稳定电流 IZ稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。正正常常工工作作的的参参考考电电流流。I IZ，只要不超过额定功耗即可。，只要不超过额定功耗即可。rZ 愈愈小小愈愈好好。对对于于同同一一个个稳稳压压管管，工工作作电电流愈大，流愈大，rZ 值愈小。值愈小。IZ=5 mA rZ 16 IZ=20 mA rZ 3 IZ/mA41河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27414.电压温度系数电压温度系数 U稳稳压压管管电电流流不不变变时时，环环境境温温度度每每变变化化 1 引引起起稳稳定定电压变化的百分比。电压变化

34、的百分比。(1)UZ 7 V,U 0；UZ 4 V，U 0；(2)UZ 在在 4 7 V 之间，之间，U 值比较小，性能比较稳定。值比较小，性能比较稳定。2CW17：UZ =9 10.5 V，U =%/2CW11：UZ =3.2 4.5 V，U =()()%/(3)2DW7 系列为温度补偿稳压管，用于电子设备的精系列为温度补偿稳压管，用于电子设备的精 密稳压源中。密稳压源中。42河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27425.额定功耗额定功耗 PZ额额定定功功率率决决定定于于稳稳压压管管允允许许的的温升。温升。PZ=UZIZPZ 会转化为热能，使稳压管发热。会转化为热

35、能，使稳压管发热。电工手册中给出电工手册中给出 IZM，IZM=PZ/UZ 例例1 求求通通过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ 等等于于多多少少？R 是是限限流流电电阻，其值是否合适？阻，其值是否合适？IZVDZ+20 VR=1.6 k+UZ=12 V IZM=18 mA例题电路图例题电路图IZ IZM，电阻值合适。，电阻值合适。解解 43河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2743VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题：图 稳压管电路UOIO+IZIRUI+1.外外加加电电源源的的正正极极接接管管子子的的 N 区区，电电源源的的负负极极接

36、接 P 区区，保证管子工作在保证管子工作在反向击穿区反向击穿区；RL2.稳稳压压管管应应与与负负载载电电阻阻 RL 并联并联；3.必必须须限限制制流流过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ，不不能能超超过过规规定定值值，以以免免因因过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。44河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2744双极型三极管(BJT)又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。(Bipolar Junction Transistor)三极管的外形如下图所示。三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：三极管有两种类型：NPN 和和 PN

37、P 型。型。图 三极管的外形45河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2745三极管的结构常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)becPNPe 发发射射极极，b基基 极极，c 集电极。集电极。NcSiO2b硼杂质扩散硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN46河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2746图 三极管结构示意图和符号(a)NPN 型

38、型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 eNNP47河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2747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 1.3.3三极管结构示意图和符号(b)PNP 型型48河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2748三极管的放大作用和载流子的运动以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论图三极管中的两个 PN 结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实

39、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。不不具具备备放放大作用大作用49河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2749三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。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。三三极极管管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射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状

40、态。3.集电结面积大。集电结面积大。50河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2750becRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程I EIB1.发发射射发发射射区区的的电电子子越越过过发发射射结结扩扩散散到到基基区区，基基区区的的空空穴穴扩扩散散到到发发射射区区形形成成发发射射极极电电流流 IE(基基区区多多子子数数目目较较少，空穴电流可忽略少，空穴电流可忽略)。2.复复合合和和扩扩散散电电子子到到达达基基区区，少少数数与与空空穴穴复复合合形形成成基基极极电电流流 Ibn，复复合合掉的空穴由掉的空穴由 VBB 补充。补充。多多数数电电子子在在基基区区继继续

41、续扩扩散，到达集电结的一侧。散，到达集电结的一侧。图 三极管中载流子的运动51河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2751becI EI BRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程3.收收集集集集电电结结反反偏偏，有有利利于于收收集集基基区区扩扩散散过过来来的的电电子子而而形形成成集集电电极极电电流流 Icn。其其能能量量来来自自外外接接电电源源 VCC。I C另另外外，集集电电区区和和基基区区的的少少子子在在外外电电场场的的作作用用下下将将进进行行漂漂移移运运动动而而形形成成反反向饱和电流向饱和电流，用，用ICBO表示。表示。ICBO图 三极管中载流子的

42、运动52河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2752beceRcRb三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系ICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO IE=ICn+IBn一一般般要要求求 ICn 在在 IE 中中占占的的比比例例尽尽量量大大。而而二二者者之之比比称称共共基基直直流流电电流流放放大大系数系数，即，即一般可达一般可达 53河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2753三个极的电流之间满足节点电流定律，即三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IB代入代入(1)式，得式，得其中：其中：共射直流电流共射直流电

43、流放大系数。放大系数。54河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2754上式中的后一项常用上式中的后一项常用 ICEO 表示，表示，ICEO 称穿透电流。称穿透电流。当当 ICEO IC 时，忽略时，忽略 ICEO，则由上式可得，则由上式可得共共射射直直流流电电流流放放大大系系数数 近近似似等等于于 IC 与与 IB 之之比比。一般一般 值约为几十值约为几十 几百。几百。55河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2755三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01

44、 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC 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的电子收集到集电极。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。*特性右移特性右移(因集电结因集电结开始吸引电子开始吸引电子)OIB/AIBUCEICVCCRbVBBc

45、ebRCV+V+A+mAUBE *UCE 1 V，特特性曲线重合。性曲线重合。图 三极管共射特性曲线测试电路图 三极管的输入特性UCE=1 V60河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2760二、输出特性二、输出特性图 NPN 三极管的输出特性曲线IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321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.截止区截止区条条件件：两两个个结结都都处处于于反向偏置。反向偏置。IB=0 时时，IC=ICEO。硅硅管管约约等等于于 1 A，锗锗管管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。截止区

46、截止区截止区截止区61河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27612.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。IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321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 基基本本上上不不随随 IB 而而变变化化，在在饱饱和和区区

47、三三极极管管失失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 UCE=UBE，即即 UCB=0 时时，称称临临界界饱饱和和，UCE 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)，UCES0，UCB0，Uc Ub Ue PNP：UBE0，UCB0，Uc Ub Ue先求先求UBE，若等于，为硅管；若等于，为锗管。，若等于，为硅管；若等于，为锗管。解：解：解：解：69河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2769三极管的主要参数三极管的连接方式三极管的连接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基极接法共基极接法VCCRb+

48、VBBC1TICIBC2Rc+(a)共发射极接法共发射极接法图 NPN 三极管的电流放大关系70河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2770一、电流放大系数一、电流放大系数表征管子放大作用的参数，有以下几个：表征管子放大作用的参数，有以下几个：1.共射电流放大系数共射电流放大系数 2.共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数忽略穿透电流忽略穿透电流 ICEO 时，时，71河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/27713.共基电流放大系数共基电流放大系数 4.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数忽略反向饱和电流忽略反向饱和电流 ICBO 时，

49、时，和和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：练习72河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2772二、反向饱和电流（自学）二、反向饱和电流（自学）1.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO2.集电极和发射极之间的反向饱和电流集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO三、三、极限参数（自学）极限参数（自学）1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM2.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM3.极间反向击穿电压极间反向击穿电压73河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技

50、术基础2022/10/2773PNP 型三极管放放大大原原理理与与 NPN 型型基基本本相相同同，但但为为了了保保证证发发射射结结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相反。正好相反。图 三极管外加电源的极性(a)NPN 型型VCCVBBRCRb N NP+uoui(b)PNP 型型VCCVBBRCRb+uouiPPN74河北工程大学 信电学院电子技术基础电子技术基础2022/10/2774判断（工作状态、管型、管脚）判断（工作状态、管型、管脚）截止区：发射结和集电结反偏截止区：发射结和集电结反偏 NPN：UBE0，Uc Ue Ub PNP：UBE0