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1、电电工工与与电电子子技技术术电子技术由电子技术由模拟电子模拟电子技术和技术和数字电子数字电子技术构成。技术构成。模拟电子技术处理的信号在模拟电子技术处理的信号在时间上和数值上是连时间上和数值上是连续续变化的，如温度和速度变化的，如温度和速度模拟信号模拟信号。相应的电路。相应的电路称为称为模拟电路模拟电路。绪绪 论论 数字电子技术处理的数字电子技术处理的信号在时间和数值上信号在时间和数值上都是都是不连续不连续的，即所谓离散的，如计数装置，来一件产的，即所谓离散的，如计数装置，来一件产品就发一个脉冲（自动计数）品就发一个脉冲（自动计数）数字信号数字信号。相应。相应的电路称为的电路称为数字电路数字电
2、路。电电工工与与电电子子技技术术电电工工与与电电子子技技术术第第9章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN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，三极管的电流分配三极管的电流分配三极管的电流分配三极管的电流分配和电流放大作用和电流放大作用和电流放大作用和电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，了解主要参数的意义；工作原理和特性曲线，
3、了解主要参数的意义；工作原理和特性曲线，了解主要参数的意义；工作原理和特性曲线，了解主要参数的意义；三、三、三、三、会分析含有二极管的电路会分析含有二极管的电路会分析含有二极管的电路会分析含有二极管的电路。电电工工与与电电子子技技术术 对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的器件的目的在于应用目的在于应用。学会用学会用工程观点分析问题工程观点分析问题，就是根据实际情况，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理
4、的近合理的近似似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。果。半导体：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。如导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、锗、硒、及多数金属氧化物和硫化物硅、锗、硒、及多数金属氧化物和硫化物。电电工工与与电电子子技技术术9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，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，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，
5、如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化(可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强电电工工与与电电子子技技术术 最常用的半导体为硅最常用的半导体为硅(Si)(Si)和锗和锗(Ge)(Ge)。它们的共。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4 4个。个。+Si(硅原子)Ge(锗原
6、子)硅原子和锗原子的简化模型图SiSi+4+4GeGe+4+4因为原子呈电中性，所因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子以简化模型图中的原子核只用带圈的核只用带圈的+4+4符号表符号表示即可。示即可。9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性9.1.1 9.1.1 本征半导体本征半导体 电电工工与与电电子子技技术术完全纯净的、具有晶体结构的半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体。9.1.1 9.1.1 本征半导体本征半导体 实际上半导体的实际上半导体的晶格结构是三维晶格结构是三维的。的。共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结
7、构硅单晶中的共价健结构电电工工与与电电子子技技术术 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，即可挣脱原子核的束缚，成为成为自由电子自由电子（带负电），（带负电），同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空位，称为位，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本征激发：本征激发：空穴空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子自由电子电电工工与与电电子子技技术术 自自自自由由由由电电电电子子子子和和和和空空空空
8、穴穴穴穴都都都都称称称称为为为为载载载载流流流流子子子子。可可见见在在半半导导体体中中有有自自由由电电子子和和空空穴穴都都能能参与导电。参与导电。空穴移动方向空穴移动方向 电子移动方向电子移动方向 外电场方向外电场方向外电场方向外电场方向SiSiSiSiSiSiSi 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流两部分电流两部分电流两部分电流 ：(1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流(
9、2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流 自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，在一定温度下，在一定温度下，在一定温度下，载流子的产生和复合载流子的产生和复合载流子的产生和复合载流子的产生和复合达到达到达到达到动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。电电工工与与电电
10、子子技技术术注意：注意：注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流本征半导体中载流本征半导体中载流本征半导体中载流子数目极少子数目极少子数目极少子数目极少,其导电性能其导电性能其导电性能其导电性能很差；很差；很差；很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子载流子载流子载流子的数目愈多的数目愈多的数目愈多的数目愈多,半导体的导半导体的导半导体的导半导体的导电性能也就愈好。电性能也就愈好。电性能也就愈好。电性能也就愈好。所以，所以，所以，所以，温度对半导体器件性能温度对半导体器件性能温度对半导体器件性能温度对半导体器件性能影响很大。影响很大。影响很大。影响很大。SiSiSiSi
11、SiSiSi如如果果在在其其中中参参入入微微量量的的杂杂质质(某某种种元元素素)将使其导电能力大大增强。将使其导电能力大大增强。电电工工与与电电子子技技术术9.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电方式，称为电方式，称为电方式，称为电子电子电子电子半导体半导体半导体半导体或或或或N N型型型型半导体。半导体。半导体。半导
12、体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成形成形成形成杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体。多数载流子（多数载流子（多数载流子（多数载流子（多子多子多子多子）：）：）：）：自由电子自由电子自由电子自由电子少数载流子（少数载流子（少数载流子（少数载流子（少子少子少子少子）
13、：）：）：）：空穴空穴空穴空穴电电工工与与电电子子技技术术9.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为式，称为式，称为式，称为空穴空穴空穴空穴半导体或半导体或半导体或半导体或 P P型型型型半导体。半导体。半导体。半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si多子：空穴多子：空穴多子：空穴多子：空穴少子：自由电
14、子少子：自由电子少子：自由电子少子：自由电子B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。电电工工与与电电子子技技术术 杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素入三价元素硼和五价元素磷磷+P P区区N N区区空间电荷区内电场9.1.3 PN 结及其单向导电性结及其单向导电性1.PN 结
15、的形成结的形成 内电场越强，漂内电场越强，漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变移使空间电荷区变薄。薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。电电工工与与电电子子技技术术9.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性PN 结：结：P型半导体和型半导体和N型半导体交界面的特殊薄层型半导体交界面的特殊薄层 1.PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）P P接正、接正、接正、接正、N N接负接负接负接负 外电场外电场IFPN+多子在外多子在外多子在外多子在外电场作用下电场作用下电场作用下电场作用下定向移动，定向移动，定向移动，定向移动，形成较大的形成较大
16、的形成较大的形成较大的正向电流。正向电流。正向电流。正向电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，正向电阻较小，处于导通状态。正向电阻较小，处于导通状态。正向电阻较小，处于导通状态。正向电阻较小，处于导通状态。电电工工与与电电子子技技术术动画演示电电工工与与电电子子技技术术2.PN结的单向导电性 PN结正向偏置时的情况电电工工与与电电子子技技术术 PN结反向偏置时的情况电电工工与与电电子子技技术术9.2 二极管二极管9.2.1 基本结构基本结构 将将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分，有点
17、接触型和面接触型两类。导体二极管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。点接触型点接触型表示符号表示符号正极正极负极负极金锑合金金锑合金面接触型面接触型N型锗型锗 正极引线正极引线负极引线负极引线 PN 结结底座底座铝合金小球铝合金小球引线引线触丝触丝N 型锗型锗外壳外壳电电工工与与电电子子技技术术9.2 半导体二极管半导体二极管9.2.1 基本结构（一个基本结构（一个PN结）结）(a)点接触型点接触型(b)面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频
18、于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。电电工工与与电电子子技技术术9.2.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二
19、极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流在一定电压反向电流在一定电压范围内保持常数。范围内保持常数。电电工工与与电电子子技技术术9.2.3 主要参数主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.反向工作峰值
20、电压反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的是保证二极管不被击穿而给出的是保证二极管不被击穿而给出的是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压反向峰值电压反向峰值电压反向峰值电压，一般是二极管一般是二极管一般是二极管一般是二极管反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR的的的的一半或三分之二一半或三分之二一半或三分之二一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加最高反
21、向工作电压时的指二极管加最高反向工作电压时的指二极管加最高反向工作电压时的指二极管加最高反向工作电压时的反向电流反向电流反向电流反向电流。反。反。反。反向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大影响，温度越高反向电流越大影响，温度越高反向电流越大影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小。硅管的反向电流较小。硅管的反向电流较小。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百
22、倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。电电工工与与电电子子技技术术二极管的应用举例注意：注意：分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为“短路”，截止时视其为“开路”。UD=0UD=正向导通时相当一个闭合的开关+D D+D D+D DP PN N+反向阻断时相当一个打开的开关+D DP PN N(1)二极管的开关作用电电工工与与电电子子技技术术 二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降
23、硅硅硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3V 分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低的高低若若 V阳阳 V阴阴，二极管导通，二极管导通若若 V阳阳 V阴阴，二极管导通，二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=6V否则，否则，UAB低于低于6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或6.7V例例1：取取 B 点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。二极管起二极管起二极管起二极管起钳位钳位钳位钳位作用。
24、作用。作用。作用。D6V12V3k BAUAB+解：解：电电工工与与电电子子技技术术断开二极管，分析二极管断开二极管，分析二极管断开二极管，分析二极管断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。VA阳阳=+3V，VB阳阳=0 V，VA阴阴=VB阴阴=12 VUA=15V，UB=12V UA UB DA 优先导通，优先导通，钳位，使钳位，使DB截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，VY=+3 V若管压降为若管压降为0.3V,则则VY=+2.7 V例例2:求：求：求：求：V VY YDA：钳位作用，：钳位作用，
25、DB：隔离作用。：隔离作用。-12V解：解：DADB0V3k VYVAVB+3V电电工工与与电电子子技技术术u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例3：二极管的用途：二极管的用途：
26、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VRu uo ou ui i+解：解：电电工工与与电电子子技技术术9.3 稳压二极管稳压二极管1.符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压
27、管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作用。用。用。用。_+UIO +反向反向+正向正向电电工工与与电电子子技技术术3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(1)(1)稳定电压稳定电压UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2
28、)电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化1 1 C引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数。(3)(3)(3)(3)动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻(4)(4)稳定电流稳定电流 IZ、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。电电工工与与电电子子技技术术 例例 1 图中通过稳压管的电流图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？等于
29、多少？R 是限流电阻，其值是限流电阻，其值是否合适？是否合适？IZDZ+20R=1.6 k UZ=12V IZM=18 mAIZIZ IZM，电阻值合适。，电阻值合适。解解 电电工工与与电电子子技技术术9.4 晶体管晶体管9.4.1 基本结构基本结构N 型硅型硅二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜BECN 型硅型硅P 型硅型硅(a)平面型平面型N 型锗型锗ECB铟球铟球铟球铟球PP(b)合金型合金型返回返回电电工工与与电电子子技技术术9.4 晶体管晶体管9.4.1 基本结构基本结构NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极NPNNPN型型型型BECB BE EC CPNP型
30、型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管电电工工与与电电子子技技术术基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射
31、极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大电电工工与与电电子子技技术术三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 基区空穴基区空穴基区空穴基区空穴向发射区的向发射区的向发射区的向发射区的扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不发射区电子不发射区电子不断向基区扩散，断向基区扩散，断向基区扩散，断向基区扩散，形成发射极
32、电形成发射极电形成发射极电形成发射极电流流流流I I I IE E E E。进入进入进入进入P P P P 区的电区的电区的电区的电子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形成电流成电流成电流成电流I I I IBE BE BE BE，多，多，多，多数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。从基区扩散来从基区扩散来从基区扩散来从基区扩散来的电子作为集的电子作为集的电子作为集的电子作为集电结的少子，电结的少子，电结的少子，电结的少子，漂移进入集电漂移进入集电漂移进入集电漂移进入集电结而被收集，结而被收集，
33、结而被收集，结而被收集，形成形成形成形成I I I ICECECECE。集电结反集电结反集电结反集电结反偏，有少子偏，有少子偏，有少子偏，有少子形成的反向形成的反向形成的反向形成的反向电流电流电流电流I I I ICBOCBOCBOCBO。电电工工与与电电子子技技术术9.4.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.晶体管放大的外部条件晶体管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏发射结正偏 VBVE集电结反偏集电结反偏 VCVE集电结反偏集电结反偏 VCVB 电电工工与与电电子子技技术术发射极是输入
34、回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路共发射极电路 测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路输入回路输入回路输出回路输出回路ECICEBmA AVUCEUBERBIBV+电电工工与与电电子子技技术术IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据结
35、论：结论：(1)符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律(2)IC 和和 IE 比比 IB 大得多。大得多。式中，式中，称为称为动态电流动态电流(交流交流)放大系数放大系数电电工工与与电电子子技技术术 (3)当当 IB=0(将基极开路将基极开路)时，时，IC=ICEO，表中，表中 ICEO 0UCB 0即即 VC VB 0UBC VB VE电电工工与与电电子子技技术术9.4.3 特性曲线特性曲线反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：1 1 1 1）直观地分析管子的工作状态
36、）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路电路电路电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线电电工工与与电电子子技技术术1.1.输入特性输入特性输入特性输入特性特点特点特点特点:非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.50.50.50.5V V，锗管锗管锗管锗管0.10.10.10.
37、1V V。正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO电电工工与与电电子子技技术术2.输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常
38、分三个工作区：(1)(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 I IC C=I IB B ，也，也，也，也称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有恒流特性。恒流特性。恒流特性。恒流特性。条件：条件：条件：条件：发射结正向偏置发射结正向偏置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集电结反向偏置集电结反向偏置电电工工与与电电子子技技术术I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(
39、V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB B 0 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有UBE0.5 0 ICIB+UCE(a)放大放大 UBC 0+IC 0 IB=0+UCE UCC (b)截止截止 UBC 0 IB+UCE 0 (c)饱和饱和 UBC 0 +电电工工与与电电子子技技术术ICUCEIBUCCRBUSBCBERC例例9.4.1：UCC=6V，RC=3k，RB=10k，=25，当当UI=3V，1V，-1V时，时，晶体管处于何种工作状态？晶体管处于何种工作状态？解：解：IC最大饱和电流：最大饱和电流：UI=3
40、V时：时：深度饱和深度饱和(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是已不是 的关系）的关系）电电工工与与电电子子技技术术ICUCEIBUCCRBUSBCBERC例例9.4.1：UCC=6V，RC=3k，RB=10k，=25，当当UI=3V，1V，-1V时，时，晶体管处于何种工作状态？晶体管处于何种工作状态？解：解：UI=1V时：时：UI=-1V时：晶体管可靠截止时：晶体管可靠截止放大区放大区电电工工与与电电子子技技术术9.4.4 主要参数主要参数1.电流放大系数电流放大系数，直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，
41、表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：注意：和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的 值在值在20 200之间。之间。电电工工与与电电子子技技术术2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流 ICBO ICBO是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度ICBO
42、 ICBO A+EC3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流)ICEO AICEOIB=0+ICEO受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度ICEO，所以所以IC也也相应增加。相应增加。三极管的温度三极管的温度特性较差。特性较差。电电工工与与电电子子技技术术4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的
43、上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，值的下降，值的下降，当当当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为为为为 I ICMCM。当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。三极管就会被击穿。三极管就会被击穿。三极管就会被击穿。6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM
44、 P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为150150 C C，锗锗锗锗管约为管约为管约为管约为7070 9090 C C。电电工工与与电电子子技技术术I IC CU UCECE=P=PCMCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极
45、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ICUCEO电电工工与与电电子子技技术术例例例例9 9.4.2.4.2：U UCECE=6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 QQ1 1 点点点点I IB B=40=40 A,A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在在在 QQ2 2 点点点点I IB B=60=60 A,A,I IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=
46、02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 0QQ1 1QQ2 2在在在在 QQ1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 QQ1 1 和和和和QQ2 2点，得点，得点，得点，得电电工工与与电电子子技技术术例例2：测得电路中三极管各极对地的电位值如下表所：测得电路中三极管各极对地的电位值如下表所示，判断各管的工作状态及类型。示，判断各管的工作状态及类型。管号管号VB（V）VC（V）VE（V）T10.750T22.732.32T3-160T1：UB
47、E=0.3V，UCE=5V,放大状态，放大状态，NPN型型T2：UBE=0.73V,UCE=0.3V，饱和状态，饱和状态，NPN型型T3：UBE=-1V，截止状态，截止状态，NPN型型电电工工与与电电子子技技术术9.5 光电器件光电器件 光电半导体器件可分为光电半导体器件可分为发光器件发光器件与与光敏器件光敏器件两两大类。大类。发光器件：将发光器件：将电能转换成光能电能转换成光能的器件的器件 如发光二极管如发光二极管(LED)(LED)光敏器件：将光敏器件：将光能转换成电能光能转换成电能的器件的器件 如光电二极管和光电晶体管等如光电二极管和光电晶体管等电电工工与与电电子子技技术术发光二极管发光
48、二极管发光二极管发光二极管(LED)(LED)有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高高高高1.51.5 3V，电流为
49、几，电流为几，电流为几，电流为几 十几十几十几十几mAmA。符号符号符号符号电电工工与与电电子子技技术术光电二极管光电二极管 通过它把光信号转换成电信号。通过它把光信号转换成电信号。I IU U 照度增加照度增加照度增加照度增加符号符号符号符号 光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。增大到几十微安，称为光电流。电电工工与与电电子子技技术术光电光电晶体晶体管管 光电光电晶体晶体晶体晶体管也是靠光的照管也是靠光的照射量来控制电流的器件。射量来控制电流的器件。其最常用的材料是硅，一其最常用的材料是硅，一般仅引出集电极和发射极，般仅引出集电极和发射极，晶体晶体晶体晶体管的参变量为基极电管的参变量为基极电流，而光电流，而光电晶体晶体晶体晶体管的参变管的参变量是入射的光照度。量是入射的光照度。EC符号符号符号符号