模拟电路基础知识教程

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7、1 ;I Klc串联谐振回路 .LC并联谐振回路输入回路统调中频放大电路自动增益电路整机电路分析半导体导电特性导体、绝缘体和半导体自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用 下做定向运动形成较大的电流。因而导体的电阻率很小，只有 1TJ1QTQ cm金属一般为导体, “铜、铝、银等。绝缘体几乎不导电，如橡胶、陶瓷、塑料等。在这类材料中，几乎没有自由电子，即使受外电场作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在而以上。半导体 的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、错、硒等，它们的电阻率通

8、常在10 10 cm之间。半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为* cm ,若按百万分之一的比例掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下降为g- 皿,几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。本征半导体的导电特性二，!:.匕rE 二 : 工 *.S-9-8-1L )妹原于41型田Z0101屈原磔电常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单 晶错（Ge）。所谓单晶，是指整块晶体中的原子 按一定规则整齐地排列着的晶体。非常纯净的单 晶半导体称为本征半导体。一、本征半导体的原子结构半导体错和硅都是

9、四价元素，其原子结构示意图 如图Z0102所示。它们的最外层都有 4个电子， 带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电子看 作一个整体 称为 惯性核 如图Z0101所示。惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有 4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。圉ZO1O2硅本征半二、本征激发一般来说，共价键中的价电子不完全象绝缘体中价电子所受束缚那样强，如果能从外界获 定的能量（如光照、升温、电磁场激发等），一些价电子就可能挣脱共价键的束缚而成为自由理论和实验表明：在常温（T= 300K）下，硅共价键中的价电子只要获得大于电离能.1eV）的能量便可激发成为自由电子。本征错的电离能更小，只有0.7

10、2 eV。当共价键中的一个价电子受激发挣脱原子核的束缚成为自由电子的同时，在共价键中便留 下了一个空位子，称为 “空穴。当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而 填补到这个空穴中来使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个空穴又可能被相邻原子 均价电子填补，再出现新的空穴。价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于带 正电荷的空穴在运动，且运动方向与价电子运动方向相反。为了区别于自由电子的运动，把这种运 动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正点荷的载流子。电子一空穴对本征激发EG (=复合：当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而恢复个共价键，与此

11、同时消失一个“电子一空穴”对，这一相反过程称为复合。动态平衡：在一定温度条件下，产生的 电子一空穴对和复合的电子一空穴对数量相等 时，形成相对平衡，这种相对平衡属于动态平衡，达到动态平衡时电子一空穴对维持一定的数目。可见，在半导体中存在着 自由电子和空穴两种载流子,而金属导体中只有自由电子一种载,这也是半导体与导体导电方式的不同之处。州结的账成杂质半导体的导电特性本征半导体的导电能力很弱，热稳定性也很差，因此，不 宜直接用它制造半导体器件。半导体器件多数是用含有一定数量 的某种杂质的半导体制成。根据掺入杂质性质的不同，杂质半导 体分为N型半导体和 P型半导体两种。一、N型半导体在本征半导体硅（

12、或错）中掺入微量的5价元素，例如磷，则磷原子就取代了硅晶体中少量的硅原子，占据晶格上的某 些位置。如图 Z0103所示。由图可见，磷原子最外层有5个价电子，其中4个价电子分别与邻近4个硅原子形成共价键结构，多余的 1个价电子在 共价键之外，只受到磷原子对它微弱的束缚，因此在室温下，即 可获得挣脱束缚所需要的能量而成为自由电子，游离于晶格之 间。失去电子的磷原子则成为不能移动的正离子。磷原子由于可 以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。在本征半导体中每掺入 1个磷原子就可产生 1个自由电 子，而本征激发产生的空穴的数目不变。这样，在掺入磷的半导体 中，自由电子的数目就远远超过了空穴数目，

13、成为 多数载流子（简 称多子），空穴则为 少数载流子（简称少子）。显然，参与导电的 主要是电子，故这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。二、P型半导体在本征半导体硅（或错）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子，占据晶格上的某些 位置，如图Z0104所示。由图可知，硼原子的 3个价电子分别与其 邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻 的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了 1个空穴。这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。同时，邻近共价键上出现1个空穴。由于硼原子起着接受电子的作用，故称为

14、受主原子，又称受主杂质。在本征半导体中每掺入 1个硼原子就可以提供 1个空穴， 当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于 卜征激发电子的数目，成为多数载流于，而电子则成为少数载流子。显然，参与导电的主要是空 穴，故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。图ZQ105 PN结的理成卜了一层不能移动的施主正离子；同样， 散，与N区界面附近的电子复合而消失， ,的受主负离子。扩散的结果，使交界面 已组成的空间电荷区，因而形成了一个由 场。随着扩散的进行，空间电荷区加宽， ,阻碍多子扩散，促使少子漂移，所以， 平衡时，将形成稳定的空间电荷区，称为 流子，所以又称 PN结为耗尽层

15、或高阻区;反向偏置的PN结一、PN结的形成 在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在两种半导体交界面附近就形成了 PN结，如图Z0105所 示。由于P区的多数载流子是空穴，少数载流子是电子；N区多数载流于是电子，少数载流子是空 穴，这就使交界面两侧明显地存 在着两种载流子的浓度差。因此，N区的电子必然越过界面向P区扩散，并与 P区界面附近的空穴复合而消失，在N区的一侧留P区的空穴也越过界面向N区扩在P区的一侧，留下一层不能移两侧出现了由不能移动的带电离N区指向P区的电场，称为内电 内电场增强，由于内电场的作用 当扩散运动与漂移运动达到动态 PN结

16、。由于空间电荷区内缺少载二、PN结的单向导电性PN结的电流为零。当电源PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过正极接P区，负极接 N区时，称为给 pN结加正向电压 或正向偏置,如图Z0106所示。由于 PN结是高 阻区，而 P区和N区的电阻很小，所以 正向电压 几乎全部加在 PN结两端。在 PN结上产生一个外电 场，其方向与内电场相反，在它的推动下，N区的电子要向左边扩散，并与原来空间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变窄。同样， P区的空穴也要向右边扩散，并与原来空间电荷区的负离子中和，使空 间电荷区变窄。结果使内电场减弱，破坏了PN结原有的动态平衡。于是扩散运动超过了漂移

17、运动，扩散又继续进行。与此同时，电源不断向P区补充正电荷，向N区补充负电荷，结果在电路中形成了较大的正向电流I F。而且IF随着正向电压的增大而增大。当电源正极接 N区、负极接 P区时，称为给 PN结加反向电压 或反向偏置。反向电压产生的外加电场的方向与内电场的方向相同，使PN结内电场加强，它把 P区的多子（空穴）和 N区的多子（自由电子）从 PN结附近拉走，使 PN结进一步加宽，PN结的电阻增大，打破了PN结原来的平衡，在电场作用下的漂移运动大于扩散运动。这时通过PN结的电流，主要是少子形成的漂移电流，称为 反向电流I Ro由于在常温下，少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在

18、一定范围内变化时，它几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。当反向电流可以忽略时，就可认为PN结处于截止状态。值得注意的是，由于本征激发随温度的升高而加剧，导致电子一空穴对,多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声的主，要原因之一，因此， 卜设计电路时，必须考虑温度补偿问题。综上所述，PN结正偏时，正向电流较大，相当于PN结导通，反偏时，反向电流很小，相当于PN结截止。这就是 PN结的单向导电性。三、PN结的击穿特性当PN结上加的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反向击穿。PN结出现击穿时的反向电压称为反向击穿电压，用

19、VB表示。反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿,类。1 .雪崩击穿当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的电子一空穴对。这些新的电子一空穴对，又被强电场加速再去碰撞其它原子，产生更多的电子一空穴对。如此链锁反应，使结内载流子数目剧k并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流。这种击穿称为雪崩击穿。显然雪崩击穿的物理本质是碰撞电离。2 .齐纳击穿齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。由于掺杂浓度很高，PN结很窄，这样即使施加较小的反向电压（5V以下），结层中的电场却很强（可达 3.5X10 V /m左

20、右）。在强电场作用下， 会强行促使 PN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成电子一空穴对，从而产生大量的载流子。它们在反向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。显然，齐纳击穿的物理本质是场致电离。采取适当的掺杂工艺，将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在81000V o而齐纳击穿电压低于5V。在58V之间两种击穿可能同时发生。晶体二极管二板管的伏安特性二极管的结构与伏安特性晶体二极管也称半导体二极管，它是在图Z0107电路符号图七山盛点接触型E二口PN结上加接触电极、引线和管壳封装而成的。按其 结构，通常有点接触型和面结型两类。常用符号 图Z0107中V、VD （本资料用 D）来表示。图Z

21、0111二机管伏安特性曲线东意图点接触型 适用于工作电流小、工作频率高的场合；（如图Z0108 ）面结合型 适用于工作电流较大、工作频率较低的场合；（如图Z0109 ）平面型适用于工作电流大、功率大、工作频率低的场合。（如图Z0110 ）按使用的半导体材料分，有硅二极管和错二极管；按用途分，有普通二极管、整流；极管、检波二极管、混频二极管、稳压二极管、开关二极管、光敏二极管、变容二极管、 ，电二极管等。二极管是由一个PN结构成的，它的主要特性就是单向导电性，通常主要用它的伏安特性来表示O二极管的伏安特性是指流过二极管的电流i D与加于二极管两端的电压UD之间的关系或曲线。用逐点测量的方法测绘出

22、来或用晶体管图示仪显示出来的UI曲线，称二极管的伏安特性曲线。图Z0111是二极管的伏安特性曲线示意图，依此为例说明其特性。一、正向特性由图可以看出，当所加的正向电压为零时，电流为零；当正向电压较小时，由于外电场远不足以克服 PN结内电场对多数载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流很小（几乎为 零），二极管呈现出较大的电阻。这段曲线称为死区。当正向电压升高到一定值Uy （Uth ）以后内电场被显著减弱，正向电流才有明显增加。Uy被称为门限电压或阀电压。Uy视二极管材料和温度的不同而不同，常温下，硅管一般为0.5V左右，错管为 0.1V左右。在实际应用中，常把正向特性较直部分延长交于 卜黄轴的一

23、点，定为门限电压Uy的值，如图中虚线与U轴的交点。当正向电压大于UIT以后，正向电流随正向电压几乎线性增长。把正向电流随正向电压线性增长时所对应的正向电压，称为二极管的导通电压，用UF来表示。通常，硅管的导通电压约为 0.60.8V（一般取为 0.7V ）,错管的导通电压约为0.10.3V （一般取为 0.2V ）。二、反向特性当二极管两端外加反向电压时，PN结内电场进一步增强，使扩散更难进行。这时只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运动形成微弱的反向电流I Ro反向电流很小，且几乎不随反向电压的增大而增大(在一定的范围内)，如图Z0111中所示。但反向电流是温度的函数，将随温度的变化而变化。

24、常温下，小功率硅管的反向电流在nA数量级，错管的反向电流在心 A数量级。 三、反向击穿特性 当反向电压增大到一定数值UBR时，反向电流剧增，这种现象称为二极管的击穿，UBR (或用 VB表示)称为击穿电压，UBR视不同二极管而定，普通二极管一般在几十伏以上且硅管较错管为高。击穿特性的特点是，虽然反向电流剧增，但二极管的端电压却变化很小，这一特点 成为制作稳压二极管的依据。 四、二极管伏安特性的数学表达式由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示：% ;GS0101式中，i D为流过二极管的电流，UDo为加在二极管两端的电压，VT称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为

25、V = kT /q其中T为热力学温度，单位是K; q是电子的电荷量，q=l 502 X 100 .女为玻耳兹曼常数，k=1.3即乂1 口由J/K室温下，可求得v = 26mV。I R ( sat )是二极管的反向饱和电流。五、温度对二极管伏安特性的影响二极管是温度的敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度 的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一 般在室温附近，温度每升高1 C,其正向压降减小22.5mV ;温度每升高 10 C:,反向电流大约增大 1倍左右。综上所述，二极管的伏安特性具有以下特点： 二极管具有单向导电性； 二极管的伏安

26、特性具有非线性； 二极管的伏安特性与温度有关。半导体二极管的主要参数描述二极管特性的物理量称为二极管的参数，它是反映二极管电性能的质量指标，,合理选择和使用二极管的主要依据。在半导体器件手册或生产厂家的产品目录中，对各种 ”号的二极管均用表格列出其参数。二极管的主要参数有以下几种：1 .最大平均整流电流I f (A/)I F (AV)是指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。它与PN结的面积、材料及散热条件有关。实际应用时，工作电流应小于I f (Av),否则，可能导致结温过高而烧毁 PN结。2 .最高反向工作电压VrmVrm是指二极管反向运用时，所允许加的最大反向电压。实际应用时，当

27、反向电压 增加到击穿电压VbR时，二极管可能被击穿损坏，因而，Vrm通常取为(1/22/3 )Vbr。m it- - mi产串体巫号岐布巷方安 标* QB249-74)*睡餐尊塾餐号*不M分吧荣二事生累三押升事.石It二餐分Rtf*事再植以*仲的M席号籍乂罚”防列* xa1三首AC DA H C OE奥耕HE P型惊W kHH利川PUP * IPHfi tt PUP 畦NPH ttu iK D波皆*上度城 s* nev 充电管 开美皆 wnwXG 口ATCE巾劫事匿(JWriz小新*怯(f* Pdt1*O 依上功多曾*； *1* 1 znxvt*社 f k3Mfr1Z A*“) T9AMAV

28、场歌在件养M片的特*tJtK*又表Z0I01国产半导体器件型号的命名方法3 .反向电流 I RI R是指二极管未被反向击穿 时的反向电流。理论上I R = I R(sat ),但考虑表面漏电等因素， 实际上I R稍大一些。I R愈小，表 明二极管的单向导电性能愈好。另 外，I R与温度密切相关，使用时应 注意。4 .最高工作频率f Mf M是指二极管正常工作时， 允许通过交流信号的最高频率。实际 应用时，不要超过此值，否则二极管 的单向导电性将显著退化。f M的大小主要由二极管的电容效应来决定。5 .二极管的电阻就二极管在电路中电流与电压 的关系而言，可以把它看成一个等效 电阻，且有直流电阻与

29、交流电阻之 别。(1)直流等效电阻R)直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压UD与流过二极管的直流电流ID之比，即GS0102RD的大小与二极管的工作点有关。通常用万用表测出来的二极管电阻即直流电阻。不过应注 意的是，使用不同的欧姆档测出来的直流等效电阻不同。其原因是二极管工作点的位置不 司。一般二极管的正向直流电阻在几十欧姆到几千欧姆之间，反向直流电阻在几十千欧姆到 “百千欧姆之间。正反向直流电阻差距越大，二极管的单向导电性能越好。(2)交流等效电阻rdG 30103由口rd亦随工作点而变化，是非线性电阻。通常，二极管的交流正向电阻在几几十欧姆之间。需要指出的是，由于制造工艺的限制，即使是同

30、类型号的二极管，其参数的分散性艮大。通常半导体手册上给出的参数都是在一定测试条件下测出的，使用时应注意条件。半导体二极管的型号命名二极管的型号命名通常根据国家标准GB-249-74 规定，由五部分组成。第一部分,数字表示器件电极的数目；第二部分用汉语拼音字母表示器件材料和极性；第三部分用汉吾拼音字母表示器件的类型；第四部分用数字表示器件序号；第五部分用汉语拼音字母表示规格号。如表 Z101所示。半导体二极管的等效电路与开关特性20112二板营的等效电路一、二极管的电容效应二极管具有电容效应。它的电容包括势垒电容CB和扩散电容Cbo1 .势垒电容cb （Cr）前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流

31、子，其电导率 很低，相当于介质；而 PN结两侧的P区、N区的电导率高，相 当于金属导体。从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容 放电，当PN结两端加反向电压 时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容 充电。这 F中现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并 卜常数，而是与外加电压有关。当外加反向电压增大时，势垒电容减小；反向电压减小时，势垒电 容增大。目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN结电容随外加电压变化的特性制成的。2 .扩散电容CDPN结正向偏置时，N区的电子向

32、P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布， 即靠近PN结一侧浓度高，远离 PN结的一侧浓度低。显然，在 P区积累了电子，即存贮了一定数量 的负电荷；同样，在 N区也积累了空穴，即存贮了一定数即正电荷。当正向电压加大时，扩散增 强，这时由N区扩散到P区的电子数和由 P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成 了电荷堆积，相当于电容器的充电。相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。 卜此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容C相当于两者的并联，即

33、 C =CB + Cd。二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容Cj CD ;而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，C = CB。二、二极管的等效电路二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。为了使电路的分 卜简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。使线性电路的电压、电路关系和二极管外特性 近似一致，那么这个线性电路就称为二极管的等效电路。显然等效电路是在一定条件下的近似。二极管应用于直流电路时，常用一个理想二极管模型来等效，可把它看成一个理想开关。 正偏时，相当于开关闭合（ON ,电阻为零，压降为零；反偏时，相当于 “开关断开（OFF）, 电阻为无限大

34、，电流为零。由于理想二极管模型突出表现了二极管最基本的特性-单向导电性，所,广泛应用于直流电路及开关电路中。在直流电路中如果考虑到二极管的电阻和门限电压的影响。实际二极管可用图Z0112所示的电路来等效。在二极管两端加直流偏置电压和工作在交流小信号的条件下，可以用简化的电路来等效。图中rs为二极管p区和n区的体电阻。三、二极管的开关特性二极管正偏时导通，相当于开关的接通；反偏时截止相当于开关的断开，表明二极管具有 “关特性。不过一个理想的开关，在接通时开关本身电阻为零，压降为零，而断开时电阻为无穷 L电流为零，而且要求在高速开关时仍具有以上特性，不需要开关时间。但实际二极管作为开关 j用，并不

35、是太理想的。因为二极管正向导通时，其正向电阻和正向降压均不为零；反向戳止时， “反向电阻也不是无穷大，反向电流也不为零。并且二极管开、关状态的转换需要一定时间.这就 限制了它的开关速度。因此作开关时，应选用正向电阻RF小、反向电阻 RR大、开关时间小的开关L极管。穿物图片型号主.费参数BZXV13. W3.6VP.1WZT27V12.TV(ITT1F2)P 1W符号本使用时的注息事项1 .正负极的判定2 .反向接入电珞3 .接入限流电阻4 .星压管是联首硅稳压二极管（简称硅 稳压管）实质上是一个硅晶体二 极管。稳压二极管的实例和管子 的符号如图Z0113所示。1 .二极管的击穿现象由二极管的伏

36、安特性可SZ10113 色压二极管知，当加于它两端的反偏电压超过反向击穿电压之后，二极管将，生击穿现象。二极管的击穿通常有三种情况，即雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。（1）雪崩击穿对于掺杂浓度较低的 PN结，结较厚，当外加反向电压高到一定数值时，因外电场过强，使PN结内少数载流子获得很大的动能而直接与原子碰撞，将原子电离，产生新的电子空穴对，由 ，链锁反应的结果，使少数载流子数目急剧增多，反向电流雪崩式地迅速增大，这种现象叫雪崩击 工。雪崩击穿通常发生在高反压、低掺杂的情况下。（2）齐纳击穿对于采用高掺杂（即杂质浓度很大）形成的PN结，由于结很薄（如 0.04心mj）即使外加电压并不高（如4V）,

37、就可产生很强的电场（如 “新 ”）将结内共价键中的价电子拉出来，产 ,大量的电子一空穴对，使反向电流剧增，这种现象叫齐纳击穿（因齐纳研究而得名）。齐纳击穿 :般发生在低反压、高掺杂的情况下。（3）热击穿在使用二极管的过程中，如由于PN结功耗(反向电流与反向电压之积)过大，使结温升高，电流变大，循环反复的结果，超过PN结的允许功耗，使 PN结击穿的现象叫热击穿。热击穿后极管将发生永久性损坏。对于硅PN结，击穿电压在 7V以上的为雪崩击穿；4V以下的为齐纳击穿；在。 47V之间的两种情况都有。无论哪种击穿，只要控制反向电流的数值不致引起热击穿，当反向电压下降到击 工电压以下，其性能可以恢复到未击穿

38、前的状况。2 .稳压管的击穿特性稳压管的正向特性与一般二极管相同，而反向击穿特性很陡峭。3 .稳压管的主要参数(1)稳定电压VZVz稳压管反向击穿后其电流为规定值时它两端的电压值。不同型号的稳压管其Vz的范围不同；同种型号的稳压管也常因工艺上的差异而有一定的分散性。所以，VZ 一般给出的是范围值，例如2CW11的Vz在3.24.5V (测试电流为10mA。当然，二极管(包括稳压管)的正向导通特性也有稳压作用，但稳定电压只有0.6 0. 8V ,且随温度的变化较大，故一般不常用。(2)稳定电流IZI Z是指稳压管正常工作时的参考电流。I Z通常在最小稳定电流I Zmin与最大稳定电流I Zmax

39、之间。其中I Zmin是指稳压管开始起稳压作用时的最小电流，电流低于此值时，稳压效果差；I Zmax，指稳压管稳定工作时的最大允许电流，超过此电流时，只要超过额定功耗，稳压管将发生永久性 击穿。故一般要求 I Zmin I z I Zmax。(3)动态电阻ZrZ是指在稳压管正常工作的范围内，电压的微变量与电流的微变量之比。z越小，表u稳压管性能越好。(4)额定功耗FZPz是由管子温升所决定的参数，Pz=Vz I Zmax。(5)温度系数aa是指Vz受温度影响的程度。硅稳压管在VZ 4V时a 7V时，a 0;在Vz=47V时，a很小三极管的结构与分类晶体三极管晶体三极管又称半导体三极管，简称晶体

40、管或三极管。在三极管内，有两种载流子：电子与空穴，它们同时参与导电，故晶体三极管又称为双极型晶体三极管，简记为BJT (英文BipolarJunction Transistor的缩写)。它的基本功能是具有电流放大作用。一、结构图Z0113和图Z0114给出了 NPN和PNP型两类三极管的结构示意图和表示符号。它有两 个PN结（分别称为发射结和集电结），三个区（分别称为发射区、基区和集电区），从三个区域 引出三个电极（分别称为发射极e、基极b和集电极c）。发射极的箭头方向代表发射结正向导通寸的电流的实际流向。为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺过程中，必须作到：使发射区的掺杂

41、浓度最高，以有效地发射载流子； 使基区掺杂浓度最小，且区最薄，以有效地传输载流子； 使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以有效地收集载流子。*- -=- 皆含的 母求史I SAZ10I13三展件结枸示意图二盘管的中路符号VT（V、T）PNP星NPN整图Z10114三横管的甩路符号二、分类在实际应用中，从不同的角度对三极管可有不同的分类方法。按材料分，有硅管和错管；按结构分，有 NPN型管和PNP型管；按工作频率分，有高频管和低频管；按制造工艺分，有合金管和平面管；按功率分，有中、小功率管和大功率管等等。三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用共射播.法夫更搂法美是假秩NPK樨三的

42、-B4MUE图15三种连接方式一、三极管的三种连接方式三极管在电路中的连接方式有三种：共基极接法；共发射极 接法，共集电极接法。如图Z0115所示。共什么极是指电路的输入端及输出端以这个极作为公共端。必须注意，无论那种接法，为了使三极管具 有正常的电流放大作用，都必须外加大小和极性适当的电压。即必须给发 射结加正向偏置电压，发射区才能起到向基区注入载流子的作用；必须给 集电结加反向偏置电压（一般几几十伏），在集电结才能形成较强的电 场，才能把发射区注入基区，并扩散到集电结边缘的载流子拉入集电区， 使集电区起到收集载流子的作用。二、三极管内部载流子的运动规律在发射结正偏、集电结反偏的条件下，三极

43、管内部载流子的运动，可分为3个过程，下面以NPN型三极管为例来讨论（共射极接法）。1 .发射区向基区注入载流子的过程由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子源源不断地注入基区，基区的多数载流子 空穴，也要注入发射区。如图Z0116所示，二者共同形成发射极电流IE。但是，由于基区掺杂浓度比发射区小23个数量级，注入发射区的空穴流与注入基区的电子流相比，可略去。区而区流 攵射电 家发穴 ，区流向空 量取穴的 ./盖 正玄 结电的系而 笔成LX散子始得 nF合身分看区 fe这成：幌lcBO,集基反问悒和曲流1 E = Ine + Ipp Ine1 b = I nb + Ip* - Icbo55 I

44、nk - Icbo集电区集电结基区发射结发射区Ic - Inc + leno(Ine = Inc + I nb ) I e Ik + Ic三场管内部电选分配关系图Z0116三机管内部甩流分配关系示意图2 .载流子在基区中扩散与复合的过程“发射区注入基区的电子载流子，其浓度从发射结边缘到集电结边缘是逐渐递减的，即形成了一定 的浓度梯度，因而，电子便不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很 低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区的95%以上的电子载流子都能到达集电结。故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了三极管的电流放大能力。3 .集电区收集载流子的过程集电

45、结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形成集电极电流Inc。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在c, b之间形成所谓反向饱和电流Icbo不过，ICBX般很小,因而集电极电流I NC+I CBO= I NCGS0105同时基极电流GS0106IB = I PB +I E -I CB6 I PB - I CBO反向饱和电流I CB由发射区无关，对放大作用无贡献，但它是温度的函数，是管子工作不稳定的主要因素。制造时，总是尽量设法减小它。三、三极管的电流分配关系与放大作用1.电流分配关系由图Z0116可知

46、，三极管三个电极上的电流组成如下:发射极电流I EI E= I NE+ I PE = I NEGS0107基极电流I BI B = I PB + I PE - I CBOI PB - I CBO集电极电流I CI C=I NC+ICB0 I NC同时由图Z0116也可看出由以上诸式可得到I NE= INC + I PBGS0108I E= I C+GS0109它表明，发射极电流 I E按一定比例分配为集电极电流晶体三极管实质上是一个电流分配器件。对于不同的晶体管，尽管I C和基极电流I B两个部分，因而I C与I B的比例是不同的，但上式总是成立的，所以它是三极管各极电流之间的基本关系式o由图

47、Z0116也可以看出，I NC代表由发射区注入基区进而扩散到集电区的电子流,I PB代表从发射区注入基区被复合后形成的电流。对于一个特定的三极管，这二者的比例关系是确定的，通常将这个比值称为共发射极直流电流放大系数。用6表示,.欠夕GS0110即 ipB +10白GS0H1如果忽略ICBO则该式说明Ib对Ic有控制作用。变换一下式 GS0110,可写成=戌3 +。+3）/侬0GS0112令Go = (1+在如则上式可写成Zb =g- IcIG = B】 + CBOF =。十）1会十GS0114部分是此式表明，集电极电流由两部分组成：一部分是i CSQ = （1 + Z? ）1 OBQ应九 它表

48、示I C与I B的比例关系，另称为穿透电流其意义将在三极管参数中介绍O综合共射极三极管的电流分配关系，可写为Zs -Ib-IcGS0114三极管的电流分配关系还可以用由发射区传输到集电区的电子流I NC与发射极总发射的电子流I E之间的比例关系来表示。将这二者的比值称为共基极直流电流放大系数，用区表示GS0115即:由于 I c = I nc+ I Icbo 且 I c Icbo 故:GS0116该式说明Ie对Ic也有控制作用 由上可得出共基极电流分配关系为(330117(isoiis由它们各自的表达式知:观电费供电即:在着内在联系。0和汉都是描述三极管的同一过程，它们之间必然存(1 十 3+

49、】CBOB (1+/?)/图ZOIW 三极管的大电路OS0119一般 a 1(约 20 200)2.三极管的放大作用图Z0117为共射接法的三极管放大电路。待放大的输入信号Ui接在基极回路，负载电阻Rc接在集电极回路，Rc两端的电压变化量Ui）引起基极电流增加了A旧，Uo就是输出电压。由于发射结电压增加了 集电极电流随之增加了 A I C , A I C =Ui （由 UBe 变成 LBe+B A I b,它在Rc形成输出电压 uo= A I cRh 3 A I b Rc。只要Rc取值较大，便有Uo ?font size=+1ui,从而实现了放大。三极管的特性曲线三相常热发明树特性曲或恻试电路

50、图3mw测试电路三极管外部各极电压 和电流的关系曲线，称为三极 管的特性曲线，又称伏安特性 曲线。它不仅能反映三极管的 质量与特性，还能用来定量地 估算出三极管的某些参数，是分析和设计三极管电路的重要依据O对于三极管的不同连接方式，有着不同的特性曲线。应用最广泛的是共发射极电路，其基本测试电路如图Z0118所示，共发射极特性曲线可以用描点法绘出，也、输入特性曲线在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压LBe和I b之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如图LBe维持不同的定值时,Z0119所示。输入特性曲线的数学表达式为:I b= f ( LBe) | LBe =常数GS0

51、120(2) UCE由零开一一 .一 %右移，而且当 UCE的数值增由图Z0119可以看出这簇曲 线，有下面几个特点：(1) UBe = 0 的一 条曲线与二极管的正向特性 相似。这是因为 UCe= 0时， 集电极与发射极短路，相当 于两个二极管并联，这样IB与UCe的关系就成了两个并 联二极管的伏安特性。始逐渐增大时输入特性曲线至较大时(如 UCe 1V),各曲线几乎重合。这是因为UCe由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而 Ib减小。如保持IB为定值，就必须加大 Ube ,故使曲线右移。当 UCe较大时(如 UCe1V)

52、,集电结所加反向电压，已足能把注入基区的 在平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致UCe再增加，I b也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。(3)和二极管一样，三极管也有一个门限电压Vy,通常硅管约为 0.50.6V,错管约为0.1 0.2V。二、输出特性曲线输出特性曲线如图 Z0120所示。测试电路如图 Z0117。l/a.c 表示常数)GS0121前出特性曲线的数学表达式为：由图还可以看出，输出特性曲线可分为三个区域：(1)截止区：指I B=0的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流ICE

53、O0(2)饱和区：指绿色区域。在此区域内，对应不同IB值的输出特性曲线簇几乎重合在一起。也就是说，UCE较小时，Ic虽然增加，但Ic增加不大，即IB失去了对Ic的控制能力。这种情 况，称为三极管的饱和。饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。三极管集电极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用UCES表示。UCESB小，通常中小功率硅管UCE女0.5V；三极管基极与发射极之间的电压称为基一射饱和压降，以UCES表示，硅管的 UbESE 0. 8V左右。OA线称为临界饱和线(绿色区域右边缘线)，在此曲线上的每一点应有UbE = I UBE。它是各特性曲线急剧拐弯点的连线。在临界饱和状态下的三极管，其集电极电流称 为临界集电极电流，以 I cs表示；其基极电流称为临界基极电流，以 I BS表示。这时Ics与IBS的 关系仍然成立。(3)放大区：在截止区以上，介于饱和区与击穿区之间的区域为放大区。在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水平线，Ic的变化量与I