教学配套课件：电子技术-第十四套

1、电子技术第1章 半导体器件 第一节 PN结 第二节 半导体二极管 第三节 半导体三极管第四节 场效应晶体管 第五节 晶体二极管、三极管的识别与简单测试（12学时，其中讲10学时，实验2学时）第一节 PN结 半导体器件是20世纪中期发展起来的，它具有体积小、质量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点。一、半导体的基本特性 物体根据导电能力的强弱可分为三大类。（一）是导体:其导电能力特别强，如：金属元素、酸、碱、盐；（二）绝缘体:几乎不能导电的物质，如：玻璃、橡胶、塑料、陶瓷；（三）半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如：四价元素、金属氧化物、金属硫化物。半导体的特性：

2、（1）热敏性（2）光敏性（3）掺杂性本征半导体（纯净的半导体） 物质中可以自由运动的带电粒子在电场力的作用下作定向移动，形成了电流。 自由运动的带电粒子称为载流子物质导电能力的大小，主要取决于物质内部载流子的浓度。纯净的半导体称为本征半导体。有 两种载流子，一种是电子载流子，另一种是空穴载流子。常用半导体材料是：硅和锗，它们都是4价元素即：最外层电子为4 个。最外层电子称为价电子。原子核带正电，电子带负电。正负荷之间存在相互吸引。 每个原子与原子之间形成共价键，价电子既受原子核的吸引力，同时又受共价键对它的束缚力。 常温下：只有极少数电子挣脱原子核和共价键的束缚而成为自由子。电子载流子。 同时

3、留下一个空位，又称为空穴空穴运动。 电子和空穴是成对出现。称为电子空穴对。 所以本征半导体中具有电子载流子和空穴载流子两种类型。半导体因为热运动：一方面不断产生新的自由电子和相应数量空穴。 另一方面，自由电子在运动中又会与空穴重新结合而消失称为复合。 在一定的温度下，自由电子、空穴的产生和复合达到动态平衡。使电子、空穴对维持一定的数目。 总的浓度低，导电能力差。 图1.1单晶硅的共价键结构 2. 杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。 （1） P型半导体 P型半导体是在本征半导

4、体硅（或锗）中掺入微量的3价元素（如硼、铟等）而形成的。因杂质原子只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，缺少1个电子，因此在晶体中便产生一个空穴。 空穴是多数载流子简称多子，电子是少数载流子简称少子。 2. N型半导体 N型半导体是在本征半导体硅中掺入微量的5价元素（如磷、砷、镓等）而形成的，杂质原子有5个价电子与周围硅原子结合成共价键时，多出1个价电子。 电子是多子，空穴是少子。 二 PN结 1. PN结的形成 在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体，它们的交界面附近会形成一个很薄的空间电荷区，称其为PN结。 PN结的形成过程如下图所示。 注意：失去电子带正，得到电子带负电。

5、左侧是P型半导体，多数载流子是空穴；右侧是N型半导体，多数载流子是电子。由于浓度差，浓度高的地方会向浓度低运动，这种运动称为扩散运动。在交界面的两侧自由电子和空穴复合后，分别留下不能移动的正负离子，形成了空间电荷区，这个空间电荷区就是PN结。空间电荷区的出现建立了内电场，电场力对继续扩散的多数载流子起阻碍作用，使扩散运动减弱。内电场对界面两侧的少数载流子产生推动力，使它们运动越过边界。通常将少数载流子在电场力作用下的运动称漂移运动。扩散运动：空间电荷区展宽；漂移运动：空间电荷区变窄。 多子的扩散和少子的漂移运动达到动态平衡，PN结就形成了。 2. PN结的单向导电性 1）PN结正向偏置导通 给

6、PN结加上电压，使电压的正极接P区，负极接N区（即正向连接或正向偏置），如图1.3（a）所示。外电场与内电场方向相反，抵消内电场的作用，使扩散运动加强。同时电源不断地向P区拉走电子相当补充空穴，维持浓度差不变，其结果使电路中形成较大的扩散电流，由P区流向N区。这时PN结对外呈现较小的阻值，处于正向导通状态。 图1.3PN结的单向导电性 （a）正向连接; （b）反向连接电子运动方向 2）PN结反向偏置截止 将PN结按图1.3（b）所示方式连接（称PN结反向偏置）。由图可见，外电场方向与内电场方向一致，阻止了多数载流子的扩散运动，PN结变宽、变厚，扩散运动几乎难以进行，使漂移运动增强。由于漂移运动

7、是少子运动，因而漂移电流很小；若忽略漂移电流，则可以认为PN结截止。 综上所述，PN结正向偏置时，正向电流很大；PN结反向偏置时，反向电流很小，这就是PN结的单向导电性。 P241、金属导电与半导体导电有什么区别？ 2、什么是N型半导体，什么是P型半导体? 3、怎样使用万用表判断二极管正、负极与好、坏。第二节 半导体二极管 一 基本结构和表示符号 在一个PN结的P区和N区各接出一条引线，然后再封装在管壳内，就制成一只晶体二极管。 P区引出线叫正极（或阳极）N区引出端叫负极（阴极） 它的符号为： 半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。二极管按其结构的不同可以分为点接触型和面接触型两类。 点接触

8、型二极管的结构，如图1.4（a）所示。这类管子的PN结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和大电流，因而适用于制做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。 面接触型二极管或称面结型二极管，其结构如图1.4（b）所示。这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，其极间电容大，因而适用于整流，而不宜用于高频电路中。 图1.4半导体二极管的结构及符号（a）点接触型结构;（b）面接触型结构; 二 伏安特性 根据制造材料的不同，二极管可分为硅、锗两大类。相应的伏安特性也分为两类。图1.5（a）所示为硅二极管的伏安特性;图1.5（b）所示为锗二极管的伏安特性。现以图1.5（a）所

9、示硅二极管为例来分析二极管的伏安特性。 图1.5 二极管的伏安特性 （a）硅二极管2CP6; 图1.5 二极管的伏安特性 （b）锗二极管2AP15 DE 1）正向特性 0A段：称为“死区”。 段：称为正向导通区。 2）反向特性 0段：称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，呈截止状态。 段：称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧加大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记做B。 普通二极被击穿后，不能恢复，失去单向导电性，将造成永久性损坏。理想二极管：外加正向电压时，正向电压降和正向电阻等于零，相当于开关闭合； 外加反向电

10、压时，二极管截止，相当于开关断开。 三 半导体二极管的主要参数 二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标，只有正确理解这些参数的意义，才能合理、正确地使用二极管。 1. 最大整流电流IF 最大整流电流是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过结时要引起管子发热。电流太大，发热量超过限度，就会使结烧坏。例如最大整流电流为mA。 2. 最高反向工作电压URM 是保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。一般规定为反向击穿电压的一半或三分之二。 3. 最大反向电流IRM 指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流。希望该值越小越好。 二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体

11、器件手册中都给出不同型号管子的参数。在使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则管子容易损坏。 四、二极管基本电路及其应用1、整流应用：如下图2、钳位应用例1-1在如下图所示的电路中，已知输入端A的电位为 UA3V，B的电位UB0V，通过电阻R连接12V电源，求输出端电位UF。钳位作用隔离作用解：因为UAUB,所以二极管D1优先导通，设二极管为理想元件，则输出端F的电位为UF3V。当D1导通后，D2上加的是反向电压，D2因而截止。 在这里，二极管D1起钳位作用，把F端的电位钳位在3V；D2起隔离作用，把输入端B和输出端F隔离开来。3、限幅应用例1.2 在上图中，已知输入电压

12、，电源电动势E5V，二极管为理想元件，试画出输出电压的波形。 解：当uiE 时，D导通其等效电路为： 当uiE时，D截止其等效电路为： 4、稳压应用5、开关应用6、 特殊二极管 特殊用途的二极管在电子设备中早已得到广泛的应用，这里简单介绍几种特殊用途的二极管。（1）稳压二极管：是一种特殊的面接触型硅管，工作在反向击穿区。 1）稳压特性 稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路如图1.10所示，它的正向特性曲线与普通二极管相似，而反向击穿特性曲线很陡。在正常情况下稳压管工作在反向击穿区，由于曲线很陡，反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，因而具有稳压作用。图中的UB表示反向击穿电压，

13、当电流的增量IZ很大时，只引起很小的电压变化UZ。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会形成破坏性的热击穿。因此，在电路中应与稳压管串联一个具有适当阻值的限流电阻。 图1.10 稳压管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路（a）伏安特性曲线;（b）图形符号;（c）稳压管电路 阳极阴极 2）基本参数 （1）稳定电压UZ是指在规定的测试电流下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压。 （2）稳定电流IZ是指稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在IZminIZmax之间。 （3）最小稳定电流IZmin是指稳压管进入反向击穿区时的转折点电流。 （4）最大稳定电流IZmax是指稳压管长期工作时允许通过的最大反向

14、电流，其工作电流应小于IZmax。 （5）最大耗散功率PM是指管子工作时允许承受的最大功率，其值为PM=IZmaxUZ。 （6）动态电阻rZ。它被定义为rZ=UZ/IZ。 2. 光电二极管 光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，只是在它的结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。光电二极管的结在反向偏置状态下运行，其反向电流随光照强度的增加而上升。图.（）是光电二极管的图形符号，图（b）是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是其反向电流与光照度成正比。能将光信号转变为电信号输出。 光电二极管可用来作为光控元件。当制成大面积的光电二极管时，能将光能直接转换为电能，可作为一种能源，因而称

15、为光电池。 图1.11 光电二极管 （）图形符号; （b）特性曲线 3. 发光二极管 发光二极管是一种能把电能转换成光能的特殊器件。这种二极管不仅具有普通二极管的正、反向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还会发出可见光和不可见光（即电致发光）。目前应用的有红、黄、绿、蓝、紫等颜色的发光二极管。此外，还有变色发光二极管，即当通过二极管的电流改变时，发光颜色也随之改变。图1.12（a）所示为发光二极管的图形符号。 发光二极管常用来作为显示器件，它的另一个重要的用途是将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。 图1.12 发光二极管（a）图形符号; （b）光电传输系统

16、P24 4、在如图所示的各个电路中，己知直流电压 3V，电阻R1K，二极管的正向压降为0.7V，求。5、二极管电路如图所示，已知输入电压二极管的正向压降和反向电流均可忽略。试画出输出电压的波形。V，6、两个稳压管和 正向压降都是0.5V。如果得到0.5V、3V、6V、9V和14V几种 稳定电压，这两个稳压管(还有限流电阻)应该如何连接? 画出各个电路。，其稳定电压分别为5.5V和8.5V，4、解：（a) D导通 （b) D截止（c) D导通5、（a)3030VVSS解：ui 0时，D导通其等效电路为：u0=0vui5V时，D截止其等效电路为：u0=5V-5-5-5-30-30解：ui 5V时，

17、D导通其等效电路为：uo=5Vui5V时，D截止其等效电路为：ui=uo56、解：(a) uo=0.5VUo=8.5-5.5=3(v)(c) Uo=5.5+0.5=6(v)(d) Uo=8.5+0.5=9(v)(e) Uo=5.5+8.5=14(v)第三节 半导体三极管 半导体三极管也称为晶体三极管或三极管。有两个PN结，主要作用是电流放大，是电子电路的核心部件。一、 三极管的基本结构、符号和分类 三极管的构成是在一块半导体上用掺入不同杂质的方法制成两个紧挨着的PN结，并引出三个电极，如图1.14所示。三极管有三个区：发射区、基区、集电区；各区引出的电极依次为发射极（极）、基极（极）和集电极（

18、极）。 发射区和基区在交界处形成发射结；基区和集电区在交界处形成集电结。根据半导体各区的类型不同，三极管可分为NPN型和PNP型两大类，如图1.14（a）、（b）所示。种类很多：1）按照半导体材料的不同分有硅管、锗管； 2）按功率分有小功率、中功率和大功率； 3）按照频率分有高频管和低频管； ）按照结构分有NPN型管和PNP型管。 目前NPN型管多数为硅管，PNP型管多数为锗管。因硅NPN型三极管应用最为广泛，故本书以硅NPN型三极管为例来分析三极管及其放大电路的工作原理。 图1.14 三极管的组成与符号 （a）NPN型; （b）PNP型 图1.14 三极管的组成与符号 （a）NPN型; （b

19、）PNP型 为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的内部结构条件，即： （1）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够的载流子供“发射”。 （2）基区很薄，掺杂浓度很低，以减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关键所在。 （3）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。 由此可见，三极管并非两个PN结的简单组合，不能用两个二极管来代替；在放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。 二、 三极管的电流放大原理 1. 三极管的工作电压和基本连接方式 1）工作电压 三极管要实现放大作用必须满足的外部条件：发射结加正向电压，集电结加反向电压，即发射结正偏，

20、集电结反偏。如图1.15所示，其中V为三极管，UCC为集电极电源电压，UBB为基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好相反，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻。若以发射极电压为参考电压，则三极管发射结正偏，集电结反偏这个外部条件也可用电压关系来表示：对于NPN型：UCUBUE；对于PNP型：UEUBUC。 图1.15三极管电源的接法 （a）NPN型; （b）PNP型 2）基本连接方式 三极管有三个电极，而在连成电路时必须由两个电极接输入回路，两个电极接输出回路，这样势必有一个电极作为输入和输出回路的公共端。根据公共端的不同，有三种基本连接方式。 （1）共发射极接法（简称共射接法）。共射接法

21、是以基极为输入端的一端，集电极为输出端的一端，发射极为公共端，如图1.16（a）所示。 （2）共基极接法（简称共基接法）。共基接法是以发射极为输入端的一端，集电极为输出端的一端，基极为公共端，如图1.16（b）所示。 （3）共集电极接法（简称共集接法）。共集接法是以基极为输入端的一端，发射极为输出端的一端，集电极为公共端，如图1.16（c）所示。 图中“”表示公共端，又称接地端。无论采用哪种接法，都必须满足发射结正偏，集电结反偏。 图1.16三极管电路的三种组态（a）共发射极接法;（b）共基极接法;（c）共集电极接法 2. 电流放大三极管电流测量数据由实验测量可得出如下结论：IE=IC+IBI

22、EICIB(3) 小结 一 、半导体三极管的结构与符号NN P发射极E基极B集电极C发射结集电结 基区 发射区 集电区NPN型 E C B PP NEBCE C B PNP型 分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分高频管低频管按功率分小功率管 1 W二、 电流放大原理1. 三极管放大的条件内部 条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部 条件发射结正偏集电结反偏2. 满足放大条件的三种电路uiuoCEBE C B uiuoE C B uiuo共发射极共集电极共基极实现电路uiuoRBRC 三、 半导体三极管的特性曲线及主要参数 1. 三极管的特性曲线 三极管

23、的特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。从使用角度来看，外部特性显得更为重要。因为三极管的共射接法应用最广，故以NPN管共射接法为例来分析三极管的特性曲线。 由于三极管有三个电极，它的伏安特性曲线比二极管更复杂一些，工程上常用到的是它的输入特性和输出特性。 1）输入特性曲线 当UCE不变时，输入回路中的电流IB与电压UBE之间的关系曲线被称为输入特性，即(12)输入特性曲线如图1.18所示。 图1.18 输入特性 当UCE=0时，三极管的输入回路相当于两个PN结并联，如图1.19所示。三极管的输入特性是两个正向二极管的伏安特性。 当UCEUBE时，b、e

24、两极之间加上正向电压。集电结反偏，发射区注入基区的电子绝大部分漂移到集电极，只有一小部分与基区的空穴复合形成基极电流IB。与UCE=0时相比，在相同UBE条件下，IB要小得多，输入特性曲线向右移动；若UCE继续增大，曲线继续右移。图1.19 UCE=0时，三极管测试电路和等效电路 （a）测试电路;（b）等效电路 当UCE1V时，在一定的UBE条件之下，集电结的反向偏压足以将注入到基区的电子全部拉到集电极，此时UCE再继续增大，IB也变化不大，因此 UCE1V以后，不同UCE值的各条输入特性曲线几乎重叠在一起。所以常用UCE1V的某条输入特性曲线来代表UCE更高的情况。在实际应用中，三极管的UC

25、E一般大于1V，因而UCE1V时的曲线更具有实际意义。 由三极管的输入特性曲线可看出：三极管的输入特性曲线是非线性的，输入电压小于某一开启值时，三极管不导通，基极电流为零，这个开启电压又叫阈值电压。对于硅管，其阈值电压约为0.5V，锗管约为0.10.2V。当管子正常工作时，发射结压降变化不大，对于硅管约为0.60.7V，对于锗管约为0.20.3V。 2）输出特性曲线 当IB不变时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系曲线称为输出特性曲线，即(13) 固定一个IB值，可得到一条输出特性曲线，改变IB值，可得到一族输出特性曲线。 以硅NPN型三极管为例，其输出特性曲线族如图1.20所示。在输

26、出特性曲线上可划分三个区：放大区、截止区、饱和区。 图1.20 NPN管共发射极输出特性曲线 （1）放大区。当UCE1V以后，三极管的集电极电流 IC=IB+ICEO，IC与IB成正比而与UCE关系不大。所以输出特性曲线几乎与横轴平行，当IB一定时，IC的值基本不随UCE变化，具有恒流特性。IB等量增加时，输出特性曲线等间隔地平行上移。这个区域的工作特点是发射结正向偏置，集电结反向偏置，ICIB。由于工作在这一区域的三极管具有放大作用，因而把该区域称为放大区。 （2）截止区。当IB=0时，IC=ICEO，由于穿透电流CEO很小，输出特性曲线是一条几乎与横轴重合的直线。 （3）饱和区。当UCEU

27、BUE；工作于截止区时，UEUB;工作于饱和区时，UB最高。 2. 三极管的主要参数 三极管的参数是表征管子性能和安全运用范围的物理量，是正确使用和合理选择三极管的依据。三极管的参数较多，这里只介绍主要的几个。 1）电流放大系数 电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。 （1）共发射极交流电流放大系数。指集电极电流变化量与基极电流变化量之比，其大小体现了共射接法时，三极管的放大能力。即 （2）共发射极直流电流放大系数 。 为三极管 集电极电流与基极电流之比，即 因 与的值几乎相等，故在应用中不再区分，均用表示。 2）极间反向电流 （1）集电极基极间的反向电流ICBO。ICBO是指发射极开

28、路时，集电极基极间的反向电流，也称集电结反向饱和电流。温度升高时，ICBO急剧增大，温度每升高10，ICBO增大一倍。选管时应选ICBO小且ICBO受温度影响小的三极管。 （2）集电极发射极间的反向电流ICEO。ICEO是指基极开路时，集电极发射极间的反向电流，也称集电结穿透电流。它反映了三极管的稳定性，其值越小，受温度影响也越小，三极管的工作就越稳定。 3）极限参数 三极管的极限参数是指在使用时不得超过的极限值，以此保证三极管的安全工作。 （1）集电极最大允许电流ICM。集电极电流IC过大时，将明显下降，ICM为下降到规定允许值（一般为额定值的1/22/3）时的集电极电流。使用中若ICICM

29、，三极管不一定会损坏，但明显下降。 （2）集电极最大允许功率损耗PCM。管子工作时，UCE的大部分降在集电结上，因此集电极功率损耗PC=UCEIC，近似为集电结功耗，它将使集电结温度升高而使三极管发热致使管子损坏。工作时的PC必须小于PCM。 （3）反向击穿电压U(BR)CEO,U(BR)CBO,U(BR)EBO。U(BR)CEO为基极开路时集电结不致击穿，施加在集电极发射极之间允许的最高反向电压。U(BR)CBO为发射极开路时集电结不致击穿，施加在集电极基极之间允许的最高反向电压。U(BR)EBO为集电极开路时发射结不致击穿，施加在发射极基极之间允许的最高反向电压。 它们之间的关系为 U(B

30、R)CEOU(BR)CBOU(BR)EBO。通常U(BR)CEO为几十伏，U(BR)EBO为数伏到几十伏。 根据三个极限参数ICM,PCM,U(BR)CEO可以确定三极管的安全工作区，如图1.22所示。三极管工作时必须保证工作在安全区内，并留有一定的余量。 图1.22 三极管的安全工作区1.4 场效应管 场效应管（简称FET）是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，所以又称之为电压控制型器件。因它具有很高的输入电阻，能满足高内阻信号源对放大电路的要求，所以是较理想的前置输入级器件。它还具有热稳定性好、功耗低、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，因而得到了广泛的应用。它与三 极管的主要区

31、别是：1、场效应管只靠一种极性的载流子（电子或空穴）导电，又称为单极型晶体管。2、场效应管晶体管的导电途径为：沟通 。3、场效应管的基本工作原理是通过外加电场对沟通有厚度和形状进行控制，以改变沟通的电阻，从而电流的大小。 场效应管结型场效应管绝缘栅型场效应管（简称MOS管）N沟通耗尽型P沟通耗尽型增强型耗尽型N沟通P沟通N沟通P沟通G 沟道增强型绝缘栅场效应管 1）结构和符号 图1.23是N沟道增强型MOS管的示意图。MOS管以一块掺杂浓度较低的P型硅片做衬底，在衬底上通过扩散工艺形成两个高掺杂的N型区，并引出两个极作为源极S和漏极D；在P型硅表面制作一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，在二

32、氧化硅表面再喷上一层金属铝，引出栅极G。这种场效应管栅极、源极、漏极之间都是绝缘的，所以称之为绝缘栅场效应管。 绝缘栅场效应管的图形符号如图1.23（b）、(c)所示，箭头方向表示沟道类型，箭头指向管内表示为N沟道MOS管(图(b)，否则为P沟道MOS管(图(c)。图1.23 MOS管的结构及其图形符号 2）工作原理 图1.24是N沟道增强型MOS管的工作原理示意图，图1.24（b）是相应的电路图。工作时栅源之间加正向电源电压UGS，漏源之间加正向电源电压UDS,并且源极与衬底连接,衬底是电路中最低的电位点。 当UGS=0时，漏极与源极之间没有原始的导电沟道，漏极电流ID=0。这是因为当UGS

33、=0时，漏极和衬底以及源极之间形成了两个反向串联的PN结，当UDS加正向电压时，漏极与衬底之间PN结反向偏置的缘故。 图1.24 N沟道增强型MOS管工作原理 (a)示意图； (b)电路图 当UGS0时，栅极与衬底之间产生了一个垂直于半导体表面、由栅极G指向衬底的电场。这个电场的作用是排斥P型衬底中的空穴而吸引电子到表面层，当UGS增大到一定程度时，绝缘体和P型衬底的交界面附近积累了较多的电子，形成了N型薄层，称为N型反型层。反型层使漏极与源极之间成为一条由电子构成的导电沟道，当加上漏源电压UGS之后，就会有电流ID流过沟道。通常将刚刚出现漏极电流ID时所对应的栅源电压称为开启电压，用UGS(

34、th)表示。 当UGSUGS(th)时，UGS增大、电场增强、沟道变宽、沟道电阻减小、ID增大；反之，UGS减小，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。所以改变UGS的大小，就可以控制沟道电阻的大小，从而达到控制电流ID的大小，随着UGS的增强，导电性能也跟着增强，故称之为增强型。 必须强调，这种管子当UGSUGS(th)时，反型层（导电沟道）消失，ID=0。只有当UGSUGS(th)时，才能形成导电沟道，并有电流ID。 3）特性曲线 （1）转移特性曲线为 由图1.25所示的转移特性曲线可见，当UGSUGS(th)时，导电沟道没有形成，ID=0。当UGSUGS(th)时，开始形成导电沟道，并随着U

35、GS的增大，导电沟道变宽，沟道电阻变小，电流ID增大。 （2）输出特性曲线为 图1.25 转移特性曲线 图1.26为输出特性曲线，与结型场效应管类似，也分为可变电阻区、恒流区（放大区）、夹断区和击穿区，其含义与结型场效应管输出特性曲线的几个区相同。 图1.26 输出特性曲线 可变电阻区恒流区夹断区和击穿区 注意事项 (1)在使用场效应管时，要注意漏源电压UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等值不能超过最大允许值。 (2)场效应管从结构上看漏源两极是对称的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能对换用。 (3)结型场效应管的栅源电压UGS不能加正向

36、电压，因为它工作在反偏状态。通常各极在开路状态下保存。 (4)绝缘栅型场效应管的栅源两极绝不允许悬空，因为栅源两极如果有感应电荷，就很难泄放，电荷积累会使电压升高，而使栅极绝缘层击穿，造成管子损坏。因此要在栅源间绝对保持直流通路，保存时务必用金属导线将三个电极短接起来。在焊接时，烙铁外壳必须接电源地端，并在烙铁断开电源后再焊接栅极，以避免交流感应将栅极击穿，并按S、D、G极的顺序焊好之后，再去掉各极的金属短接线。 (5）注意各极电压的极性不能接错。第五节晶体二极管、三极管的识别与简单测试一、晶体管的识别 略二、晶体管的测试（R X 100或R X 1K档）1.用万用表测试晶体二极管 如图所示

37、若将黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极，则二极管处于正向偏置，呈现低电阻；反之二极管处于反向偏置，呈现高电阻。2.用万用表测试晶体三极管（1）先判断型号和基极b黑笔（+）红笔（）红笔（）红笔（）黑笔（+）黑笔（+）NPN型：黑笔接 b，红笔接c和e，两个PN正偏，电阻小；PNP型：红笔接b，黑笔接c和e，两个PN正偏，电阻小。黑笔（+）红笔（）红笔（）黑（2）红（1）（3）两次测量电阻都很大两次测量电阻一大一小两次测量电阻都很小红（2）黑（1）（3）两次测量电阻都很小两次测量电阻一大一小（2）为基极b 型号是PNP（2）不是基极b（2）不是基极b两次测量电阻都很大两次测量电阻一大一小（

38、2）为基极b 型号是NPN（2）不是基极b 红（2）黑（1）（3）（2）判断集电极（c）发射极（e) NPN型：黑笔跟着人体走，以偏转大，电阻小为准，黑笔接的为c ，红笔接的为e ； PNP型：红笔跟着人体走，以偏转大，电阻小为准，红笔接的为e ，黑笔接的为c 。P247、三极管主要功能是什么?放大的实质是什么?放大的能力用什么来衡量? 8、在电路中测出各三接管的三个电极对地电位如图所示，试判断各三极管处于何种工作状态。4.2V7、答三极管的主要功能是电流放大作用； 放大的实质是用一个小电流去控制一个大电流； 放大能力用放大倍数来衡量。8、解 （a) 截止状态 （b) 饱和状态（c) 放大状态

39、 （d) 截止状态 (e) 放大状态 (f) 饱和状态第二章 基本放大电路第一节 基本放大电路的组成和电压放大原理第二节 放大电路分析第三节 放大器静态工作点的稳定 第四节 共集电极放大电路第五节 多级放大电路第六节 差分放大电路第七节 功率放大电路 (13学时）第一节 基本放大电路的组成和电压放大原理 一、放大电路的分类放大：从表面看是将小信号的幅度变大，但放大的本质是实现能量的控制。分类:、按被放大信号的幅度可分为小信号和大信号放大器；、按用途可分为电流放大器、电压放大器和功率放大器；、按晶体管的工作状态可分为甲类放大器、乙类放大器和甲乙类放大器。 、按晶体管的联接方式可分为：共发射极放大

40、器、共集电极放大器和共基极放大器。、按被放大信号的频率可分为：直流放大器、低频放大器、中频放大器和高频放大器。 二、基本放大电路的组成和电压放大原理 （以共发射极基本放大电路 为例）.共发射极基本 放大电路的组成 图2.1 基本放大电路 下面分析基本放大电路中各元件的作用。 (1）三极管：核心元件，具有电流放大作用，使IC=IB。(2）基极偏置电阻R：它和电源UBB一起给基极提供一个合适的基极直流IB；使发射结正向偏置。通常的取值为几十千欧到几百千欧。 (3）集电极负载电阻RC :三极管的电流放大转换为电压放大 ；使集电结反向偏置。一般的值为几百欧到几千欧。 (4）直流电源Vcc：一是通过和使

41、三极管发射结正偏、集电结反偏，使三极管工作在放大区；二是给放大电路提供能源。一般为几伏到几十伏。 （5）耦合电容C1、C2起到一个“隔直通交”的作用，避免放大电路的输入端与信号源之间，输出端与负载之间直流分量的互相影响。一般和选用电解电容器，取值为几微法到几十微法。在使用时，应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致，正极接高电位，负极接低电位。 （6）电路中符号“”表示电路的参考零电位点，通常称为“地”。 2.共发射极基本放大电路的工作原理 （1） 静态工作情况分析 无输入信号（ui =0）时的情况：当放大电路没有输入信号时，各处的电压、电流都是不变的直流量，电路处于静止状态。电流和电压

42、分别用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ（或IB、IC、UBE、UCE）表示。这四个数值可表示为晶体管输入特性和输出特性上的一个点，称为静态工作点，用Q表示，如图2-2所示。静态工作点设置的如何对放大电路工作性能有很大影响。 UCEUCCICRc IC=IB 2. 动态工作情况分析 有输入交流信号(ui0)时的情况。在上述直流状态下，给放大电路加上交流信号ui，如图2-3所示。这时电路中各处的电压、电流处于变动状态，简称动态。 图2.3 放大电路的各极间波形 从以上动态过程的分析可知： 3电路中电压和电流的书写规则(1)直流分量用大写字母和大写下标表示，例如：基极静态电流IB，集电极静态电流I

43、C，集电极发射极静态电压UCE等。(2)交流分量的瞬时值用小写字母和小写下标表示。例如：输入信号电压ui，输入信号电流ii，放大器的输出电压uo等。(3)总量是直流分量与交流分量之和，其瞬时值用小写字母和大写下标表示。例如：有输入信号时基极总电流iB，放大器工作时的集电极电流iC和集电极发射极之间的电压uCE等。(4)交流分量的向量用大写字母小写下标表示，再在字母上面加点“”。如：P58 2、根据组成放大电路时必须遵循的几个原则，分析如图所示各电路能否正常放大交流信号?为什么?若不能，应如何改正?解：（a) 不能正常放大交流信号；因为输入信号被短路；应改为：（b) 不能正常放大交流信号；因为电

44、容的隔直作用，UCC无法给三极管的发射结提供正偏电压。电容位置放错了。应改为：（C) 不能正常放大交流信号；因为UCC无法给三极管的发射结提供正偏电压。应改为：（d) 同上（e) 不能正常放大交流信号；UCC应换成正电源，另外电容C1极性接反了，应改为：同上。（f) 不能正常放大交流信号；因为输出信号被短路了。应改为：同上。第二节 放大电路分析 一、直流通路和交流通路1.直流通路：所谓直流通路就是放大电路未加输入信号时，放大电路在直流电源Vcc的作用下，直流分量所流过的路径。其画法为： 放大电路中的耦合电容、旁路电容视为开路，放大电路中的电感视为短路。 2.交流通路 交流通路是在信号us作用下

45、，交流电流所流过的路径。画交流通路的原则：（1）将放大电路的耦合电容、旁路电容都看作短路（2）直流电源Vcc看作短路，将等电位点连接起来。 二、静态分析 放大电路没有信号输入时的工作状态称为静态。静态分析其实就是确定静态工作点Q（UBE、IB、IC、UCE） CBEUCE在输入回路中VCCIBQRB+UBEVCCICQRC+UCEQ输入回路输出回路 三、 动态分析 放大电路有输入信号的工作状态称为动态。动态分析主要是确定放大电路的电压放大倍数、输入电阻，和输出电阻。 放大电路有输入信号时，三极管各极的电流和电压瞬时值既有直流分量，又有交流分量。直流分量一般就是静态值，而所谓放大，只考虑其中的交

46、流分量。在信号很小的时候可以将三极管进行微变等效，下面介绍常用的动态分析法简化微变等效电路法。1、三极管简化微变等效电路 在讨论放大电路的简化微变等效电路之前，需要介绍三极管的简化微变等效电路。图2-4是三极管的简化微变等效电路。 图.4晶体三极管及微变等效（a）晶体三极管;（b）晶体三极管的微变等效 式中，IE为射极静态电流。 图.6基本放大电路的交流通路及微变等效电路 （a）交流通路;（b）微变等效电路 2、放大电路的简化微变等效电路图.6基本放大电路的交流通路及微变等效电路 （a）交流通路;（b）微变等效电路 3、 放大电路交流参数的估算 静态值仍由直流通路确定，而动态指标可用微变等效电

47、路求得。 （1）电压放大倍数 设在图.6（）中输入为正弦信号，因为 故 2. 输入电阻ri ri是指电路的动态输入电阻，由图2.6（b）中可看出 当负载开路时 式中 3. 输出电阻ro ro 是由输出端向放大电路内部看到的动态电阻， 因rce远大于Rc，所以 例.1 在图.7（a）所示电路中，Vcc=12v，RB=300,37.5，试求： (1)静态工作点参数IBQ、ICQ、UCEQ值； (2)计算动态指标Au、ri、ro的值。 图.7 用微变等效电路求动态指标 （a）原理图; （b）微变等效电路 图.7 用微变等效电路求动态指标 （a）原理图; （b）微变等效电路 解 ()求静态工作点参数

48、画出微变等效电路如图.7（b）所示。 (2) 计算动态指标 P58 3、放大电路及元件参数如图所示，三极管选3DG105， 50。(1) 分别计算RL开路和RL=4.7K时的电压放大倍数Au；(2) 如果考虑信号源的内阻RS500，RL4.7K时，求电压放大倍数AUs。 6、在如图所示的放大电路中，Ucc12V，RB360K，Rc3K，RE2K，RL3K，三极管的UBE0.7V， 60。（1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电路输入输出电阻；（4）求电压放大倍数。3、解：(1)其直流通路为：其微变等效电路为：RL开路时，当RL4.7K时，（2）6、解 （1）其直流通路为：（2）画

49、出其微变等效电路Ro(3) (4)四、放大电路的图解分析法简介 图解法就是在三极管特性曲线上，用作图的方法来分析放大电路的工作情况，它能直观地反映放大器的工作原理。1、用图解法分析放大电路的静态工作情况 确定静态工作点Q的步骤如下：画直流通路；列出输入回路方程求出IBQ ；列出输出回路方程（即直流负载线方程uCE=UCC-icRC）;画出直流负载线；找出iB=IBQ与直流负载线的交点Q即可。 如前所述，在例.1 在图.7（a）所示电路中共射基本放大电路直流通路中。已求出IBQ40A利用三极管的输出特性曲线，可以画出放大电路输出回路的图解分析曲线如图2-7所示。直流負线方程为：找出两个特殊点M（

50、0，UCC）和N（UCC/Rc，0），将M、N连接， 静态工作点为： Q（40 A，6V，1.5mA) 2. 动态图解分析法 (1) 空载分析 放大电路的输入端有输入信号，输出端开路，这种电路称为空载放大电路，虽然电压和电流增加了交流成分，但输出回路仍与静态的直流通路完全一样。因为图2.8 空载图解分析法 图2.8 空载图解分析法 ICQ (2) 带负载的动态分析 在图2.7(a)所示电路中接上负载RL，其交流通路如图2.6(a)所示。从输入端看Rb与发射极并联从集电极看Rc和RL并联。此时的交流负载为 RL=Rc/RL，显然RLUBE发射极电位VEQ等于发射极电阻RE乘电流IEQ，即 VEQ

51、=RE IEQ UBEQ=VBVEQ温度TICQ（IEQ）VEUBEIBQICQ。 = 由上式可知VB与三极管的参数无关，几乎不受温度影响。3.分压式偏置电路的计算 （1） 静态分析 作静态分析时，先画出直流通路如图2.12（a） 图2.12分压式偏置电路的分析电路 （a）直流通路;（b）微变等效电路;（c）微变等效电路（C-e开路） 图2.12分压式偏置电路的分析电路 （a）直流通路;（b）微变等效电路;（c）微变等效电路（Ce开路） （2）动态分析 图212 b中 图2.12分压式偏置电路的分析电路 （a）直流通路;（b）微变等效电路;（c）微变等效电路（Ce开路） 在图212 C中P58

52、 4、放大电路如图所示，三极管UBE0.7V，(1) 求静态工作点；(2) 画出微变等效电路；(3) 求电路电压放大倍数和输入、输出电阻。 80。 5、在如图所示的放大电路中，已知Ucc12V，RBl60K，RB220K，Rc3K，RE3K，RS1K，RL3K，三极管的UBE0.7V，（1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电路输入输出电阻；（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。 50。4、解：（1）直流通路为：（2）其微变等效电路为：RORi(3)5、解：（1）直流通路为：（2）其微变等效电路为：（3）（4）第四节 共集电极放大电路 2.5.1 共集电极电路组成及分析 共集电极放

53、大电路如图2.13（a）所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号。从它的交流通路图2.13（C）可看出，输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。 图2.13 共集电极放大电路(a)共集电极放大电路; (b)直流通路 图2.13 共集电极放大电路 (c)交流通路; (d)微变等效电路 共集电极电路分析: 1) 静态分析 由图2.13（b）的直流通路可得出： 即得 2) 动态分析 （1）电压放大倍数可由图2.13（d）所示的微变等效电路得出。 因为 所以 由于式中的（1+）RLrbe，因而 略小于1，又由于输出、输入同相位，输出跟随输入，且从发射极输出，故又称射极输出器或射极跟随器，简称射随

54、器。 （2）输入电阻ri可由微变等效电路得出，由 ri=Rb/rbe+（1+）RL可见，共集电极电路的输入电阻很高，可达几十千欧到几百千欧。 （3）输出电阻ro可由图2.14的等效电路来求得。将信号源短路，保留其内阻，在输出端去掉RL，加一交流电压 ，产生电流 ，则： 图2.14 计算ro等效电路 式中 所以 通常 故 由上式可见，射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强. 3）射极输出器的特点及应用 虽然射极输出器的电压放大倍数略小于1，但输出电流 是基极电流的（1+）倍。它不但具有电流放大和功率放大的作用，而且具有输入电阻高、输出电阻低的特点。 由于射极输出器输入电阻高，向信号源汲取的电流小

55、，对信号源影响也小，因而一般用它作输入级。又由于它的输出电阻小，负载能力强。 7、在如图所示的放大电路中，Ucc12V，RB280K，RE2K，RL3K，三极管的UBE0.7V，（1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电路输入输出电阻；（4）求电压放大倍数 100。解：（1）其直流通路为：（2）微变等效电路为：（3）（4）第五节 多级放大电路 为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。一、多级放大电路的耦合方式 多级放大电路之间的连接方式称为耦合。常见的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合及直接耦合三种形式。下面分别介绍三种耦合方式。1.

56、阻容耦合 阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容。阻容耦合的优点是：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。便于分析和设计电路。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应用。 2. 变压器耦合 变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合。 变压器耦合的优点是：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立，互不影响。变压器在传输信号的同时还能够进行阻抗、电压、电流变换。变压器耦合的缺点是：体积大、笨重等，不能实现集成化应用。阻容耦合的缺点是：信号在通过耦合电容加

57、到下一级时会大幅衰减，对直流信号（或变化缓慢的信号）很难传输。在集成电路里制造大电容很困难，不利于集成化。所以，阻容耦合只适用于分立元件组成的电路。 3. 直接耦合 为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响,也可以把级与级之间直接用导线连接起来,这种连接方式称为直接耦合。其电路如图2.15所示。 直接耦合的特点: (1)优点:既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。 (2)缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。 图2.15 直接耦合放大电路12 零点漂移现象：由于温度变化等原因，使放大电路在输

58、入信号为零时输出信号不为零的现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的。因而，零点漂移的大小主要由温度所决定。 要使用直接耦合的多级放大电路，必须解决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决方法我们将在差分放大电路中讨论。二、多级放大电路的指标计算1.总的电压放大倍数为 所以总的电压放大倍数为 即总的电压放大倍数为各级放大倍数的连乘积。 2）多级放大电路的输入、输出电阻 多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻。第六节 差分放大电路 前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个特殊问题，一是静态工作点的相互影响； 解决静态工作点的相互影

59、响，可采用计算机精确计算根据结果进行调节。为了保证既能有效地传递信号，又能使每一级有合适的静态工作点。常用的办法之一是提高后级的发射极电位，如下图所示。T2二是零点漂移: 为了解决这个问题，可采用差分式放大电路。 如上图所示为差动式放大电路，它由两个完全相同的单管共射极电路组成。差动式放大电路有两个输入端，两个输出端，要求电路对称，即T1、T2的特性相同，外接电阻对称相等，各元件的温度特性相同。1.工作原理 静态时Ui1=Ui2=0。由于电路左右对称，输入信号为零时，IC1=IC2，UC1=UC2，则输出电压 Uo=UO1-UO2=0 当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流和集电极电位同时

60、发生变化。输出电压仍然为零。可见，尽管各管的零漂存在，但输出电压为零，从而使得零漂得到抑制。 2. 信号输入 （1）差模输入。放大器的两个输入端分别输入大小相等极性相反的信号(即Ui1=-Ui2)，这种输入方式称为差模输入。如下所示差模输入信号差模输出电压 差模电压放大倍数 即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极电路的电压放大倍数。 RE是一个共模负反馈,也就是说,当差模输入信号时,两个放大管的发射极电流将一个增加,另一个减小,二者之和总是保持不变,因此RE可看成短路。在输入端加上差模输入信号时，一个三极管的集电极电位降低，另一个管子的集电极电位升高，故认为RL的中点电位保持不变。即