汽车电子技术单元4--晶体管放大电路课件

1、第一节 半导体基础知识一、学习目标1、掌握半导体材料的特性及半导体的单向导电性。2、了解本征半导体及杂质半导体的晶体结构。二、教学重点与难点1、教学重点 半导体的单向导电性。2、教学难点 半导体的晶体结构。三、讲授新课（一）半导体简介 1、半导体的特性（1）热敏性（2）光敏性（3）掺杂性2、半导体的原子结构（以硅晶体为例） 在硅的晶体中，原子在空间排列成规则的晶格，且它们原子核的最外层轨道上都只有4个价电子，每个价电子都与其相邻原子核的一个价电子组成一对共价键。 硅晶体中的共价键结构3、半导体类型及简介(1) 半导体类型半导体本征半导体杂质半导体N型半导体P型半导体(2) 半导体类型简介本征半

2、导体 纯净的、不含其它杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体在热力学温度零度时（即T=0K，相当于-273），晶体中没有自由电子，它没有导电能力。 本征半导体在获得一定的能量（如光照、温升等）之后，部分电子受到激发成为自由电子，此时半导体具有一定的导电能力，但导电能力较弱。 在本征半导体中存在两种粒子：带负电的自由电子和带正电的空穴。杂质半导体 a、N型半导体 在本征半导体中掺入少量的5价元素（如磷、锑、砷等）所形成的杂质半导体称为N型半导体。 N型半导体中存在大量自由电子，使其导电能力大大增强。 N型半导体的晶体结构b、P型半导体 在本征半导体中掺入少量的3价元素（如硼、镓、铟等）所形成的杂

3、质半导体称为P型半导体。 P型半导体中因存在大量带正电的空穴，使其导电能力大大增强。 P型半导体的晶体结构（二）PN结的单向导电性1、PN结的形成 在同一片半导体材料的一侧掺入5价元素，使之形成N型半导体，在另一侧掺入3价元素，使之形成P型半导体，此时，在交界面两侧形成一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区，即PN结。 PN结2、PN结的单向导电（1） 正向偏置：PN结的P区接电源的正极，N区接电源的 负极。（2）反向偏置：PN结的P区接电源的负极，N区接电源的正 极。（3）单向导电性 PN结正向偏置时，其正向电阻值较小，导通；反向偏置时，其反向电阻值较大，截止。即PN结具有单向导电性。

4、四、课堂小结1、半导体材料的特性：热敏性、光敏性、掺杂性。2、PN结具有单向导电性。第二节 晶体二极管及应用一、学习目标1、了解二极管的结构、类型及二极管的常用参数。2、掌握二极管的伏安特性。3、了解常用二极管的工作原理。4、掌握二极管的检测方法。二、教学重点与难点1、重点 二极管的伏安特性。2、难点 二极管的识别及检测。三、讲授新课（一）晶体二极管的结构和分类1、晶体二极管的结构 晶体二极管是在 PN 结两端加上相应的电极引线和管壳做成的一种半导体器件。从P区引出的电极引线称正极或阳极；从N区引出的电极引线称负极或阴极。 二极管的外形和电路符号2、晶体二极管的分类 按所用材料分按管子的结构分

5、按管子的用途分二极管硅二极管锗二极管点接触型面接触型发光二极管稳压二极管光电二极管整流二极管等(二) 晶体二极管的伏安特性 二极管两端所加电压与流过二极管电流二者之间的关系称二极管的伏安特性。 正向特性死区电压反向特性 二极管的伏安特性曲线1、正向特性 正向电压较小，二极管不导通超过死区电压，二极管导通继续增大正向电压，电流随电压急剧增大。2、反向特性 反向电压较小，二极管内部产生较小反向电流反向电压超过零点几伏，反向电流饱和反向电压增大到反向击穿电压，反向电流突然增大，二极管击穿。（三）晶体二极管的主要参数1、最大整流电流IFM 二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。2、反向电流IR

6、 在室温条件下，二极管两端加规定的反向电压时，流过二极管的电流。3、最高反向工作电压URM 二极管正常工作时，允许加在二极管两端反向电压的最大值.（四） 晶体二极管的应用 1、稳压二极管 稳压二极管具有稳定电压的作用。它工作于反向工作区，所以，当把它接到电路中时，应反接，即稳压管的正极接电源的负极，稳压管的负极接电源的正极。+- 稳压二极管的外形和电路符号2、发光二极管 发光二极管可将电能转化为光能。它工作于正向状态，只要在发光二极管两端加一合适的正向电压，其内部会产生一 正向电流使二极管发光。 发光二极管3、光电二极管 光电二极管可以将光信号转化为电信号。当光电二极管的玻璃窗口受光照时，期内

7、部产生一反向电流，且光照越强反向电流越大。 光电二极管4、整流二极管 整流二极管作用是将方向不断变化的交流电转变成单一方向脉动直流电。 整流二极管（五）晶体二极管的识别和检测1、二极管极性的识别和检测（1）通过外形特征和引脚极性标记识别极性 色带标志识别(如图a所示) 。色点标志识别(如图b所示) 。电路符号识别(如图c所示) 。二极管引脚示意图（2）用万用表判别极性 使用指针式万用表a、选档位。 选用欧姆档的R100或R1k挡。b、测阻值。 测二极管两管脚正反向电阻值。c、辨极性。 以较小测量值为准。黑表棒接正极，红表棒接负极。 使用数字式万用表a、选档位。 选用“二极管测试”挡。b、测正反

8、值。c、辨极性。 以测量值为0.5或0.3左右时为标准，黑表棒接负极，红表棒接正极。2、二极管质量的判别（1）选用合适挡位。（2）测量并记录测量值。（3）分析测量值。四、课堂小结1、二极管的伏安特性：正向特性和反向特性。2、二极管的应用：稳压二极管、发光二极管、光电二极管和整流二极管。3、二极管的识别与检测：管脚的识别，质量好坏的判别。 第三节 晶体三极管及应用一、学习目标1、了解三极管的结构及主要参数。2、掌握三极管的电流放大作用及输入、输出特性。3、了解三极管识别及检测方法。二、教学重点与难点1、重点（1）三极管的电流放大作用；（2）三极管的输入、输出特性。2、难点（1）三极管电流放大的原

9、理； （2）各类型三极管的引脚分布和识别。三、讲授新课（一）晶体三极管的结构和类型1、晶体三极管的类型三极管按材料分硅管（按PN结的组合方式分）锗管（按PN结的组合方式分）NPN型PNP型NPN型PNP型2、晶体三极管的结构 三极管是由三个区、两个结和三个电极构成的。（1）三个区分别为：发射区、基区和集电区。（2） 三个电极分别为：发射极e、基极b和集电极c。（3）两个结为：发射结和集电结。 三极管的结构及电路符号（二）晶体三极管的主要参数1、共发射极电流放大系数(1)直流电流放大系 当三极管的c、e两端加规定的直流电压时，集电极电流与基极电流的比值(2)交流电流放大系数 当三极管的c、e两端

10、加规定的交流电压时，集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比。2.集电极和基极间反向饱和电流ICBO 当发射极e开路时，集电极c和基极b之间的反向电流。3.集电极和发射极之间的穿透电流ICEO 当基极开路时，集电极与发射极之间的反向漏电流。（三）晶体三极管的电流放大作用1、三极管具有电流分配的作用 发射极电流等于基极电流和集电极电流之和，即 Ie=Ic+Ib2、三极管具有电流放大作用 三极管基极电流的微小变化，会引起集电极电流的较大变化，且二者之间存在以下关系： Ic=Ib 三极管电流放大的实质：用小电流的变化去控制大电流的变化。（四）晶体三极管的特性曲线1、输入特性曲线 当集电极和发射极之间

11、所加电压Uce为常数时，输入回路中的电流Ib和电压Ube之间的关系曲线。Ib/AUbe/V0 三极管输入特性曲线Uce=1V Uce=2V输入特性曲线特点：（1）三极管的输入特性也有一死区，只有当Ube超过死区电 压后基极才有电流。（2）Uce增大时，特性曲线右移。（3）常用Uce=2V时的特性曲线来代表Uce1V后的一簇曲 线。2、输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流不变时，输出回路中的电流Ic 与电压Uce之间的关系曲线。 三极管输出特性曲线（1）截止区 各电极都无电流，三极管无电流放大作用。 两PN结工作状态：发射结反偏；集电结反偏。（2）放大区 Ic的值与Uce无关，只随Ib的增加

12、而增大。三极管 导通，具有电流放大作用。 两PN结工作状态：发射结正偏；集电结反偏。（3）饱和区 Ic不随Ib的变化而变化，即Ic达到饱和。三极管失去 放大作用。 两PN结工作状态：发射结正偏；集电结正偏。（五）三极管的应用三极管开关电路 三极管开关电路的基本原理就是控制三极管工作在不 同的工作区域,通过三极管的饱和或截止，来实现三极管开 关电路的开启或关闭。 三极管开关电路+ VCCUi1、三极管开关电路的开启状态 当输入电压Ui为高电平时，三极管工作于饱和状态，此时c、e间的电压很小，可认为c、e间接通，即相当于开关闭合。2、三极管开关电路的关闭状态 当输入电压Ui为低电平时，晶体三极管截

13、止，各电极无电流，此时可认为c、e间断路，即相当于开关断开。 （六）晶体三极管的识别和检测1、三极管引脚的识别和检测（1）晶体三极管的引脚分布和识别方法 塑料封装形式三极管引脚识别金属封装形式三极管引脚识别（2）使用万用表判别引脚基极的判别集电极和发射极的判别2、三极管类型的判别 用万用表的黑表棒接三极管的基极，红表棒分别接其它两电极，测两电阻值。若测得两电阻值都较小，则为NPN型；若测得两电阻值都很大，则为PNP型。3、三极管质量的判别（1）PN结单向导电性检测。（2）漏电检测。四、课堂小结1、三极管的电流分配和放大作用。2、三极管的输入特性曲线。3、三极管的输出特性曲线：截止区、放大区和饱

14、和区。4、三极管管脚的识别和检测方法。第四节 三极管放大电路及集成运算放大器一、学习目标1、掌握单管共射放大电路的组成及工作原理。2、掌握静态工作点的估算方法。3、了解多级放大电路的耦合方式。4、掌握集成运放的组成及理想运放的工作特点。二、教学重点与难点1、重点（1）共射放大电路的组成及工作原理。（2）静态工作点的估算。2、难点 共射放大电路的工作原理。 三、讲授新课（一）单管共发射极放大电路1.单管共发射极放大电路的组成 单管共发射极放大电路主要由三极管、电容、电阻和交直流电源组成。Ec 单管共发射极放大电路2、单管共发射极放大电路的工作原理 ui变化ube变化iB变化ic变化(ic=iB)

15、uc变化uo变化。3.放大电路的分析（1）静态工作点的设置 静态时基极电流、集电极电流和集-射极电压的值称为静态值，这些静态值在输入、输出特性曲线上对应的点称为静态工作点，用符号Q表示。Q点所对应的三个量分别用IBQ、ICQ和UCEQ来表示（2）静态工作点的估算 RcEc共射放大电路直流通路RbICQ=IBQUCEQ= Ec- ICQRc（二）多级放大电路 多级放大电路中常用的耦合方式主要有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。1、阻容耦合 阻容耦合是指将放大电路的前一级输出端通过电阻和电容接到后一级的输入端。2.直接耦合 直接耦合方式是指将前级放大电路的输出端直接接在后级放大电路的输入端。3.变压

16、器耦合 变压器耦合是指将放大器前级的输出端通过变压器接到后级的输入端。（三） 集成运算放大器1、集成运算放大器的组成 集成运算放大器主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路四 部分组成。集成运算放大器组成原理框图（1）输入级 一般采用差分式放大电路组成，该放大电路可以提高整个电路的输入阻抗。（2）中间级 主要由一级或多级共发射极放大电路组成，它的主要作用是用来提高电压的放大倍数。（3）输出级 一般由电压跟随器组成，它主要是用来减小输出电阻，以增大集成运放带负载的能力。（4）偏置电路 主要是为上述各电路提供稳定合适的偏置电流，设置合适的静态工作点。 2、理想集成运算放大器 uou-u+ 集成运放的

17、电路符号(1)理想运放工作于线性区 理想运放的差模输入电压等于零（“虚短”）即 u+ = u- 理想运放的输入电流等于零（“虚断”）即 i+ = i-=0 (2)理想运放工作于非线性区 理想运放工作于非线性区时，其”虚短”现象不再存在即 u+ u- 理想运放工作于非线性区时，其”虚断”现象仍存在即仍有 i+ = i-=0 四、课堂小结1、共射放大电路工作原理。2、静态工作点估算。3、多级放大电路耦合方式：阻容耦合、直接耦合和变压器 耦合。4、理想运放工作于线性区和非线性区的特点。第五节 晶闸管一、学习目标1、了解晶闸管的结构及工作原理。2、掌握晶闸管的伏安特性。3、了解晶闸管管脚的识别及性能测

18、试方法。二、教学重点与难点1、重点 晶闸管的伏安特性。2、难点 晶闸管的工作原理。三、讲授新课（一）晶闸管的结构和符号1、晶闸管的外形晶闸管的外形有塑封式、螺旋式和平板式。 a)塑封式 b）螺旋式 c）平板式 晶闸管的外形2、晶闸管的内部结构和电路符号 晶闸管是由P型半导体和N型半导体交替构成的一个四层三端的元件。（1）四层半导体材料为：P1、N1、P2和N2。（2）三端为三个电极：阳极A、阴极K和门极G，分别从P1、 P2和N2引出。（3）接触面形成三个PN结分别为：P1N1、N1P2和P2N2。 a)内部结构 b）图形符号 晶闸管的内部结构和图形符号（二）晶闸管的工作原理1、晶闸管的关断（

19、1）晶闸管具有正向阻断能力。（2）晶闸管具有反向阻断能力。2、晶闸管的导通 晶闸管导通的条件为：在阳极和阴极间加正向电压，同时在门极和阴极间加正向触发电压。3、晶闸管导通后的关断 晶闸管导通后门极就失去了控制作用，此时要关断晶闸管，必须减小阳极电流。 （三）晶闸管的伏安特性 晶闸管的阳极、阴极间的电压u和阳极电流i以及门极电流IG之间的关系称为晶闸管的伏安特性。 晶闸管的伏安特性1、正向特性（1）晶闸管的“硬导通” 当阳、阴极间加正向电压，门极不加电压时，晶闸管处于关断状态，此时只有很小的正向漏电流，增大正向电压到正转折电压UBO时，晶闸管突然导通，晶闸管通过较大电流，此时晶闸管为“硬导通”。