数字电子电路

数字电子电路第一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三模拟电子技术本课程是电类各专业的技术基础课，是必修、考试、主干课程之一，是核心课程。是理论性、实践性较强的课程。通过本课程的学习为后读课程的学习和今后工作打下坚实的基础。

72学时（实验独设课程，实验在电气实验技术课中实施）1.性质:2.学时:第二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

选用童诗白、华成英主编的《模拟电子技术基础》（第三版），该教材是一本成熟的经典教材，优秀教材。平时成绩占20%，期末考试成绩占80%。3.考核:4.教材:*参考书：（1）康华光主编的《电子技术基础》模拟电子技术部分。（2）华成英编的《模拟电子技术基础》（第三版）习题解答。第三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三（1）常用半导器件;10学时（2）基本放大电路;10+2(习题)学时（3）多级放大电路；6学时（4）集成运算放大电路；4学时（5）放大电路的频率响应；6学时（6）放大电路中的反馈；8+2(讨论)学时（7）信号的运算和处理；8+2(习题)学时（8）波形的发生和信号的转换；6学时（9）功率放大电路；4学时（10）直流电源。4学时

5.内容：第四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

学生初步具有一看、二算、三选、四干的能力。6.课程教学目标

会看，就是能看懂典型的电子设备的原理图，了解各部分的组成及其工作原理；

会算，就是对各环节的工作性能会进行定性或定量分析、估算；

会选和会干，就是遇到本专业的一般性任务，能大致选定方案，选用有关的元、器件，并且通过安装调试把它基本上研制出来。至于会选和会干，将在课程设计、实验课和实训等实践教学环节中培养。第五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三（1）掌握基本概念、基本电路、基本分析方法；7.学习本课程的建议（2）掌握基本单元电路和典型电路的工作原理、及其分析计算方法；（3）要加强读图能力培养；（4）要重视实验，立足提高实际工作能力。通过实验及其它实践环节，掌握常用电子仪器的使用方法，模拟电子电路的测试方法、故障的判断和排除方法。提高分析问题和解决问题的能力，实现理论与实践结合，做到会选会干。第六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三（5）学会全面、辩证地分析模拟电子电路中的问题，只有最合适的电路，没有最好的电路。（6）注意电路基本定理、定律在模拟电子电路中

的应用，如基尔霍夫定律、戴维宁定理、诺顿定理等；（7）充分利用课堂时间，主动学习。课后及时复习，按时完成作业。第七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三第1章常用半导体器件重点：1.本征半导体和杂质半导体；2.PN结的形成及其特性；3.半导体二极管特性及主要参数；4.半导体三极管放大原理及其特性、主要参数；5.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。第八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三半导体的基本知识1.1.1

本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体半导体除了导电能力介于导体与半导体之间外，还具有三个重要的特性：一、半导体（1）掺杂：在纯净的半导体（本征半导体）中掺入微量的某种杂质后，导电能力增加。

---利用这一特性可制成各种半导体器件。（2）温度：T（℃）↑↓导电能力↑↓

---利用这一特性可制成热敏电阻，但是这一特性对半导体器件稳定性不利。（3）光照：光照后，导电能力增强。

---利用这一特性可制成光电管、光电池等，但是这一特性对半导体器件稳定性不利。1.1第九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、本征半导体1.晶体结构将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。

本征半导体结构示意图共价键价电子完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4第十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.两种载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。

本征半导体中的自由电子和空穴空穴可看成带正电的载流子。自由电子与空穴数目相等，是成对出现的。T

自由电子空穴第十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三本征半导体两端外加一电场，则自由电子将产生定向运动，形成电子电流；同时价电子将一定的方向依次填补空穴，即空穴移动，形成空穴电流。它们二者运动方向相反，其电流是两个电流之和。运载电荷的粒子称为载流子。半导体中存在两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电的最大特点，也是与导体导电的本质区别。第十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三、本征半导体中载流子的浓度动态平衡本征激发复合在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。本征半导体中载流子的浓度公式：T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.43×1010/cm3n=p=2.38×1013/cm3本征锗的电子和空穴浓度:第十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三小结：1.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴

2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。

3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi

表示，显然ni

=pi。

4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。

5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。第十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.1.2

杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体一、N型半导体(Negative)

在本征硅或锗中掺入微量的5价元素(如磷)，由于磷原子最外层有5个价电子，与硅(锗)原子的价电子组成共价键时，则磷原子还多出一个电子，它不受周围原子核的束缚，易脱离磷原子核对它的束缚而成为自由电第十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子

N型半导体子，如图所示。这样，在硅(或锗)半导体中产生很多自由电子。在常温下，热激发产生电子--空穴对。这样，n>>p，所以称为自由电子为多数载流子，而空穴称为少数载流子。由于杂质原子可以提供电子，称之为施主原子。这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子型半导体，因电子带负电，所以称为N型半导体（Ngative）。第十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、P型半导体受主原子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的3价元素（如硼），由于硼原子最外层只有三个价电子，与硅原子的价电子组成共价键时，则硼原子的周围少一个价电子，即出现一个“空位”（空穴），如图示。3价杂质原子为受主原子。这种半导体主要靠空穴导电，称之为空穴型半导体，因空穴带正电，所以称为P型半导体（positve)。+3P型半导体空穴为多数载流子，电子为少数载流子。空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。第十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三说明：

1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。

2.

杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。3.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。(a)N型半导体(b)P型半导体杂质半导体的的简化表示法第十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为

PN结。PNPN结一、PN结的形成1.1.3

PN结第十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动

2.扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN第二十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三3.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho——电位壁垒；——

内电场；内电场阻止多子的扩散——

阻挡层。

4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。少子的运动与多子运动方向相反阻挡层第二十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三5.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；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，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。第二十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。PN结处于导通状态，呈现正向电阻很小。PN结加正向电压第二十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.PN结外加反向电压时处于截止状态(反偏)反向接法时，外电场与内电场方向一致，使空间电荷变宽，不利于多子扩散，有利于少子漂移运动，漂流电流大于扩散电流，电路中产生反向电流。PN结加反向电压第二十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三由于少子数目很小，因此反向电流很小，常可忽略，认为PN外加反向电压时处于截止状态。PN结呈现的反向电阻很高。

PN结具有单向导电性，即正偏时导通，反偏时截止。结论：第二十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三IS

：反向饱和电流UT

：温度的电压当量在常温(300K)下，

UT

26mV三、PN结的电流方程PN结所加端电压u

与流过的电流i

的关系为公式推导过程略第二十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三四、PN结的伏安特性

i=f(u)之间的关系曲线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性

PN结的伏安特性齐纳击穿雪崩击穿反向击穿电击穿-可逆热击穿-不可逆第二十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三五、PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时，PN结中储存的电荷量将随之发生变化，使PN结具有电容效应。电容效应包括两部分势垒电容扩散电容1.势垒电容Cb是由PN结的空间电荷区变化形成的。(a)PN结加正向电压（b)PN结加反向电压-N空间电荷区PVRI+UN空间电荷区PRI+-UV五、PN结的电容效应第二十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容的放电和充电过程。势垒电容的大小可用下式表示：

由于PN结宽度l随外加电压u而变化，因此势垒电容Cb不是一个常数。其Cb

=f(u)曲线如图示。：半导体材料的介电比系数；S

：结面积；l

：耗尽层宽度。OuCb第二十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.扩散电容CdQ是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。在某个正向电压下，P区中的电子浓度

np(或N区的空穴浓度pn)分布曲线如图中曲线1所示。x=0处为P

与耗尽层的交界处当电压加大，np

(或pn)会升高，如曲线2所示(反之浓度会降低)。OxnPQ12Q

当加反向电压时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可忽略。Q正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程——扩散电容效应。PNPN结第三十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三综上所述：PN结总的结电容Cj

包括势垒电容Cb和扩散电容Cd

两部分。Cj=

Cb

+CdCb和Cd

值都很小，通常为几个皮法~几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为Cj

Cb。一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为

Cj

Cd；在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。第三十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三半导体二极管将PN结用管壳封装起来，并加上电极引线，就构成半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极，常见的外形如图示。1.2第三十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三第三十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.2.1

二极管的结构及分类一、按内部结构分类1.点接触型二极管点接触型

二极管的结构示意图特点：PN结的面积小，允许通过电流小，用于小电流整流或作开关；结电容小，用于高频检波。第三十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三3.平面型二极管2.面接触型二极管特点：PN结面积大，允许通过的电流大（可达上千安），用于低频整流；结电容大，主要用于低频电路，不能用于高频电路面接触型平面型

特点：结面积小的管子：结电容小，允许电流小，作开关管；结面积大的管子：允许通过电流大，用于大功率整流。第三十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、按材料分类硅二极管，锗二极管。图形符号如图示。阳极阴极D第三十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.2.2

二极管的伏安特性一、二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管2CP10的伏安特性正向特性反向特性反向击穿特性开启电压：0.5V导通电压：0.7V锗二极管2AP15的伏安特性UonU(BR)开启电压：0.1V导通电压：0.2V第三十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：

D代表P型Si第三十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反向特性将下移。二极管的特性对温度很敏感。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020温度增加第三十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.2.3

二极管的主要参数（1）最大整流电流IF：二极管长时间运行时允许通过的最大正向平均电流，IF

值与PN结面积及外部散热条件有关。（2）最高工作反向电压UR：二极管允许外加的最大反向电压。一般，UR

=（1/2～2/3）U(BR)。（3）反向电流IR：二极管未击穿时的反向电流，IR小，单向导电性好。IR对温度敏感。IR(Si)<IR(Ge)。(4)最高工作频率fM

：二极管工作的上限频率。超过fM，由于Cj的作用，二极管不能很好体现单向导电性。

（1）由于工艺分散性，半导体器件参数具有分散性，同一型号管子参数不同。使用时注意测试条件，当使用条件与测试条件不同时，参数会发生变化。（2）根据管子使用场合，按其承受的UR、IF、fM、环流温度等条件，选择满足要求的二极管。注：第四十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

1.2.4

二极管的等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路1.理想模型2.恒压降模型3.折线模型UUU第四十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

二、二极管的微变等效电路

二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。即根据得Q点处的微变电导则常温下（T=300K）第四十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三电路如图所示，UD

=0.7V，试估算开关断开和闭合时，输出电压UO

。例1开关断开时，D导通，开关闭合时，D截止，U1=6VU2

=12VDSR＋－UO解：第四十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.2.5

稳压二极管稳压二极管是一种硅面接触型半导体二极管，简称稳压管。它在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电路与限幅电路。一、稳压管的伏安特性稳压管有着与普通二极管类似的伏安特性，如图。但稳压管的反向特性曲线比较陡，且反向击穿是可逆的，只要反向电流不超过一定值，管子不会过热损坏。UZIZIZMUZIZUIO第四十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三稳压管的符号及等效电路如图所示。

稳压二极管稳压时工作在反向击穿状态，即利用反向击穿特性实现稳压。阳极阴极阳极阴极第四十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、稳压管的主要参数（1）稳定电压UZ：在规定电流下稳压管的反向击穿电压。（2）稳定电流IZ:稳压管工作在稳压状态时的参考电流，常认为IZ=IZmin。IZ<IZmin不稳压，IZ>IZmin才稳压。（3）额定功耗PZM:稳定电压UZ

与最大稳定电流IZM(IZmax)的乘积。（4）动态电阻rZ

:稳压管在稳压时，端电压变化量与其电流变化量之比，即：,rZ

愈小，稳压特性愈好。（5）温度系数:温度每变化稳压值的变化量,即

。稳压值小于4V具有负温度系数（属于齐纳击穿）；稳压值大于7V具有正温度系数（属于雪崩击穿）；4~7V之间的管子，温度糸数非常小，近似为零（齐纳击穿和雪崩击穿均有）。第四十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

稳压管正常工作的两个条件：

必须工作在反向击穿状态（利用其正向特性除外）；

流过管子的电流必须介于稳定电流和最大电流之间。

典型应用如图所示。当输入电压Ui和负载电阻RL在一定范围内变化时，流过稳压管的电流发生变化，而稳压管两端的电压Uz变化很小，即输出电压Uo基本稳定。电阻R的作用:一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。问题：不加R可以吗？稳压条件是什么？UiUO

UZ

＋＋＋－－－第四十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三稳压二极管的应用解：（UZ＝3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ例2ui和uo的波形如图所示

第四十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三一、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几十mA，导通电压(12)V符号u

/

Vi

/mAO2特性1.2.6其它类型的二极管

第四十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED七段LED,第五十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、光电二极管符号和特性符号特性工作原理：三、变容二极管四、隧道二极管(请同学们查找有关资料）五、肖特基二极管(请同学们查找有关资料）无光照时，与普通二极管一样。有光照时，分布在第三、四象限。第五十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.3又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。(BipolarJunctionTransistor)(a)小功率管(b)小功率管(c)中功率管(d)大功率管双极型晶体管(BJT)第五十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三我国晶体管型号的命名方法

第五十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.3.1

晶体管的结构及类型具有两个PN结，加上三个电极引线，并用管壳封装就构成晶体管，常见平面型和合金型两种，硅管主要是平面型，锗管都是合金型。三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)ebbecPNPe发射极，b基极c集电极。NcNP二氧化硅发射区集电区基区基区发射区集电区第五十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三极管结构示意图和符号

ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP注：符号中，发射极箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向，即多子的扩散方向。NPN型第五十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN三极管结构示意图和符号注：符号中，发射极箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向，即多子的扩散方向。PNP型第五十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.3.2晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用第五十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三NNPebc1.

放大作用(1)内部条件三极管的基区很薄，且掺杂很少（减少复合，利于扩散）；发射区、集电区掺杂较多；集电结面积大（利于接收载流子）。(2)外部条件外加电源的极性使三极管的发射结正偏，集电结反偏。即NPN：PNP:一、晶体管处于放大工作状态的条件第五十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.三极管的三种组态三极管在电路中有三种连接方式（或称三种组态），即共射极，共集电极和共基极。若输入回路和输出回路的共公端点是发射极，称共发射极接法（如A图）。若公共端点是集电极，称为共集电极接法（如B图），若公共端点是基极称为共基极接法（如C图）。A图B图C图第五十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三beceRcRbIEPIEIEN晶体管内部载流子的运动与外部电流1.发射结正偏，扩散运动形成发射极电流IE。(很小)二、晶体管内部载流子的运动

三极管发射结正偏，空间电荷区变窄，有利于多子扩散运动，所以发射区的多子（电子）向基区扩散，并不断从电源负极获得补充，形成发射极电子电流IEN;同时基区中多子（空穴）也向发射区扩散形成空穴电流IEP。发射极电流e第六十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三beceRcRbIEPICBOIEIBIENIBN晶体管内部载流子的运动与外部电流2.扩散到基区的电子扩散与空穴复合形成基极电流IB。（很小，可忽略，当）二、晶体管内部载流子的运动由于浓度差，扩散到基区的电子向集电结扩散。在扩散中，绝大部分电子扩散到集电结，极少部分电子与基区空穴复合，复合掉的空穴由VBB补充，形成基区复合电流IBN（很小）。由于集电结反偏，集电区和基区本身少子漂移形成ICBO（反向饱和电流）。形成基极电流e第六十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三由于集电结加反向电压且其结面积大，扩散到基电结的电子在外电场作用下越过集电结到达集电区，形成漂移电流ICN；同时集电区与基区本身少子漂移电流ICBO。在VCC作用下，漂移运动形成的电流beceRcRbIEPICBOIEICIBIENIBnICN晶体管内部载流子的运动与外部电流3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC。

二、晶体管内部载流子的运动e第六十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三beceRcRbIEPICBOIEICIBIENIBNICN晶体管内部载流子的运动与外部电流三、晶体管的电流分配关系IC=ICN+ICBO

IE=IEN+IEPIE=IC+IBIB=IBN－ICBO可见，三极管是一个电流控制器件（cccs)。e第六十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.共射电流放大系数整理可得：（1）共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法四、晶体管的电流放大系数ICEO

是基极开路时，集-射间的电流。称为穿透电流。第六十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.共基极电流放大系数之间关系3.与~ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法第六十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.3.3

晶体管的共射特性曲线uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(2)随着UCE值增大，曲线将右移。(1)当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。一、输入特性曲线uCE=0VuCE

1VuBE

/V(3)当UCE

1V时，能够到达集电结附近的电子几乎全部被集电极收集，再增加UCE，IB也不会明显地减少，因此，UCE

>1V以后几条曲线几乎重合，所以常画UCE

=0和UCE

1V两条特性曲线。+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE第六十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.曲线特点（1）二、输出特性曲线

很小时，（2）时，曲线平坦。因为（即）所以输出特性实质是基区电子不变情况下的集电结反向特性。第六十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三饱和区：特性曲线的上升和弯曲部分的区域称截止区。两个PN结均正偏(UBE>UOn,UCE<UBE)。忽略UCES，相当开关闭合。2.输出特性曲线的三个区域截止区：特性曲线中的区域称为截止区。ic=ICEO

≈0

,三极管c、e间相当开关断开。截止条件：UBE≤UOn,发射结正偏，集电结反偏。可靠条件：UBE<0,发射结反偏，集电结反偏。注：当，即时，三极管处于临界状态，即临界饱和或临界放大状态，。总之，三极管具有放大作用：工作在放大区开关作用：工作在截止区或饱和区放大区：曲线的平面区域称为放大区。三极管发射结正偏，集电结反偏(UBE>UOn,

UCE≥UBE),第六十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三一、直流参数1.共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBUCE=const1.3.4

晶体管的主要参数三极管的参数分为三大类:

直流参数交流参数极限参数第六十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.共基直流电流放大系数3.集电极基极间反向饱和电流ICBO4.集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO一般选管子时，左右，ICBO、ICEO尽量最小。第七十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数3.特征频率fT值下降到1的信号频率。2.共基极交流电流放大系数α

U第七十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.

最大集电极耗散功率PCM

PCM=iCuCE

三、极限参数2.

最大集电极电流ICM3.

反向击穿电压

UCBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。UEBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。

UCEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系

UCBO＞UCEO＞UEBO第七十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

由PCM、ICM和UCEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。

输出特性曲线上的过损耗区和击穿区

PCM=iCuCE

U

(BR)CEOUCE/V第七十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对ICBO的影响温度每升高100C，ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时ICBO减少。硅管的ICBO比锗管的小得多。二、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，反之右移。60402000.40.8I/mAU/V温度对输入特性的影响200600三、温度对输出特性的影响温度升高将导致

IC

增大i

Cu

CEOi

B200600温度对输出特性的影响结论：第七十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三极管工作状态的判断测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）

VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V

（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V

（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V

解：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时VC＞VB＞VE

对PNP管而言，放大时VC＜VB＜VE

（1）放大区（2）截止区（3）饱和区例1第七十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。

电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。例2

解：第七十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三

测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位V1、V2、V3分别为：

（1）V1=3.5V、V2=2.8V、V3=12V（2）V1=3V、V2=2.8V、V3=12V（3）V1=6V、V2=11.3V、V3=12V（4）V1=6V、V2=11.8V、V3=12V判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。（1）V1

b、V2

e、V3

c

、NPN硅（2）V1

b、V2

e、V3

c

、NPN锗（3）V1

c、V2

b、V3

e

、PNP硅（4）V1

c、U2

b、V3

e

、PNP锗原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。

NPN管UBE＞0，UBC＜0，即VC＞VB＞VE

。PNP管UBE＜0，UBC

＞

0，即VC

＜VB＜VE

。解：例3第七十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.3.6光电三极管一、等效电路、符号二、光电三极管的输出特性曲线ceceiCuCEO光电三极管的输出特性E1E2E3E4E＝0第七十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三复习1.BJT放大电路三个电流关系？2.BJT的输入、输出特性曲线？uCE=0VuCE

1VuBE

/V3.BJT工作状态如何判断？IE=IC+IB第七十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三场效应三极管场效应管（FET）：是利用输入回路的电场效应来控制半导体中多数载流子（即输出电流）的一种半导体器件，由于场效应管中只有一种极性的载流子参与导电，所以称为单极型三极管。特点单极型器件(一种载流子导电)；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。1.4第八十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管分类：第八十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三DSGN符号1.4.1结型场效应管（JunctionFieldEffectTransistor）结构N沟道结型场效应管结构图N型沟道N型硅棒栅极源极漏极P+P+P型区耗尽层(PN结)在漏极和源极之间加上一个正向电压，N型半导体中多数载流子电子可以导电。导电沟道是N型的，称N沟道结型场效应管。第八十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三P沟道场效应管

P沟道结型场效应管结构图N+N+P型沟道GSD

P沟道场效应管是在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区(N+)，导电沟道为P型，多数载流子为空穴。符号GDS第八十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三一、结型场效应管工作原理

N沟道结型场效应管用改变UGS大小来控制漏极电流ID

的。(VCCS)GDSNN型沟道栅极源极漏极P+P+耗尽层*在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流ID减小，反之，漏极ID电流将增加。

*耗尽层的宽度改变主要在沟道区。第八十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.

uGS

对导电沟道的控制作用（UDS=0）ID=0GDSN型沟道P+P+(a)UGS=0UGS=0时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽UGS由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。当UGS=UGS（Off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断.ID=0GDSP+P+N型沟道(b)UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)UGS＜UGS(off)VGGUGS(off)为夹断电压,为负值。UGS(off)也可用UP表示第八十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.uDS对漏极电流iD的影响uGS=0，uGD>UGS（Off)，iD

较大。GDSNiSiDP+P+VDDVGG

uGS<0，uGD>UGS（Off)，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDD

注意：当uDS>0

时，耗尽层呈现楔形。(a)(b)(当uGS=UGS(Off)~0的任一值时）

uGD＝uGS－uDS

第八十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三GDSNiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),

沟道变窄预夹断uGS<0,uGD<uGS(off),夹断，iD几乎不变GDSiSiDP+VDDVGGP+P+改变uGS，改变了PN结中电场，控制了iD，故称场效应管;结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使PN结反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。(c)(d)第八十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三3.uGS对漏极电流iD的控制作用(uGD<UGS(off))场效应管用低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。场效应管为电压控制元件(VCCS)。在uGD=uGS－uDS<uGS(off),当uDS为一常量时，对应于确定的uGS，就有确定的iD。gm=iD/uGS(单位mS)第八十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三小结（1）在uGD＝uGS－uDS>UGS(off)情况下,即当uDS<uGS-UGS(off)

，对应于不同的uGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。（2）当uDS使uGD＝UGS(off)时，d-s之间预夹断。（3）当uDS使uGD<UGS(off)时，iD几乎仅仅决定于uGS，

而与uDS

无关。此时，可以把iD近似看成uGS控制的电流源。第八十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、结型场效应管的特性曲线与双极性三极管对应，场效应管有共源、共漏、共栅三种组态，以共源为例。1.输出特性曲线当栅源之间的电压UGS不变时，漏极电流iD与漏源之间电压uDS

的关系，即第九十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三IDSS/ViD/mAuDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7预夹断轨迹恒流区可变电阻区漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。(b)

漏极特性输出特性（漏极特性）曲线夹断区UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS(a)特性曲线测试电路+mA击穿区第九十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.转移特性(N沟道结型场效应管为例)O

uGSiDIDSSUGS(off)转移特性uGS=0，iD最大；uGS

愈负，iD愈小；uGS=UGS(off)

，iD0。两个重要参数饱和漏极电流

IDSS(uGS=0时的ID)夹断电压UGS(off)(ID=0时的uGS)UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS特性曲线测试电路+mA第九十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三转移特性OuGS/ViD/mAIDSSUP转移特性结型场效应管转移特性曲线的近似公式：第九十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三＊结型P沟道的特性曲线SGD转移特性曲线iDUGS（Off）

IDSSOuGS输出特性曲线iDUGS=0V+uDS++o栅源加正偏电压，(PN结反偏)漏源加反偏电压。第九十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.4.2

绝缘栅型场效应管（IGFET）Metal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。特点：输入电阻可达1010(有资料介绍可达1014）以上。类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；UGS=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。第九十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三一、N沟道增强型MOS场效应管结构P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极G

N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图SGDB第九十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.工作原理(1)UGS=0漏源之间相当于两个背靠背的PN

结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD(2)UDS=0，0<UGS<UGS(th)

栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近SiO2

一侧的空穴，形成由负离子组成的耗尽层。增大UGS

耗尽层变宽。第九十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三(3)UDS=0，UGS≥UGS(th)

由于吸引了足够多P型衬底的电子，会在耗尽层和SiO2的表面电荷层——反型层之间形成可移动、N型导电沟道。UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UGS(th)

或UT为开始形成反型层所需的UGS，称开启电压。第九十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三(4)UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流ID

。②UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。③UDS>UGS–UT，

UGD<UT由于夹断区的沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，iD因而基本不变。①UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区第九十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三在UDS>UGS–UT时，对应于不同的uGS就有一个确定的iD。此时，可以把iD近似看成是uGS控制的电流源。第一百页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三2.特性曲线与电流方程(1)转移特性(2)输出特性UGS<UT，iD=0；

UGS≥UT，形成导电沟道，随着UGS的增加，ID

逐渐增大。(当UGS>UT

时)三个区：可变电阻区恒流区(或饱和区)夹断区。UT2UTIDOuGS/ViD/mAO

(a)

(b)iD/mAuDS/VO预夹断轨迹恒流区可变电阻区夹断区。UGS增加第一百零一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、N沟道耗尽型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSD++++++

制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在P型衬底中“感应”负电荷，形成“反型层”。即使UGS=0也会形成N型导电沟道。++++++++++++

UGS=0，UDS>0，产生较大的漏极电流；

UGS<0，绝缘层中正离子感应的负电荷减少，导电沟道变窄，iD

减小；

UGS=UP,感应电荷被“耗尽”，iD

0。UP或UGS(off)称为夹断电压第一百零二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三N沟道耗尽型MOS管特性工作条件：UDS>0；UGS

正、负、零均可。iD/mAuGS/VOUP(a)转移特性IDSS耗尽型MOS管的符号SGDB(b)输出特性iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520N沟道耗尽型MOSFET第一百零三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三、P沟道MOS管1.P沟道增强型MOS管的开启电压UGS(th)<0当UGS<UGS(th)，漏-源之间应加负电源电压管子才导通,空穴导电。2.P沟道耗尽型MOS管的夹断电压UGS(off)＞0UGS

可在正、负值的一定范围内实现对iD的控制，漏-源之间应加负电源电压。SGDBP沟道SGDBP沟道四、VMOS管VMOS管漏区散热面积大，可制成大功率管。第一百零四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三种类符号转移特性曲线输出特性曲线结型N沟道耗尽型

结型P沟道耗尽型

绝缘栅型

N沟道增强型SGDSGDiDUGS=0V+uDS++OSGDBuGSiDOUT各类场效应管的符号和特性曲线+UGS=UTuDSiD+++OiDUGS=0V---uDSOuGSiDUPIDSSOuGSiD/mAUPIDSSO第一百零五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三种类符号转移特性曲线输出特性曲线绝缘栅型N沟道耗尽型绝缘栅型P沟道增强型耗尽型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+第一百零六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数饱和漏极电流

IDSS2.夹断电压UP或UGS(off)3.开启电压UT

或UGS(th)4.直流输入电阻RGS为耗尽型场效应管的一个重要参数。为增强型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。

输入电阻很高。结型场效应管一般在107以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于109。第一百零七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、交流参数1.低频跨导gm2.极间电容用以描述栅源之间的电压uGS

对漏极电流

iD

的控制作用。单位：iD毫安(mA)；uGS

伏(V)；gm毫西门子(mS)

这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括Cgs、Cgd、Cds。极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。第一百零八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三、极限参数3.漏极最大允许耗散功率PDM2.漏源击穿电压U(BR)DS4.栅源击穿电压U(BR)GS

由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高。当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。

场效应管工作时，栅源间PN结处于反偏状态，若UGS>U(BR)GS，PN将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。1.最大漏极电流IDM第一百零九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三例1.4.1已知某管子的输出特性曲线如图所示。试分析该管是什么类型的场效应管（结型、绝缘栅型、N沟道、P沟道、增强型、耗尽型）。分析：N沟道增强型MOS管，开启电压UGS(th)＝4V第一百一十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三例1.4.2电路如左图所示，其中管子T的输出特性曲线如右图所示。试分析ui为0V、8V和10V三种情况下uo分别为多少伏？分析：N沟道增强型MOS管，开启电压UGS(th)＝4V第一百一十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三解：(1)ui为0V，即uGS=ui=0，管子处于夹断状态所以u0=VDD=15V(2)uGS=ui=8V时，从输出特性曲线可知，管子工作

在恒流区，iD=1mA，

u0=uDS=VDD-iD

RD=10V第一百一十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三(3)uGS=ui=10V时，若工作在恒流区，iD＝2.2mA。因而u0＝15–

2.2×5＝4V但是，uGS=10V时的预夹断电压为uDS=uGS–UT

=(10-4)V=6V可见，此时管子工作在可变电阻区。第一百一十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三从输出特性曲线可得uGS=10V时d-s之间的等效电阻(D在可变电阻区，任选一点，如图)所以输出电压为第一百一十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.4.4

场效应管与晶体管的比较晶体管场效应管结构NPN型、PNP型结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子运动输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源电压控制电流源CCCS(β)VCCS(gm)噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成第一百一十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三一、单结晶体管的结构和等效电路N型硅片P区PN结eb1b2单结晶体管又称为双基极晶体管。(a)结构(b)符号(c)等效电路

单结管的结构及符号单结晶体管和晶闸管（自学）1.5.1单结晶体管*1.5第一百一十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三特性：+-UA+-UD+-UEB1+-UBB——分压比OUEB1IEAPVBIPUP截止区负阻区饱和区峰点UP：峰点电压IP：峰点电流谷点UV：谷点电压IV：谷点电流第一百一十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、单结管的脉冲发生电路

单结管的脉冲发生电路第一百一十八页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三、单结管的触发电路第一百一十九页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三四、单结管的脉冲发生电路

单结管的脉冲发生电路第一百二十页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三1.5.2晶闸管一、结构和等效模型晶闸管的结构和符号CCC阳极阴极控制极第一百二十一页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三二、工作原理

1.控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。——称为阻断

2.控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。PNPIGβ1β2IGβ1IGCNPNCC第一百二十二页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三结论：晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时，再在控制极加一个正的触发脉冲；

晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流IA，或改变A-C电压极性的方法实现。晶闸管导通后，管压降很小，约为0.6~1.2V左右。第一百二十三页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三三、晶闸管的伏安特性1.伏安特性OUAKIAUBOABCIHIG=0正向阻断特性：当IG=0，而阳极电压不超过一定值时，管子处于阻断状态。UBO——正向转折电压正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。IH

——维持电流当控制极电流IG0时，使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。IG

增大反向特性：与二极管的反向特性相似。UBR晶闸管的伏安特性曲线第一百二十四页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三四、晶闸管的主要参数1.额定正向平均电流IF

2.维持电流

IH3.触发电压

UG和触发电流IG4.正向重复峰值电压UDRM5.反向重复峰值电压URRM其它：正向平均电压、控制极反向电压等。第一百二十五页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三单相桥式可控整流电路+-uG在u2正半周，当控制极加触发脉冲，VT1和VD2导通；

在u2负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和VD1导通；αθ：控制角；：导电角例：第一百二十六页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三小结第1章第一百二十七页，共一百四十二页，编辑于2023年，星期三一、两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子空穴两种半导体N型(多电子)P型(多空穴)二、二极管1.特性—单