二章电子技术基础课件

第二章电子技术基础

学会用工程观点分析问题，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合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。

对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、RC的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。

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。讨论器件的目的在于应用。2.1

基本电子元件及其特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强2.1.1

半导体材料一、半导体及其特性半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。

Si

Si

Si

Si价电子

Si

Si

Si

Si价电子

价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。半导体的导电机理空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。半导体的导电机理

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

(1)自由电子作定向运动电子电流

(2)价电子递补空穴空穴电流注意：

(1)半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；

(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。二、P型半导体和N型半导体

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在纯半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。

在N

型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素

Si

Si

Si

Si

在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。三、PN结多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区

1.PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄

P接正、N接负外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场

P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR

P接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。–+

PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－2.1.2

二极管一、基本结构(a)点接触型(b)面接触型

结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。(c)平面型

用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于大功率整流和开关电路中。阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(

c

)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(

a

)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(

b

)面接触型半导体二极管的结构和符号二极管的结构示意图阴极阳极(

d

)符号D二、伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降

外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数。三、主要参数1.

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平均电流。2.

反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.

反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。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。二极管的单向导电性

1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。

2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。

3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。

4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。

二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止实际，正向管压降硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳

<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。电路如图，求：UAB

V阳

=－6VV阴=－12VV阳>V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V否则，UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。

D6V12V3kBAUAB+–ui>8V，二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例2：二极管的用途：

整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––四、稳压二极管1.符号UZIZIZMUZ

IZ2.伏安特性稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。_+UIO3.主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数ｕ环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。2.1.3

三极管一、基本结构NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大二、电流放大原理1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏

PNP发射结正偏

VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

2.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。

进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。2.三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBE

ICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数集－射极穿透电流,温度ICEO(常用公式)若IB=0,则

ICICE03.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。三、特性曲线和主要参数即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，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：

1）直观地分析管子的工作状态

2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路

测量晶体管特性的实验线路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.

输入特性特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型锗管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有IC=IB

，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB<0以下区域为截止区，有IC0

。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区

当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。3.主要参数1.电流放大系数，直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，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。注意：和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。2.集-基极反向截止电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。4.

集电极最大允许电流ICM5.

集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)

CEO。6.

集电极最大允许耗散功耗PCM

PCM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。

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO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+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL1.串联电压负反馈AuuFuu+–+–+–+–uoufuiud定义：2.2常用模拟电路2.2.1放大电路uf

削弱了净输入电压(差值电压)

——负反馈+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL1.串联电压负反馈反馈电压

ui

与

uf

串联,以电压形式比较——串联反馈反馈信号取自输出电压u0电压反馈——

反馈过程：uoufuduo电压负反馈具有稳定输出电压的作用2.并联电压负反馈定义：uoRFuiR2R1++––++–RLiiidifAuiFiu+–+–uouiidiiif2.

并联电压负反馈i1if

iduoRFuiR2R1++––++–RL－设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

ifif削弱了净输入电流(差值电流)

——负反馈反馈电流取自输出电压——电压反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较——并联反馈

特点：输入电阻低、输出电阻低3.串联电流负反馈定义：uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+udAiuFui+–+–+–+–uoufuiudio3.串联电流负反馈uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+ud设输入电压ui

为正，差值电压ud=ui

–

ufuf

削弱了净输入电压(差值电压)

——负反馈反馈电压取自输出电流——电流反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较

——串联反馈uf=Rio特点：输出电流io

与负载电阻RL无关

——同相输入恒流源电路或电压-电流变换电路4.并联电流负反馈定义：RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid－AiiFii+–uoio+–uiidiiif4.

并联电流负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

ifif削弱了净输入电流(差值电流)——负反馈反馈电流取自输出电流——电流反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较

——并联反馈－运算放大器电路反馈类型的判别方法：

1.反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈；

2.输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈；

3.对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈；

4.对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。。17.2.2负反馈对放大电路性能的影响反馈放大电路的基本方程反馈系数净输入信号开环放大倍数闭环放大倍数反馈电路F–基本放大电路A+1.

降低放大倍数负反馈使放大倍数下降。则有：(参见教材例题)同相，所以

AF是正实数负反馈时，

|1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。2.提高放大倍数的稳定性引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍，其稳定性提高1+|AF|倍。若|AF|>>1，称为深度负反馈，此时：在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。例：|A|=300，|F|=0.01。3.

改善波形失真Auiufud加反馈前加反馈后uo大略小略大略小略大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。uoAF小接近正弦波正弦波ui4.展宽通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加无负反馈有负反馈BWfBWf|Au|OBWfBWf|Au|O|A0||A0|5.

对输入电阻的影响1)串联负反馈无负反馈时：有负反馈时：使电路的输入电阻提高uf+–~+–+–uduiri无负反馈时：有负反馈时：2)并联负反馈使电路的输入电阻降低if+–+–uiriiiid例：中频放大倍数

|A0|=10³，反馈系数

|F|=0.01在原上限、下限频率处说明加入负反馈后，原上限、下限频率仍在通频带内，即通频带加宽了。电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。1)电压负反馈使电路的输出电阻降低2)电流负反馈使电路的输出电阻提高6.对输出电阻的影响1Su放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。开关合在“1”为无反馈放大电路。21Su开关合在“2”为有反馈放大电路，开关合在“2”时,，去掉ui

仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态22.2.2

振荡电路1.自激振荡2.自激振荡的条件(1)幅度条件：(2)相位条件：n是整数

相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；

幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A

或反馈系数F达到)。自激振荡的条件3.起振及稳幅振荡的过程设：Uo

是振荡电路输出电压的幅度，

B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo

0，达到稳定振荡时Uo

=B。起振过程中Uo

<B，要求AuF

>

1，稳定振荡时Uo

=B，要求AuF

=

1，从AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。4.正弦波振荡电路的组成(1)放大电路:放大信号(2)反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是

放大电路的输入信号(3)选频网络:

保证输出为单一频率的正弦波

即使电路只在某一特定频率下满

足自激振荡条件(4)稳幅环节:

使电路能从AuF

>1，过渡到

AuF

=1，从而达到稳幅振荡。正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。常用的正弦波振荡器LC振荡电路:输出功率大、频率高。RC振荡电路:输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。

应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。一、

RC振荡电路RC选频网络正反馈网络同相比例电路放大信号用正反馈信号uf作为输入信号选出单一频率的信号1.电路结构uf–+R++∞RFR1CRC–uO

–+2.RC串并联选频网络的选频特性传输系数：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析上式可知：仅当=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决定于RC。u1u2u2与u1波形相频特性（f）fo幅频特性ffo133.工作原理输出电压

uo

经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf

作为同相比例电路的输入信号ui

。

(1)起振过程(2)稳定振荡

A

=

0，仅在f

0处F=

0满足相位平衡条件，所以振荡频率f

0=12RC。改变R、C可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。(3)振荡频率

振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率的调整++∞RFRCC–uO

–+SSR1R2R3R3R2R1改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率（4）起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF

=1，|F|=1/3，则起振条件AuF

>1，因为|F|=1/3，则考虑到起振条件AuF

>1,一般应选取RF

略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。

由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。带稳幅环节的电路(1)