电子技术基础（第5版 曾令琴）课件全套 项目1-9 认识常用电子元器件 - 数模与模数转换器

电子技术基础项目1认识常用电子元器件任务1.1认识半导体任务1.2认识二极管任务1.3认识三极管项目导入

电子元器件是电子元件和小型机器、仪器的组成部分，其本身常由若干零件构成，可以在同类产品中通用。最常见的电子元器件有二极管、三极管等。任务1.1

认识半导体项目导入

1904年，爱迪生照明公司顾问约翰·安布罗斯·弗拉明发明了依靠热电子发射工作的二极管，开启了随后几十年间不同种类真空管技术的发展任务1.1

认识半导体项目导入1906年，李·德福雷斯特发明了真空三极管，用来放大电话的声音电流。任务1.1

认识半导体项目导入

1947年，点接触型晶体管在贝尔实验室诞生了，

该器件能把音频信号放大100倍，外形比火柴棍短却要粗一些。这在电子元器件的发展史上翻开了新的一页。任务1.1

认识半导体项目导入

1950年，具有使用价值的锗合金型晶体管诞生。任务1.1

认识半导体项目导入

1954年，结型晶体管诞生了。任务1.1

认识半导体项目导入到了20世纪60年代，半导体二极管成为主角。此后，各种性能优良的电子元器件相继出现，电子元器件逐步从真空管时代进入晶体管时代和大规模、超大规模集成电路时代。任务1.1

认识半导体项目导入为了正确、有效地运用各种各样的电子元器件和半导体产品，相关工程技术人员需对半导体的独特性能、PN结的形成及其单向导电性有一定的认识和了解，对电子工程中常用的二极管、三极管的外部特性和主要技术参数也必须熟悉、快速掌握，从而在工程实际中能够正确使用二极管、三极管这些常见电子元器件，并在电子技术不断飞速发展的洪流中推动电子元器件的不断创新和发展。

了解本征半导体、P型和N型半导体的特征及PN结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性、分类及用途；理解三极管的电流放大原理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理解双极型和单极型三极管在控制原理上的区别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析电子电路的基本理论、基本知识和基本技能。学习目标提出问题

什么叫半导体？半导体和导体、绝缘体有什么不同？本征半导体或杂质半导体能称之为半导体器件吗？PN结是如何形成的？半导体在当今世界有何用途？任务1.1

认识半导体绕原子核高速旋转的核外电子带负电。自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。正电荷负电荷=原子结构中：原子核＋原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。1.1.1导体、半导体和绝缘体1.导体导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远，因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用的导电材料有银、铜、铝、金等。

原子核＋导体的特点：内部含有大量的自由电子2.绝缘体绝缘体的最外层电子数一般为6~8个，且距原子核较近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能力极差或不导电。常用的绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。原子核＋绝缘体的特点：内部几乎没有自由电子，因此不导电。3.半导体半导体的最外层电子数一般为4个，常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有硅、锗、硒等。

原子核＋半导体的特点：导电性能介于导体和绝缘体之间，但具有光敏性、热敏性和参杂性的独特性能，因此在电子技术中得到广泛应用。金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。1.1.2半导体的独特性能1.1.3本征半导体最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价价元素，即每个原子最外层电子数为4个。++Si(硅原子)Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图Si+4Ge+4因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4实际上半导体的晶格结构是三维的。晶格结构共价键结构＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好。在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子。热运动造成晶体中出现自由电子的现象称为本征激发。本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子。由于共价键是定域的，使得这些带正电离子不能移动，成为晶体中固定不动的部分，即它们不能参与导电。＋＋1.本征激发和复合＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或温度上升影响，共价键中其它一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性。价电子填补空穴的现象称为复合。此时整个晶体带电吗？为什么？参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4半导体中这两种载流子，其中自由电子载流子运动可以形容为没有座位的人依次定向移动；空穴载流子运动则可形容为有座位的人依次向前挪动座位的运动。半导体内部的这两种运动总是共存的，且在一定温度下达到动态平衡。2.半导体的导电机理在金属导体中存在大量的自由电子，这些自由电子是一种带电的微粒子，在外电场作用下定向移动形成电流。即金属导体内部只有自由电子一种载流子参与导电。半导体由于本征激发而产生自由电子载流子，由复合运动产生空穴载流子，因此，半导体中同时参与导电的通常有两种载流子，且两种载流子总是电量相等、符号相反，电流的方向规定为空穴载流的方向即自由电子的反方向。半导体中同时有两种载流子参与导电，是它与金属导体在导电机理上的本质区别，同时也是半导体导电方式的独特之处。

本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。+五价元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。

在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。1.1.4杂质半导体＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。因此空穴成为这种半导体的导电主流。一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体的导电能力可增强几十万倍。

掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动的离子带负电。－不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的数量，因此起主要导电作用的是多数载流子。注意：掺入杂质后虽然形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。一般可近似认为多数载流子的数量与杂质的浓度相等。P型半导体中的空穴多于自由电子，是否意味着它带正电？自由电子导电和空穴导电的区别在哪里？空穴载流子的形成是否是自由电子填补空穴的运动形成的？何谓杂质半导体中的多子和少子

？N型半导体中的多子是什么？少子是什么？思考与问题1.1.5PN结及其形成过程1.PN结的形成

杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P区N区空间电荷区内电场PN结形成动画演示说明PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子的扩散运动占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：P区的少子电子向N区漂移，补充了交界面上N区失去的电子，同时，N区的少子空穴向P区漂移，补充了原交界面上P区失去的空穴，显然漂移运动减少了空间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PN结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即PN结形成。PN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。但PN结两侧的P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相似，所以说PN结具有电容效应。PN结正向偏置时的情况PN结反向偏置的情况

2.PN结的单向导电性

PN结的上述“正向导通，反向阻断”作用，说明它具有单向导电性，PN结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流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。PN结中反向电流的讨论反向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PN结对反向电流呈高阻状态，也就是所谓的反向阻断作用。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—空穴对增多，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，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。2.受温度和光照影响，半导体的本征激发产生电子、空穴对；同时，复合运动又使得其它价电子不断地“转移跳进”空穴中。一定温度下，电子、空穴对的激发和复合最终达到动态平衡。平衡状态下，半导体中的载流子浓度一定，即反向饱和电流的数值基本不发生变化。1.半导体中少子的浓度虽然很低，但少子对温度非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓度，所以说多子的数量基本上不受温度的影响。4.PN结的单向导电性是指：PN结正向偏置时，呈现的电阻很小几乎为零，因此多子构成的扩散电流极易通过PN结；PN结反向偏置时，呈现的电阻趋近于无穷大，因此电流无法通过被阻断。3.空间电荷区的电阻率很高，是指其内电场阻碍多数载流子扩散运动的作用，由于这种阻碍作用，使得扩散电流难以通过空间电荷区，即空间电荷区对扩散电流呈现高阻作用。学习与归纳1.1.6PN结的反向击穿问题PN结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿。反向击穿发生在空间电荷区。击穿的原因主要有两种：当PN结上加的反向电压大大超过反向击穿电压时，处在强电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格，将价电子碰撞出来，产生电子空穴对，新产生的载流子又会在电场中获得足够能量，再去碰撞其它价电子产生新的电子空穴对，如此连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿。1.雪崩击穿雪崩击穿属于碰撞式击穿，其电场较强，外加反向电压相对较高。通常出现雪崩击穿的电压均在7V以上。

当PN结两边的掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层内载流子与中性原子碰撞的机会大为减少，因而不会发生雪崩击穿。2.齐纳击穿PN结非常薄时，即使阻挡层两端加的反向电压不大，也会产生一个比较强的内电场。这个内电场足以把PN结内中性原子的价电子从共价键中拉出来，产生出大量的电子—空穴对，使PN结反向电流剧增，这种击穿现象称为齐纳击穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿电压较低，一般均小于5V。雪崩击穿是一种碰撞的击穿，齐纳击穿是一种场效应击穿，二者均属于电击穿。电击穿过程通常可逆：只要迅速把PN结两端的反向电压降低，PN结即可恢复到原状态。利用电击穿时PN结两端电压变化很小电流变化很大的特点，人们制造出工作在反向击穿区的稳压管。若PN结两端加的反向电压过高，反向电流将急剧增长，从而造成PN结上热量不断积累，引起其结温的持续升高，当这个温度超过PN结最大允许结温时，PN结就会发生热击穿，热击穿将使PN结永久损坏。热击穿的过程是不可逆的，实用中应避免发生。3.热击穿1.1.7半导体的用途及发展前景

当今世界，用半导体材料制成的集成电路已为电子工业中的重要基础产品，在几平方毫米的硅片上就能制作几万只晶体管，可在一片硅片上制成一台微信息处理器，或完成其它较复杂的电路功能。集成电路的发展方向是实现更高的集成度和微功耗，并使信息处理速度达到微微秒级。另外，半导体微波器件包括接收、控制和发射器件等。毫米波段以下的接收器件已广泛使用。在厘米波段，发射器件的功率已达到数瓦，人们正在通过研制新器件、发展新技术来获得更大的输出功率。

半导体发光、摄像器件和激光器件的发展使光电子器件成为半导体应用的另一个重要领域，其应用范围主要有：光通信、数码显示、图象接收、光集成等。

目前，全球半导体行业仍旧保持高景气度。2022年全球半导体设备销售额基本达到1140亿美元。半导体的发展中，汽车成为重要增长极，尤其是新能源汽车销量持续旺盛，拉动模拟、功率及MCU需求，汽车MCU销售额预计将以7.7%的复合年增长率增长，市场规模有望达到215亿美元，再创历史新高。2.半导体的发展前景能否说出PN结有何特性？半导体与金属导体的导电机理有何不同？什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的

？试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏

？思考与问题

空间电荷区的电阻率为什么很高？

谢希德（1921年3月19日—2000年3月4日），福建泉州人，固体物理学家、教育家及社会活动家，中国科学院院士、复旦大学原校长

。

1946年谢希德从从厦门大学数理系毕业后进入上海户江大学任教；1947年赴美国史密斯学院留学；1949年获得硕士学位后她转入麻省理工学院专攻理论物理；1951年获得博士学位后，即谋划回国；1952年绕道英国回到中国并被分配到上海复旦大学物理系任教授；1956年被国务院调到北京大学联合筹建半导体专业组；1958年夏谢希德又调回复旦大学，参加该大学与中国科学院上海分院联合主办的技术物理研究所，并任该所副所长；1980年当选为中国科学院数理学部委员，1981年获美国史密斯学院、美国纽约学院荣誉博士学位；1983年1月出任复旦大学校长；1989年当选为第三世界科学院院士；1990年当选为美国文理科学院外籍院士；1997年出任上海杉达学院校长；2000年3月4日逝世于上海，享年79岁。

科技兴则民族兴，科技强则国家强，核心科技是国之重器。核心技术并不是那么容易引进的，也不可能一蹴而就，需要国人不忘初心，砥砺前行。2021年，我国半导体存储器生产线大规模扩产，并带动全球存储器设备投资。实际需要必将极大地推动器件的不断创新，作为未来的电子工程技术人员，我们必须对半导体及其常用器件有初步的了解和认识，为在实际工程中正确使用半导体器件打下基础。拓展阅读任务1.2认识二极管提出问题

什么叫半导体？半导体和导体、绝缘体有什么不同？本征半导体或杂质半导体能称之为半导体器件吗？PN结是如何形成的？半导体在当今世界有何用途？

把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管

电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。知识准备1.2.1二极管的基本结构与类型特点：外壳金属触丝N型锗片正极引线负极引线半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。根据PN结构造面的特点，晶体二极管可分类如下：

1.点接触型二极管PN结

点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流而形成的。点接触型二极管正向特性和反向特性相对较差，因此，不能使用于大电流和整流。但是，点接触型二极管构造简单、价格便宜，其PN结的静电容量小，因此适用于高频电路的检波、脉冲电路及计算机中的开关元件。N型锗面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中，也可以用于大电流开关元件。负极引线底座金锑合金PN结铝合金小球正极引线2.面接触型二极管面接触型二极管采用合金法工艺制成的，结构如图示：特点：3.平面型二极管硅平面型二极管采用扩散法工艺制成：在半导体N型硅单晶片上扩散P型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。结构如图示：负极引线P型硅二氧化硅层PN结正极引线平面型二极管的P区和N区部分表面，因被二氧化硅氧化膜覆盖，所以稳定性好且寿命较长。这种特制的硅二极管，不仅能通过较大的电流而在电路中起整流作用，而且性能稳定可靠，还可用于开关作用、脉冲电路以及高频电路。特点：根据用途二极管又可分为普通二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、检波二极管、整流二极管等。部分二极管的电路图符号以及文字符号如下：普通二极管图符号稳压二极管图符号发光二极管图符号VDVDZVD除上述三种结构类型，还有键型二极管、合金型二极管、肖特基二极管、外延型二极管等很多结构类型的二极管，在此不一一赘述了。光电二极管图符号VD变容二极管图符号VD1.2.2二极管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区：外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。死区正向导通区反向截止区当外加正向电压较低时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。反向击穿区反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。正向导通区和反向截止区的讨论U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区当外加正向电压大于死区电压时，二极管由死区进入导通区，导通区中的正向电流随电压的增大迅速增大，但导通后二极管的端电压却几乎不变，硅二极管的正向导通电压典型值约为0.7V，锗二极管的正向导通电压典型值约为0.3V。考虑到二极管的正向导通压降，二极管正向偏置时，通常应串联分压限流电阻。在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。所以通常把反向截止区中由少子形成的漂移电流称为反向饱和电流。1.2.3二极管的主要参数1.最大耗散功率Pmax：耗散功率指通过二极管的电流与加在二极管两端电压的乘积。最大耗散功率是二极管不能承受的最高温度的极限值。超过此值，二极管将烧损。3.最高反向工作电压URM：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反向工作电压值。4.反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流。IR值越小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化显著，这一点要特别加以注意。5.最高工作频率fM：此值由PN结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性将变差。2.最大整流电流IDM：指二极管长期使用时，允许通过二极管的最大正向平均电流值。1.二极管的整流电路

将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。二极管半波整流电路T220V~RLVDIN40011.2.4二极管的应用u2ωt0uoωt0二极管全波整流电路T220V~RLVD1VD2uituo

t桥式整流电路简化图二极管桥式整流电路VD4T220V~RLVD1VD2VD3T220V~RL二极管全波整流电路二极管桥式整流电路2.二极管的钳位电路图示二极管钳位电路中，限流电阻R的一端与直流电源U+相连，另一端与二极管阳极相连，二极管阴极连接端为电路输入端A，阳极向外的引出端F点是电路的输出端。

当图中输入端A点电位低于U＋时，则二极管(按理想二极管处理)VD正偏导通，忽略二极管的管压降，则输出端F的数值被钳位在A电位；当输入端A点电位较U＋高时，二极管则处于反偏不能导通，此时电阻R上无电流通过，输出端F的电位就被钳制在U+电位。FAU＋RVD用理想二极管组成的电路如下图所示，试求图中电压U及电流I的大小。解(a)二极管正向偏置导通，例10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V（a）（b）（c）（d），U被钳位在－5V。(c)二极管反向偏置截止，I＝0，U被钳位在－5V。其余两题练习。

对于二极管应用电路，讨论时主要以二极管的单向导电性为关键，以此作为分析二极管是否导通或截止的依据，对电路进行分析。3.二极管双向限幅电路图示为二极管双向限幅电路。已知：图中二极管均为硅管，设导通时其管压降试画出输出电压UO的波形。例入电压ui>＋0.7V时，二极管VD1导通，VD2截止，输出电压维持在VD＝0.7V的导通电压值不变；当ui<－0.7V时，VD2导通，VD1截止，输出电压维持在－0.7V不变。除此两段时间外，输入电压均小于±0.7V，两个二极管均为截止状态，所以输出与输入相同。可见，该电路中的二极管在电路中起着限幅作用。其电路输出电压波形为：

由图示电路和输入电路电压的波形图可看出：当输分析+－VDuS10kΩIN4148+－uoiD图示为理想二极管限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路的输出电压为多少。分析uS+5V-5Vt0当输入电压ui=－5V时，二极管反偏截止，此时电路可视为开路，输出电压uo=0V；当输入电压ui=+5V时，二极管正偏导通，导通时二极管管压降近似为零，故输出电压uo≈+5V。显然输出电压uo限幅在0~+5V之间。uo例注意：分析开关电路较为简单，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为“短路”，截止时视其为“开路”。正向导通时相当一个闭合的开关UD≈0+－+－VDUD≈∞+－VD+－+－VDPN+－反向阻断时相当一个打开的开关+－+－VDPN*二极管的开关作用半导体二极管工作在击穿区，是否一定被损坏？为什么？

何谓死区电压？硅管和锗管死区电压的典型值各为多少？为何会出现死区电压？

把一个1.5V的干电池直接正向联接到二极管的两端，会出现什么问题？二极管的伏安特性曲线上分为几个区？能否说明二极管工作在各个区时的电压电流情况？

检验学习结果为什么二极管的反向电流很小且具有饱和性？当环境温度升高时又会明显增大

？I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

在反向击穿区，稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这是稳压二极管的显著特性。VDZ稳压二极管通常是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。正向特性与普通二极管相似反向ΔIZΔUZ1.2.5特殊二极管1.稳压二极管实物图图符号及文字符号显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。+US－DZ使用稳压二极管时应该注意的事项（1）稳压二极管正负极的判别DZ+－（2）稳压二极管使用时，应反向接入电路UZ－（3）稳压管应接入限流电阻（4）电源电压应高于稳压二极管的稳压值（5）稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高的可达300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。思索与回顾二极管的反向击穿特性：当外加反向电压超过击穿电压时，通过二极管的电流会急剧增加。

击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过热而烧坏。如稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmix的范围内。在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就是利用这一点达到“稳压”效果的。稳压管正常工作是在反向击穿区。2.发光二极管发光二极管简称为LED。是由镓与砷或磷的化合物制成的二极管。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

从结构图看，发光管的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以其抗震性能好。发光管的核心部分和普通二极管一样是PN结，在PN结中注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。实物图图符号和

文字符号VDLED发光二极管具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源所不可及的优点。发光管正常工作时应正向偏置，因其属于功率型器件，因此死区电压较普通二极管高很多，其正偏工作电压最少也要在1.3V以上。数字电路中，发光管常用来作为数码及图形显示的七段式或阵列器件。2.发光二极管发光二极管早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的数值。随着技术的不断进步，发光管的用途也在不断扩展，初时仅作为指示灯、显示板等用，目前已被广泛应用于显示器、电视机采光装饰和照明等。光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管PN结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。VD光电二极管的正常工作状态是反向偏置。在反向电压下，无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照射时，携带能量的光子进入PN结，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，产生电子—空穴对，称光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。3.光电二极管光电二极管和普通二极管一样具有“单向导电性”，光电管管壳上有一个能射入光线的“窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。实物图图符号和

文字符号变容二极管双称可变电抗二极管，是一种利用PN结的势垒电容与其反向偏置电压的依赖关系及原理制成的二极管，其结构如：4.变容二极管变容二极管的作用是利用PN结之间电容可变的原理制作的，变容二极管正常工作时应反向偏置，改变其PN结上的反向偏置电压，即可改变PN结电容量。反向偏压越高，结电容则越小，反向偏压与结电容之间的关系是非线性关系。实物图图符号和

文字符号VD变容二极管通常用于高频电路做调谐元件，或者在通信等电路中作可变电容使用。激光二极管的物理结构是在发光二极管的PN结间安置一层具有光活体的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一个光谐振腔。在正向偏置情况下，LED结发射出光并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的激光，这种激光的物理性质与材料有关。

5.激光二极管实物图图符号和

文字符号VD激光二极管的工作原理理论上和气体激光器相似，当激光二极管有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光。激光二极管在计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头等小功率光电设备中得到了广泛的应用

。1.利用稳压管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？你会做吗？思考与问题2.现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，可得到几种稳压值？各为多少？(2)若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？3.在右图所示电路中，发光二极管导通电压UD＝1.5V，正向电流在5~15mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？R的取值范围又是多少？

RDS+5V任务1.3认识三极管提出问题

三极管的问世使PN结的应用发生了质的飞跃。作为电子世界中的未来工程技术人员，你了解双极型三极管、单极型三极管的结构组成吗？知道两类三极管分别在电子电路中主要起什么作用吗？了解两种类型的三极管的外部特性特点吗？你知道在工程应用中，两种类型的三极管应参照哪些参数进行选择吗？你会检测三极管的检性及好坏吗？NNP知识准备三极管是组成各种电子电路的核心器件。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。1.3.1双极型三极管BJT的结构组成双极型晶体管分有NPN型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极：发射极e发射结集电结基区发射区集电区集电极c基极bNPN型PNP型PPNNPN型三极管图符号大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型（3D系列），锗晶体管多为PNP型（3A系列），按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。

ecbPNP型三极管图符号ecb注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。1.3.2BJT的电流放大作用晶体管芯结构剖面图e发射极集电区N基区P发射区Nb基极c集电极晶体管实现电流放大作用的内部结构条件（1）发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。（2）为减少载流子在基区的复合机会，基区应做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。（3）为了顺利收集边缘载流子，集电区体积较大，且掺杂浓度界于发射极和基极之间。可见，双极型三极管并非是两个PN结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。晶体管实现电流放大作用的外部条件NNPUBBRB＋－（1）发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。UCCRC＋－（2）集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。IEICIB整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即：IE=IB+IC三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，IB由40μA增加到50μA时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的β值称为三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三极管，β值的差异较大，大多数三极管的β值通常在几十至几百的范围。

由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。

结论由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。回顾与总结1.发射区向基区扩散电子的过程由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流IB，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。2.电子在基区的扩散和复合过程集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。3.集电区收集电子的过程只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。1.3.3BJT的外部特性所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外部特性更为重要。1.输入特性以常用的共射极放大电路为例说明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB从0开始增加IBIE=IBUBE令UCC为0UCE=0时的输入特性曲线UCE为0时UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新从0开始增加IBICUBE增大UCC让UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲线继续增大UCC让UCE=1V令UBB重新从0开始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲线继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲线2.输出特性先把IB调到某一固定值保持不变。当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再调节IB1至另一稍小的固定值上保持不变。仍然调节UCC使UCE从0增大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCE根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移，且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。ΔIB=40A取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应的集电极电流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我们可得到三极管的电流放大倍数：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。截止区。当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大区晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用1.3.4BJT的主要技术参数1.集电极最大允许电流ICM2.反向击穿电压U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基极开路指基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压。使用中若超过此值,晶体管的集电结就会出现雪崩击穿。当IC

=

ICM时，晶体管的β值通常下降到正常额定值的三分之二。但当IC>ICM时，晶体管并不一定烧损，但β值明显下降。3.集电极最大允许功耗PCMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3晶体管的功耗PC=UCE*IC。使用中，如果温度过高，晶体管的性能就会下降甚至被损坏，所以集电极损耗有一定的限制，规定集电极所消耗的最大功率不能超过最大允许耗散功率PCM值。如果超过PCM值，则晶体管就会因过热而损坏。晶体管上的功耗超过PCM，管子将损坏。安

全

区晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。晶体管的发射极和集电极能否互换使用？为什么?

晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，UCE<UBE，集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子，这种情况下，集电极电流IC与基极电流IB不再是β倍的关系，因此，晶体管的电流放大能力大大下降。晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于β？为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深度很低且很薄，因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流，剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散，由于集成电结反偏，这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后形成集电极电流。为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做得很薄？学习与讨论思考与问题使用三极管时，只要①集电极电流超过ICM值；②耗散功率超过PCM值；③集—射极电压超过U（BR）CEO值，三极管就必然损坏。上述说法哪个是对的？

用万用表测量某些三极管的管压降得到下列几组数据，说明每个管子是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？它们各工作在什么区域？UBE＝0.7V，UCE＝0.3V；UBE＝0.7V，UCE＝4V；UBE＝0V，UCE＝4V；UBE＝－0.2V，UCE＝－0.3V；UBE＝0V，UCE＝－4V。NPN硅管，饱和区NPN硅管，放大区NPN硅管，截止区PNP锗管，放大区PNP锗管，截止区1.3.5单极型三极管概述

双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为单极型三极管；单极型三极管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。上图所示为单极型三极管产品实物图。单极型管可分为结型和绝缘栅型两大类，其中绝缘栅型场效应管应用最为广泛，其中又分增强型和耗尽型两类，且各有N沟道和P沟道之分。单极型三极管可用英文缩写FET表示，与双极型三极管BJT相比，无论是内部的导电机理还是外部的特性曲线，二者都截然不同。FET属于一种新型的半导体器件，尤为突出的是：FET具有高达107~1015的输入电阻，几乎不取用信号源提供的电流，因而具有功耗小，体积小、重量轻、热稳定性好、制造工艺简单且易于集成化等优点。这些优点扩展了单极型三极管的应用范围，单极型三极管在工程实际中通常用于：①放大；②在多级放大器输入级用作阻抗变换；③用作可变电阻；④用作恒流源；⑤用作电子开关。

1.3.6

绝缘栅场效应管的结构组成N+N+以P型硅为衬底BDGS二氧化硅(SiO2)绝缘保护层两端扩散出两个高浓度的N区N区与P型衬底之间形成两个PN结由衬底引出电极B由高浓度的N区引出的源极S由另一高浓度N区引出的漏极D由二氧化硅层表面直接引出栅极G杂质浓度较低，电阻率较高。N+N+以P型硅为衬底BDGS大多数管子的衬底在出厂前已和源极连在一起铝电极、金属（Metal）二氧化硅氧化物（Oxide）半导体（Semiconductor)故单极型三极管又称为MOS管。MOS管电路的连接形式N+N+P型硅衬底BDGS+－UDS+－UGS漏极与源极间电源UDS栅极与源极间电源UGS

如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般P型硅衬底应接低电位，N型硅衬底应接高电位，由导电沟道的不同而异。不同类型MOS管的电路图符号DSGB衬底N沟道增强型图符号DSGB衬底P沟道增强型图符号DSGB衬底N沟道耗尽型图符号DSGB衬底P沟道耗尽型图符号由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。虚线表示增强型实线表示耗尽型1.3.7

MOS管的主要技术参数

1.开启电压UT开启电压是增强型MOS管的参数，栅源电压UGS小于UT的绝对值时，MOS管不能导通。

2.输入电阻RGS

RGS是场效应管的栅源间输入电阻典型值，对于绝缘栅场型MOS管，输入电阻RGS约在1M~100MΩ之间。由于高阻态，所以可认为输入电流基本为零。3.最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM=UDS

ID决定，与双极型三极管的PCM相当，管子正常使用时不得超过此值，否则将会由过热而造成管子的损坏。1.3.6MOS场效应管的工作原理以增强型NMOS管为例说明其工作原理。N沟道增强型MOS管不存在原始导电沟道。当栅源极间电压UGS=0时，增强型MOS管的漏极和源极之间相当于存在两个背靠背的PN结。N+N+P型硅衬底BDGS不存在原始沟道+－UDSUGS=0此时无论UDS是否为0，也无论其极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，因此MOS管不导通，ID=0。MOS管处于截止区。PPN结PN结ID=01.导电沟道的形成在栅极和衬底间加UGS且与源极连在一起，由于二氧化硅绝缘层的存在，电流不能通过栅极。但金属栅极被充电，因此聚集大量正电荷。+－+－N+N+P型硅衬底BDGSUDS=0UGS电场力排斥空穴二氧化硅层在UGS作用下被充电而产生电场形成耗尽层出现反型层形成导电沟道电场吸引电子

导电沟道形成时，对应的栅源间电压UGS=UT称为开启电压。UT+－+－N+N+P型硅衬底BDGS当UGS>UT、UDS≠0且较小时UDSUGSID当UGS继续增大，UDS仍然很小且不变时，ID随着UGS的增大而增大。此时增大UDS，导电沟道出现梯度，ID又将随着UDS的增大而增大。直到UGD=UGS－UDS=UT时，相当于UDS增加使漏极沟道缩减到导电沟道刚刚开启的情况，称为预夹断，ID基本饱和。导电沟道加厚产生漏极电流ID+－+－N+N+P型硅衬底BDGSUDSUGS在放大恒流区，如果UDS-UGD<UT时，沟道完全夹断，ID=0，管子又回到截止区。但继续增大UDS，使管子出现雪崩击穿时，ID电流急剧增大，管子将进入击穿区。UGD沟道出现预夹断时工作在放大状态，放大区ID几乎与UDS的变化无关，只受UGS的控制。即MOS管是利用栅源电压UGS来控制漏极电流ID大小的一种电压控制器件。2.漏源间电压UDS和栅源间电压UGS对漏极电流ID的影响场效应管导电沟道形成动画说明1.3.9

MOS管的使用注意事项1.MOS管中,有的产品将衬底引出，形成四个管脚。使用者可视电路需要进行连接。P衬底接低电位，N衬底接高电位。但当源极电位很高或很低时,可将源极与衬底连在一起。2.场效应管的漏极与源极通常可以互换，且不会对伏安特性曲线产生明显影响。注意：大多产品出厂时已将源极与衬底连在一起了，这时源极与漏极就不能再进行对调使用。3.MOS管不使用时,由于它的输入电阻非常高,须将各电极短路,以免受外电场作用时使管子损坏。即MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。4.焊接MOS管时，电烙铁须有外接地线，用来屏蔽交流电场，以防止损坏管子。特别是焊接绝缘栅场效应管时，最好断电后再焊接。单极型晶体管和双极型晶体管的性能比较1.场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。2.场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。3.场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。4.场效应管的源极和衬底未连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极由于特性差异很大而不允许互换使用。5.与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声晶体管。但总的来说，当信噪比是主要矛盾时，还应选用场效应管。6.场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因此在电子设备中得到广泛的应用。MOS管在不使用时，应注意避免什么问题？否则会出现何种事故？

在使用MOS管时，为什么栅极不能悬空？双极型管和MOS管的输入电阻有何不同？你会做吗？当UGS为何值时，增强型N沟道MOS管导通？思考与问题双极型三极管和单极型三极管的导电机理有什么不同？为什么称晶体管为电流控件而称MOS管为电压控件？

为什么说场效应管的热稳定性比双极型三极管的热稳定性好？

1.双极型三极管和单极型三极管的导电机理有什么不同？为什么称晶体管为电流控件而称MOS管为电压控件？思考与练习解答2.当UGS为何值时，增强型N沟道MOS管导通？3.在使用MOS管时，为什么栅极不能悬空？4.晶体管和MOS管的输入电阻有何不同？双极型三极管有多子和少子两种载流子同时参与导电；单极型三极管只有多子参与导电。晶体管的输出电流IC受基极电流IB的控制而变化，因此称之为电流控件；MOS管的输出电流ID受栅源间电压UGS的控制而变化，所以称为电压控件。当UGS=UT时，增强型N沟道MOS管开始导通，随着UGS的增加，沟道加宽，ID增大。由于二氧化硅层的原因，使MOS管具有很高的输入电阻。在外界电压影响下，栅极易产生相当高的感应电压，造成管子击穿，所以MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。晶体管的输入电阻rbe一般在几百欧～千欧左右，相对较低；而MOS管绝缘层的输入电阻极高，一般认为栅极电流为零。本章学习结束，希望同学们对本章内容予以重视，因为这是电子技术基础的基础部分。Goodbye!项目2认识各种类型放大电路任务2.1认识基本放大电路任务2.2认识共集电极放大电路任务2.3初识功率放大器和差放电路任务2.4认识放大电路的负反馈项目导入

实际生活中，经常会把一些微弱的信号放大到便于测量和利用的程度，这就要用到放大电路。放大电路亦称为放大器，它是使用最为广泛的电子电路之一，也是构成其他电子电路的基础单元电路。项目导入

放大电路的类型多种多样，按器件分可分为电子管放大电路、晶体管分立元件放大电路、集成放大电路；按输入信号又可分为直流放大电路和交流放大电路；按耦合方式分，可分为电容耦合放大电路、变压器耦合放大电路、直接耦合放大电路及光耦合放大电路等；按信号频率分，放大电路可分为高频放大电路、中频放大电路和低频放大电路；按输出分，放大电路又可分为电压放大器、电流放大器和功率放大器；按通频带分，可分有宽带放大电路和窄带放大电路；按电路形式分，可分有单管放大电路、推挽放大电路、差分放大电路等；如果按工作点分，还可分为甲类放大电路、乙类放大电路、甲乙类放大电路等。项目导入

基本放大电路是构成各种复杂放大电路和线性集成电路的基本单元，无论是日常使用的收音机、电视机、精密的测量仪器还是复杂的自动控制系统，其中都有各种各样的放大电路。在这些电子设备中，常常需要将天线接收到的或是从传感器得到的微弱电信号加以放大，以便推动喇叭或测量装置的执行机构工作。因此，“放大”是模拟电子电路讨论的重点，放大电路的基础就是能量转换。掌握放大电路的基本构成及特点，理解基本放大电路静态工作点的设置目的及其求解方法；熟悉非线性失真的概念；初步掌握运用微变等效电路法求解电路的电压放大倍数、电路的输入电阻和输出电阻；了解多级放大电路的常用耦合方式。技术能力上要求掌握示波器、信号发生器、电子毫伏表等常用电子仪器的使用方法；具有对共射放大电路进行静态工作点调试的能力；掌握基本放大电路安装、调试的工艺技能。学习目标提出问题基本放大电路的组成原则是什么？如何理解放大电路的工作原理？什么是放大电路的估算法和静态分析法？如何理解放大电路的动态分析法？什么是微变等效电路？它有何作用？任务2.1

认识各种类型放大电路2.1.1基本放大电路的组成及组成原理放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。

所谓“放大”，是指将一个微弱的电信号，通过某种装置，得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实质是电路对电流、电压或能量的控制作用。扬声器负载输入信号源扩音器中放大电路的组成为放大器提供能量的直流电源RS+－US放大电路+－u0i0话筒送来的微弱音频信号ui放大电路微弱输入小信号uiuO幅度大大增强的输出信号uO放大电路的放大作用，实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输入信号的作用则是控制这种转移，使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。放大电路的核心元件是晶体管，因此，放大电路若要实现对输入小信号的放大作用，必须首先保证晶体管工作在放大区。晶体管工作在放大区的外部偏置条件是：其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源，并配以合适的偏置电路来实现的。电子技术中以晶体管为核心元件，利用晶体管的以小控大作用，可组成各种形式的放大电路，基本放大电路的形式分以下三种组态：＋

u0－＋

ui－bce＋

u0－＋

ui－bec＋

u0－＋

ui－bec共射组态放大电路共集电组态放大电路共基组态放大电路

无论放大电路的组态如何，其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。基本放大电路的核心元件是晶体管，放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶体管的电流放大作用显然无法完成。必须在放大电路中设置直流电源，并保证晶体管工作在线性放大区。1.核心元件晶体管必须发射结正偏，集电结反偏；2.输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电路，

以保证晶体管的以小控大作用；3.输出回路的设置应保证晶体管放大后的电流信号能够转

换成负载需要的电压形式；4.不允许被传输小信号放大后出现失真。2.1.1放大电路的组成原则2.1.2共射放大电路的组成共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：3DG6管RBUBBC1+RCUCCC2+放大电路的核心元件——三极管输入回路耦合电容基极电阻基极电源集电极电阻为放大电路提供能量的直流电源输出回路耦合电容上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，各部分的作用分别如下：晶体管的作用是把放大电路输入的小电流进行放大，并控制能量转移向放大电路提供能量，保证晶体管的放大作用。基极偏置电阻的作用是为放大电路提供合适的静态工作点，保证晶体管工作在放大区。输入耦合电容的作用是通交隔直。一方面防止放大电路内直流部分对输入的影响，另一方面让输入交流信号顺利通过。输出耦合电容的作用是隔离放大电路内部的直流和让放大的交流信号顺利输出。集电极电阻的作用是将放大后的集电极电流转换成电路所需的电压输出。3DG6管RBC1+RCC2++UCC3DG6RBC1+RCC2++UCCcebuiuoibiCuCEiBIB基极固定偏置电流放大后的集电极电流

iC通过RC将放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。uCE经C2滤掉了直流成分后的输出电压信号电流和基极固定偏流的叠加显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。uit0输入交流信号电流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCuOt0反相！输入信号电压2.1.3共射放大电路的工作原理

需放大的信号电压ui通过C1转换为放大电路的输入电流，与基极偏流叠加后加到晶体管的基极，基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用控制集电极电流iC变化；iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即：uCE=UCC-iCRC

放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采用大写英文字母。例如：基极电流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；总量用iB表示。由上式可看出：当iC增大时，uCE就减小，所以uCE的变化正好与iC相反，这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分，耦合到输出端的交流成分即为输出电压uo。若电路参数选取适当，uo的幅度将比ui幅度大很多，亦即输入的微弱小信号ui被放大了，这就是放大电路的工作原理。输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。直流分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。C1+C2+ICUBE放大电路的直流通道UCE3DG6RBRC＋UCCcebIC=βIBUCE=UCC－ICRCIB=RBUCC-UBE直流下耦合电容C1、C2相当于开路，由直流通道求工作点上的IB：IB由图可得由晶体管放大原理可求得IC：由图又可求得工作点上UCE：式中ICRC前面的负号表示输出电压与集电极电流IC反相。2.1.4放大电路静态分析的估算法分析UBE(V)IB0.5V0.7V死区uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t