电子技术与应用项目化教程 课件全套 赵媛 项目1-15 二极管 - 数模（DA）与模数（AD）转换器

项目一——认识半导体项目一

认识半导体学习内容：

1.半导体基础知识。2.PN结的形成过程。3.PN结的导电特性。学习要求：

目的：了解半导体的内部结构和类型；理解PN结的形成以及导电特性。重点：PN结的形成以及导电特性。难点：PN结的形成以及导电特性。一、半导体基础知识

半导体-----导电能力介于导体与绝缘体之间

物体根据其导电能力

绝缘体

半导体

导体本征半导体半导体杂质半导体硅

常用的材料锗

半导体特性：热敏性、光敏性、可掺杂性。本征半导体就是完全纯净的半导体（也叫纯净半导体）。1.本征半导体单晶硅共价键结构与本征激发

在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称为电子—空穴对，其自由电子和空穴数目总是相等的，如图所示。温度升高时在本征半导体产生电子—空穴对的现象称为本征激发。温度越高，产生的电子-空穴对数目就越多，这就是半导体的热敏性。（1）P型半导体2.掺杂半导体P型半导体的共价键结构

P型半导体是在本征半导体硅中掺入微量的3价元素（如硼）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，如图所示。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）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，这个多余的价电子易成为自由电子，如图所示。N型半导体多子为自由电子，少子为空穴。（2）

N型半导体N型半导体的共价键结构

P型半导体中，原来的晶体仍会产生电子-空穴对，由于杂质的掺入，使得空穴数目远大于自由电子数目，成为多数载流子（简称多子），而自由电子则为少数载流子（简称少子）。因而P型半导体以空穴导电为主。

N型半导体中，原来的晶体仍会产生电子-空穴对，由于杂质的掺入，使得自由电子数目远大于空穴数目，成为多数载流子（简称多子），而空穴则为少数载流子（简称少子）。因而N型半导体以自由电子导电为主。综上所述，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加，半导体导电性能大大改善。多子主要是由掺杂产生的，少子是由本征激发产生的。二、PN结的形成

同一块半导体基片的两边分别形成P型和N型半导体。由于界面两边明显存在浓度差，产生扩散运动，在它们的交界面附近会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结。PN形成过程

总结：N区的多子（电子）----向P区扩散，并与交界面附近P区的空穴复合，在N区留下一层不能移动的正电荷离子。扩散的结果使交界面出现了空间电荷区，空间电荷区形成了一个由N区指向P区的内电场。内电场的存在阻碍了扩散运动，当扩散与漂移达到动态平衡时，便形成了一定厚度的空间电荷区，称为PN结。

由于电荷区缺少能移动的载流子，故又称PN结为耗尽层或阻挡层。同样，P区的多子（空穴）也会向N区扩散，并与界面附近的N区电子复合而消失，在P区留下一层不能移动的负电荷离子。

三、PN结导电性能1.PN正向偏置-------当外加直流电压使PN结P区电位高于N区

电位时，PN结正向偏置，简称正偏。PN结正向导电性能PN结正向导电性能PN正偏时：

外电场削弱内电场；PN结变窄，呈低阻状态；

正向电流很大；PN结处于导通状态。PN结正向导电性能PN结反向导电性能2.PN反向偏置-------当外加直流电压使PN结N区电位高于P区

电位时，PN结反向偏置，简称反偏。PN结反向导电性能PN结反向导电性能总结：PN结具有单向导电性能，PN结正向导通，反向截止。

PN反偏时：

外电场加强了内电场；PN结变宽，呈高阻状态；

反向电流很小；PN结处于截止状态。ThankYou!项目一——认识二极管项目一

认识二极管（第2讲）学习内容：1.认识二极管。2.二极管的伏安特性。3.特殊二极管的内部结构、特性和用途。4.二极管的检测。学习要求：

目的：了解二极管内部结构和导电性能，理解其伏安特性和参数的含义，掌握其型号和管脚检测方法。重点：二极管的伏安特性、型号和检测方法。难点：二极管的伏安特性和检测方法。一、认识二极管

1.晶体二极管的结构、符号晶体二极管是由一个PN结，加上接触电极、引线和管壳构成。它有两个电极，由P型半导体引出的是正极（又称阳极），由N型半导引出的是负极（又称阴极）。二极管结构和符号如图所示。(a)电路(b)符号小功率二极管多采用玻璃或塑料封装，大功率二极管一般使用金属外壳，并制作成螺栓式或平板压接式。下图从左至右是从小功率到大功率的各种二极管封装形式。二极管的常见封装形式半导体二极管图片2.半导体二极管类型（1）按照材料分类：硅二极管和锗二极管；（2）按照结构分为：点接触型、面接触性和集成平面型。1）

点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。3)平面型二极管

往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型

3.半导体二极管的参数

(1)最大整流电流IF——二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。(2)反向击穿电压VBR——和最大反向工作电压VRM

二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。

为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。

(3)反向电流IR

在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(

A)级。4．二极管的型号

二极管的品种很多，各类二极管用不同型号来表示，国产二极管的名称由五部分组成，其符号意义见表1-2。第一部分（数字）第二部分(汉语拼音字母)第三部分(汉语拼音字母)第四部分（数字）第五部分(汉语拼音字母)电极数目：2—二极管材料与极性：A—N型锗B—P型锗C—N型硅D—P型硅二极管类型：P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管E—发光管U—光电管二极管序号：表示同一类型中某些性能与参数的差别规格号：表示同型号中的档别例如：2DP6是P型硅普通二极管；2AK6是N型锗开关二极管；例如：2CZ14F是N型硅整流二极管系列中的F挡。二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指通过二极管的电流与其两端电压之间的关系。二极管的伏安特性，可以用图所示电路测定。(a)测正向特性(b)测反向特性图测试二极管伏安特性电路1.正向特性

硅二极管的死区电压Uth=0.5V左右，

锗二极管的死区电压Uth=0.1V左右。

当0＜U＜Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。

当U＞0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：

当U＞Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。2.反向特性当U＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：

当UBR＜U＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS

。

当U≥UBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。

半导体二极管由一个PN结构成，它同样具有单向导电性。实际的二极管伏安特性曲线如图所示。

二极管的伏安特性你会做吗？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？

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？例：设二极管为理想二极管，其反向击穿电压为25V，试求图1.21所示各电路中的电流I。2V为正向电压且>0.7v,二极管工作在正向导通区。I=2÷2=1mA10v为反向电压且<25v,二极管工作在反向截止区。I=030v为反向电压且>25v,二极管工作在反向击穿区。I=∞三、特殊二极管

1.硅稳压二极管

硅稳压二极管是一种特殊的面接触型硅二极管，其伏安特性曲线、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。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UZ表示反向击穿电压，当电流的增量ΔIZ很大时，只引起很小的电压变化ΔUZ。只要反向电流不超过其最大额定电流，就不会形成破坏性的热击穿。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2.其他类型的二极管

（1）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，在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口接收外部的光照。PN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。如图1.11所示。光电二极管的主要特点是其反向电流大小与光照度成正比。

图1.11光电二极管

（2）发光二极管（LED）

发光二极管是一种能把电能转换为光能的特殊器件。这种二极管不仅具有普通二极管的正、反向特性，而且当给发光二极管施加正向偏压时，发光二极管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。新技术应用：LED照明

LED日益成为多种现有照明应用的首选光源，这些照明应用包括汽车、交通和街道照明，以及LCD背光，以及个人照明。目前LED灯泡发光效率已超过100流明每瓦。新型LED的高效、节能特点突出，正在被主流普通照明市场所采用。图1.12为LED路灯。图1.12LED路灯

LED符号（3）变容二极管二极管结电容的大小除了与本身的结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二极管，其图形符号如图1.13（a）所示，如图（b）所示的是某种变容二极管的特性曲线

图1.13变容二极管

半导体二极管工作在击穿区，是否一定被损坏？为什么？

你会做吗？检验学习结果四、二极管的检测

在实际电路中，二极管损坏是常见的故障，在使用二极管时，必须注意极性不能接错。因此，用万用表判别二极管的好坏和管脚极性是二极管应用中的一项基本技能。

1.判别二极管的好坏将万用表的电阻档置R×100或R×1K量程（一般不用R×1或R×10K量程），如果测得二极管的正向电阻为几百欧到几千欧，反向电阻在几百千欧以上，则可确定二极管是好的；如果测得正、反向电阻均很小，则管子内部短路；如果测得正、反向电阻差别不大，则管子质量不好；如果测得正、反向电阻均很大，则管子开路。需要说明的是：使用万用表的不同量程测量同一只二极管时，测得的正向电阻是有一定差异的。这是因为二极管是一种非线性元件，其正向电阻值与流过它的电流有关，电流愈大，电阻愈小。万用表不同量程对应的电流不同，所以测出的电阻也就不同。另外，如果用R×1或R×10K档测量小功率二极管，有可能损坏管子用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。正向导通电阻很小。指针偏转大。反向阻断时电阻很大，指针基本不动。选择万用表R×1k的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。2.判别二极管的管脚极性ThankYou!项目二——整流电路◆内容：单相整流电路构成和工作原理◆目的：了解单相整流电路组成，理解工作原理学习内容及要求：◆重点：单相桥式整流电路构成和工作原理◆难点：单相桥式整流电路构成和工作原理

电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：

整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。

滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。

稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。

单相半波整流电路1.单相半波整流电路(a)电路图(b)波形图单相半波整流电路

单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如图(a)所示，波形图如图(b)所示。

根据波形图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为：流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压单相桥式整流电路2.单相桥式整流电路(1)电路结构

单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图所示。单相桥式整流电路(2)工作原理（a）桥式整流电路（b）波形图

在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图(a)的电路图可知：

当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波仍是正半周。单相桥式整流电路的波形图见图(b)。（动画2-1）（动画2-2）

根据图（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为：（3）参数计算

流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压

注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:

输入（交流）—-用有效值或最大值；

输出（交直流）-—用平均值；

整流管正向电流—-用平均值；

整流管反向电压-—用最大值。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。单相桥式整流电路应用解：变压器副边电压有效值

考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出5%~10%，即取

U2=1.1111122V1、单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50

，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。整流电流的平均值

I2

=1.1Io=21.1=2.2A变压器副边电流有效值

变压器容量S=U2I2=122

2.2=268.4A流过每只二极管电流平均值每只二极管承受的最高反向电压

2、试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？

uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流流过，两端有电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，两端无电压，u0=0。波形如图所示。uo

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πui+_+_u+_RLD2D4D1D3

如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3

如果D2或D4因击穿烧坏而短路，则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3ThankYou!项目二——三相整流电路（第2讲）三相整流电路◆内容：三相整流电路构成和工作原理◆目的：了解三相整流电路组成，理解其工作原理学习内容及要求：◆重点：三相整流电路构成和工作原理◆难点：三相整流电路构成和工作原理三相半波整流电路

1.三相半波整流电路1）电路组成图中三只二极管D1、D2、D3的负极连在一起，习惯上称为共阴接法,负载RL接在二极管的阴极与中性点N之间。

同理，在t1—t2期间，U相电压最高，D1优先导通，D2、D3截止，电流U→D1→RL→N，uL=u2U；在t2—t3期间，V相电压最高，D2优先导通，D1、D3截止，电流V→D2→RL→N，uL=u2V；在t3—t4期间，W相电压最高，D3优先导通，D1、D2截止，电流W→D3→RL→N，uL=u2W。

2）工作原理根据以上分析可知，任何时刻电路内共阴极和共阳极二极管中，各有一只二极管导通，每只二极管的导通角为120°。U、V、W为三相变压器的次级相电压。在0—t1期间，W相电压最高，所以D3优先导通，由于D3的箝位作用，电路中e点和w点电位相等，D1、D2受反向电压截止。电流由w→D3→RL→N，负载电压uL等于相电压u2w。2）电路计算三相桥式整流电路

1.三相桥式整流电路1）电路组成图中D1、D3、D5为共阴极连接，D2、D4、D6为共阳极连接，共阳极组二极管的导电原则是：哪只管子的阴极电位最低，哪只管子导通，而另两只管子反向截止。

在t2—t3期间，电路中的D1、D6导通，另外四只二极管反向截止，电流回路为U→D1→RL→D6→W，输出电压uL=uUW；同理，在t3—t4期间，D3、D6导通，其余管子截止，uL=uVW；t4—t5内，D3、D2导通，uL=uVU；t5—t6内，D5、D2导通，uL=uWU；t6—t7内，D5、D4导通，uL=uWV。

2）工作原理根据以上分析可知，任何时刻电路内共阴极和共阳极二极管中，各有一只二极管导通，每只二极管的导通角为120°。将一个周期时间分成六等份。在t1—t2期间，U、V、W三相电压中U相电压最高，V相电压最低，所以二极管D1、D4优先导通，D3、D5和D2、D6反向截止。电路的电流通路为U→D1→RL→D4→V。输出电压uL等于变压器次级的线电压uUV。2）电路计算ThankYou!项目二——滤波电路◆内容：电容、电感复式滤波电路结构和工作原理◆目的：了解各种滤波电路组成，理解其工作原理学习内容及要求：◆重点：电容滤波电路的工作原理◆难点：电容滤波电路的工作原理滤波电路滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。一、电容滤波电路电容滤波电路1.电路结构

现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。2.滤波原理

若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压U2给电容器C充电。此时C相当于并联在U2上，所以输出波形同U2

，是正弦形。电容滤波波形图

所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，UC=UL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，UC=UL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。

在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，图滤波曲线中的2。反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。电容滤波的效果(动画15-4）3.电容滤波的计算

电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即：

另一种是在RLC=(3

5)T/2的条件下:

近似认为UL=1.2U2

4.外特性

整流滤波电路中，输出直流电压UO随负载电流IO的变化关系曲线如图所示。5.利用电容滤波时应注意下列问题：

（1）滤波电容容量较大，一般用电解电容，应注意电容的正负极性。如果接反则容易击穿、爆裂。（2）开始时，电容C上的电压为零，通电后电源经整流二极管给C充电。通电瞬间二极管流过短路电流，称为浪涌电流。一般是正常工作电流的（5～7）倍，所以选二极管参数时，正向平均电流的参数应选大一些。同时在整流电路的输出端应串一个电阻，以保护整流二极管。二、电感滤波电路电感滤波电路

利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。

电感滤波电路波形图

电感滤波电路如左图所示。电感滤波的波形图如右图所示。

当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3

；D2、

D4的导通角都是180°。（动画15-5）参数计算

输出电压平均值Uo，一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则UO>0.9U2。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使L值大，多用铁心电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值较低。名

称UL(空载)UL(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流245.0U22UIL全波整流电容滤波22U1.2U2*222U0.5IL桥式整流电容滤波22U1.2U2*22U0.5IL桥式整流电感滤波0.9U222U0.5IL0.9U2245.0U*使用条件：基波周期为三、复式滤波电路为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以用电容和铁心电感组成各种形式的复式滤波电路。桥式整流电感型LC滤波电路如图4.8所示。整流输出电压中的交流成分绝大部分落在电感上，电容C又对交流接近于短路，故输出电压中交流成分很少，几乎是一个平滑的直流电压。由于整流后先经电感L滤波，总特性与电感滤波电路相近，故称为电感型LC滤波电路，若将电容C平移到电感L之前，则为电容型LC滤波电路。

桥式整流电感型LC滤波电路

1.电容型LC滤波电路

（a）图所示为LCπ型滤波电路。整流输出电压先经电容C1，滤除交流成分后，再经电感L滤波，电容C2上的交流成分极少，输出电路几乎是平直的直流电压。但由于铁心电感体积大、笨重、成本高、使用不便，因此，在负载电流不太大而要求输出脉动很小的场合，可将铁心电感换成电阻，即RCπ型滤波电路，如图（b）所示。电阻R对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降，但只要RL>>1/ωC，电容C1滤波后的输出电压绝大多数降在电阻RL上。RL愈大，C2愈大，滤波效果愈好。π型滤波电路2.π型滤波电路几种滤波电路比较

滤波形式电容滤波LC型滤波LCπ型滤波RCπ型滤波滤波效果较好（小电流时）较好好较好输出电压高低高较高输出电流较小大较小小外特性差较好（大电流时）差差ThankYou!项目三——认识三极管

认识三极管学习内容：

1.三极管的内部结构。2.三极管的分类。3.三极管的型号。4.三极管各电极电流分配与放大作用。学习要求：

目的：了解三极管内部结构和类型，理解三极管

电流放大含义，掌握其型号含义和各电极

电流分配关系。重点：三极管各电极电流分配关系和放大作用。难点：三极管电流放大。NNP双极型三极管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.双极型三极管的基本结构双极型晶体管分有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PPN双极型三极管的基本结构和符号NPN型三极管图符号PNP型三极管图符号注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电，即为单极型。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。

2.双极型三极管的类型按照国家标准GB249—74的规定，国产三极管的型号由五个部分组成，各部分的意义，见表3-1。3.双极型三极管的型号表3-1三极管型号五个部分的代号及意义第一部分（数字）第二部分（拼音）第三部分（拼音）第四部分（数字）第五部分（拼音）电极数目：3—三极管材料和极性：A—PNP锗B—NPN锗C—PNP硅D—NPN硅K—开关管CS—场效应器件三极管类型：X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管U—光电器件三极管序号：表示某些性能与参数上的差别规格号：表示同型号三极管的档别例如:

第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、

G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管3DG110B

4.晶体管实现电流放大作用（1）外部条件NNPUBBRB＋－(1)发射结必须“正向偏置”，有利于发射区电子的扩散，形成发射极电流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”，有利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子，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（2）内部结构条件(3)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，基区做得很薄，一般为几微米，且掺杂浓度极低。(1)集电区体积较大，为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射区和基区之间。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。5.三极管各电极电流分配关系

三极管实现电流放大作用外部条件：发射结加正向电压，集电结加反向电压。NPN型：UC＞UB＞UE

PNP型：UE＞UB＞UC测量三极管电流的实验电路

三极管要具有一定的放大作用，必须使其发射结正向偏置，集电结反向偏置。只要满足这个条件，三极管内部载流子就会按一定的规则运动载流子的运动，就形成集电极电流IC，基极电流IB和发射极电流IE

。三极管各电极电流分配测试三极管电流测量数据

测量次数电流(mA)12345IB00.010.020.040.06IC0.30.991.973.965.95IE0.31.001.994.006.01由表可知，每一组数据都满足:IE=IB+IC

上式说明流入三极管的电流等于流出三极管的电流，满足基尔霍夫电流定律。ecb测量次数电流(mA)12345IB00.010.020.040.06IC0.30.991.973.965.95IE0.31.001.994.006.01

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，当基极电流IB由0.02mA上升到0.04mA时，集电极电流IC由1.97mA变化到3.96mA。则集电极电流的变化量与基极电流变化量之比：ΔIC/ΔIB=(3.96-1.97)/(0.04-0.02)≈99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。

β=ΔIC/ΔIB=(3.96-1.97)/(0.04-0.02)≈99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?学习与讨论ThankYou!项目三——三极管特性

三极管特性

内容：三极管输入、输出特性曲线。学习要求：

目的：理解三极管输入、输出特性曲线，会判断其工作区域。重点：理解三极管输入、输出特性曲线。难点：三极管输出特性曲线的理解及工作区域的判断。1.双极型三极管的特性曲线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)输入特性曲线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时以常用的共射极放大电路为例说明当UCE为常量时，输入回路中的电流IB与管子输入端电压UBE之间的关系曲线称为输入特性。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)输出特性曲线先把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++RBICIBUBEmA

AIE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++RBICIBUBEmA

AIE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(一般大于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。（动画）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。由于UCE电压小于1V,三极管相当于开关工作在闭合状态。截止区。当发射结和集电结均为反向偏置时，三极管处于截止状态。此时流过三极管的电流ICEO非常小，三极管相当于开关工作在断开状态。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。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？学习与讨论ThankYou!项目三——三极管的参数（第4讲）三极管的参数及管脚判别学习内容：

1.三极管的参数。2.三极管管脚判别方法。学习要求：

目的：理解三极管所有参数，会根据极限参数判断三极管的安全工作区域，掌握三极管管脚判断方法。重点：三极管各参数的理解，三极管管脚判断方法。难点：三极管管脚判断方法。

在放大区基本不变。在三极管的输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线来求取IC/IB

。

1.电流放大倍数

（1）直流电流放大系数

=IC/IB一、三极管的参数

（2）交流电流放大系数

=

IC/

IB

在放大区

值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线求取

IC/

IB。它是在发射极开路情况下，集电极与基极之间的反向电流。ICBO可由右图测得，ICBO受温度影响较大，硅管的ICBO比锗管小得多。所以在环境温度变化较大时，尽可能选用硅管，以保证电路稳定工作。

2.极间反向电流

（1）集电极—基极间的反向饱和电流ICBO

ICEO是基极开路时，C、E极间的反向电流（也称穿透电流），测试电路如图所示。通常情况下ICEO=(1+)ICBO（2）集电极—发射极间的反向电流ICEO3.极限参数

（1）集电极最大允许电流ICM

集电极电流增加时，

就要下降，当值下降到线性放大区

值的70～30％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，不同厂家的规定有所差别。可见，当IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。。（2）集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗。

PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。（3）反向击穿电压

反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力，其测试时的原理电路如图所示。

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CEO

由PCM、ICM和V(BR)CEO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二、用万用表测试三极管好坏及管脚极性的方法

1.用指针式万用表检测三极管的基极和管型：指针不动，说明管子反偏截止，因此为NPN型。先将万用表置于R×lk

欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针不动(或近满偏)时，则假定的基极是正确的;且晶体管类型为NPN型（或PNP型）。如果把红黑两表棒对调后，指针仍不动(或仍偏转)，则说明管子已经老化(或已被击穿)损坏。想一想，这种检测方法依据的是什么？指针偏转，说明管子正向导通，因此为PNP型。PN结的单向导电性

若被测管为NPN三极管，让黑表棒接假定的集电极C，红表棒接假定的发射极E。两手分别捏住B、C两极充当基极电阻RB(两手不能相接触)。注意观察电表指针偏转的大小；

之后，再将两检测极反过来假定，仍然注意观察电表指针偏转的大小。cb

e人体电阻cbe人体电阻假定极正确假定极错误

2.用万用表R×1k欧姆档判别发射极E和集电极C偏转较大的假定极是正确的！偏转小的反映其放大能力下降，即集电极和发射极接反了。

如果两次检测时电阻相差不大，则说明管子的性能较差。1.三极管起电流放大作用，其内部、外部条件分别要满足哪些？你会做吗？检验学习结果2.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？

3.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＝－0.2V，UCE＝－0.3V；NPN硅管，饱和区NPN硅管，放大区PNP锗管，放大区ThankYou!项目四——基本放大电路结构（第1讲）项目4

基本放大电路结构（第1讲）

内容：基本放大电路的概念、组成和类型以及主要性能指标。学习要求：

目的：了解基本放大电路的概念、组成和类型，理解主要性能指标。重点：基本放大电路的概念、组成和性能指标。难点：基本放大电路的概念和性能指标。1.放大的基本概念

放大电路的功能，是把微弱的电信号（电流、电压）进行放大得到所需要的信号。放大电路的结构放大电路的形式和种类：按器件可分为三极管放大器、场效应管放大器、电子管放大器和集成运算放大器等；按用途可分为电压放大器、电流放大器和功率放大器等；按输入电信号的强弱可分为小信号放大器和大信号放大器等；按放大电路中三极管的连接方式可分为共发射极放大器、共基极放大器和共集电极放大器等；按放大电路的级数可分为单级放大器和多级放大器；按工作频率可分为低频放大器、中频放大器和高频放大器等。而低频放大器又可分为音频放大器（电压放大器和功率放大器）、宽带放大器（视频放大器、脉冲放大器）、直流放大器（含集成运算放大器）等。按工作状态分，可分为甲类（A类）放大器、乙类（B类）放大器、甲乙类（AB类）放大器、丙类（C类）放大器和丁类（D类）放大器等2.放大电路的分类

3.放大电路的主要性能指标

为了描述和鉴别放大器性能的优劣，人们根据放大电路的用途制定了若干性能指标。对于低频放大电路，通常以输入端加不同频率的正弦电压来对电路进行分析。1）.放大倍数放大器输出信号与输入信号之比叫做放大器的放大倍数，或叫放大器的增益，它表示放大器的放大能力。放大器的增益有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数三种形式，它们通常都是按正弦量定义的。电压放大倍数定义为电流放大倍数定义为

功率放大倍数定义为

常用的是电压放大倍数AU。工程上为方便使用常将电压放大倍数用对数表示，称为电压增益GU，单位是分贝（dB），即

GU=20lgAU(dB)

下表是分贝换算表，它列出了电压放大倍数AU与分贝数的关系。

AU/倍0.0010.010.10.20.70712310100100010000GU/dB-60-40-20-14-306.09.520406080

2）.输入电阻Ri放大电路输入端接信号源时，放大器对信号源来说，相当于是信号源的负载，从信号源索取电流。索取电流的大小，表明了放大电路对信号源的影响程度。输入电阻定义为输入电压与输入电流的比，即：

Ri就是从放大电路输入端看进去的等效电阻。当考虑信号源内阻影响时，源电压放大倍数为

3）.输出电阻Ro当放大电路将信号放大后输出给负载时，对负载而言放大器可视为具有内阻的信号源，这个信号源的电压值就是输出端开路时的输出电压，其内阻称为放大电路的输出电阻，相当于从放大电路输出端看进去的交流等效电阻，求输出电阻有两种方法。（1）等效电路法移去信号源，使负载开路，在放大电路输出端加上电压源UO，从而产生输出端的电流IO，则输出电阻为

：（2）实验测定法

4）通频带通频带是用来衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。通频带宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力就强。一般把放大倍数下降到中频段放大倍数的0.707倍时的频率，称为下限频率fL和上限频率fH。从下限频率到上限频率的频带宽度BW称为通频带。通频带BW=fH—fL。5）最大不失真输出幅UOM、IOM

最大不失真输出幅值是指输出波形在没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压或最大输出电流。通常用正弦波的幅值UOM、IOM表示。6）最大输出功率POM和效率η

最大输出功率POM是指输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率。所谓功率放大作用的实质是功率控制，能量来自电源，电源提供的功率PCC一部分给负载，一部分被电路自身所消耗。电路的效率η是负载得到的功率PO与相应电源提供的功率PCC之比，即

ThankYou!项目四——固定式偏置放大电路组成项目4

固定式偏置放大电路（第2讲）

内容：固定式放大电路的组成及各元件的作用。学习要求：

目的：了解固定式放大电路的结构，掌握各元件的作用。重点：理解各元件在电路中的作用。难点：理解各元件在电路中的作用。输出不失真发射结加正向电压集电结加反向电压RBVBBC1+Rs+us-RCVCCTC2RL+uo信号源加到b-e间ui1.固定式放大电路的组成RBVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RL+VCCRsus+-放大电路中各元件的作用使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。RB+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻Rs+us-集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRs+us-集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRs+us-耦合电容：电解电容，有极性，大小为10

F~50

F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuoRs+us-单电源供电可以省去RB+VCCVBBRCC1C2TRLRs+us-RB单电源供电+VCCRCC1C2TRLuo+-++Rs+us-ThankYou!项目四——放大电路动态分析项目4分压式偏置放大电路

内容：分压式偏置放大电路的组成和工作原理以及静态分析。学习要求：

目的：了解分压式偏置放大电路的组成，掌握其工作原理和静态工作点的分析方法。重点：分压式放大电路的工作原理和静态工作点的分析方法。难点：分压式偏置放大电路的工作原理。

Rb1和Rb2是偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。

Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。

Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通道中。Rc、RL相并联，处于输出回路的交流通道之中。1.分压式偏置放大电路的组成

2.分压式偏置放大电路稳定静态工作点的原理

基极偏置电阻RB1和RB2的分压，使三极管的基极电位固定。由于基极电流IBQ远远小于RB1和RB2的电流I1和I2，因此I1≈I2。三极管的基极电位UB完全由EC及RB1、RB2决定，即UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC画出直流通路图

UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC

发射极电位UEQ等于发射极电阻RE乘电流IEQ，即

UEQ=REIEQ

三极管发射结的正向偏压UBEQ等于UBQ减UEQ，即

UBEQ=UBQ-UEQQuBE/ViB/

AVCCVCC/RBUBEQIBQOuCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQUCEQICQiB（动画3-5）与温度基本无关。调节过程：3.电路静态工作点的计算

UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC

IEQ=(UBQ-UBEQ)/RE

ICQ≈IEQ

IBQ=ICQ/βUCEQ=EC-ICQRC-IEQRE

UCEQ≈EC-ICQ(RC+RE)

动态：

ui不等于0时，放大电路中的电流和电压随着ui变化的变化情况。IB+ibIc+icUCE+uceUBE+ube对交流信号(输入信号ui)短路短路置零1/

C0

将直流电压源短路，将电容短路。图解法方法和步骤交流通路RBRCRLuiuo－＋－＋uceic图解法确定动态工作情况1.输出空载时1）根据ui在输入特性上画出ib和ube0.7VQuiuBE/VOtiB/

AOOtiBIBQibRBRCRLuiuo－＋－＋2）根据ib在输出特性上确定ic和uce说明uce和ui相位相反0.7VQuiOtuBE/ViB/

AOOtuBE/ViBIBQQQ

Q

OtICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOtuCE/VibicUcemuce2.接上负载为RL时的图解法Rb+VCCRCC1C2RL输出端接入负载RL，不影响Q，影响动态！iCUCEVCCIB交流负载线直流负载线QICQUCEQICQRL,uce=-ic（RC//RL）=-icRL①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。交流工作状态的图解分析0.7VQuiOtuBE/ViB/

AOOtuBE/ViBIBQQQ

Q

OtICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOtuCE/VibicUcemuceuBE/ViB/

AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10

A20304050505Q6直流负载线Q

Q

6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuce直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。1.放大电路的非线性失真问题1）“Q”过低引起截止失真静态工作点Q进入到截止区或饱和区所产生的失真，成为非线性失真。如果电路中RB的阻值太大，则IBQ过小，造成电路静态工作点Q靠近截止区。克服截止失真：减小RB。2）“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC如果电路中RB的阻值太小，则IBQ过大，造成电路静态工作点Q靠近饱和区。克服饱和失真：增大RB。（动画3-1）饱和失真截止失真

由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。

由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。

注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：

1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；

2.要有合适的交流负载线。

放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）2.选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”

可设得低一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；ThankYou!项目四——放大电路的非线性失真项目4

放大电路的非线性失真

内容：放大电路的非线性失真。学习要求：

目的：理解放大电路非线性失真。重点：放大电路的非线性失真。难点：放大电路的非线性失真。1.放大电路的非线性失真问题1）“Q”过低引起截止