电子技术基础电子档pdf电子技术基础 第一章 半导体器件 （回顾） 半导体器件是组成各种电子电路的基础， 它是近代电子学的重要组成部分。 体积小、重量轻、使用寿命长、输入功 率小等优点而得到广泛的应用。 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们最外层电子（价电子）都是四个澳门新葡萄新京8883。 Ge Si 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 硅或锗的共价键结构 +4 +4 +4 价 电 共共 子子 价 +4 +4 +4 键 +4 +4 +4 本征半导体的导电机理 +4 +4 +4 自 由 电 子子 +4 +4 +4 束 空 缚 穴 电 子 +4 +4 +4 N 型半导体 +4 +4 +4 自由电子 +4+4 +4+5+4+5 +4+4 施主原子 +4 +4 +4 P 型半导体 +4 +4 +4 空 穴 +4 +4+3 +4 受主原子 +4 +4 +4 PN 结处载流子的运动 内电场越强使漂移 漂移运动 扩散的结果使空 运动越强，从而 间电荷区变宽 P 型半导体 内电场E N 型半导体 空间电荷区变窄 空间电荷区， 扩散运动 也称耗尽层。 PN 结处的电位壁垒 U D － － － － － - + + + + + + － － － － － - + + + + + + － － － － － - + + + + + + － － － － － - + + + + + + P 型区 空间电 N 型区 荷区 Ｄ 空间电荷区两边存在电位差Ｕ －称电位壁垒。 硅：0.6～0.8Ｖ 锗：0.2～0.3Ｖ PN 结的正向偏置 变窄 － + P N － _ + + －－ ++ － + I 内电场 外电场 R E 内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。 PN 结的反向偏置 变厚 － ＋ － + _ + P － + N －－ ++ 内电场 I 外电场 R E 内电场被被加强，多子的扩散受抑制，少子漂移加 强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。 半导体二极管结构 将 PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从 P 区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。 触丝线 点接触型 PN结 基片 引线 面接触型 P N 二极管的电路符号： 阳极 阴极 半导体二极管图片 二极管的伏安特性 在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电 流，I = f (U )之间的关系曲线。 正向特 I / mA 性 反向饱和 60 死区电压 死区电压 反向击穿 电流Is 40 电压UUBRBR 20 硅管硅管0.5V,0.5V, 反向特 –50 –25 锗管0.1V 。 0 0.5 1.0 性 – 0.002 U / V 导通压降: – 0.004 硅管0.6~0.8V, 锗管0.2~0.3V 。 二极管方程： I  I (eU / UT  1) S 半导体二极管的主要参数 1. 最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管 的最大正向平均电流澳门新葡萄新京威尼斯987。 2. 2. 反向击穿电压反向击穿电压UUBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电 流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过 热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UR 一般是U 的一半。 BR 1.2.3 半导体二极管的主要参数 3. 反向电流 IR 指二极管加反向峰值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， 因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影 响响，温度越高反向电流越大。硅管反向电流较，温度越高反向电流越大。硅管反向电流较 小，锗管反向电流要比硅管大几十到几百倍。 4. 正向压降UF 以上均是二极管的直流参数，二极管的应用主 在规定的正向电流下,二极管的正向电压降。 要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护 小电流的硅二极管的正向压降约为0.6～0.8V； 等等。 锗二极管0.2～0.3V。 稳压管 稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。 它工作在反向击穿区,利用反向击穿特性，电流变化 很大，引起很小的电压变化。 I 稳压 误差误差 + UU U － 曲线越陡， I 电压越稳 定。 稳压管的应用举例 IR R U IZ I D Z 稳压管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用是限流澳门新葡萄新京威尼斯，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 化进行补偿，来达到稳压的目的。 稳压管的参数 1. 稳定电压UZ 稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。 2. 稳定电流IZ 正常工作的参考电流正常工作的参考电流。。II II 时时 ，，管子的稳压管子的稳压 Z 性能差； I I ，只要不超过额定功耗即可。 Z 3. 动态电阻 rZ U Z r  Z I Z r 愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大， Z r 值愈小。 Z 稳压管的参数 4. 电压温度系数 U 稳压管电流不变时，环境温度每变化 1 ℃ 引起稳 定电压变化的百分比。 (1) U 7 V,  0；U 4V， 0； Z U Z U ((22)) UU 在在 44 ～～ 77 VV 之间之间，， 值比较小值比较小，，性能比性能比 Z U 较稳定。 5. 额定功耗 PZ 额定功率决定于稳压管允许的温升。 P = U I Z Z Z P 会转化为热能，使稳压管发热。 Z 电工手册中给出 I ，I = P U ZM ZM Z Z 双极结型三极管 （BJT） 基本结构 NPN 型 c 集电极 集电极 c PNP 型 NN PP b P b N 基极 N 基极 P e e 发射极 发射极 结构和符号 结 构 极 电 个 三 发射极 ｅ区 个 三 发射区 个 Ｎ 两 Ｐ 发射结 基极 ｂ 基区 集电极 ｃ 集电结 结 结 集电区 c c 符 b b 号 e e NPN型三极管 PNP型三极管 1.3.2 电流放大原理 发射结正偏， 外加电源使发射结 发射区电子 正偏，集电结反偏。 c 不断向基区 基区空穴向 发射区的扩 扩散，形成 RC 散较小可忽 N 发射极电流 略。 b IE 。 PP VVCC IBn N R 进入P区的电子少部 b 发射 分与基区的空穴复 e 合，形成电流IBn ， IE V BB 多数扩散到集电结。 复合和扩散 1.3.2 电流放大原理 I =I +I I C Cn CBO Cn c 集电结反偏，有少 从基区扩散 子形成的反向饱和 ICBO ICn RC 电流ICBO 。 b N 到集电结附 近的电子在近的电子在 PP VV CC 反向电压下 IBn N 被拉向集电 R 极形成ICn b e I V E BB 收集 1.3.2 电流放大原理 I =I +I I I =I +I C Cn CBO Cn E C B c RC I =I -I I ICBO ICn N B Bn CBO Bn b PP VVCC IB IBn N R b e I V E BB E Cn Bn C B I =I +I I +I 三极管具有电流放大作用的条件 内 发射区多数载流子浓度很高； 部 基区很薄，掺杂浓度很小； 条 件 集电区面积很大，掺杂浓度低于发射区。 外外 部 发射结加正向偏压（发射结正偏）； 条 集电结加反向偏压（集电结反偏）。 件 思考题：三极管发射极和集电极能否互换？ 三极管的特性曲线 输入特性曲线—— I = f (U )U = 常数 B BE CE 输出特性曲线—— I = f (U )I = 常数 C CE B 三极管共射特性曲线测试电路 I C R - + C mA I B ++ -- A Vcc Rb + + V U V UCE BE - - BB V 输入、输出特性 I B  f (UBE UCE 常数 I C  f (UCE I B 常数 I / mA C 4 100 µA 80µA 33 I /A 放 60 µA B U 0 饱 CE 和 2 大 40 µA U 2V CE 区 区 20 µA 1 I = 0 B O U / V BE O 5 10 15 U /V CE 截止区 三极管三个工作区域判别 截止区：发射结反偏，集电结反偏； 放大区：发射结正偏，集电结反偏； 放大区：发射结正偏，集电结正偏；放大区：发射结正偏，集电结正偏； 判断三极管的工作状态方法 1. 根据发射结和集电结的偏置电压来判别. 2. 根据偏置电流IB 、IC来判别。 3. 根据UCE 的值来判别，UCE UCC,管子工作在截  止区；止区； UUCE CE 00，，管子工作在饱和区。管子工作在饱和区。  +10.3V+10.3V +5V 例：试判断 BE +0.7V U =0.7 +10.75V 各三极管分 （正偏） 饱和 别工作在哪 BC U = －4.3 个区？ 0V （反偏） +10V 放大状态 三极管的主要参数 一、直流参数 I １．共射直流电流放大系数：  C I B 三极管的主要参数 一、直流参数 ２．共基直流电流放大系数： I C   II EE α 与 两个参数之间满足以下关系： β I I I /I β C C C B α     I I I I I 1β E B C B C I B 三极管的主要参数 一、直流参数 ３.集电极－基极反向饱和电流 ICBO II CBOCBO IICBOCBO是集电是集电 结反偏由少 A 子的漂移形 成的反向电 流，受温度 的变化影响。 三极管的主要参数 一、直流参数 ４.集电极－发射极反向饱和电流ICEO(穿透电流） 当 开路时， 和 之间的电流。 b c e I CEOCEO  (1   I CBOCBO c A ICEO 受温度影响很大， b 当温度上升时，ICEO 增加很 快，所以 IC 也相应增加。 e I CEO  值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。 反向电流的值越小澳门新葡萄新京8883澳门新葡萄新京威尼斯，表明三极管的质量越高。 三极管的主要参数 二、交流参数 I １．共射交流电流放大系数：  C I B 三极管的主要参数 二、交流参数 ２．共基交流电流放大系数： I C   II EE 三极管的主要参数 三、极限参数 1.集电极最大允许电流 ICM 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 。 2.集-射极反向击穿电压 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25C、基极开 路时的击穿电压U(BR)CEO 。 三极管的主要参数 3. 集电极最大允许功耗PCM 安全工作区 I C • 集电极电流IC 流 ICM 过三极管，所发 出的焦耳热为：出的焦耳热为： IICCUUCECE==PPCMCM P =I U C C CE • 必定导致结温上升， 所以PC有限制。 P  P C CM U U (BR)CEO CE PNP 型三极管 放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结 正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相 反。 + + + Rb P N RC + Rb RC ui ~ N uo ui ~ uo  V  V V CC V CC BB  BB  (a) NPN 型 (b) PNP 型 第一章 半导体器件 结结 束束 第二章 放大电路的基本原理 教学内容 §2.1 放大的概念 §2.2 放大电路的主要技术指标 §§2.3 2.3 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路 §2.4 放大电路的基本分析方法 §2.5 工作点的稳定问 §2.6 放大电路的三种组态 §2.8 多级放大电路 §2.1 放大的概念 电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成 较大的信号。本章所讲的主要是电压放大电路。 放大的本质：实现能量的控制（小能量对大能量 的控制作用）。 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，输出信号的能量实际上是由直流电源提供的， 只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提 供给负载。 放大的对象：变化量 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电 流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加 强。 电压放大电路可以用有输入端口和输出 端口的四端网络表示，如图： uui AAu uuo Au放大倍数指输出信号与输入信号的变化 量之比。 双极型三极管和场效应管都可以实现放大作用。 符号规定 IB 大写字母、大写下标，表示直流(静态）量澳门新葡萄新京8883。 ib 小写字母、小写下标，表示交流瞬时值。 Ib 大写字母、小写下标，表示交流有效值。 iiB 小写字母、大写下标，表示全量（直流＋交流）。小写字母、大写下标，表示全量（直流＋交流）。 i B i b 交流分量 全量 IB直流分量 t 放大电路三种基本组态 共射放大器 三极管放三极管放 以共射放以共射放 大电路有 共基放大器 大器为例 三种形式 讲解工作 原理 共集放大器 §2.2 放大电路的主要技术指标 一、电压放大倍数Au  U 和U 分别是输入和输出电  U o i o A  u  压的向量。 U i 二、输入电阻Ri 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号， 那么就要从信号源索取电流。输入电阻是衡量放大电路 从其前级索取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前 级取得的电流越小，对前级的影响越小。 I i  U U ~ Ui A R  i S u i  I i §2.2 放大电路的主要技术指标 三、输出电阻Ro 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可 以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电 路的内阻就是输出电阻。 输出电阻越小，说明放大电路的带负载能力越强。 r U ~ A o S u U ~ S 如何确定电路的输出电阻R ？ o 方法一：计算 步骤： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。 2. 2. 加压求流法。加压求流法。 I  U R  o  U I 如何确定电路的输出电阻R ？ o 方法二：测量 步骤：在输入端加一固定的正弦交流电压 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。 RR RRo o U ~ U U ~ R Uo s o s L 3. 计算。  U R  ( o  1)R o L U o §2.2 放大电路的主要技术指标 四、通频带 放大倍数 A u 随频率变 A 化曲线A um 通频带： f =f –f BW H L f f L 下限截 上限截 f H 止频率 止频率 通频带越宽，表明放大电路对信号频率的变化 具有更强的适应能力。 2.3.1 共射放大电路的组成 集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 R C 电结反偏。 iB iC ++ VTVT + Rb VCC uI ～ u o － V BB － 2.3.1 共射放大电路的组成 集电极电阻， 将变化的电流 R 转变为变化的 C 电压。 iB iC ++ VTVT + Rb VCC uI ～ u o － V BB － 2.3.1 共射放大电路的组成 R 基极电源与 C 基极电阻 iB iC ++ VTVT + Rb 使发射结 VCC uI ～ u 正偏，并 o － 提供适当 V 的静态工 BB － 作点。 2.3.1 共射放大电路的组成 放大元件 i = i ， △ △ C B 工作在放大区，要保 RC 证发射结正偏，集电 结反偏。 iB iC ++ VTVT + Rb VCC uI ～ u o － V BB － 2.3.2 基本放大电路的工作原理 一、放大作用 Δu  Δu O Ι RC IC+△iC 电路实现了放大作用。 R b + VT V + CC u IB +△iB I ～ u +△u U +△u o o BE BE － V BB － 判断放大电路有无放大作用的原则 外加直流电源的极性是否能保证三极管的发 射结正向偏置，集电结反向偏置。 输入回路的接法应保证信号能输入，以实现 uuII iiB ；； 输出回路是否将放大了的信号能送出来，以实 现 ic uo. 采用单电源供电 R C iB iC ++ VTVT + Rb VCC uI ～ u o － V BB － 采用单电源供电 R R b C C 2 C1 + ++ ++ VT + V CC RL uo u I — — 采用单电源供电 + V CC R R b C C 2 C1 + ++ ++ VT + RL uo u I — — 2.3.2 基本放大电路的工作原理 一、静态工作点 + V CC Rb RC I C CQ 2 CC11 ++ +

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