模拟电子技术课件完整(第四版)胡宴如主编.ppt

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半导体二极管,本征激发：,在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位（,空穴,）的过程。,复合：,自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。,漂移：,自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。,两种载流子,电子,（自由电子）,空穴,两种载流子的运动,自由电子,（在共价键以外）,的运动,空穴,（在共价键以内）,的运动,结论,:,1.,本征半导体的电子空穴成对出现,且数量少；,2.,半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；,3.,本征半导体导电能力弱，并与温度有关,。,第,1,章 半导体二极管,1.1.2,杂质半导体,一、,N,型半导体和,P,型半导体,N,型,+5,+4,+4,+4,+4,+4,磷原子,自由电子,电子数,空穴数,电子为多数载流子,(,多子,),空穴为少数载流子,(,少子,),载流子数,=,电子数,+,空穴数,电子数,P,型,+3,+4,+4,+4,+4,+4,硼,原子,空穴,空穴数,电子数,空穴,多子,电子,少子,载流子数,空穴数,施主,离子,施主,原子,受主,离子,受主,原子,第,1,章 半导体二极管,二、杂质半导体的导电作用,I,I,P,I,N,I,=,I,P,+,I,N,N,型半导体,I,I,N,P,型半导体,I,I,P,三、,P,型、,N,型半导体的简化图示,负离子,多数载流子,少数载流子,正离子,多数载流子,少数载流子,第,1,章 半导体二极管,1.1.3,PN,结,一、,PN,结,(PN Junction),的形成,1.,载流子的,浓度差,引起多子的,扩散,2.,复合使交界面,形成空间电荷区,(,耗尽层,),空间电荷区特点,:,无载流子,阻止扩散进行,利于少子的漂移,3.,扩散和漂移达到,动态平衡,扩散电流,=,漂移电流,总电流,=0,第,1,章 半导体二极管,内建电场,二、,PN,结的单向导电性,1.,外加,正向,电压,(,正向偏置,),forward bias,P,区,N,区,内,电场,+,U,R,外电场,外电场使多子向,PN,结移动,中和部分离子,使空间电荷区变窄,I,F,I,F,=,I,多子,I,少子,I,多子,限流电阻,2.,外加,反向,电压（反向偏置,),reverse bias,P,区,N,区,+,U,R,内,电场,外电场,外电场使少子背离,PN,结移动,空间电荷区变宽,I,R,I,R,=,I,少子,0,PN,结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大,反偏截止，电阻很大，电流近似为零,第,1,章 半导体二极管,扩散运动加强形成正向电流,I,F,漂移运动加强形成反向电流,I,R,1.2,半导体二极管的结构及特性,1.2.1,半导体二极管的结构和类型,构成：,PN,结,+,引线,+,管壳,=,二极管,(Diode),符号：,A,(anode),C,(cathode),分类：,按材料分,硅二极管,锗二极管,按结构分,点接触型,面接触型,点接触型,正极,引线,触丝,N,型锗片,外壳,负极,引线,负极引线,面接触型,N,型锗,PN结,正极引线,铝合金,小球,底座,金,锑,合金,平面型,正极引线,负极引线,集成电路中平面型,p,N,P,型,支持衬底,第,1,章 半导体二极管,1.2.2,二极管的伏安特性,一、,PN,结的伏安方程,U,T,=26 mV,反向饱和,电流,I,R,温度的,电压当量,玻尔兹曼常数,电子电量,当,T,=300,（27,C）,二、二极管的伏安特性,第,1,章 半导体二极管,O,u,D,/V,i,D,/,mA,正向特性,U,th,死区,电压,i,D,=0,U,th,=,0.5 V,0.1 V,(,硅管,),(,锗管,),U,U,th,i,D,急剧上升,0,U,U,th,U,D(on),=,0.6,0.8 V,硅管,0.7 V,0.1,0.3 V,锗管,0.2 V,反向特性,I,S,U,(BR),反向击穿,U,（BR),U,0,i,D,=,I,S,0.1,A(,硅,),几十,A,(,锗,),U,U,（BR）,反向电流急剧增大,(,反向击穿,),反向击穿类型：,电击穿,热击穿,反向击穿原因,：,齐纳击穿,：,（,Zener,),反向电场太强，将电子强行拉出共价键。,(,击穿电压,6V,正,温度系数,),击穿电压在,6 V,左右时，温度系数趋近零。,第,1,章 半导体二极管,i,D,/,mA,u,D,/V,0.2,0.4,25,50,5,10,15,0.01,0.02,锗管的,伏安特性,0,60,40,20,0.02,0.04,0,0.4,0.8,25,50,i,D,/,mA,u,D,/V,硅管的,伏安特性,1.2.3,温度对二极管特性的影响,60,40,20,0.02,O,0.4,25,50,i,D,/,mA,u,D,/V,20,C,90,C,T,升高时,，,U,D(on),以,2,2.5 mV/,C,下降,第,1,章 半导体二极管,1.2.4,二极管的主要参数,1.,I,F,最大整流电流,（最大正向平均电流）,2,.,U,RM,最高反向工作电压,，为,U,（,BR,）,/2,3,.,I,R,反向电流,（越小单向导电性越好）,影响工作频率的原因,4,.,f,M,最高工作频率,（超过时单向导电性变差）,PN,结的电容效应,i,D,u,D,U,(BR),I,F,U,RM,第,1,章 半导体二极管,结论：,1.,低频,时，因结电容很小，对,PN,结影响很小。,高频,时，因容抗增大，,结电容分流,，使,单向导电性变差。,2.,结面积小时结电容小，工作频率高。,1.3,二极管的分析方法,1.3.1,理想二极管及二极管特性的折线近似,一、理想二极管,特性,u,D,i,D,符号及,等效模型,S,S,正偏导通,，,u,D,=0;,反偏截止,，,i,D,=0,U,(BR),=,二、二极管的恒压降模型,u,D,i,D,U,D(on),u,D,=,U,D(on),0.7 V(Si),0.2 V(,Ge,),U,D(on),三、二极管的折线近似模型,u,D,i,D,U,D(on),U,I,斜率,1/,r,D,r,D,U,D(on),第,1,章 半导体二极管,U,D(on),例,1.3.1,硅二极管，,R,=2k,，,分别用二极管理想模型和恒压降,模型求出,V,DD,=2V,和,V,DD,=10V,时,I,O,和,U,O,的值。,U,O,V,DD,I,O,R,U,O,V,DD,I,O,R,U,O,V,DD,I,O,R,解,V,DD,=,2V,理想,I,O,=V,DD,/,R,=2/2,=1(,mA,),U,O,=,V,DD,=2V,恒压降,U,O,=,V,DD,U,D(on),=2,0.7=1.3(V),I,O,=U,O,/,R,=1.3/2,=0.65(,mA,),V,DD,=10V,理想,I,O,=V,DD,/,R,=10/2,=5(,mA,),恒压降,U,O,=10,0.7=9.3(V),I,O,=,9.3/2=4.65(,mA,),结论：,V,DD,大采用理想模型,V,DD,小用恒压降模型,第,1,章 半导体二极管,例,1.3.2,试求电路中电流,I,1,、,I,2,、,I,O,和输出电压,U,O,的值,。,解：,假设二极管断开,U,P,=15V,U,P,U,N,二极管导通,等效为,0.7 V,的恒压源,U,O,=,V,DD1,U,D(on),=15,0.7=14.3(V),I,O,=,U,O,/,R,L,=14.3/3,=4.8(,mA,),I,2,=(,U,O,V,DD2,)/,R,=(14.3,12)/1,=2.3(,mA,),I,1,=,I,O,+,I,2,=4.8+2.3=7.1(,mA,),V,DD1,V,DD2,U,O,R,L,R,1k,W,3k,W,I,O,I,1,I,2,15V,12V,P,N,第,1,章 半导体二极管,例,1.3.3,二极管构成“门”电路，设,V,1,、,V,2,均为理想,二极管，当输入电压,U,A,、,U,B,为低电压,0V,和高电压,5V,的不同组合时，求输出电压,U,O,的值。,U,A,U,B,U,O,R,3k,W,12V,V,DD,V,1,V,2,B,A,Y,输入电压,理想二极管,输出,电压,U,A,U,B,V,1,V,2,0V,0V,正偏,导通,正偏,导通,0V,0V,5V,正偏,导通,反偏,截止,0V,5V,0V,反偏,截止,正偏,导通,0V,5V,5V,正偏,导通,正偏,导通,5V,第,1,章 半导体二极管,例,1.3.4,画出硅二极管构成的桥式整流电路在,u,i,=15 sin,t,(V),作用下输出,u,O,的波形。,(,按理想模型,),R,L,V,1,V,2,V,3,V,4,u,i,B,A,u,O,O,t,u,O,/V,15,O,t,u,i,/V,15,u,i,B,A,u,O,S,1,S,2,S,3,S,4,u,i,B,A,u,O,S,1,S,2,S,3,S,4,切换到,EWB,环境,观察桥式整流波形,第,1,章 半导体二极管,例,1.3.5,u,i,=2 sin,t,(,V),分析二极管的限幅作用。,u,i,较小，宜采用恒压降模型,V,1,V,2,u,i,u,O,R,u,i,0.7V,V,1,、,V,2,均截止,u,O,u,i,u,O,0.7V,u,i,0.7V,V,2,导通,V,截止,u,i,0.7V,V,1,导通,V,2,截止,u,O,0.7V,思考题,:,V,1,、,V,2,支路各串联恒压源，,输出波形如何？（切至,EWB,）,O,t,u,O,/V,0.7,O,t,u,i,/V,2,0.7,第,1,章 半导体二极管,小,结,理想二极管,：,正偏导通 电压降为零 相当开关合上,反偏截止 电流为零 相当开关断开,恒压降模型,：,正偏电压,U,D(on),时导通 等效为恒压源,U,D(on),否则截止，相当于二极管支路断开,第,1,章 半导体二极管,1.3.2,图解法和微变等效电路法,一、二极管电路的直流图解分析,V,DD,u,D,R,u,D,=,V,DD,i,D,R,i,D,=,f,(,u,D,),1.2V,100,i,D,/,mA,12,8,4,0,0.3,0.6,u,D,/V,1.2,0.9,M,N,直流负载线,斜率,1/,R,静态工作点,也可取,U,Q,=0.7V,I,Q,=(,V,DD,U,Q,)/,R,=5(,mA,),二极管直流电阻,R,D,斜率,1/,R,D,i,D,Q,I,Q,U,Q,第,1,章 半导体二极管,二、,交流图解法,电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中,含交、直流,成分,V,DD,u,i,u,D,R,C,i,D,C,隔直流,通交流,当,u,i,=0,时,i,D,=,I,Q,U,Q,=0.7V,(,硅,),，,0.2V,(,锗,),设,u,i,=,sin,w,t,i,D,/,mA,u,D,/V,O,V,DD,V,DD,/,R,Q,I,Q,w,t,O,u,i,U,Q,i,D,/,mA,w,t,O,i,d,斜率,1/,r,D,r,d,=,U,T,/,I,Q,=26 mV/,I,Q,第,1,章 半导体二极管,当,u,i,幅度较小时，,二极管伏安特性在,Q,点附近近似为直线,三、微变等效电路分析法,对于交流信号,电路可等效为,例,1.3.6,u,i,=5sin,t,(mV),，,V,DD,=4 V,，,R,=1 k,，,求,i,D,和,u,D,解,1.,静态分析,令,u,i,=0,取,U,Q,0.7 V,I,Q,=(,V,DD,U,Q,)/,R,=3.3,mA,2.,动态分析,r,d,=26/,I,Q,=26/3.3,8(,),I,dm,=,U,dm,/,r,d,=5/8,0.625(,mA,),i,d,=0.625 sin,t,3.,总电压、电流,=(0.7+0.005,sin,t,)V,=(3.3+0.625 sin,t,),mA,V,DD,u,i,u,D,R,C,i,D,u,i,u,d,R,i,d,r,d,第,1,章 半导体二极管,1.4,特殊二极管,1.4.1,稳压二极管,一、伏安特性,i,Z,/,mA,u,Z,/V,O,U,Z,I,Zmin,I,Zmax,U,Z,I,Z,I,Z,符号,特性,工作条件：,反向击穿,二、主要参数,1.,稳定电压,U,Z,流过规定电压时稳压管两端的反向电压值。,2.,稳定电流,I,Z,越大稳压效果越好，小于,I,min,时不稳压。,3.,最大工作电流,I,ZM,；,最大耗散功率,P,ZM,P,ZM,=,U,Z,I,Z,4.,动态电阻,r,Z,=,U,Z,/,I,Z,越小稳压效果越好，几,几十,。,第,1,章 半导体二极管,5.,稳定电压温度系数,C,TV,一般，,U,Z,4V,C,TV,7V,C,TV,0 (,为雪崩击穿,),具有正温度系数,;,4V,U,Z,7V,C,TV,很小。,第,1,章 半导体二极管,例,1.4.1,分析简单稳压电路的工作原理，,R,为限流电阻。,I,R,=,I,Z,+,I,L,U,O,=,U,I,I,R,R,当,U,I,波动时,(,R,L,不变,),反之亦然,当,R,L,变化时（,U,I,不变）,反之亦然,U,I,U,O,R,R,L,I,L,I,R,I,Z,第,1,章 半导体二极管,1.4.2,光电二极管,一、发光二极管,LED,(Light Emitting Diode),1.,符号和特性,工作条件：,正偏,一般工作电流几十,mA,，,导通电压,1,2V,2.,主要参数,电学参数：,I,FM,U,（,BR,）,I,R,光学参数：,峰值波长,P,，,亮度,L,，,光通量,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,符号,u,/V,i,/,mA,O,2,特性,七段,LED,第,1,章 半导体二极管,第,1,章 半导体二极管,二、光敏二极管,1,符号和特性,符号,特性,u,i,O,暗电流,E=200 lx,E=400 lx,工作条件：,反偏,2.,主要参数,电学参数：,暗电流，光电流，最高工作范围,光学参数：,光谱范围，灵敏度，峰值波长,第,1,章 半导体二极管,补充：,选择二极管限流电阻,步骤：,1.,设定工作电压（如,0.7 V;2 V(,LED,);,U,Z,）,2.,确定工作电流（如,1,mA,;10,mA,;5,mA,）,3.,根据欧姆定律求电阻,R,=,（,U,I,U,V,）,/,I,V,（,R,要选择标称值）,R,U,I,U,V,I,V,第,1,章 半导体二极管,第,1,章 半导体二极管,1.5,半导体二极管特性的测试与应用,1.5.1,半导体器件型号命名方法,(,第二章介绍,),1.5.2,半导体二极管参数选录,(,参见,P19,20,),1.5.3,半导体二极管的识别与检测,一、目测判别极性,触丝,半导体片,第,1,章 半导体二极管,二、用万用表检测二极管,在,R1k,挡进行测量，,红,表笔是,(,表内,),负极,黑,表笔是,(,表内,),正极,测量时手不要接触引脚,1.,用万用表指针式检测,1k,0,0,0,一般硅管正向电阻为几千欧,锗管正向电阻为几百欧,正反电阻相差不大为劣质管,正反电阻都是无穷大或零,则二极管内部断路或短路,第,2,章,半导体三极管,(Semiconductor Transistor),2.1,双极型半导体三极管,2.1.1,晶体三极管,一、结构与符号,N,N,P,发射极,E,基极,B,集电极,C,发射结,集电结,基区,发射区,集电区,emitter,base,collector,NPN型,E,C,B,P,P,N,E,B,C,E,C,B,PNP型,分类：,按材料分：,硅管、锗管,按结构分：,NPN,、,PNP,按使用频率分,高频管,低频管,按功率分,小功率管,1,W,第二章 半导体三极管,二、电流放大原理,1.,三极管放大的条件,内部,条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电结面积大,外部,条件,发射结正偏,集电结反偏,2.,满足放大条件的三种电路,u,i,u,o,C,E,B,E,C,B,u,i,u,o,E,C,B,u,i,u,o,共发射极,共集电极,共基极,实现电路,u,i,u,o,R,B,R,C,u,o,u,i,R,C,R,E,第二章 半导体三极管,3.,三极管内部载流子的传输过程,1),发射区向基区注入多子,电子,，,形成发射极电流,I,E,I,CN,（基区空穴运动因浓度低而忽略）,2),电子到达基区后,大部分向,BC,结方向扩散，形成,I,CN,I,E,少部分与空穴复合，形成,I,BN,。,I,BN,基区空穴来源：,基极电源提供,(,I,B,),集电区少子漂移,(,I,CBO,),I,CBO,I,B,I,BN,I,B,+,I,CBO,即：,I,B,=,I,BN,I,CBO,3),集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流,I,C,I,C,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,第二章 半导体三极管,4.,三极管的电流分配关系,当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结,面积等确定，故电流的比例关系确定，即：,I,B,=,I,BN,I,CBO,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,E,=,I,C,+,I,B,穿透电流,第二章 半导体三极管,2.1.2,晶体三极管的特性曲线,一、输入特性,输入,回路,输出,回路,与二极管特性相似,R,C,V,CC,i,B,I,E,R,B,+,u,BE,+,u,CE,V,BB,C,E,B,i,C,+,+,+,i,B,R,B,+,u,BE,V,BB,+,V,BB,+,O,特性基本重合（电流分配关系确定）,特性右移（因集电结开始吸引电子）,导通电压,U,BE,（,on,）,Si,管,:,0.6,0.8,V,Ge,管,:0.2,0.3,V,取,0.7 V,取,0.2 V,第二章 半导体三极管,二、输出特性,i,C,/,mA,u,CE,/V,50 A,40A,30 A,20 A,10 A,I,B,=0,O,2 4 6 8,4,3,2,1,放大区,截止区,饱,和,区,1.,截止区：,I,B,0,的区域,条件：,两个结反偏,2.,放大区：,条件：,发射结正偏,集电结反偏,特点：水平、等间隔,3.,饱和区：,u,CE,u,BE,u,CB,=,u,CE,u,BE,0,条件：,两个结正偏,特点：,1),I,C,I,B,2),临界饱和：,3),深度饱和：,U,CE,（,SAT,）,=,0.3 V,(,硅管,),U,CE,（,SAT,）,=,0.1 V,(,锗管,),u,CE,=,u,BE,第二章 半导体三极管,三、温度对特性曲线的影响,1.,温度升高,输入特性曲线,向左移,温度每升高,1,C,，,U,BE,2 2.5 mV,温度每升高,10,C,，,I,CBO,约增大,1,倍,2.,温度升高,输出特性曲线,向上移,O,T,2,温度每升高,1,C,，,0.5%1%,输出特性曲线间距增大,i,C,u,CE,T,2,T,2,i,B,=0,第二章 半导体三极管,T,2,2.1.2,晶体三极管的主要参数,一、电流放大系数,1.,共发射极电流放大系数,i,C,/,mA,u,CE,/V,50,A,40A,30 A,20 A,10 A,I,B,=0,O,2 4 6,8,4,3,2,1,直流电流放大系数,交流电流放大系数,一般为几十,几百,P33,例,2.1.2,2.,共基极电流放大系数,1,一般为,0.95,0.99,二、极间反向饱和电流,CB,间反向饱和电流,I,CBO,CE,间反向饱和电流,I,CEO,第二章 半导体三极管,i,C,I,CM,U,(BR)CEO,u,CE,P,CM,O,I,CEO,安,全,工,作,区,三、极限参数,1.,I,CM,集电极最大允许电流，超过时,值明显降低,U,(BR)CBO,发射极开路时,C,、,B,间反向击穿电压,2.,P,CM,集电极最大允许功率损耗,P,C,=,i,C,u,CE,3.,U,（,BR,）,CEO,基极开路时,C,、,E,间反向击穿电压,U,(BR)EBO,集电极极开路时,E,、,B,间反向击穿电压,U,(BR)CBO,U,(BR)CEO,U,(BR)EBO,(,P34,2.1.7,),已知,:,I,CM,=20,mA,P,CM,=100,mW,U,(BR)CEO,=20 V,当,U,CE,=,10V,时，,I,C,mA,当,U,CE,=,1V,，,则,I,C,mA,当,I,C,=,2,mA,，,则,U,CE,V,10,20,20,第二章 半导体三极管,2.2,单极型半导体三极管,场效应管,FET,(,F,ield,E,ffect,T,ransistor),类型,结型,JFET,(,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor),绝缘栅型,IGFET,(,I,nsulated,G,ate,FET),特点：,1.,单极性器件,(,一种载流子导电,),3.,工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低,2.,输入电阻高,(10,7,10,15,，,IGFET,可高达,10,15,),一、增强型,N,沟道,MOSFET,(,M,ental,O,xide,S,emi FET),2.2.1,MOS,场效应管,1.,结构与符号,P,型衬底,（掺杂浓度低）,N,+,N,+,用扩散的方法,制作两个,N,区,在硅片表面生一层薄,SiO,2,绝缘层,S,D,用金属铝引出,源极,S,和漏极,D,G,在,绝缘层上喷金属铝引出栅极,G,B,耗尽层,S,源极,Source,G,栅极,Gate,D,漏极,Drain,S,G,D,B,第二章 半导体三极管,2.,工作原理,1),u,GS,对导电沟道的影响,(,u,DS,=0),反型层,(,沟道,),a.,当,0,U,GS,U,GS(,th,),时，衬底中电子,被吸引到表面，形成导电沟道,u,GS,越,大，沟道越厚,2),u,DS,对,i,D,的影响,(,u,GS,U,GS(,th,),),DS,间的电位差使沟道呈楔形,u,DS,靠近漏极端的沟道厚度变薄,预夹断：,漏极附近反型层消失,预夹断发生之前：,u,DS,i,D,预夹断发生之后：,u,DS,i,D,不变,第二章 半导体三极管,3.,转移特性曲线,2 4 6,4,3,2,1,u,GS,/V,i,D,/,mA,U,DS,=10V,U,GS,(,th,),当,u,GS,U,GS(,th,),时：,u,GS,=2,U,GS(,th,),时的,i,D,值,4.,输出特性曲线,可变电阻区,u,DS,0,这时,u,GD,=,U,GS,（,off,）,沟道呈楔型,耗尽层刚相碰时称,预夹断,预夹断,当,u,DS,，,预夹断,点,下移,3.,转移特性和输出特性,U,GS（off）,当,U,GS,（,off,）,u,GS,0,时,1.,结构与符号,第二章 半导体三极管,u,GS,i,D,I,DSS,u,DS,i,D,u,GS,=,3V,2,V,1,V,0,V,3,V,N,沟道,增强型,S,G,D,B,i,D,P,沟道,增强型,S,G,D,B,i,D,2,2,u,GS,/V,i,D,/,mA,U,GS(,th,),u,DS,/V,i,D,/,mA,2V,4V,6V,8,V,u,GS,=8V,6V,4V,2V,S,G,D,B,i,D,N,沟道耗尽,型,i,D,S,G,D,B,P,沟道耗尽,型,U,GS(off),I,DSS,u,GS,/V,i,D,/,mA,5,5,u,DS,/V,i,D,/,mA,5V,2V,0V,2,V,u,GS,=2V,0V,2V,5V,N,沟道结,型,S,G,D,i,D,S,G,D,i,D,P,沟道结,型,u,GS,/V,i,D,/,mA,5,5,I,DSS,U,GS(off),u,DS,/V,i,D,/,mA,5V,2V,0V,u,GS,=0V,2V,5V,MOSFET,符号、特性的比较,第二章 半导体三极管,2.2.3,场效应管的主要参数,P,DM,=,u,DS,i,D,，,受温度限制。,1.,开启电压,U,GS(,th,),(,增强型,),和夹断电压,U,GS(off),(,耗尽型,),指,u,DS,=,某值，使漏极电流,i,D,为某一小电流时的,u,GS,值。,2.,饱和漏极电流,I,DSS,耗尽型场效应管，当,u,GS,=0,时所对应的漏极电流。,3.,直流输入电阻,R,GS,指漏源间短路时,栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。,JFET：,R,GS,10,7,MOSFET：,R,GS,=10,9,10,15,4.,低频跨导,g,m,反映了,u,GS,对的,i,D,的控制能力，单位,mS,(,毫西门子,),。,5.,漏源动态电阻,r,ds,6.,最大漏极功耗,P,DM,第二章 半导体三极管,2.3,半导体三极管电路的基本分析方法,基本思想：,根据叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分,一、分析三极管电路的基本思想和方法,直流通路,(,u,i,=0),称为,静态,交流通路,(,u,i,0,动态,),只考虑变化的电压和电流,画交流通路原则：,1.,固定不变的电压源都视为短路,2.,固定不变的电流源都视为开路,3.,视电容对交流信号短路,基本方法：,图解法：,在输入、输出特性图上画交、直流负载线，,求静态工作点“,Q,”,，,分析动态波形及失真等。,解析法：,根据发射结导通压降估算“,Q,”,用,小信号等效电路法分析计算电路动态参数。,第,2,章,半导体三极管,二、电量的符号表示规则,A,A,A,大写,表示电量与时间无关,（直流、平均值、有效值）,A,小写,表示电量随时间变化,（瞬时值）,大写,表示直流量或总电量,（总最大值，总瞬时值）,小写,表示交流分量,总瞬时值,直流量,交流瞬时值,交流有效值,直流量往往在下标中加注,Q,A,主要符号,A,下标符号,t,u,o,第,2,章,半导体三极管,2.3.1,直流分析,一、图解分析法,+,R,B,R,C,+,u,CE,+,u,BE,+,V,CC,V,BB,3V,5V,i,B,i,C,输入直流负载线方程,:,u,CE,=V,CC,i,C,R,C,u,BE,=V,BB,i,B,R,B,输出直流负载线方程,:,输入回路图解,Q,u,BE,/V,i,B,/,A,静态工作点,V,BB,V,BB,/,R,B,115k,U,BEQ,I,BQ,0.7,20,输出回路图解,u,CE,/V,i,C,/,m,A,V,CC,V,CC,/,R,C,i,B,=20,A,1k,Q,2,3,U,CEQ,I,CQ,二、工程近似分析法,第,2,章,半导体三极管,三、电路参数对静态工作点的影响,1.,改变,R,B,，,其它参数不变,u,BE,i,B,u,CE,i,C,V,CC,V,BB,V,BB,R,B,Q,Q,R,B,i,B,Q,趋近截止区,R,B,i,B,Q,趋近饱和区,2.,改变,R,C,，,其它参数不变,R,C,Q,趋近饱和区,i,C,u,BE,i,B,u,CE,V,CC,U,CEQ,Q,Q,I,CQ,V,CC,R,C,第,2,章,半导体三极管,例,2.3.1,设,R,B,=38 k,求,V,BB,=0 V,、,3V,时的,i,C,、,u,CE,。,+,R,B,R,C,+,u,CE,+,u,BE,+,V,CC,V,BB,3V,5V,i,B,i,C,解,u,CE,/V,i,C,/,m,A,i,B,=0,10,A,20,A,30,A,40,A,50,A,60,A,4,1,2,3,V,BB,=0 V,u,CE,5 V,i,C,0,则,i,B,0,5,V,BB,=3 V,0.3,u,CE,0.3 V,0,5,i,C,5,mA,第,2,章,半导体三极管,S,B,C,E,V,CC,+,R,C,R,B,截止状态的等效,i,B,0,i,C,0,u,CE,5V,饱和状态的等效,S,B,C,E,V,CC,+,R,C,R,B,+,i,B,i,C,=V,CC,/,R,C,u,CE,0,判断是否饱和,临界饱和电流,:,若,i,B,I,BS,，,则三极管,饱和,例,2.3.2,耗尽型,N,沟道,MOS,管，,R,G,=,1 M,，,R,S,=,2 k,，,R,D,=,12 k,，,V,DD,=20 V,。,I,DSS,=4,mA,，,U,GS,（,off,）,=,4V,，,求,i,D,和,u,O,。,i,G,=0,u,GS,=,i,D,R,S,i,D1,=4,mA,i,D2,=1,mA,u,GS,=,8 V,I,bm,O,Q,i,b,O,t,t,O,u,BE,/V,i,B,u,BE,/V,i,B,u,i,u,CE,i,C,i,c,t,O,i,C,t,u,CE,Q,u,ce,交流负载线,第,2,章,半导体三极管,2.“,Q”,过高引起饱和失真,u,CE,i,C,t,O,i,C,t,u,CE,Q,I,CS,集电极临界,饱和电流,NPN,管：,底部,失真为饱和失真,PNP,管：,顶部,失真为饱和失真,I,BS,基极临界饱和电流,不接负载时，交、直流负载线重合，,V,CC,=,V,CC,不发生饱和失真的条件：,I,BQ,+,I,bm,I,BS,V,CC,第,2,章,半导体三极管,饱和失真的本质：,负载开路时：,接负载时：,受,R,C,的限制，,i,B,增大,，,i,C,不可能超过,V,CC,/,R,C,。,受,R,L,的限制，,i,B,增大,，,i,C,不可能超过,V,CC,/,R,L,。,C,1,+,R,C,R,B,+V,CC,C,2,R,L,+,u,o,+,+,i,B,i,C,V,u,i,(,R,L,=,R,C,/,R,L,),第,2,章,半导体三极管,选择工作点的原则：,当,u,i,较小时，为减少功耗和噪声，“,Q,”,可设得低一些；,为提高电压放大倍数，“,Q,”,可以设得高一些；,为获得最大输出，“,Q,”,可设在交流负载线中点。,第,2,章,半导体三极管,2.3.2,交流分析,二、小信号等效分析法,(,微变等效,),1.,晶体三极管电路小信号等效电路分析法,三极管电路可当成,双口网络来分析,(1),晶体三极管,H,(Hybrid),参数小信号模型,从输入端口看进去，相当于电阻,r,be,r,be,H,ie,从输出端口看进去为一个,受,i,b,控制的电流源,i,c,=,i,b,H,fe,第,2,章,半导体三极管,+,u,ce,+,u,be,i,b,i,c,C,B,E,r,be,E,i,b,i,c,i,c,+,u,be,+,u,ce,B,C,(2),晶体三极管交流分析,步骤：,1.,分析直流电路，求出“,Q,”,，,计算,r,be,。,2.,画电路的交流通路。,3.,在交流通路上把三极管画成,H,参数模型。,4.,分析计算叠加在“,Q,”,点上的各极交流量。,例,2.3.4,=100,，,u,S,=10sin,t,(mV),，,求,叠加在“,Q,”,点上的各交流量。,第,2,章,半导体三极管,+,u,o,+,i,B,i,C,R,B,V,CC,V,BB,R,C,R,L,C,1,C,2,u,S,+,+,R,S,+,u,CE,+,u,BE,12,V,12,V,510,470,k,2.7,k,3.6,k,解,令,u,i,=0,，,求静态电流,I,BQ,1.,求“,Q,”,，,计算,r,be,2.,交流通路,+,u,o,+,i,B,i,C,R,B,V,CC,V,BB,R,C,R,L,C,1,C,2,u,S,+,+,R,S,+,u,CE,+,u,BE,u,be,u,ce,3.,小信号等效,+,u,o,+,R,B,R,L,R,S,r,be,E,i,b,i,c,i,c,B,C,u,s,R,C,+,u,be,4.,分析各极交流量,5.,分析各极总电量,u,BE,=(0.7+,0.0072sin,t,)V,i,B,=(24+,5.5sin,t,),A,i,C,=(2.4+,0.55sin,t,),mA,u,CE,=(5.5,0.85sin,t,)V,第,2,章,半导体三极管,2.,场效应管电路小信号等效电路分析法,小信号模型,r,gs,S,i,d,g,m,u,gs,+,u,gs,+,u,ds,G,D,从输入端口看入，相当于电阻,r,gs,(,),从输出端口看入为受,u,gs,控制的电流源,i,d,=,g,m,u,gs,例,2.3.4,g,m,=0.65,mA,/V,u,i,=20sin,t,(mV),求交流输出,u,o,。,+,R,D,G,D,S,R,G,R,S,i,D,+,u,O,+,V,DD,u,i,+,V,GG,10,k,4k,交流通路,+,R,D,G,D,S,R,G,R,S,i,d,+,u,O,u,i,+,V,GG,小信号等效电路,+,u,i,R,S,R,D,S,i,d,g,m,u,gs,+,u,gs,+,u,o,G,D,u,i,=,u,gs,+,g,m,u,gs,R,S,u,gs,=,u,i,/(1+,g,m,R,S,),u,o,=,g,m,u,gs,R,D,/(1+,g,m,R,S,),=,36,sin,t,(mV),第,2,章,半导体三极管,2.4,半导体三极管的测试与应用,2.4.1,半导体三极管使用基本知识,一、外型及引脚排列,E,B,C,E,B,C,E,B,C,B,E,C,第,2,章,半导体三极管,二、万用表检测晶体三极管的方法,1.,根据外观判断极性,3.,用万用表电阻挡测量三极管的好坏,PN,结正偏时电阻值较小,(,几千欧以下,),反偏时电阻值较大,(,几百千欧以上,),指针式万用表,在,R1k,挡进行测量,红,表笔是,(,表内,),负极,黑,表笔是,(,表内,),正极,注意事项,:,测量时手不要接触引脚,1k,B,E,C,1k,B,E,C,2.,插入三极管挡,(,h,FE,),，,测量,值或判断管型及管脚,第二章 半导体三极管,三、晶体三极管的选用,1.,根据电路工作要求选择高、低频管,2.,根据电路工作要求选择,P,CM,、,I,CM,、,U,(BR)CEO,应保证：,3.,一般三极管的,值在,40100,之间为好,9013,、,9014,等,低噪声、高,的管子不受此限制,.,4.,穿透电流,I,CEO,越小越好，硅管比锗管的小,数字万用表,1.,可直接用电阻挡的,PN,结挡分别测