模拟电子技术童诗白版市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件多媒体教学课件多媒体教学课件模拟电子技术基础模拟电子技术基础Fundamentals of Analog Electronics童诗白、华成英主编童诗白、华成英主编第1页1.成绩评定标准成绩评定标准 理论：理论：平时成绩平时成绩30作业、期中考、考勤、提问作业、期中考、考勤、提问 等等 期末考试期末考试70%2.教学参考书教学参考书 康华光主编，电子技术基础康华光主编，电子技术基础 模拟部分模拟部分 第三版，高教出版社第三版，高教出版社 童诗白主编，模拟电子技术基础童诗白主编，模拟电子技术基础 第二版，高教出版社第二版，高教出版社 陈大钦主编，模拟电子技术基础问答：例题陈大钦主编，模拟电子技术基础问答：例题 试题，华工出版社试题，华工出版社 前言前言第2页第第四四版版童童诗诗白白目录目录1 惯用半导体器件惯用半导体器件2 基本放大电路基本放大电路3 多级放大电路多级放大电路4 集成运算放大电路集成运算放大电路5 放大电路频率响应放大电路频率响应6 放大电路中反馈放大电路中反馈7 信号运算和处理信号运算和处理8 波形发生和信号转换波形发生和信号转换9 功率放大电路功率放大电路10 直流稳压电源直流稳压电源第3页第第三三版版童童诗诗白白第一章第一章 惯用半导体器件惯用半导体器件 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 双极型晶体管双极型晶体管 1.4 场效应管场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管 1.6集成电路中元件集成电路中元件第4页第第三三版版童童诗诗白白本章重点和考点：本章重点和考点：1.二极管单向导电性、稳压管原理。二极管单向导电性、稳压管原理。2.三极管电流放大原理，三极管电流放大原理，怎样判断三极管管型怎样判断三极管管型、管脚和管材。、管脚和管材。3.场效应管分类、工作原理和特征曲线。场效应管分类、工作原理和特征曲线。第5页第第三三版版童童诗诗白白本章讨论问题：本章讨论问题：2.空穴是一个载流子吗？空穴导电时电子运动吗空穴是一个载流子吗？空穴导电时电子运动吗？3.什么是什么是N型半导体？什么是型半导体？什么是P型半导体？型半导体？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为何含有结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为何含有单向性？在单向性？在PN结中另反向电压时真没有电流吗？结中另反向电压时真没有电流吗？5.晶体管是经过什么方式来控制集电极电流？场效应晶体管是经过什么方式来控制集电极电流？场效应管是经过什么方式来控制漏极电流？为何它们都能管是经过什么方式来控制漏极电流？为何它们都能够用于放大？够用于放大？1.为何采取半导体材料制作电子器件？为何采取半导体材料制作电子器件？第6页1.1 半导体基础知识半导体基础知识导体：体：自然界中很自然界中很轻易易导电物物质称称为导体体，金属普，金属普通都是通都是导体。体。绝缘体：体：有物有物质几乎不几乎不导电，称，称为绝缘体体，如橡皮、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。半半导体：体：另有一另有一类物物质导电特征特征处于于导体和体和绝缘体之体之间，称，称为半半导体体，如，如锗、硅、砷化、硅、砷化镓和一和一些硫化物、氧化物等。些硫化物、氧化物等。一、一、导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体PNJunction第7页 半导体半导体导电机理不一机理不一样于其它物于其它物质，所以它，所以它含有不一含有不一样于其它物于其它物质特点。比如：特点。比如：当受外界当受外界热和光作用和光作用时，它它导电能力能力显著改著改变。往往纯净半半导体中体中掺入一些入一些杂质，会，会使它使它导电能力和内部能力和内部结构构发生改生改变。光敏器件光敏器件二极管二极管第8页+4+4+4+4+4+4+4+4+4 完完全全纯纯净净、不不含含其其它它杂杂质质且且含含有有晶晶体体结结构构半半导导体体称称为为本征半导体本征半导体 将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，它它原原子子结结构构为为共共价键结构。价键结构。价价电电子子共共价价键键图图 1.1.1本征半导体结构示意图本征半导体结构示意图二二、本征半、本征半导体体晶体晶体结构构当当温温度度 T=0 K 时时，半半导导体不导电，如同绝缘体。体不导电，如同绝缘体。第9页+4+4+4+4+4+4+4+4+4图图 1.1.2本征半导体中本征半导体中 自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子自由电子空穴空穴 若若 T ，将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键束束缚缚成成为为自自由由电电子子，在在原原来来共共价价键键中留下一个空位中留下一个空位空穴。空穴。T 自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体含含有有导导电电能能力力，但很微弱。但很微弱。空空穴穴可可看看成成带带正正电电载载流子。流子。三三、本征半、本征半导体体中两种载流子中两种载流子（动画1-1）（动画1-2）第10页四、本征半本征半导体中体中载流子浓度载流子浓度在一定温度下在一定温度下本征半本征半导体中体中载流子浓度是一定，而且载流子浓度是一定，而且自由电子与空穴浓度相等。自由电子与空穴浓度相等。本征半本征半导体中体中载流子浓度公式：载流子浓度公式：T=300 K室温下室温下,本征硅电子和空穴浓度本征硅电子和空穴浓度:n=p=1.431010/cm3本征锗电子和空穴浓度本征锗电子和空穴浓度:n=p=2.381013/cm3ni=pi=K1T3/2 e-EGO/(2KT)本征激发本征激发(见动画见动画)复合复合动态平衡动态平衡第11页1.半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电带负电自由电子自由电子带正电带正电空穴空穴 2.本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称为称为 电子电子-空穴对。空穴对。3.本征半导体中本征半导体中自由电子自由电子和和空穴空穴浓度浓度用用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然 ni=pi。4.因因为为物物质质运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不停停产产生生又又不不停停复复合合。在在一一定定温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会会到到达平衡，载流子浓度就一定了。达平衡，载流子浓度就一定了。5.载载流流子子浓浓度度与与温温度度亲亲密密相相关关，它它伴伴随随温温度度升升高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。小结小结第12页1.1.21.1.2杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体一、一、N 型半导体型半导体(Negative)在在硅硅或或锗锗晶晶体体中中掺掺入入少少许许 5 价价杂杂质质元元素素，如如磷磷、锑锑、砷砷等等，即即组组成成 N 型型半半导导体体(或或称称电电子子型型半导体半导体)。惯用惯用 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。价杂质元素有磷、锑、砷等。第13页 本本征征半半导导体体掺掺入入 5 价价元元素素后后，原原来来晶晶体体中中一一些些硅硅原原子子将将被被杂杂质质原原子子代代替替。杂杂质质原原子子最最外外层层有有 5 个个价价电电子子，其其中中 4 个个与与硅硅组组成成共共价价键键，多多出出一一个个电电子子只只受受本本身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。第14页+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子图图 1.1.3N 型半导体型半导体5 价杂质原子称为价杂质原子称为施主原子。施主原子。第15页 自由电子浓度远大于空穴浓度，即自由电子浓度远大于空穴浓度，即 n p。电子称为多数载流子电子称为多数载流子(简称多子简称多子)，空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子(简称少子简称少子)。第16页二、二、P 型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在在硅硅或或锗锗晶晶体体中中掺掺入入少少许许 3 价价杂杂质质元元素素，如如硼硼、镓、铟等，即组成镓、铟等，即组成 P 型半导体型半导体。+3空空穴穴浓浓度度多多于于电电子子浓浓度度，即即 p n。空空穴穴为为多多数数载载流流子子，电电子子为为少数载流子。少数载流子。3 价价杂杂质质原原子子称称为为受受主原子。主原子。受主受主原子原子空穴空穴图图 1.1.4P 型半导体型半导体第17页说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度；温温度度决决定定少数载流子浓度。少数载流子浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体表示方法以下列图所表示。杂质半导体表示方法以下列图所表示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体体，因而其导电能力大大改进。因而其导电能力大大改进。(a)N 型半导体型半导体(b)P 型半导体型半导体图图 杂质半导体简化表示法杂质半导体简化表示法第18页 在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体，两两个个区区域域交交界界处处就就形形成成了了一一个特殊薄层，个特殊薄层，称为称为 PN 结结。PNPN结结图图 PN 结形成结形成一、一、PN 结形成结形成1.1.3PN结结第19页 PN 结中载流子运动结中载流子运动耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区PN1.扩散运动扩散运动2.扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区电电子子和和空空穴穴浓浓度度差差形形成成多多数数载流子扩散运动。载流子扩散运动。PN 结结，耗耗尽层。尽层。PN（动画1-3）第20页3.空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 Uho 电位壁垒电位壁垒；内电场内电场；内电场阻止多子扩散；内电场阻止多子扩散 阻挡层阻挡层。4.漂移运动漂移运动内内电电场场有有利利于于少少子子运运动动漂漂移。移。少少子子运运动动与与多多子子运运动动方方向向相相反反 阻挡层阻挡层第21页5.扩散与漂移动态平衡扩散与漂移动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐步减小；扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐步减小；伴随内电场增强，漂移运动逐步增加；伴随内电场增强，漂移运动逐步增加；当当扩扩散散电电流流与与漂漂移移电电流流相相等等时时，PN 结结总总电电流流等等于于零，空间电荷区宽度到达稳定。零，空间电荷区宽度到达稳定。即即扩散运动与漂移运动到达动态平衡。扩散运动与漂移运动到达动态平衡。PN第22页二、二、PN 结单向导电性结单向导电性1.PNPN结结结结 外加正向电压时处于导通状态外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。又称正向偏置，简称正偏。外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向耗尽层耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有于扩散运动，电路中有较大正向电流。较大正向电流。图图 1.1.6PN第24页在在 PN 结加上一个很小正向电压，即可得到较大正向结加上一个很小正向电压，即可得到较大正向电流，为预防电流过大，可接入电阻电流，为预防电流过大，可接入电阻 R。2.PN PN 结结结结外加反向电压时处于截止状态外加反向电压时处于截止状态(反偏反偏)反反向向接接法法时时，外外电电场场与与内内电电场场方方向向一一致致，增增强强了了内内电电场作用；场作用；外电场使空间电荷区变宽；外电场使空间电荷区变宽；不不利利于于扩扩散散运运动动，有有利利于于漂漂移移运运动动，漂漂移移电电流流大大于于扩扩散电流，电路中产生反向电流散电流，电路中产生反向电流 I；因为少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。因为少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。第25页耗尽层耗尽层图图 1.1.7PN 结加反相电压时截止结加反相电压时截止 反向电流又称反向电流又称反向饱和电流反向饱和电流。对温度十分敏感对温度十分敏感，伴随温度升高，伴随温度升高，IS 将急剧增大将急剧增大。PN外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向VRIS第26页 当当 PN 结结正正向向偏偏置置时时，回回路路中中将将产产生生一一个个较较大大正正向向电流，电流，PN 结处于结处于 导通状态导通状态；当当 PN 结结反反向向偏偏置置时时，回回路路中中反反向向电电流流非非常常小小，几乎等于零，几乎等于零，PN 结处于结处于截止状态截止状态。（动画1-4）（动画1-5）总而言之：总而言之：可见，可见，PN 结含有结含有单向导电性单向导电性。第27页IS：反向饱和电流：反向饱和电流UT：温度电压当量：温度电压当量在常温在常温(300 K)下，下，UT 26 mV三、三、PN 结电流方程结电流方程PN结所加端电压结所加端电压u与流过电流与流过电流i关系为关系为公式推导过程略公式推导过程略第28页四、四、PN结伏安特征结伏安特征i=f(u)之间关系曲线。之间关系曲线。604020 0.002 0.00400.5 1.02550i/mAu/V正向特征正向特征死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反向特征反向特征图图 1.1.10PN结伏安特征结伏安特征反向击穿反向击穿第29页五、五、PN结电容效应结电容效应当当PN上电压发生改变时，上电压发生改变时，PN 结中储存电荷量结中储存电荷量将随之发生改变，使将随之发生改变，使PN结含有电容效应。结含有电容效应。电容效应包含两部分电容效应包含两部分势垒电容势垒电容扩散电容扩散电容1.势垒电容势垒电容Cb是由是由 PN 结空间电荷区改变形成。结空间电荷区改变形成。(a)PN 结加正向电压结加正向电压（b)PN 结加反向电压结加反向电压 N空间空间电荷区电荷区PVRI+UN空间空间电荷区电荷区PRI+UV第30页空空间间电电荷荷区区正正负负离离子子数数目目发发生生改改变变，如如同同电电容容放放电电和充电过程。和充电过程。势垒电容大小可用下式表示：势垒电容大小可用下式表示：因因为为 PN 结结 宽宽度度 l 随随外外加加电电压压 u 而而改改变变，所所以以势势垒垒电电容容 Cb不不是是一一个个常常数数。其其 Cb=f(U)曲线如图示。曲线如图示。：半导体材料介电比系数；：半导体材料介电比系数；S：结面积；：结面积；l：耗尽层宽度。：耗尽层宽度。OuCb图图 1.1.11（b)第31页2.扩散电容扩散电容 Cd Q是由多数载流子在扩散过程中积累而引发。是由多数载流子在扩散过程中积累而引发。在在某某个个正正向向电电压压下下，P 区区中中电电子子浓浓度度 np(或或 N 区区空空穴穴浓浓度度 pn)分布曲线如图中曲线分布曲线如图中曲线 1 所表示。所表示。x=0 处处为为 P 与与 耗耗尽层交界处尽层交界处当当电电压压加加大大，np(或或 pn)会会升升高高，如曲线如曲线 2 所表示所表示(反之浓度会降低反之浓度会降低)。OxnPQ12 Q当当加加反反向向电电压压时时，扩扩散散运运动动被被减减弱弱，扩散电容作用可忽略。扩散电容作用可忽略。Q正正向向电电压压改改变变时时，改改变变载载流流子子积积累累电电荷荷量量发发生生改改变变，相相当当于于电电容容器器充充电电和和放电过程放电过程 扩散电容效应。扩散电容效应。图图 1.1.12PNPN 结结第32页总而言之：总而言之：PN 结总结电容结总结电容 Cj 包含势垒电容包含势垒电容 Cb 和扩散电容和扩散电容 Cd 两部分两部分。Cb 和和 Cd 值值都都很很小小，通通常常为为几几个个皮皮法法 几几十十皮皮法法，有些结面积大二极管可达几百皮法。有些结面积大二极管可达几百皮法。当反向偏置时，势垒电容起主要作用，能够认为当反向偏置时，势垒电容起主要作用，能够认为 Cj Cb。普通来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作普通来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即能够认为用，即能够认为 Cj Cd；在信号频率较高时，须考虑结电容作用。在信号频率较高时，须考虑结电容作用。第33页 1.2 半导体二极管半导体二极管在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型图图1.2.11.2.1二极管几个二极管几个外形外形第34页1 点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)点接触型点接触型 二极管结构示意图二极管结构示意图1.2.1半导体二极管几个常见结构半导体二极管几个常见结构 PN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和变电容小，用于检波和变频等高频电路。频等高频电路。第35页3 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。2 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型4二极管代表符号二极管代表符号D第36页 1.2.2二极管伏安特征二极管伏安特征二极管伏安特征曲线可用下式表示二极管伏安特征曲线可用下式表示硅二极管硅二极管2CP102CP10伏安伏安特征特征正向特征正向特征反向特征反向特征反向击穿特征反向击穿特征开启电压：开启电压：0.5V导通电压：导通电压：0.7一、伏安特征一、伏安特征锗二极管锗二极管2AP152AP15伏安伏安特征特征UonU(BR)开启电压：开启电压：0.1V导通电压：导通电压：0.2V第37页二、温度对二极管伏安特征影响二、温度对二极管伏安特征影响(了解了解)在环境温度升高时，二极管正向特征将左移，反向在环境温度升高时，二极管正向特征将左移，反向特征将下移。特征将下移。二极管特征对温度很敏感。二极管特征对温度很敏感。50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.020温度增加温度增加第38页 1.2.3 二极管参数二极管参数(1)最大整流电流最大整流电流IF(2)反向击穿电压反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压和最高反向工作电压URM(3)反向电流反向电流I IR R(4)最高工作频率最高工作频率f fM M(5)极间电容极间电容Cj在实际应用中，应依据管子在实际应用中，应依据管子所用场所，按其所承受最高所用场所，按其所承受最高反向电压、最大正向平均电反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求二极管。条件，选择满足要求二极管。第39页 1.2.4 二极管二极管等效电路等效电路一、由伏安特征折线化得到等效电路一、由伏安特征折线化得到等效电路 1.理想模型理想模型 2.恒压降模型恒压降模型3.折线模型折线模型第40页 二、二极管微变等效电路二、二极管微变等效电路 二极管工作在正向特征某一小范围内时，二极管工作在正向特征某一小范围内时，其正向特征能够等效成一个微变电阻。其正向特征能够等效成一个微变电阻。即即依据依据得得Q点处微变电导点处微变电导则则常温下（常温下（T=300K）图图1.2.7二极管微变等效电路二极管微变等效电路第41页 应用举例应用举例 二极管静态工作情况分析二极管静态工作情况分析 分析步骤：分析步骤：1.依据已知条件或实际情况确定二极管采取模型依据已知条件或实际情况确定二极管采取模型 2.将二极管断开，分别计算将二极管断开，分别计算VA,VK 并判断二极管通断并判断二极管通断 3.套入对应模型对原电路进行变换套入对应模型对原电路进行变换 4.计算计算第42页 应用举例应用举例 计算二极管计算二极管电流电流和两端和两端电压电压理想模型理想模型（R=10k）VDD=10V 时时恒压模型恒压模型（硅二极管经典值）（硅二极管经典值）第43页 应用举例应用举例 二极管静态工作情况分析二极管静态工作情况分析（R=10k）VDD=10V 时时折线模型折线模型（硅二极管经典值）（硅二极管经典值）设设P22 例例1.2.1第44页应用举例应用举例例例1：P69习题习题1.2解：二极管采取理想模型解：二极管采取理想模型 ui和和uo波形如图所表示波形如图所表示 第45页1.2.5 稳压二极管稳压二极管一、稳压管伏安特征一、稳压管伏安特征(a)符号符号(b)2CW17 伏安特征伏安特征 利用二极管反向击穿特征实现稳压。稳压二极管稳利用二极管反向击穿特征实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压。压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压。DZ第46页(1)稳定电压稳定电压UZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在要求稳压管反向工在要求稳压管反向工作电流作电流IZ下，所对应反向下，所对应反向工作电压。工作电压。rZ=VZ/IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)温度系数温度系数 VZ二、稳压管主要参数二、稳压管主要参数第47页 稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 UO=UZ#不加不加不加不加R R能够吗？能够吗？能够吗？能够吗？#上述电路上述电路上述电路上述电路U UI I为正弦波，且幅为正弦波，且幅为正弦波，且幅为正弦波，且幅值大于值大于值大于值大于U UZ Z ，U UOO波形是怎样波形是怎样波形是怎样波形是怎样？（1 1）.设电源电压波动设电源电压波动设电源电压波动设电源电压波动(负载不负载不负载不负载不变变变变)UI UOUZ IZUOUR IR（2 2）.设负载改变设负载改变设负载改变设负载改变(电源不变电源不变电源不变电源不变)略略略略如电路参数改变？如电路参数改变？UOUI第48页例例1：稳压二极管应用：稳压二极管应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值稳压二极管技术数据为：稳压值U UZ Z=10V=10V，I Izmaxzmax=12mA=12mA，I Izminzmin=2mA=2mA，负载电阻，负载电阻R RL L=2k=2k，输入电压，输入电压u ui i=12V=12V，限流电阻，限流电阻R=200 R=200 ，求，求iZ。若若负载电阻负载电阻改变范围为改变范围为1.5 1.5 k k -4 -4 k k ，是否还能稳压，是否还能稳压？第49页RLuiuORDZiiziLUZUZ=10V ui=12VR=200 Izmax=12mA Izmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5 k ,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4 k ,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）负载改变负载改变,但但iZ仍在仍在12mA和和2mA之间之间,所以稳压管仍能起所以稳压管仍能起稳压作稳压作用用第50页例例2：稳压二极管应用：稳压二极管应用解：解：ui和和uo波形如图所表示波形如图所表示（UZ3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ第51页一、发光二极管一、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)1.符号和特征符号和特征工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置普通工作电流几普通工作电流几 mA，导通电压导通电压(1 2)V符号符号u/Vi /mAO2特征特征1.2.6其它类型二极管其它类型二极管第52页发光类型：发光类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：不可见光：红外光红外光点阵点阵 LED七段七段 LED,第53页二、光电二极管二、光电二极管符号和特征符号和特征符号符号特征特征uiOE=200 lxE=400 lx工作原理：工作原理：三、变容二极管三、变容二极管四、隧道二极管四、隧道二极管五、肖特基二极管五、肖特基二极管无光照时，与普通二极管一样。无光照时，与普通二极管一样。有光照时，分布在第三、四象限。有光照时，分布在第三、四象限。低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（能够小到几纳秒），正向导通压降仅极短（能够小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V0.4V左右，左右，而整流电流大而整流电流大.优点是开关特征好，速度快、工作频率高优点是开关特征好，速度快、工作频率高 第54页1.3双极型晶体管双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。(Bipolar Junction Transistor)三极管外形以下列图所表示。三极管外形以下列图所表示。三极管有两种导电类型：三极管有两种导电类型：NPN 型和型和 PNP 型。型。主要以主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。图图 1.3.1三极管外形三极管外形X：低频小功率管：低频小功率管D：低频大功率管：低频大功率管G：高频小功率管：高频小功率管A：高频大功率管：高频大功率管第55页图图 1.3.2(b)三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号NPN 型型ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP1.3.1晶体管结构及类型晶体管结构及类型第56页集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN图图 1.3.2三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(b)PNP 型型第57页1.3.2晶体管电流放大作用晶体管电流放大作用以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源极性极性来确保。来确保。不表示两个二极管连接起来就是三极管不表示两个二极管连接起来就是三极管第58页三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.基基区区做做得得很很薄薄。通通常常只只有有几几微微米米到到几几十十微微米米，而而且且掺掺杂杂较较少少。三三极极管管放放大大外外部部条条件件：外外加加电电源源极极性性应应使使发发射射结结处处于正向偏置于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.集电结面积大。集电结面积大。第59页becRcRb一、晶体管内部载流子运动一、晶体管内部载流子运动I EIB1.发射结加正向电压，扩散发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流运动形成发射极电流2.发射区电子越过发射结扩发射区电子越过发射结扩散到基区，基区空穴扩散到发散到基区，基区空穴扩散到发射区射区形成发射极电流形成发射极电流 IE(基基区多子数目较少，空穴电流可区多子数目较少，空穴电流可忽略忽略)。2.扩扩散散到到基基区区自自由由电电子子与与空空穴穴复复合合运运动动形形成成基基极极电电流流电电子子抵抵达达基基区区，少少数数与与空空穴穴复复合合形形成成基基极极电电流流 Ibn，复复合合掉掉空空穴由穴由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩散，抵达多数电子在基区继续扩散，抵达集电结一侧。集电结一侧。晶体管内部载流子运动晶体管内部载流子运动第60页becI EI BRcRb3.集集电电结结加加反反向向电电压压，漂漂移移运动形成集电极电流运动形成集电极电流Ic 集集电电结结反反偏偏，有有利利于于搜搜集集基基区区扩扩散散过过来来电电子子而而形形成成集集电电极极电电流流 Icn。其能量来自外接电源其能量来自外接电源 VCC。I C另另外外，集集电电区区和和基基区区少少子子在在外外电电场场作作用用下下将将进进行行漂漂移移运运动动而而形形成成反反向向饱饱和和电电流流，用用ICBO表示表示。ICBO晶体管内部载流子运动晶体管内部载流子运动第61页beceRcRb二、晶体管电流分配关系二、晶体管电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBOIE=IC+IB图图1.3.4晶体管内部载流子运动与外部电流晶体管内部载流子运动与外部电流第62页三、晶体管共射电流放大系数三、晶体管共射电流放大系数整理可得：整理可得：ICBO 称反向饱和电流称反向饱和电流ICEO 称穿透电流称穿透电流1、共射直流电流放大系数、共射直流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法共发射极接法第63页直直流流参参数数 与与交交流流参参数数 、含含义义是是不不一一样样，不不过过，对对于于大大多多数数三三极极管管来来说说，直直流流和和交交流流数数值值却却差差异异不大，计算中，可不将它们严格区分。不大，计算中，可不将它们严格区分。2、共射交流电流放大系数、共射交流电流放大系数第64页3、共基直流电流放大系数、共基直流电流放大系数或或4、共基交流电流放大系数、共基交流电流放大系数5.关系关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法共基极接法第65页1.3.3 晶体管共射特征曲线晶体管共射特征曲线uCE=0VuBE/V iB=f(uBE)UCE=const(2)当当uCE1V时，时，uCB=uCE-uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合降低，在一样集电子，基区复合降低，在一样uBE下下 IB减小，特征曲线右移。减小，特征曲线右移。(1)当当uCE=0V时，相当于发射结正向伏安特征曲线。时，相当于发射结正向伏安特征曲线。一一.输入特征曲输入特征曲线线uCE=0V uCE 1VuBE/V+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE第66页iC=f(uCE)IB=const二、输出特征曲线二、输出特征曲线+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE测量方法说明测量方法说明第67页输出特征曲线三个区域输出特征曲线三个区域:放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏 特点特点：iC大小不受大小不受uCE影响，影响，只受只受 IB控制。控制。怎样依据曲线取得怎样依据曲线取得 值值第68页输出特征曲线三个区域输出特征曲线三个区域:截止区：截止区：条件：条件：发射结反偏（不导发射结反偏（不导通），集电结反偏通），集电结反偏 特点特点：iC 电流趋近于电流趋近于0。等效模型等效模型：相当于开关断相当于开关断开开第69页输出特征曲线三个区域输出特征曲线三个区域:饱和区：饱和区：条件：条件：发射结正偏，集电发射结正偏，集电结正偏结正偏 特点特点：iB、iC 大到一定数大到一定数值后三极管进入该区域，值后三极管进入该区域，UCE电压数值较小电压数值较小。等效模型等效模型第70页三极管参数分为三大类三极管参数分为三大类:直流参数、交流参数、极限参数直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数一、直流参数1.1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const1.3.4晶体管主要参数2.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数3.集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间反向饱和电流集电极发射极间反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO第71页二、交流参数二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =iC/iB UCE=const2.共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =iC/iE UCB=const3.特征频率特征频率 fT 值下降到值下降到1 1信号频率信号频率第72页1.最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM PCM=iCuCE 三、三、极限参数极限参数2.最大集电极电流最大集电极电流ICM3.反向击穿电压反向击穿电压 UCBO发射极开路时集电结反发射极开路时集电结反 向击穿电压。向击穿电压。U EBO集电极开路时发射结反集电极开路时发射结反 向击穿电压。向击穿电压。UCEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间击穿电压。极间击穿电压。几个击穿电压有以下关系几个击穿电压有以下关系 U UCBOUCEOUEBO第73页 由由PCM、ICM和和UCEO在输出特征曲线上能够确在输出特征曲线上能够确定过损耗区、过电流区和击穿区。定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特征曲线上过损耗区和击穿区输出特征曲线上过损耗区和击穿区 PCM=iCuCE U(BR)CEOUCE/V第74页1.3.5温度对晶体管特征及参数影响温度对晶体管特征及参数影响一、温度对一、温度对ICBO影响影响温度每升高温度每升高100C，ICBO增加约一倍。增加约一倍。反之，当温度降低时反之，当温度降低时ICBO降低。降低。硅管硅管ICBO比锗管小得多。比锗管小得多。二、温度对输入特征影响二、温度对输入特征影响温度升高时正向特征左移，温度升高时正向特征左移，反之右移反之右移60402000.4 0.8I/mAU/V温度对输入特征影响温度对输入特征影响200600三、温度对输出特征影响三、温度对输出特征影响温度升高将造成温度升高将造成 IC 增大增大iCuCEOiB200600温度对输出特征影响温度对输出特征影响第75页三极管工作状态判断三极管工作状态判断例例1：测量某测量某NPN型型BJT各电极对地电压值以下，试各电极对地电压值以下，试判别管子工作在什么区域？判别管子工作在什么区域？（1 1）V VC C 6V6V V VB B 0.7V0.7V V VE E 0V0V（2 2）V VC C 6V6V V VB B 4V4V V VE E 3.6V3.6V（3 3）V VC C 3.6V3.6V V VB B 4V4V V VE E 3.4V3.4V解：标准：标准：正偏正偏反偏反偏反偏反偏集电结正偏正偏正偏正偏反偏反偏发射结饱和饱和放大放大截止截止对NPN管而言，放大时V VC C V VB B V VE E 对PNP管而言，放大时V VC C V VB B V VE E （1）放大区）放大区（2）截止区）截止区（3）饱和区）饱和区第76页例例2某放大电路中某放大电路中BJT三个电极电流如图所表示。三个电极电流如图所表示。IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流正方向和电流正方向和KCL。IE=IB+ICABC IAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。第77页例例例例33：测测测测得得得得工工工工作作作作在在在在放放放放大大大大电电电电路路路路中中中中几几几几个个个个晶晶晶晶体体体体管管管管三三三三个个个个电电电电极极极极电电电电位位位位U U1 1、U U2 2、U U3 3分别为：分别为：分别为：分别为：（1 1）U U1 1=3.5V=3.5V、U U2 2=2.8V=2.8V、U U3 3=12V=12V （2 2）U U1 1=3V=3V、U U2 2=2.8V=2.8V、U U3 3=12V=12V （3 3）U U1 1=6V=6V、U U2 2=11.3V=11.3V、U U3 3=12V=12V （4 4）U U1 1=6V=6V、U U2 2=11.8V=11.8V、U U3 3=12V=12V判断它们是判断它们是判断它们是判断它们是NPNNPN型还是型还是型还是型还是PNPPNP型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定e e、b b、c c。（1 1）U U1 1 b