半导体二极管全套课件.pptx

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第,1,章 半导体,二,极管及其应用,1.1,二极管的结构、特性及其基本应用,1.2,特殊二极管及其基本应用,1.3,二极管的综合应用,本章小结,了解杂质半导体与,PN,结的基本知识。,了解二极管的结构，熟悉其电路符号、单向导电性，理解二极管的伏安特性及主要参数，掌握其应用。,熟悉稳压二极管的电路符号、工作特点及应用。,了解发光二极管、光电二极管和变容二极管的电路符号、工作特点及其应用。,学会二极管识别与检测的基本方法，了解二极管的使用知识。,教学目标,半导体二极管简称,二极管,常温下导电能力很差,掺杂可控制其导电能力,对温度、光照敏感,普通二极管：整流、检波、开关二极管等,特殊二极管：稳压、发光、光电、变容二极管等,二极管的伏安特性、单向导电性、基本应用；,特殊二极管的特点、基本应用。,引言,半导体,导电,能力介于导体与,绝缘体,之间的物质，常用于制造半导体器件的材料为硅（,Si,）、锗（,Ge),等。,半导体导电特点,二极管分类,本章重点,第,1,章 半导体,二,极管及其应用,1.1,二极管的结构、特性及其基本应用,1.1.1,二极管的结构与类型,1.1.2,二极管的特性及主要参数,1.1.3,二极管的基本应用,1.1.1,二极管的结构与类型,一、结构与符号,正极,负极,二、二极管的类型,构成,PN,结,+,引线,+,管壳,=,二极管,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、,平,面型,按功能,分,普通,二极管,、,特殊,二极管,空间电荷,区,内电,场,本征半导体,纯净的单晶半导体。如硅、锗单晶体。,载 流 子,自由运动的带电粒子。,共 价 键,相邻原子共有价电子所形成的束缚。,+4,+4,+4,+4,硅,(,锗,),的原子结构,Si,2,8,4,Ge,2,8,18,4,简化,模型,+4,惯性核,硅,(,锗,),的共价键结构,价电子,自,由,电,子,(,束缚电子,),空,穴,空穴,空穴可在共,价键内移动,知识,拓展,1,、本征半导体,两种载流子,电子,(,自由电子,),带负电,空穴,带正电,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,）本征半导体中电子空穴成对出现，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,。,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,电子为,多,数载流,子,空穴为,少,数载流,子,载流子数,电子数,P,型,+3,+4,+4,+4,+4,+4,硼原子,空穴,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,2,、,杂质半导体,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,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,+,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 等于漂移电流，,总电流,I,=0,。,内建电场,3,、,PN,结,PN,结的单向导电性,（,1,）外加,正向,电压,(,正向偏置,),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,限流电阻,扩散运动加强形成正向电流,I,F,。,I,F,=,I,多子,I,少子,I,多子,（,2,）,外加,反向,电压,(,反向偏置,),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,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。,漂移运动加强形成反向电流,I,R,I,R,=,I,少子,0,1.1.2,二极管的特性及主要参数,一、二极管的单向导电性,允许一个方向电流流通的特性称为单向导电性,（,1,）外加,正向,电压,(,正向偏置,),（,2,）,外加,反向,电压,(,反向偏置,),反偏截止，电阻很大，电流近似为零。,正向导通，呈小电阻，电流较大。,二、二极管的伏安特性曲线,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,D,U,th,i,D,急剧上升,0,u,D,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,D,0,i,D,=,I,S,0.1,A,(,硅,),几十,A,(,锗,),u,D,U,(BR),反向电流急剧增大,(,反向击穿,),1,、正向特性,2,、反向特性,3,、反向,击穿,特性,反向击穿类型：,电击穿,热击穿,反向击穿原因,：,齐纳击穿,：,反向电场太强，将电子强行拉出共价键。,(,击穿电压,6 V,，正,温度系数,),击穿电压在,6 V,左右时，温度系数趋近零。,硅管的伏安特性,锗管的伏安特性,4,、硅,管与锗管特性比较：,60,40,20,0.02,0.04,0,0.4,0.8,25,50,i,D,/mA,u,D,/V,U,th,I,s,i,D,/mA,u,D,/V,0.2,0.4,25,50,5,10,15,0.01,0.02,0,U,th,I,s,死区电压和导通电压大，反向电流小，单向导电性和温度稳定性好,死区电压和导通电压小，反向电流大，,单向导电性和温度稳定性较差。,5,、温度,对二极管特性的影响,60,40,20,0.02,0,0.4,25,50,i,D,/mA,u,D,/V,20,C,90,C,T,每升高,10,，反向电流约增大一倍,T,升高,，,U,D(on),以,(,2,2.5)mV/,C,下降,T,过,高,，,PN,结会消失,三、二极管的主要参数,i,D,u,D,-U,(BR),I,F,U,RM,O,I,F,最大整流电流,(,最大正向平均电流,),1,U,RM,最高反向工作电压,，为,U,(BR),/2,2,I,R,反向电流,(,越小单向导电性越好,),3,f,M,最高工作频率,(,超过时单向导电性变差,),4,影响工作频率的原因,PN,结的电容效应,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,减小,，,使,结电容分流,，导致,单向,导电性变差。,2.,结面积小时结电容小，工作频率高。,1.1.3,二极管的,基本,应用,一、二极管的开关作用,二极管正,偏,要求,UU,D(on),二极管反,偏,开关,闭合,开关,断开,考虑到导通电压,U,D(on),的影响，开关闭合后电路,二极管正偏，考虑到导通电压,U,D(on),的影响，开关闭合后的等效电路,U,D(on),例,1.1.4,硅二极管，,U,=10 V,R,=2 k,，求出,I,D,和,U,R,U,R,U,I,D,R,U,R,U,I,D,R,解,I,D,=U,/,R,=10/2,=5 mA,U,D,=10,0.7=9.3 V,I,D,=,9.3/2=4.65 mA,U,R,U,I,D,R,U,大，,不考虑,U,D(on),的影响,U,小，,应考虑,U,D(on),的影响,U,D,=10V,(1),(2),考虑,U,D(on),的影响,二、二极管应用电路举例,将交流电压变为直流电压称为,整流,半波整流电路,U,i,为正半周，,VD,接通，,U,o,=U,i,U,i,为负半周，,VD,断开，,U,o,=0,1,、整流电路,2,、限幅电路,U,i,U,REF,，二极管导通，,U,O,=U,REF,U,i,U,REF,，二极管断开，,U,O,=U,i,输出电压顶部,被限幅而削平,二极管双向限幅电路如图所示，已知,u,i,=2 sin,t,(,V),，分析二极管的限幅作用。,u,i,较小,VD,1,VD,2,u,i,u,O,R,0.7V,u,i,0.7 V,VD,1,、,VD,2,均截止,u,O,=,u,i,u,O,=0.7 V,u,i,0.7 V,VD,1,导通,VD,2,截止,u,i,0.7 V,VD,2,导通,VD,1,截止,u,O,=,0.7 V,O,t,u,O,/V,0.7,O,t,u,i,/V,2,0.7,例,1.1.5,二极管正向导通,U,O,=2U,D(on),1.4V,3,、低电压稳压电路,VD,1,、,VD,2,均为理想二极管，当输入电压,U,A,、,U,B,为低电压,0 V,和高电压,5 V,的不同组合时,U,A,U,B,U,O,R,3 k,W,12 V,V,DD,VD,1,VD,2,B,A,Y,输入电压,理想二极管,输出,电压,U,A,U,B,VD,1,VD,2,0 V,0 V,正偏导通,正偏导通,0 V,0 V,5 V,正偏导通,反偏截止,0 V,5 V,0 V,反偏截止,正偏导通,0 V,5 V,5 V,正偏导通,正偏导通,5 V,4,、二极管与门电路,U,A,、,U,B,均为高电压时，,Y端,输出为高电压，只要有一个输入为低电压，则输出为低电压，实现了,与功能。,第,1,章 半导体,二,极管及其应用,1.2,特殊二极管及其基本应用,1.2.1,稳压二极管,1.2.2 发,光二极管与光电二极管,1.2.3,变容二极管,1.2.1,稳压二极管,一、稳压二极管的符号、特性与主要参数,符号,i,Z,/mA,u,Z,/V,O,U,Z,I,Zmin,I,Zmax,U,Z,I,Z,I,Z,特性,主要参数,稳定,电压,U,Z,流过,规定电流时稳压,管两端,的反向电压值。,稳定,电流,I,Z,工作电压等于,U,Z,是所对应的电流值；,越,大稳压效果越好,，小于,I,min,时不稳压。,最大,工作电流,I,ZM,、最大,耗散功率,P,ZM,P,ZM,=,U,Z,I,ZM,动态电阻,r,Z,=,U,Z,/,I,Z,几,几十,，,r,Z,越,小稳压效果越好,。,反向击穿,工作条件,一般，,U,Z,4 V,，,C,TV,7 V,，,C,TV,0,(,为雪崩击穿,),具有正温度系数；,4 V,U,Z,7 V,，,C,TV,很小。,电压,温度系数,C,TV,二、稳压二极管的稳压电路,I,R,=,I,DZ,+,I,L,U,O,=,U,I,I,R,R,当,U,I,波动时,(,R,L,不变,),当,R,L,变化时,(,U,I,不变,),U,I,U,O,R,R,L,I,L,I,R,I,DZ,R,为限流电阻，,R,L,为负载电阻,反之亦然,反之亦然,三、稳压二极管的稳压电路实例,U,I,U,O,R,R,L,I,L,I,R,I,DZ,47,2CW107,U,I,=1213.6V,I,L,=0,56mA,U,O,=9V,电阻,R,选用,1W,金属膜电阻,2CW107,：,U,Z,=8.5,9.5V,，,I,ZM,=100mA,，,I,Z,=5mA,例,1.2.1,在,稳压电路实例,中：,(,1),当输入电压,U,I(min),=12V,负载电流,I,L(max),=56mA,求,I,DZ,=?,(,2),当输入电压,U,I,=13.6V,，负载电流,I,L,=0mA,，求,I,DZ,=?,及,R,所承受的功耗。,解,：,(1),(2),1.2.2,发光二极管与光电二极管,一、发光二极管,LED,一般,工作电流几到几十,mA,，,导通电压,(1.7,3.5,),V,发光,类型：,可见光：,红、黄、绿,显示,类型：,不可见光：,红外光,点阵,LED,符号,u,/V,i,/mA,O,2,特性,七段,LED,普通,LED,，,应用电路,基本电路,交流驱动电路,脉冲信号驱动电路,正向偏置,工作条件,二、光电二极管,1,符号,符号,实物照片,2.,光电耦合器,反,向偏置,工作条件,1.2.3,变容二极管,利用PN结的电容特性制成的二极管称为变容二极管，反偏时它的反向电阻很大，近似开路，其容量随加于PN结两端反向电压的增加而减小。,-u,D,/V,C,/pF,O,u,D,符号,特性,第,1,章 半导体,二,极管及其应用,1.3,二极管的综合应用,1.3.1,二极管的使用常识,1.3.2,二极管综合应用实例,1.3.1,二极管的使用常识,一、二极管的命名方法,第一部分,第二部分,第三部分,第四部分,第五部分,用数字“,2,”表示器件有两个电极,用字母表示器件的材料和极性,用字母表示器件的类型,用数字表示器件序号,用字母表示规格号,A,|,N,型锗材料,B|,P,型锗材料,C|,N,型硅材料,D|,P,型硅材料,P,普通管,K,开关管,W,稳压管,Z,整流管,U,光电管,国产,示例：,2CZ52B,表示硅材料整流二极管,国外二极管型号示例,1,N,4001,PN,结的数目（二极管为,1,个,PN,结）,EIA,注册标志,EIA,（美国电子工业协会）登记顺序号,二、二极管的选用与检测,2.,二极管识别与检测,1.,二极管的选用（见教材,P16,）,（,1,）,正负极性的识别,（,2,）,用模拟万用表检测判断,在,R,1 k,挡进行测量，,红,表笔是,(,表内电源,),负极，,黑,表笔是,(,表内电源,),正极。,测量时手不要接触引脚。,一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧。,正反向电阻相差不大为劣质管。,正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。,1k,0,0,0,(3),用数字式万用表检测判断,红,表笔是,(,表内电源,),正极，,黑,表笔是,(,表内电源,),负极。,2k,20k,200k,2M,20M,200,在,挡进行测量，当,PN,结完好且正偏时，显示值为,PN,结两端的正向压降,(,V,),。反偏时，显示,。,1.3.2,二极管,综合应用,实例,过流保护,熔丝,电源变压器,用以,降压,交流电源,指示,交流开关合上发红,光,桥式,整流,将交流电压变成脉动直流电压,电容,滤波,滤除交流,平滑输出,电压,直流电压输出,指示,有直流电压输出发,绿光,稳压电路,稳定输出,电压,一、电路组成与工作原理,交流输入电压,U,1,=220V,（有效值）,变压器二次侧电,压,U,2,=9V,（有效值）,整流滤波输出电压平均值,U,I,=1.29=10.8V,稳压电路直流输出电压,U,O,=5V,桥式整流过程,（,a)u,2,正半周，,VD,1,、,VD,3,导通，,VD,2,、,VD,4,截止，,u,I,=u,2,（,a)u,2,负半周，,VD,2,、,VD,4,导通，,VD,1,、,VD,3,截止，,u,I,=-u,2,整流滤波输入、输出电压波形,加滤波电容,C,未,加滤波电容,C,输出电压平均值,5,二、使用注意问题,合,上交流电源应注意观察电路中有无异常现象,。,整流,电路中，二极管,正负极性不能接反,。,滤波,电容为电解电容，其,正极接高电位、负极接低电位,。,变压器,应有较小的空载电流,。,电源,出现故障，要认真对待，内部检查时一定,要,关,断,交流电源,，严禁用手触摸电源进线部分的元器件,。,1,2,3,4,第,2,章 半导体三极管及其应用,本章小结,2.1,晶体管的结构、特性及参数,2.2,晶体管的基本应用,2.3,场效应管及其基本应用,了解双极型和单极型三极管的结构，正确识别各种三极管图形符号。,理解三极管的工作原理、伏安特性及主要参数，熟悉三极管的放大作用。,理解三极管直流电路近似估算方法，熟悉三极管放大、截止、饱和状态的识别。,理解三极管放大电路的组成和主要元件的作用，熟悉直流通路、交流通路的作用、画法和放大倍数的估算。,熟悉三极管的使用知识，会使用万用表判别三极管的引脚和质量优劣。,教学目标,引言,三极管具有,放大,和,开关,作用,三极管分类,双极型半导体三极管，简称晶体管（,BJT,）,（它有空穴和自由电子两种载流子参与导电）,单极型半导体三极管，简称场效应管（,FET,）,（它只有一种载流子参与导电）,本章重点,晶体管的放大原理、放大电路的组成、直流通路、交流通路及放大电路的估算。,第,2,章 半导体,三,极管及其应用,2.1,晶体管的结构、特性及参数,2.1.1,晶体管的结构与电流放大作用,2.1.2,晶体管的伏安特性曲线,2.1.3,晶体管的主要参数,2.1.4,晶体管的使用常识,2.1.1,晶体管的结构与电流放大,作用,一、晶体管的结构与类型,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,e,mitter,b,ase,c,ollector,NPN,型,P,P,N,E,B,C,PNP,型,E,C,B,E,C,B,分类,按材料分,硅管、锗管,按结构分,NPN,、,PNP,按使用频率分,低频管、高频管,按功率分,小,功率管,1,W,二、晶体管电流放大原理,1.,晶体管放大的条件,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,输入,回路,输出,回路,R,C,V,CC,i,B,I,E,R,B,+,U,BE,+,U,CE,V,BB,C,E,B,i,C,+,+,U,CB,+,I,E,I,B,I,C,发射结正偏,集电结反偏,U,CB,0,集电结反偏,+,-,U,BE,0,发射结正偏,2.,晶体管的电流分配关系,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：,以小电流（,I,B,）控制大电流（,I,C,）的作用，称为晶体管的电流放大作用。,2.1.2,晶体管,的伏安特性曲线,一、输入,特性曲线,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,+,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,),硅管：,(,0.6,0.8),V,锗管：,(0.2,0.3),V,取,0.7 V,取,0.2 V,V,BB,+,R,B,二、输出特性曲线,i,C,/,mA,u,CE,/V,50 A,40 A,30 A,20 A,10 A,I,B,=0,O,2 4 6 8,4,3,2,1,截止区：,I,B,0,I,C,=,I,CEO,0,条件：,两个结反偏,2.,放大区：,3.,饱和区：,u,CE,u,BE,u,CB,=,u,CE,u,BE,0,条件：,两个结正偏,特点：,I,C,I,B,临界饱和时：,u,CE,=u,BE,深度饱和时：,0.3 V,(,硅管,),U,CE,(sat),=,0.1 V,(,锗管,),放大区,截止区,饱,和,区,条件：,发射结正偏,集电结反偏,特点：,水平、等间隔,I,CEO,三、,PNP,晶体管的伏安特性曲线,2.1.3,晶体管,的主要参数,一、电流放大系数,共发射极电流放大系数,i,C,/,mA,u,CE,/V,50 A,40 A,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,Q,二、极间反向饱和电流,CB,极,间反向饱和电流,I,CBO,，,CE,极,间反向饱和电流,I,CEO,。,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,极,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,极,间反向击穿电压。,U,(,BR,),EBO,集电极极开路时,E,、,B,极,间反向击穿电压。,U,(,BR,),CBO,U,(,BR,),CEO,U,(,BR,),EBO,(讨论),已知,:,I,CM,=20 mA,P,CM,=100 mW,，,U,(BR)CEO,=20 V,，,当,U,CE,=,10 V,时，,I,C,mA,当,U,CE,=,1 V,，则,I,C,mA,当,I,C,=,2 mA,，则,U,CE,i,C,u,CE,T,1,i,B,=0,T,2,i,B,=0,i,B,=0,温度每升高,1,C,，,(0.5 1)%,。,输出特性曲线间距增大。,O,2.1.4,晶体管,的使用常识,第一部分,数字,电极数,3,三极管,第二部分,第三部分,字母,(,汉拼,),材料和极性,A,锗材料,PNP,B,锗材料,NPN,C,硅材料,PNP,D,硅材料,NPN,字母,(,汉拼,),器件类型,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,第四部分,第五部分,数字,序号,字母,(,汉拼,),规格号,例如：,3AX31 3DG12B 3DD6 3CG 3DA 3AD 3DK,常用小功率进口三极管,9011,9018,一、晶体管的命名方式,K,开关管,二、晶体管的外形及引脚排列,E,B,C,E,B,C,E,B,C,B,E,C,三、晶体管的识别与检测,根据,外观判断,极性；,插入,三极管挡,(,h,FE,),，测量,值或判断管型 及管脚；,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,),。,1,2,3,指针式万用表,注意事项：,1k,B,E,C,1k,B,E,C,红,表笔是,(,表内,),负极，,黑,表笔是,(,表内,),正极。,在,R,1 k,挡进行测量。,测量时手不要接触引脚。,数字万用表,注意事项：,根据外观判断极性,可直接用电阻挡的 挡，分别测量,判断,两个结 的,好坏；,插入,三极管挡,(,h,FE,),，测量,值或判断管型 及管脚；,1,2,红,表笔是,(,表内,),正极,，,黑,表笔是,(,表内,),负,极,。,NPN,和,PNP,管分别按,EBC,排列插入不同的孔,。,需要,准确,测量,值时，应先进行校正,。,四、晶体三极管的选用,根据,电路工作要求选择高、低频管,。,根据,电路工作要求选择,P,CM,、,I,CM,、,U,(,BR,),CEO,，应保证,：,P,C,P,Cm,，,I,CM,Cm,，,U,(,BR,),CEO,V,CC,一般,三极管的,值在,40,120,之间为好，,9013,、,9014,等低噪声、高,的管子不受此限制 ,。,穿透,电流,I,CEO,越小越好，硅管比锗管的小,。,1,2,3,4,第,2,章 半导体,三,极管及其应用,2.2,晶体管的基本应用,2.2.1,电流源电路,2.2.2 晶体管开关电路,2.2.3 晶体管放大电路,2,.2.1,电流源电路,电路,等效电路,R,L,变化,I,C,不变，电路恒流输出,（,U,CE,U,CE(sat,),),例,2.2.1,电路如图所示，,U,CE(sat),1V,R,L,在,0,1.5K,内变化，求,I,C,。,+,R,B,R,L,+,U,CE,+,U,BE,+,V,CC,V,BB,6 V,6 V,I,B,I,C,178 k,=100,解：硅管,U,BE,=0.7V,2,.2.2,晶体管开关电路,U,I,=U,IH,晶体管饱和，,C,、,E,间等效为开关闭合,U,I,=0V,，晶体管截止，,C,、,E,间等效为开关断开,例,2.2.2,图,（,a,）所示,硅晶体管电路中，,=50,，输入电压为一方波，如图,(b),所示，试画出输出电压波形。,u,I,=0,时，三极管发射结零偏截止，,i,C,0,故,u,O,5,V,。,当,u,I,=3.6V,时，设三极管饱和，则,u,O,=,U,CES,0.3V,可见当,u,I,=3.6V,时，,i,B,I,BS,，三极管确实可靠饱和，因此,u,O,0.3V,。,u,O,波形如图（,c,）所示。,而,实际基极电流,解：,2,.2.3,晶体管,放大,电路,一、晶体管放大电路的组成,+,i,B,i,C,R,B,V,CC,V,BB,R,C,C,1,u,i,+,+,+,u,CE,+,178K,u,BE,C,2,6V,6V,+,u,o,V,CC,集电极,直流电源,使集电结反偏,隔直流、通交流,R,C,集电极直流负载,电阻,V,BB,基极,直流偏置电源，,R,B,基极偏置电阻,使发射结正偏，提供合适的基极,电流,C,1,、,C,2,耦合电容,将,I,C,U,C,，使,电流放大,电压放大,二、晶体管放大电路的工作原理,1.静态工作状态,与直流通路,当放大器接通直流电源，而输入信号为零时，其工作状态称为,静态,，这时电路中电压、电流只有直流量：,U,BEQ,、,I,BQ,、,I,CQ,、,U,CEQ,U,BEQ,、,I,BQ,、,I,CQ,、,U,CEQ,直流通路,静态工作点,例,2.2.3,：,电路及参数如上图所示,，,，求,放大电路的静态工作点。,解：硅管,U,BEQ,=0.7V,I,B,Q,u,i,O,t,i,B,O,t,u,CE,O,t,u,o,O,t,i,C,O,t,I,C,Q,U,CEQ,U,BEQ,u,BE,O,t,2.,动态工作波形,有输入信号时放大电路工作状态称,动态,u,i,=U,im,sint,u,BE,=U,BEQ,+U,im,sint,i,B,=I,BQ,+I,bm,sint,i,C,=I,CQ,+I,cm,sint,u,CE,=U,CEQ,-I,cm,R,c,sint,u,o,=-I,cm,R,c,sint=-,U,om,sint,NPN,型晶体管共发射极放大电路的,饱和,及,截止失真,I,CQ,过高,I,CQ,过小,知识,拓展,3.,放大电路的交流通路与放大倍数,交流通路,r,be,晶体管共发射极输入电阻，,r,bb,晶体管的基区,体电阻，一般取,300,。,电压放大倍数：,例,2.2.5,=100,，,u,S,=10sin,t,(mV),，求（,1,）,“,Q,”,点（,2,）,u,i,，,u,o,及,A,u,。,+,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,求静态工作点,I,CQ,=,I,BQ,=2.4 mA,U,CEQ,=,12,2.4,2.7=5.5(V),直流通路,求,u,i,，,u,o,及,A,u,+,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,晶体管电路,可当成双口,网络来分析,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,+,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,r,bb,晶体管基区体电阻,知识,拓展,晶体管,H,参数小信号,等效电路,第,2,章 半导体,三,极管及其应用,2.3,场效应管及其基本应用,引言,2.3.1,场效应管的结构、符号及其工作原理,2.3.2,场效应管的主要参数,2.3.3,场效应管的基本应用,引言,场效应管,FET,(,F,ield,E,ffect,T,ransistor,),类型：,结型,JFET,(,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor,),金属,-氧化物-半导体场效应管（简称MOSFET，即Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor),特点：,1.,单极型器件,(,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,，,MOS,可高达,10,15,),2,.3.1,场效应管的结构、符号及其工作原理,一、,N,沟道增强型,MOSFET,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,2.,工作原理,反型层,(,沟道,),场效应管通过控制输入电压,U,GS,，可以控制输出电流,I,D,的有无或大小，具有压控电流作用。,当,U,GS,=0,，,DS,间为两个背对背的,PN,结,；,当,0,U,GS,U,GS,(,th,),时：,u,GS,=2,U,GS,(,th,),时的,i,D,值,（,2,）输出特性曲线,可变电阻区,u,DS,10,7,MOSFET,：,R,GS,=10,9,10,15,I,DSS,u,GS,/V,i,D,/mA,O,4.,低频跨导,g,m,反映了,u,GS,对,i,D,的控制能力，,单位,S,(,西门子,),。一般为几,毫西,(,mS,),u,GS,/V,i,D,/mA,Q,P,DM,=,u,DS,i,D,，受温度限制。,5.,漏源动态电阻,r,ds,6.,最大漏极功耗,P,DM,O,2,.3.3,场效应管的基本应用,一、基本放大电路,1.,电路组成,+,i,D,R,G,V,DD,V,GG,R,D,C,1,u,i,+,+,+,u,DS,+,u,GS,C,2,+,u,o,G,D,S,共源放大电路,V,GG,栅极直流电源,R,G,栅极电阻,V,DD,漏极直流电源,R,D,漏极直流负载电阻,C,1,C,2,隔直耦合电容,+,R,D,G,D,S,R,G,I,DQ,V,GG,V,DD,+,u,GS,/V,i,D,O,Q,u,i,O,t,u,GS,/V,O,t,i,D,I,DQ,i,d,U,GSQ,直流通路,（,1,）,静态工作点,（,2,）信号的放大,2.,工作原理,3.,交流通路,例,2.3.2,上述共源放大电路中，已知,I,DO,=10 mA,，,U,GS(th),=5V,，,V,GG,=6.5V,，,V,DD,=20V,，,R,D,=15k,，求静态工作点,。,C,1,、,C,2,对交流信号短路,V,GG,、,V,DD,对交流信号短路,解：,例,2.3.3,输入信号,u,i,=20sin(,t)mV,，,g,m,=1.2mS,，画交流通路，求,u,o,、,A,u,。,C,1,、,C,2,、,C,3,对交流信号短路、,V,DD,对交流信号短路，即可得交流通路如上右图所示。,解：,A,u,I,Y,u,O,V,DD,S,G,D,D,G,S,B,V,P,V,N,B,A,u,I,Y,u,O,V,DD,S,G,D,D,G,S,B,V,P,V,N,B,增强型,NMOS,管,(,驱动管,),增强型,PMOS,管,(,负载管,),构成互补对称结构,1.,电路基本结构,要求,V,DD,U,GS(th)N,+,U,GS(th)P,且,U,GS(th)N,=,U,GS(th)P,U,GS(th)N,增强型,NMOS,管开启电压,A,u,I,Y,u,O,V,DD,S,G,D,D,G,S,B,V,P,V,N,B,NMOS,管的衬底接电路最低电位，,PMOS,管的衬底接最高电位，从而,保证衬底与漏源间的,PN,结始终反偏。,.,u,GSN,+,-,增强型,PMOS,管开启电压,u,GSP,+,-,U,GS(th)P,u,GSN,U,GS(th)N,时，增强型,NMOS,管导通,u,GSN,U,GS(th)N,时，增强型,NMOS,管截止,O,i,D,u,GS,U,GS(th)N,增强型,NMOS,管,转移特性,时,增强型,PMOS,管导通,时,增强型,PMOS,管截止,O,i,D,u,GS,U,GS(th)P,增强型,PMOS,管,转移特性,A,u,I,Y,u,O,V,DD,S,G,D,D,G,S,B,V,P,V,N,B,1.电,路基本结构,知识,拓展,CMOS,反相器,A,u,I,Y,u,O,V,DD,S,G,D,D,G,S,V,P,衬底,B,V,N,衬底,B,2.,工作原理,输入为低电平，,U,IL,=0V,时，,u,GSN,=0V,U,GS(th)N,V,N,导通，,V,P,截止，,输入为低电平,U,I,=0 V,时，,u,GSN,=0V 0,U,GSQ,=0,U,GSQ,0,R,L,+V,DD,R,D,C,2,C,S,+,+,+,u,o,C,1,+,u,i,R,G2,R,S,G,S,D,R,G1,R,G3,例,3.2.4,已知,g,m,=0.8mS,求,A,u,、,R,i,、,R,o,。,R,L,R,D,C,2,C,S,+,+,+,u,o,C,1,+,u,i,R,G2,G,S,D,R,G1,R,G3,R,S,10 k,15,k,200 k,100,k,5.1,M,20,k,+24V,R,G3,用于增大输入电阻,第,3,章 晶体管常用放大电路,3.3,差分放大电路,3.3.1,差分放大电路的工作原理,3.3.2,差分放大电路的应用,3,.3.1,差分放大电路的工作,原理,一、电路组成及静态工作点,V,1,V,CC,V,2,V,EE,R,C,R,C,R,E,u,i1,u,i2,u,o,公共发射极电阻，用来抑制零点漂移并决定静态工作电流,能,有效地克服零点漂移,两,个输入端，,两,个输出端；,元件,参数对称；,双,电源供电；,u,i1,=,u,i2,时，,u,o,=,0,特点,V,1,V,CC,V,2,V,EE,R,C,R,C,R,E,u,i1,u,i2,u,o,直流通路,V,1,+V,CC,V,2,V,EE,R,C,R,C,R,E,u,o,V,EE,I,CQ1,I,CQ2,I,EE,I,EQ1,I,EQ2,U,CQ1,U,CQ2,V,EE,=,U,BEQ,+,I,EE,R,E,I,EE,=(,V,EE,U,BEQ,)/,R,E,V,EE,/,R,E,I,CQ1,=,I,CQ2,I,EE,/2=,V,EE,/2,R,E,U,CQ1,=,V,CC,I,CQ1,R,C,U,CQ2,=,V,CC,I,CQ2,R,C,u,o,=,U,CQ1,U,CQ2,=,0,差模输入,u,i1,=,u,i2,差模输入电压,u,id,=,u,i1,u,i2,=2,u,i1,=,u,i2,差模信号交流通路,i,c1,i,c2,使得：,i,c1,=,i,c2,u,o1,=,u,o2,差模输出电压,u,od,=u,C1,u,C2,=,u,o1,(,u,o2,),=,2,u,o1,差模电压放大倍数,带,R,L,时,R,L,R,id,=2,r,be,差模输入电阻,差模输出电阻,R,o,=2,R,C,大小相同 极性相反,二、差模放大特性,u,i1,V,1,V,2,R,C,R,C,u,od,u,i2,u,o1,u,o2,u,i1,V,1,+V,CC,V,2,V,EE,R,C,R,C,R,E,u,od,u,i2,u,C1,u,C2,例,3.3.1,已知：,=80,，,r,bb,=300,，,U,BEQ,=0.6 V,，试求：,(,1,),静态工作点；,(,2,),差模电压放大倍数,A,ud,，,差模输入电阻,R,id,，,输出电阻,R,o,。,解,(,1,),I,CQ1,=,I,CQ2,(,V,EE,U,BEQ,)/2,R,E,=(12,0.6)/2,20,=0.285(mA),U,