童诗白模拟电子技术基础第四版第一章

1、（模拟信号）（模拟信号）（数字信号）（数字信号）目目 录录路路1 11 1 半导体基础知识半导体基础知识1 12 2 半导体二极管半导体二极管1 13 3 双极型晶体管双极型晶体管1 14 4 场效应管场效应管 1 15 5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管1 16 6 集成电路中的元件集成电路中的元件 本章要求本章要求掌握：二极管、三极管的外特性及主要参数的物理意义掌握：二极管、三极管的外特性及主要参数的物理意义理解：理解：PN结结 、二极管的、二极管的单向单向导电性、稳压管的导电性、稳压管的稳压稳压作作 用用 及三极管的及三极管的放大放大作用作用了解：二极管、三极管的选用原则了解：二极

2、管、三极管的选用原则1 11 1 半导体基础知识半导体基础知识+(+)(-)晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动+阻止阻止相关知相关知识识外电场外电场I内电场内电场PN+（2）PN结外加反向电压（反向偏置）结外加反向电压（反向偏置）+IR) 1(TUuseIiTsTUueIiUu时，u0时，时，i -Isu U(BR)时，时，i（1）势垒电容势垒电容（图（图1.1.11

3、 PN结的势垒电容）结的势垒电容）势垒电容（势垒电容（Cb）：）：u u1结电容结电容 Cj= Cd+CbrdCj(2)扩散电容扩散电容图图1.1.12 P区少子浓度分布曲线区少子浓度分布曲线1 12 2 半导体二极管半导体二极管jcfCx21阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳 (a)阴极阴极阳极阳极 (d) 符号符号D铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b)(c)(ufi uUon，i=0TUuseIi/UD导通电压（

4、硅导通电压（硅0.60.8V，锗，锗0.20.3V）u U(BR)时，时，IIS（反映热稳定性）；（反映热稳定性）；SITu U(BR)时，时，I为为什什么？么？URM1/2U(BR)失去单向导电性,21jjjxffCx图图1.2.4 由伏安特性折线化得到的等效电路由伏安特性折线化得到的等效电路DDDiurI1mADonDIUU ) 1( 1DUuSDDDDddueIddudiuirTDDTuDuSTuDuSTDIeIeIuu) 1(,DTdIur TDUuTSUIeUITD 图图1.2.10 稳压管的伏安特性和等效电路稳压管的伏安特性和等效电路稳压原理：稳压原理：在反向击穿区，在反向击穿区，

5、的变化很小。ZZUIZZZUrIPZM = UZ IZM ， 正常工作时正常工作时PZ PZM TUZ将将电能电能转换成转换成光能光能的特殊二极管的特殊二极管工作时加工作时加正向正向电压，典型电流电压，典型电流10mA10mA将光能转换成电能的特殊二极管将光能转换成电能的特殊二极管iu照度增强照度增强1 13 3 双极型晶体管双极型晶体管(BJT)(BJT)图图1.3.1 晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形内部条件内部条件图图1.3.3 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集电结反偏集电结反偏(1) 发射区自由电子向基区扩散发射区自由电子向基区扩散射极射极电流电流

6、(IE )（2）自由电子在基区的扩散与复合）自由电子在基区的扩散与复合基极基极电流电流(IB)（3）集电区收集基区的非平衡少子）集电区收集基区的非平衡少子 集电极集电极电流电流(IC )ENEPENEIIIICBOCNCIIICBOBNCBOEPBNBIIIIII BCEIIIN NN NP P内内内内ENEPENEIIIICBOCNCIIICBOBNCBOEPBNBIIIIIIBEII)1 (BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIIICEOBCBOBCIIIII)1 (CEOBII BCIIBCEIII图图1.3.4 基本基本共射共射放大电路放大电路当当 uI=0时时I IC C,BBIi

7、,CCIiIB当当 uI0时时BBBIIiBICI+IB+ICcCCIIiBCIIECENCNIIII ,11输入回路输入回路输出回路输出回路)(BEBufi 常数CEu uCE=0时，时，)(CECufi 常数BI图图1.3.6 晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线变化；，不随一定时，CEBCBuIII一定时，CEu各特性曲线拐点连线左侧部分各特性曲线拐点连线左侧部分UCES=0.3V而随而随uCE有放大作用BCII 1.3.4 晶体管主要参数晶体管主要参数CBIIBCBCEOCIIIII53704051BC.II 400400605132BC .II 一般：一般： A+VCC AICE

8、OIB=0+ICBOCMCCEPIU图图1.3.7 晶体管的极限参数晶体管的极限参数UCBO UCEOT图图1.3.8 温度对晶体管输入特性的影响温度对晶体管输入特性的影响图图1.3.9 温度对晶体管输出特性的影响温度对晶体管输出特性的影响1 14 4 场效应管场效应管（FET)FET) 图图1.4.1 结型场效应管的结构和符号结型场效应管的结构和符号源源极极漏漏极极栅栅极极图图1.4.2 N沟道结型场效应管的结构示意图沟道结型场效应管的结构示意图导导电电沟沟道道+ + +相关知相关知识识 图图1.4.3 uDS 0时时uGS对导电沟道的控制作用对导电沟道的控制作用(a) uGS=0=0(c)

9、 uGSUGS(off) (b) uGS(off) uGS0 0UGS(off)夹断电压夹断电压P+(c) uGSUGS(off) 沟道变窄沟道变窄沟道夹断沟道夹断沟道最宽沟道最宽, , iD =0 =0P+()|GSDDSuif u常数常数 因因 uGD= uGS uDS当当 uGD = uGS(off) iDuDS图图1.4.6 场效应管的转移特性曲线场效应管的转移特性曲线()|DSDGSuif u常数常数 IDSS饱和漏极电流：饱和漏极电流： ) 0 ( )1 ()(2)(GSoffGSoffGSGSDSSDuUUuIi 图图1.4.7 N沟道增强型沟道增强型MOS管结构示意图管结构示意

10、图 及增强型及增强型MOS的符号的符号BSGVDDDN+N+P PPN+ +结结PN+ +结结P型衬底型衬底图图1.4.8 uDS 0时时uGS对导电沟道的影响对导电沟道的影响 第二种情况，第二种情况，uGS UGS(th) ， uGS0：uDS=0=0。图图1.4.9 uGS为大于为大于UGS(th)的某一值时的某一值时uDS对对iD的影响的影响(a)(a)uDS uGS -uGS(th) (b)(b)uDS= uGS -uGS(th) (c)(c)uDS uGS -uGS(th) 图图1.4.10 N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线(a)(a)转移特性转移特性(b)(b)

11、输出特性输出特性2)() 1(thGSGSDODuuIiDthGSGSDOiuuI对应的)(2GSGSGSIUR 即|DSDmuGSigu常数常数 GSDmuig|SQDmUGSIgU两种方式来控制导电沟道的宽窄，以改变漏极电流两种方式来控制导电沟道的宽窄，以改变漏极电流iD的大小。的大小。 MOSFET的符号的符号图图1.4.4 场效应管的符号及特性场效应管的符号及特性iD=0iD0增增强强型型MOS耗耗尽尽强强型型FETuGS(th)0为为N沟道沟道uGS(th) 0为为P沟道沟道uGS=0iD= IdmaxJFETiD IdmaxMOSuGS(off)0为为P沟道沟道uGS(off) 0

12、为为N沟道沟道uGS(off)0为为P沟道沟道uGS(off) 0为为N沟道沟道1.2.7 例例1 试判断图中二极管是截止还是导通，并求试判断图中二极管是截止还是导通，并求UAO(设二极管为理想二极管）设二极管为理想二极管）D1D2OA12V6V3K(d)AOD3K15V12V(b)6V12VODA3K(a)D1AOD215V12V3K(c)分析：从电路中断开二极管，求出二极管原位置处阳、阴极之间分析：从电路中断开二极管，求出二极管原位置处阳、阴极之间的电压。若的电压。若uUD(0),则二极管导通；反之，二极管截止。则二极管导通；反之，二极管截止。解解: (a) (b) D截止、截止、UAO=

13、-12V (c) D1导通、导通、 D2截止截止, UAO=0 (d) D2 优先导通、使优先导通、使 若两二极管阳、阴极之间若两二极管阳、阴极之间的电压均满足的电压均满足uUD(0)，则则u大的二极管优先导通大的二极管优先导通 + + u -UAO=-6VD导通、导通、D1截止截止, UAO=-6V例例2 电路及输入电压电路及输入电压ui 的波形如图所示，画出输出电压的波形如图所示，画出输出电压uo的波形。的波形。 uo波形如图波形如图 (c)所示。所示。 图二极管双向限幅电路图二极管双向限幅电路 (a)电路；电路； (b)波形波形(a)解：当解：当ui+10V时：时：uo=+10V。当当u

14、i -10V时：时：uo=-10V。当当-10Vui+10V时：时：uo=ui。 uo /Vow wt-1010 ui /Vow wt-2020(b)D1正偏导通（短路），正偏导通（短路），D2反偏截止反偏截止 （开路），（开路），D1反偏截止（开路），反偏截止（开路），D2正偏导通（短路），正偏导通（短路），D1、D2均反偏开路，均反偏开路，例例3 已知稳压管的稳压值已知稳压管的稳压值UZ=6V,稳定电流的最小值稳定电流的最小值Izmin=5mA, 求图示电路中的求图示电路中的U01、U02。分析：分析：法一法一 、断开稳压管，求、断开稳压管，求U0ILLURRRU0若若 U0UZ U0=U

15、Z U0 UZ ILLURRRU05002K(a)2K2K(b)解解：VU8105 . 02201DZ工作在稳压状态工作在稳压状态(a)(b)VUZ6DZ工作在反向偏置状态工作在反向偏置状态U01=6VU02=5VVUZ6VU51022202法二：设稳压管工作在稳压状态法二：设稳压管工作在稳压状态,LZLRUI,RUUIZIRLRDZIII工作在稳压状态若, minZMDZZIII热击穿状态，被烧坏ZMDZII无稳压作用minZDZII,326mAIL,85 . 0610mAIR,5mAIDZ工作在稳压状态ZD(a)(b),326mAILZRImAI,22610工作在反工作在反向偏置状向偏置状

16、态，无稳态，无稳压作用压作用U02=5VU01=6V 例例4 4 用万用表分别测得某用万用表分别测得某放大电路放大电路中三极管三个管脚对地电位分别为中三极管三个管脚对地电位分别为V1 = -7V，V2= -2V，V3= -2.7V。试判断此三极管的类型？由何种材料制成？三个管。试判断此三极管的类型？由何种材料制成？三个管脚对应电极。脚对应电极。PPNNPN:Vc Vb VeNNPc cbePNP:Vc Vb Ve （1 1）无论是）无论是NPNNPN还是还是PNPPNP型三极管，基极电位居中间电位，确定基极型三极管，基极电位居中间电位，确定基极b b 确定确定e极，同时判断是硅（锗）材料极，同

17、时判断是硅（锗）材料 )7 . 0(2 . 0VVUBE（3 3） 第三管脚为第三管脚为c c极极（4 4） U CE0,为为NPN型，型， U CE0,为为PNP型。型。分析：分析：解：遵循上述规则，解：遵循上述规则，3b3b，（2 2）2 e,2 e, 1c1cuCE=-5V, uBE=0.7V,管子为管子为PNP硅管硅管 例例55（P32 1.3.1）现已测得某电路中几只晶体管三个极的直流电位如表所示现已测得某电路中几只晶体管三个极的直流电位如表所示, ,各晶体管各晶体管bebe间开启电压间开启电压Uon均为均为0.5V0.5V。试分别说明各管子的工作状态。试分别说明各管子的工作状态。

18、晶体管晶体管T1T2T3T4基极直流电位基极直流电位UB/V0.71-10发射极直流电位发射极直流电位UE/V00.3-1.70集电极直流电位集电极直流电位UC/V50.7015工作状态工作状态 解解： （T1）UBE=0.7VUon，UCE=5V，（T2）UBE=0.7VUon，（T3）UBE=0.7VUon，（T4）UBE=0Uon，UCE=0.4V，UCE=1.7V，UCE=15V，UCE UBE放大状态放大状态UCE UBE截止状态截止状态UCE UBE饱和状态饱和状态分析：分析：NPNNPN型三极管型三极管UBEUon 截止状态；截止状态；UBEUon， UCE UBE放大状态；放大

19、状态；UBEUon， UCE UBE饱和状态。饱和状态。UCE UBE放大状态放大状态练习练习 P70 ： 1.8已知两只晶体管的电流放大系数已知两只晶体管的电流放大系数分别为分别为5050和和100100，现测得放大电路中这，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。方向，并在圆圈中画出管子。解：答案如解图所示。解：答案如解图所示。分析：分析：I IB BI IC CI IE EI IE EI IB BI IC C练习练习 P67 ： 1.10 电路如图所示，晶体

20、管导通时电路如图所示，晶体管导通时U UBE0.7V0.7V，=50=50。试分析。试分析V VBB为为0V0V、1V1V、3V3V三种情况下三种情况下T T的工作状态及输出电压的工作状态及输出电压u uO的值。的值。 解：（解：（1 1）当）当VBB0 0时，时，T T截止，截止，（2 2）当）当VBB1V1V时，因为时，因为ARUVI60bBEQBBBQmA3 BQCQII所以所以T T处于放大状态。处于放大状态。 （3 3）当）当VBB3V时，因为时，因为ARUVI460bBEQBBBQmA23 BQCQII所以所以T T处于饱和状态处于饱和状态V9CCQCCORIVuBECCQOURIVuCC uO0.3V。uO12V。（b b） 由特性曲线可知由特性曲线可知 uGS(th)=4V 例例1.4.2 电路如图电路如图(a)(a)所示，其中管子的输出特性曲线如图所示，其中管