电工学2chapter14.

1、 电工学电工学( (下册下册) ) -电子技术电子技术v电工技术：电工技术：主要讲能量分配的问题。主要讲能量分配的问题。v电子技电子技术：术：主要讲信号处理的问题。主要讲信号处理的问题。 模拟电子技术：模拟电子技术：处理模拟信号处理模拟信号 数字电子技术：数字电子技术：处理数字信号处理数字信号 电工学：电工学：是研究电工技术和电子技术的理是研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课论和应用的技术基础课. . 电工技术电工技术 电子技术电子技术电工学电工学v通过通过课堂教学：课堂教学：掌握基本概念、工作原理、分析掌握基本概念、工作原理、分析方法。公式与电路与特性曲线对应，看电路列公方法。公式

2、与电路与特性曲线对应，看电路列公式，学会分析电路式，学会分析电路。v通过通过做一定数量的习题做一定数量的习题，培养分析和解决问题的培养分析和解决问题的能力、计算能力，理解和巩固课堂上所学的知识。能力、计算能力，理解和巩固课堂上所学的知识。要求：绘图用尺、标明单位、书写工整，培养良要求：绘图用尺、标明单位、书写工整，培养良好的学习习惯好的学习习惯。v通过做通过做实验实验培养动手能力，学会正确使用常用的培养动手能力，学会正确使用常用的电子仪器和电工仪表，培养工作能力。电子仪器和电工仪表，培养工作能力。 学习方法：三大环节学习方法：三大环节课堂教学课堂教学习题习题实验实验参考书目参考书目v课程学时：

3、课程学时：40学时（学时（10周周20次课）次课）v考核方式：考核方式：总评成绩总评成绩= 考试卷面成绩（考试卷面成绩（80%）+平时成绩（平时成绩（20%）v1. 1. v3. 3. 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴自由电子自由电子本征半导体中产生电子本征半导体中产生电子空穴对空穴对的现象称为的现象称为 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空

4、穴多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空扩散的结果使空 间电荷区变宽。间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区。 PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+动画动画+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR动画动画+ 一个一个PNPN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称就构成了半导

5、体二极管，简称二极管二极管，接在，接在P P型半导体一侧的型半导体一侧的引出线称为引出线称为阳极阳极；接在；接在N N型半导体一侧的引出线称为型半导体一侧的引出线称为阴极阴极。阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+ 定义：二极管电流与电压之间的关系定义：二极管电流与电压之间的关系伏安特性伏安特性 因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则截反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则截止止单向导电性单向导电性UIOUDUIOUIOAABB硅硅锗

6、锗正向：死区（正向：死区（ OA 段）段）: 硅管约硅管约 0.5 V， 锗管约锗管约 0.1 V； 正向导通区正向导通区: 硅管硅管 约约 0.7 V，锗管约，锗管约0.3 V温度增加，曲温度增加，曲线左移线左移反向：截止区（反向：截止区（ OB 段）段）: I 近似为近似为 0； 击穿区击穿区: 管子被击穿管子被击穿半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性(a) 近似特性近似特性 (b) 理想特性理想特性 二极管是对温度非二极管是对温度非常敏感的器件。实验表常敏感的器件。实验表明，随温度升高，明，随温度升高，二极二极管的正向压降会减小，管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，正向伏安特性

7、左移，即即二极管的正向压降具有二极管的正向压降具有负的温度系数（约为负的温度系数（约为-2mV/）；）；温度升高，温度升高，反向饱和电流会增大，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移反向伏安特性下移，温，温度每升高度每升高10，反向电，反向电流大约增加一倍。流大约增加一倍。 二极管的温度特性二极管的温度特性定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 动画动画UZIZIZM UZ IZ_+UIO稳压管实

8、物图稳压管实物图ZZ ZIUr 稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻R，使，使稳压管电流工作在稳压管电流工作在Izmax和和Izmix的范围内。稳压管在应的范围内。稳压管在应用中要采取适当的措施限制通过管子的电流值，以用中要采取适当的措施限制通过管子的电流值，以保证管子不会造成保证管子不会造成热击穿热击穿。 例例 图中通过稳压管的电流图中通过稳压管的电流 IZ 等于多等于多少？少？R 是限流电阻，其值是否合适？是限流电阻，其值是否合适？ 解解 IZDZ+20R = 1.6 k UZ = 12V IZM = 18 mAIZIZ IZM ，电阻值合适。，电阻值合适。

9、mA5A105A106 . 1122033Z I 双极型晶体管是由两个背靠背、互有影响的双极型晶体管是由两个背靠背、互有影响的PNPN结构成的。在工作过程中两种载流子都参与导电，结构成的。在工作过程中两种载流子都参与导电，所以全名称为所以全名称为双极型晶体管双极型晶体管。( (人们习惯上又称它人们习惯上又称它为晶体为晶体三极管三极管或简称晶体管。或简称晶体管。) ) 晶体管的种类很多晶体管的种类很多, ,按照频率分，有高频管、低频管；按按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管等等。但是从它

10、的外形来看，晶体管都有三个电极，常、锗管等等。但是从它的外形来看，晶体管都有三个电极，常见的晶体管外形如图所示：见的晶体管外形如图所示： NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC晶体管制造工艺上的特点：晶体管制造工艺上的特点： ，这样的结构才能这样的结构才能保证晶体管具有保证晶体管具有电流放大作用电流放大作用。，EEBRBRC 我们通过实验来说明晶体管的放大原理和其中的电流分我们通过实验来说明晶体管的放大原理和其中的电流分配，实验电路采用配，实验电路采用共发射极接法共发射极接法，发射极是基极电路和集电，发射极是基极电路和集电极电路的公共端。实验中用的是极电路的公共端。实验中用的是 NP

11、N 型管，为了使晶体管具型管，为了使晶体管具有放大作用，电源有放大作用，电源 EB 和和 EC 的极性必须使的极性必须使发射结上加正向电发射结上加正向电压压(正向偏置正向偏置)，集电结加反向电压，集电结加反向电压(反向偏置反向偏置)。mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100 设设 EC = 6 V，改变可变电阻改变可变电阻 RB，则基极电流则基极电流 IB、集、集电极电流电极电流 IC 和发和发射极电流射极电流 IE 都发都发生变化，测量结果生变化，测量结果如下表：如下表：基极电路基极电路集电极电路集电极电路IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0

12、.08 0.10 IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据结论：结论：( (1) )BCEIII 符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律( (2) ) IC 和和 IE 比比 IB 大得多。从第三列和第四列的数据可得大得多。从第三列和第四列的数据可得, 5 .3704. 050. 1BC II 3 .3806. 030. 2BC II 这就是晶体管的这就是晶体管的电流放大作用电流放大作用。 称为共发射极静态称为共发射极静态电流电流( (直流直流) )放大系数。电

13、流放大作用还体现在放大系数。电流放大作用还体现在基极电流的基极电流的少量变化少量变化 IB 可以引起集电极电流较大的变化可以引起集电极电流较大的变化 IC 。 4002. 080. 004. 006. 050. 130. 2BC II 式中，式中， 称为称为动态电流动态电流( (交流交流) )放大系数放大系数 ( (3) )当当 IB = 0( (将基极开路将基极开路) )时，时，IC = ICEO，表中，表中 ICEO 0.001 mA = 1 A。IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/

14、mA 0UBC VB VE对于对于 PNP 型三极管应满足型三极管应满足: UEB 0UCB 0即即 VC VB 0 ICIB+UCE UBC UBE O（a） ；（b） UBE0.5V时，三极管开始时，三极管开始 进入截止区；为使晶体管进入截止区；为使晶体管 可靠截止，一般使可靠截止，一般使UBE 0 ， 此时此时UCE UCC ，从而，从而UBC0； 发射结和集电结均反向偏置发射结和集电结均反向偏置；穿透电流穿透电流（c）三极管的集电极和发射）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相极之间电阻很大，三极管相当于一个当于一个开关断开开关断开。IC 0 IB = 0+ UCE UCC UB

15、C 0+ UBE 0 （a）发射结和集电结均正向发射结和集电结均正向偏置偏置 ：UBC0, UCEUBE ；（b）三极管的电流放大能力）三极管的电流放大能力下降，通常有下降，通常有IC 0 IB+ UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 晶体管的三种工作状态如下图所示晶体管的三种工作状态如下图所示+ UBE 0 ICIB+UCE ( (a) )放大放大 UBC 0+IC 0 IB = 0+ UCE UCC ( (b) )截止截止 UBC 0 IB+ UCE 0 ( (c) )饱和饱和 UBC 0+CCCCRUI 管管 型型 工工 作作 状状 态态 饱和饱和 放大放大 截截 止止 UBE/V U

16、CE/V UBE/V UBE/V 开始截止开始截止 可靠截止可靠截止硅管硅管(NPN)锗管锗管(PNP) 0.7 0.3 0.3 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.5 0.1 0 0.1晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值例：例：如图所示电路中，如图所示电路中， V,6ccU ,k3CR ,k10BR 25, IUV,3V,1V1 当输入电压当输入电压分别为分别为和和时时，试问晶体管试问晶体管处于何种工作状态？处于何种工作状态？U UI IT TR RB BR RC C+ +U UC CC C解：解：2mAA102A103633CCCC(sat)RUIA800.08mAmA252

17、C(sat)BII晶体管临界饱和时的基极电流晶体管临界饱和时的基极电流解：解：B63BBEIBA10230A10107 . 03IRUUI当当V3IU时，时，晶体管已处于深度饱和状态。晶体管已处于深度饱和状态。B63BBEIBA1030A10107 . 01IRUUI当当V1IU时，时，晶体管处于放大状态晶体管处于放大状态晶体管可靠截止。晶体管可靠截止。当当V1IU时，时，例：例：如图所示电路中，如图所示电路中， V,6ccU ,k3CR ,k10BR 25, IUV,3V,1V1 当输入电压当输入电压分别为分别为和和时时，试问晶体管试问晶体管处于何种工作状态？处于何种工作状态？U UI IT

18、 TR RB BR RC C+ +U UC CC C（1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。例例1： 测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位值值V1、V2、V3，判断管子的类型、材料及三个极。判断管子的类型、材料及三个极。NPN型硅管型硅管，1、2、3依次为依次为B、E、C（2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。（3）V1=6V， V2=11.3V， V3=12V。（4）V1=6V， V2=11.7V， V3=12V。NPN型锗管型锗管，1、2、3依次为依次为B、E、CPNP型硅管型硅管，1、2、3依次为依次为C、B、EPN

19、P型锗管，型锗管，1、2、3依次为依次为C、B、E上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节例例2：测得电路中三极管各极对地的电位值测得电路中三极管各极对地的电位值如下表所示，判断各管的工作状态及类型。如下表所示，判断各管的工作状态及类型。管号管号VB（V）VC（V）VE（V）T1-0.3-50T22.732.32T31-60T1：UBE = -0.3V，VCVBVE，放大状态放大状态，PNP型型T2： UCE = 0.3V， VEVCVB，饱和状态饱和状态，NPN型型T3： UCE = -6V， VCVEVB，截止状态截止状态，PNP型型上一页上一页下一页下一页返返 回回下一

20、节下一节上一节上一节 BCII_ BCII 极限参数极限参数（决定三极管的工作区域）（决定三极管的工作区域）ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO发射极开路时，发射极开路时，ICBO是是由少数载流子的漂移运动由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的所形成的电流，受温度的影响大。影响大。 温度温度ICBO ICBO A+EC AICEOIB=0+ICEO受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度ICEO ，所以所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差。三极管的温度特性较差。极间反向电流极间反向电流（反映管子温度稳定性）（反映管子温度稳定性） 53704051BC.II 4004