电子技术及应用第1A章1

电子技术院系：能源工程系讲师：王海军电话Q:2454332076重庆能源职业学院（一）课程性质本课程是供用电技术学历教育的专业基础课，属必修考试课程。通过本课程的学习，学生应掌握电子电路分析的基本方法、常用电子器件的基本性能、电子电路在处理电信号方面的基本知识，具有在常用电子电路的应用方面基础的分析问题、解决问题的能力，为后续课程的学习打下坚实的基础。本课程的特点是理论联系实际，课程教学突出学以致用的教学理念，以人为本，突出学员的主体地位，注重培养学生分析问题、解决问题的能力，注重培养学员具备基本的电子电路知识、分析电子电路的能力和素质。技能目标：（1）培养学生的识图能力；（2）培养学生设计电路图的能力；（3）培养学生根据电路图进行选材、连线、调试的能力。

（二）课程目标知识目标：（1）了解各电子元器件的结构、原理；（2）了解选择电子元器件的原则；（3）掌握电路设计的方法、步骤等。

（三）教材和教参

教材教参参考杂志二课程内容（一）教学内容（二）重点难点（三）课时分配（一）教学内容1、理论内容（教学大纲）

在教学中，我主要采用模块式教学方法，其主要内容是：模块一基本电子器件的认识模块二放大电路（基本和集成以及功放）模块三信号产生电路模块四直流稳压模块五数字电路基础知识模块六组合逻辑电路模块七时序逻辑电路模块八数模转换2、实践内容

1）基础实验部分（部分元器件的特性验证和部分仪器设备的使用）2）课堂练习和课后作业（强化学生的知识）3）布置课程设计（提高学生综合运用知识解决实际问题的能力）。核心实例核心实例核心实例核心实例核心实例核心实例核心实例（二）重点难点1、课程重点：

放大电路、信号发生电路、直流稳压电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、模数转换。

2、课程难点

课程的难点更多的体现在如何在最大限度弱化理论知识的同时既让学生具备分析电路原理的基本能力又具备电路设计、选择方案的能力。（三）课时分配三课程考核闭卷考试平时成绩占10%、实验成绩占30%、试卷成绩占60%。第1章基本半导体分立器件

本章点睛各种基本电子器件能完成某种功能的电子电路复杂的电子电路系统

问题1：这一章要学什么呢?问题2：“分立”是什么意思？问题3：顾名思义，半导体器件一定是由半导体材料制成的，为什么其他材料，比如说导体不能作为构成电子器件的主要材料呢？在进行本章的学习之前，先来看看下面的3个问题。退出二极管半导体基础知识与PN结晶体管场效应管本章小结退出1.1

半导体基础知识与PN结主要要求：

了解半导体材料的基本知识理解关于半导体的基本概念理解PN结的形成掌握PN结的单向导电作用1.1.1半导体的基本知识1.导体、半导体和绝缘体

绕原子核高速旋转的核外电子带负电。自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。正电荷负电荷=原子结构中：原子核＋

原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。（1）导体

导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远，因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用的导电材料有银、铜、铝、金等。

原子核＋

导体的特点：内部含有大量的自由电子（2）绝缘体

绝缘体的最外层电子数一般为6~8个，且距原子核较近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能力极差或不导电。常用的绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。原子核＋绝缘体的特点：

内部几乎没有自由电子，因此不导电。（3）半导体

半导体的最外层电子数一般为4个，常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有硅、锗、硒等。

原子核＋

半导体的特点：

导电性能介于导体和绝缘体之间，但具有光敏性、热敏性和参杂性的独特性能，因此在电子技术中得到广泛应用。

金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。

半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。2.半导体的独特性能天然的硅和锗是能不能制作成半导体器件？＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4实际上半导体的晶格结构是三维的。晶格结构共价键结构

本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。1.1.2

本征半导体退出

常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge），高纯度的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净的、原子结构排列整齐的半导体称为本征半导体。1.1.2

本征半导体

硅和锗的外层价电子都是4个，所以都是4价元素，右图是硅和锗的原子结构示意图。（a）硅原子结构（b）锗原子结构退出1.本征激发与复合＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好。在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。

受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子。热运动造成晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。

本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子。

由于共价键是定域的，使得这些带正电离子不能移动，成为晶体中固定不动的部分，即它们不能参与导电。＋＋＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或温度上升影响，共价键中其它一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性。

价电子填补空穴的现象称为复合。此时整个晶体带电吗？为什么？

参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动。动画演示＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4

半导体中这两种载流子，其中自由电子载流子运动可以形容为没有座位的人依次定向移动；空穴载流子运动则可形容为有座位的人依次向前挪动座位的运动。

半导体内部的这两种运动总是共存的，且在一定温度下达到动态平衡。半导体的导电机理在金属导体中存在大量的自由电子，这些自由电子是一种带电的微粒子，在外电场作用下定向移动形成电流。即金属导体内部只有自由电子一种载流子参与导电。

半导体由于本征激发而产生自由电子载流子，由复合运动产生空穴载流子，因此，半导体中同时参与导电的通常有两种载流子，且两种载流子总是电量相等、符号相反，电流的方向规定为空穴载流的方向即自由电子的反方向。

半导体中同时有两种载流子参与导电，是它与金属导体在导电机理上的本质区别，同时也是半导体导电方式的独特之处。退出2.自由电子运动与空穴运动I=In（电子电流）+Ip（空穴电流）INIP外电路中的电流I退出

本征半导体实际使用价值不大，但如果在本征半导体中掺入微量某种杂质元素，就形成了广泛用来制造半导体元器件的N型和P型半导体。1.1.3杂质半导体

根据掺入杂质的不同掺杂半导体可以分为N型半导体P型半导体1.1.3杂质半导体

本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。+五价元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。

在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。因此空穴成为这种半导体的导电主流。

一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体的导电能力可增强几十万倍。

掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动的离子带负电。－

不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的数量，因此起主要导电作用的是多数载流子。注意：掺入杂质后虽然形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。一般可近似认为多数载流子的数量与杂质的浓度相等。P型半导体中的空穴多于自由电子，是否意味着它带正电？自由电子导电和空穴导电的区别在哪里？空穴载流子的形成是否是自由电子填补空穴的运动形成的？

何谓杂质半导体中的多子和少子

？N型半导体中的多子是什么？少子是什么？想想练练退出注意：无论是N型还是P型半导体都是电中性，对外不显电性！！！退出1.1.4PN结形成与单向导电性什么是PN结？

PN结是P型与N型半导体区域交界处的特殊带电薄层，具有特殊的单向导电性，是半导体元器件制造的基础单元。1.1.4PN结形成与单向导电性

注意：动态平衡的PN结交界面上无电流流过，即I=0。（1）PN结的形成

杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P区N区空间电荷区内电场1.1.4

PN结形成与特性PN结形成动画演示说明PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子的扩散运动占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：P区的少子电子向N区漂移，补充了交界面上N区失去的电子，同时，N区的少子空穴向P区漂移，补充了原交界面上P区失去的空穴，显然漂移运动减少了空间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PN结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即PN结形成。PN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。但PN结两侧的P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相似，所以说PN结具有电容效应。PN结正向偏置时的情况PN结反向偏置的情况

（2）PN结的单向导电性

PN结的上述“正向导通，反向阻断”作用，说明它具有单向导电性，PN结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。

由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。PN结中反向电流的讨论

反向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PN结对反向电流呈高阻状态，也就是所谓的反向阻断作用。

值得注意的是，由于本征激发随温度的升高而加剧，导致电子—空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。2.受温度和光照影响，半导体的本征激发产生电子、空穴对；同时，复合运动又使得其它价电子不断地“转移跳进”空穴中。一定温度下，电子、空穴对的激发和复合最终达到动态平衡。平衡状态下，半导体中的载流子浓度一定，即反向饱和电流的数值基本不发生变化。1.半导体中少子的浓度虽然很低，但少子对温度非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓度，所以说多子的数量基本上不受温度的影响。4.PN结的单向导电性是指：PN结正向偏置时，呈现的电阻很小几乎为零，因此多子构成的扩散电流极易通过PN结；PN结反向偏置时，呈现的电阻趋近于无穷大，因此电流无法通过被阻断。3.空间电荷区的电阻率很高，是指其内电场阻碍多数载流子扩散运动的作用，由于这种阻碍作用，使得扩散电流难以通过空间电荷区，即空间电荷区对扩散电流呈现高阻作用。学习与归纳5.PN结的反向击穿问题PN结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿。反向击穿发生在空间电荷区。击穿的原因主要有两种：

当PN结上加的反向电压大大超过反向击穿电压时，处在强电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格，将价电子碰撞出来，产生电子空穴对，新产生的载流子又会在电场中获得足够能量，再去碰撞其它价电子产生新的电子空穴对，如此连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿。（1）雪崩击穿

雪崩击穿属于碰撞式击穿，其电场较强，外加反向电压相对较高。通常出现雪崩击穿的电压均在7V以上。

当PN结两边的掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层内载流子与中性原子碰撞的机会大为减少，因而不会发生雪崩击穿。（2）齐纳击穿PN结非常薄时，即使阻挡层两端加的反向电压不大，也会产生一个比较强的内电场。这个内电场足以把PN结内中性原子的价电子从共价键中拉出来，产生出大量的电子—空穴对，使PN结反向电流剧增，这种击穿现象称为齐纳击穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿电压较低，一般均小于5V。

雪崩击穿是一种碰撞的击穿，齐纳击穿是一种场效应击穿，二者均属于电击穿。电击穿过程通常可逆：只要迅速把PN结两端的反向电压降低，PN结即可恢复到原状态。

利用电击穿时PN结两端电压变化很小电流变化很大的特点，人们制造出工作在反向击穿区的稳压管。

若PN结两端加的反向电压过高，反向电流将急剧增长，从而造成PN结上热量不断积累，引起其结温的持续升高，当这个温度超过PN结最大允许结温时，PN结就会发生热击穿，热击穿将使PN结永久损坏。热击穿的过程是不可逆的，实用中应避免发生。（3）热击穿能否说出PN结有何特性？半导体与金属导体的导电机理有何不同？什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的

？

试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏

？想想练练

空间电荷区的电阻率为什么很高？要记住：（1）外加正向电压时PN结的正向电阻很小，电流较大，是多子扩散形成的；（2）外加反向电压时PN结的反向电阻很大，电流极小，是少子漂移形成的。要注意：

PN结电路中要串联限流电阻。退出退出1.2

二极管主要要求：

了解半导体二极管的结构、类型、特性与参数掌握半导体二极管在电子技术中的应用退出1.2.1

二极管概述

一个PN结加上相应的外引线，然后用外壳封装就成为最简单的二极管了，其中，从P区引出的引线叫做阳极或正极、从N区引出的引线叫做阴极或负极。常用D（Diode）表示二极管。

图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。退出1.

二极管的符号与常见外形分类：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金属触丝N型锗P型层阳极阴极

面接触型P型扩散层锡支架N型硅SiO2保护层阴极阳极1.常见二极管的外形国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管的型号图片2.二极管的伏安特性

半导体二极管的内部就是一个PN结，因此二极管具有和PN结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲线如下图所示：u/Vi/mA正向特性死区电压反向特性IS0μA击穿电压击穿特性反向电流硅管2CP12锗管2AP9退出3.二极管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020

二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。

二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区：

外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。死区正向导通区反向截止区

当外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。

外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。反向击穿区反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。正向导通区和反向截止区的讨论U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区

当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。

硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。

在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。

反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。所以通常称它为反向饱和电流。4.二极管的特性与参数式中Is

饱和电流;

VT=kT/q

等效电压

k

波尔兹曼常数；

T=300K（室温）时VT=26mV由半导体物理可推出：

当加反向电压时：

当加正向电压时：(v>>VT)5.

二极管的特性与参数（1）最大整流电流IF——指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压UBR——指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，UBR通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。（3）反向电流IR——在常温下和规定的反偏电压下的反向电流。退出1.2.2稳压二极管I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性。

稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。正向特性与普通二极管相似反向ΔIZΔUZ

显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。+US－DZ使用稳压二极管时应该注意的事项（1）稳压二极管正负极的判别DZ+－（2）稳压二极管使用时，应反向接入电路UZ－（3）稳压管应接入限流电阻（4）电源电压应高于稳压二极管的稳压值（5）稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高的可达

300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。1.2.3

发光二极管

1.发光二极管的符号及特性

发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称LED（LightEmittingDiode）。

和普通二极管相似，LED也是由一个PN结组成的，当正向导通时可以发出一定波长的可见光，常有红、绿、黄等颜色。

也有可以发出红外光等不可见光的发光二极管。退出

定义：将电能转换成光能的特殊半导体器件，当管子加正向电压时，在正向电流激发下，管子发光，属电致发光

常用驱动电路：直流驱动电路交流驱动电路注：在交流驱动电路中，为了避免发光二极管发生反向击穿，通常要加入串联或并联的保护二极管发光二极管只有在加正向电压时才发光1.2.3

发光二极管（a）反偏（b）正偏1.2.4

二极管的应用电路举例

二极管是电子电路中常用的半导体器件，利用其单向导电性和正向压降很小的特点，可应用于整流、检波、钳位、限幅、开关以及元件保护等各项工作。

1.整流应用——整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单方向脉动的直流电的过程，这部分内容将在第6章作详细介绍。

退出

将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。二极管半波整流电路二极管全波整流电路桥式整流电路简化图B220V~RLDIN4001B220V~RLD1D2二极管桥式整流电路D4B220V~RLD1D2D3B220V~RL

2.限幅

——利用二极管正向导通后两端电压很小且基本不变的特性可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值以内。下图为一正、负对称限幅电路:ui=5sinωt（V），US1=US2=3V。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被限制在大约±3V之间。OtuO/V33-5ui

/VOt53-3退出

二极管的限幅作用举例+－DuS10kΩIN4148+－u0iD图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为－5V。试分析电路的输出电压为多少。分析uS+5V-5Vt0当输入电压ui=－5V时，二极管反偏截止，此时电路可视为开路，输出电压u0=0V；

当输入电压ui=+5V时，二极管正偏导通，导通时二极管管压降近似为零，故输出电压u0≈+5V。

显然，输出电压u0限幅在0~+5V之间。u0退出注意：分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为“短路”，截止时视其为“开路”。UD=0UD=∞正向导通时相当一个闭合的开关+－+－+－D+－D+－+－DPN+－反向阻断时相当一个打开的开关+－DPN3.二极管的开关作用图1.2.8光电耦合装置的应用4．光电转换与隔离5.钳位

二极管钳位电路利用二极管正向导通时压降很小的特性。限流电阻R的一端与直流电源U(+)相连，另一端与二极管阳极相连，二极管阴极连接端子为电路输入端A，阳极向外引出的F点为电路输出端。

当图中A点电位为零时，则（理想二极管）VD正向导通，此时二极管管压降可视为零值，输出点F的电位就等于A点电位0伏，称作输出F被钳制在零电位；若A点电位较高，造成二极管反偏而不能导通时，电阻R上就会无电流通过，输出F点的电位则被钳制在U（+）。

二极管的极性判别与性能测试:

（1）二极管的极性判别（2）性能测试退出1.3

晶体管主要要求：

了解半导体晶体管的结构、类型与参数掌握半导体晶体管的电流分配关系掌握半导体晶体管的特性曲线的含义理解晶体管的放大作用了解复合晶体管的概念与意义放大器的应用家庭影院系统放大器的应用会议系统放大器的应用锅炉温度控制系统放大器的框图传感器电压放大功率放大执行元件直流电源话筒\温度传感器等扬声器\电动机等退出

晶体管的结构1.3.1

晶体管的结构和类型NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区NPN型ECB

三区三极两结集电区基区发射区集电极Collector基极Base发射极Emitter集电结发射结—集电区—发射区PPNPNP型发射结集电结两种结构类型：NPN型PNP型发射区集电区基区发射极基极集电极BECBEC

根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电，即为单极型。NPN型三极管图符号大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管

目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型（3D系列），锗晶体管多为PNP型（3A系列），按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。

ecbPNP型三极管图符号ecb注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。分类

按频率分：高频管；低频管按功率分：大功率管；中功率管；小功率管按材料分：硅管；锗管按结构分：NPN型;PNP型。注意：(1)两种管子的电路符号用发射极箭头方向的不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。(2)三极管具有信号放大作用。(3)保证放大的制造工艺：基区很薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电结的面积比发射结的面积大等。(4)在使用时三极管的发射极和集电极不能互换。退出

下面以NPN管为例讨论晶体管的电流分配与放大作用，所得结论一样适用于PNP三极管。1.3.2晶体管的基本工作原理注意：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晶体管电流关系实验电路1.晶体管的电流分配关系BJT内部载流子的传输过程退出正偏使发射结使集电结反偏1.发射区向基区发射电子，形成发射极电流IE的主要成份。IE2.基区中电子的复合形成基极电流IB的主要成份。IB3.集电区收集电子形成集电极电流IC的主要成份。IC注意：（1）三极管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控制了集电极电流IC较大的变化。（2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。（3）三极管是一种电流控制器件。2.晶体管的电流放大作用三极管的电流放大作用

双极型三极管的电流放大作用晶体管芯结构剖面图e发射极集电区N基区P发射区Nb基极c集电极晶体管实现电流放大作用的内部结构条件（1）发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。（2）为减少载流子在基区的复合机会，基区应做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。（3）为了顺利收集边缘载流子，集电区体积较大，且掺杂浓度界于发射极和基极之间。

可见，双极型三极管并非是两个PN结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。晶体管实现电流放大作用的外部条件NNPUBBRB＋－（1）发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。UCCRC＋－（2）集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。IEICIB

整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即：IE=IB+IC

三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，IB由40μA增加到50μA时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的β值称为三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三极管，β值的差异较大，大多数三极管的β值通常在几十至几百的范围。

由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。

三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，IB由40μA增加到50μA时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的β值称为三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三极管，β值的差异较大，大多数三极管的β值通常在几十至几百的范围。

由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。

退出综上所述，得到三极管的电流分配关系：（1）IE=IC+IB（2）IC=βIB（3）IE=IC+IB=（1+β）IB≈IC

晶体管中还有一些少子电流，比如ICBO，通常可以忽略不计，但它们对温度十分敏感。3．三极管放大的基本条件

（1）放大的偏置条件：发射结正偏，集电结反偏。（2）NPN管具有放大作用时的电位关系：UC＞UB＞UE；PNP管：UC＜UB＜UE。（3）锗管导通时极电压为0.3V。硅管导通时极电压为0.7V。（Ube）

退出1.3.3晶体管的特性曲线

晶体管有三个电极，因此，分别将三极管的三个电极作为输入端、输出端和公共端，有三种不同的三极管电路的组成方式。根据公共电极的不同，分别叫做共发射极电路、共集电极电路和共基极电路。（1）共发射极接法（简称共射接法）。共射接法是以基极为输入端的一端，集电极为输出端的一端，发射极为公共端，如图（a）所示。

共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；

=

IC/

IB

VCE=C（2）共集电极接法（简称共集接法）。共集接法是以基极为输入端的一端，发射极为输出端的一端，集电极为公共端，如图（b）所示。

共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;（3）共基极接法（简称共基接法）。共基接法是以发射极为输入端的一端，集电极为输出端的一端，基极为公共端，如图（c）所示。共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。α=

IC/

IE

VCB=C图中“⊥”表示公共端，又称接地端。无论采用哪种接法，都必须满足发射结正偏，集电结反偏。1.3.3三极管的特性曲线所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外部特性更为重要。（1）输入特性曲线以常用的共射极放大电路为例说明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB从0开始增加IBIE=IBUBE令UCC为0UCE=0时的输入特性曲线UCE为0时UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新从0开始增加IBICUBE增大UCC让UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲线继续增大UCC让UCE=1V令UBB重新从0开始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲线

继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。

实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲线1.3.3三极管的特性曲线（2）输出特性曲线先把IB调到某一固定值保持不变。

当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE

根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再调节IB1至另一稍小的固定值上保持不变。仍然调节UCC使UCE从0增大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCE

根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0

如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移，且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。ΔIB=40A取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应的集电极电流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我们可得到三极管的电流放大倍数：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。截止区。当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大区晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用退出1.3.4三极管的主要参数1.电流放大系数交流电流放大系数直流电流放大系数

交流、直流电流放大系数的意义不同，但在输出特性线性良好的情况下，两个数值的差别很小，一般不作严格区分。退出1.3.4三极管的主要参数2.极间反向电流集、基间反向饱和电流集、射间反向饱和电流（穿透电流）

测试电路测试电路反向电流受温度影响大越小越好退出1.3.4三极管的主要参数3.极限参数集电极最大允许电流反向击穿电压集电极最大允许耗散功率集电极电流超过一定数值时β要下降击穿时三极管电流急剧增大，会使三极管损坏功耗过高会烧毁三极管3.极限参数4.温度对晶体管参数的影响晶体管受温度影响较大的参数是：

晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。晶体管的发射极和集电极能否互换使用？为什么?

晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，UCE<UBE，集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子，这种情况下，集电极电流IC与基极电流IB不再是β倍的关系，因此，晶体管的电流放大能力大大下降。晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于β？

为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深度很低且很薄，因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流，剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散，由于集成电结反偏，这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后形成集电极电流。为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做得很薄？学习与讨论1.3.5晶体管在电子技术的应用1.放大应用2.开关应用（a）开关电路（b）截止时的等效电路（c）饱和时的等效电路【相关链接】你会用万用表对三极管的电极与性能进行简单的测试吗？用万用表测试二极管好坏及极性的方法用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。正向导通电阻很小。指针偏转大。反向阻断时电阻很大，指针基本不动。

选择万用表R×1k的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。用万用表测试三极管好坏及极性的方法

用指针式万用表检测三极管的基极和管型：指针不动，说明管子反偏截止，因此为NPN型。

先将万用表置于R×lk

欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针不动(或近满偏)时，则假定的基极是正确的;且晶体管类型为NPN型（或PNP型）。如果把红黑两表棒对调后，指针仍不动(或仍偏转)，则说明管子已经老化(或已被击穿)损坏。想一想，这种检测方法依据的是什么？指针偏转，说明管子正向导通，因此为PNP型。PN结的单向导电性

若被测管为NPN三极管，让黑表棒接假定的集电极C，红表棒接假定的发射极E。两手分别捏住B、C两极充当基极电阻RB(两手不能相接触)。注意观察电表指针偏转的大小；

之后，再将两检测极反过来假定，仍然注意观察电表指针偏转的大小。cb

e人体电阻cbe人体电阻假定极正确假定极错误用万用表R×1k欧姆档判别发射极E和集电极C

偏转较大的假定极是正确的！偏转小的反映其放大能力下降，即集电极和发射极接反了。

如果两次检测时电阻相差不大，则说明管子的性能较差。退出1.4

场效晶体管主要要求：

了解场效应管的结构、特点了解场效应管的原理、特性曲线与参数

场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体三极管，是利用一种载流子导电的单极型器件。特点：具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、耗电省等优点，制作工艺简单、便于集成。

双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为单极型三极管；单极型三极管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。

上图所示为单极型三极管产品实物图。单极型管可分为结型和绝缘栅型两大类，其中绝缘栅型场效应管应用最为广泛，其中又分增强型和耗尽型两类，且各有N沟道和P沟道之分。N+N+以P型硅为衬底BDGS二氧化硅(SiO2)绝缘保护层两端扩散出两个高浓度的N区N区与P型衬底之间形成两个PN结由衬底引出电极B由高浓度的N区引出的源极S由另一高浓度N区引出的漏极D由二氧化硅层表面直接引出栅极G杂质浓度较低，电阻率较高。1.4.1

绝缘栅场效应管的原理和特性N+N+以P型硅为衬底BDGS大多数管子的衬底在出厂前已和源极连在一起铝电极、金属（Metal）二氧化硅氧化物（Oxide）半导体（Semiconductor)故单极型三极管又称为MOS管。MOS管电路的连接形式N+N+P型硅衬底BDGS+－UDS+－UGS漏极与源极间电源UDS栅极与源极间电源UGS

如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般P型硅衬底应接低电位，N型硅衬底应接高电位，由导电沟道的不同而异。不同类型MOS管的电路图符号DSGB衬底N沟道增强型图符号DSGB衬底P沟道增强型图符号DSGB衬底N沟道耗尽型图符号DSGB衬底P沟道耗尽型图符号

由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。虚线表示增强型实线表示耗尽型2.MOS管的工作原理

以增强型NMOS管为例说明其工作原理。N沟道增强型MOS管不存在原始导电沟道。

当栅源极间电压UGS=0时，增强型MOS管的漏极和源极之间相当于存在两个背靠背的PN结。N+N+P型硅衬底BDGS不存在原始沟道+－UDSUGS=0此时无论UDS是否为0，也无论其极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，因此MOS管不导通，ID=0。MOS管处于截止区。PPN结PN结ID=0怎样才能产生导电沟道呢？

在栅极和衬底间加UGS且与源极连在一起，由于二氧化硅绝缘层的存在，电流不能通过栅极。但金属栅极被充电，因此聚集大量正电荷。+－+－N+N+P型硅衬底BDGSUDS=0UGS电场力排斥空穴二氧化硅层在UGS作用下被充电而产生电场形成耗尽层出现反型层形成导电沟道电场吸引电子

导电沟道形成时，对应的栅源间电压UGS=UT称为开启电压。UT+－+－N+N+P型硅衬底BDGS当UGS>UT、UDS≠0且较小时UDSUGSID当UGS继续增大，UDS仍然很小且不变时，ID随着UGS的增大而增大。此时增大UDS，导电沟道出现梯度，ID又将随着UDS的增大而增大。直到UGD=UGS－UDS=UT时，相当于UDS增加使漏极沟道缩减到导电沟道刚刚开启的情况，称为预夹断，ID基本饱和。导电沟道加厚产生漏极电流ID+－+－N+N+P型硅衬底BDGSUDSUGS

如果继续增大UDS，使UGD<UT时，沟道夹断区延长，ID达到最大且恒定，管子将从放大区跳出而进入饱和区。UGD

沟道出现预夹断时工作在放大状态，放大区ID几乎与UDS的变化无关，只受UGS的控制。即MOS管是利用栅源电压UGS来控制漏极电流ID大小的一种电压控制器件。ID+－+－N+N+P型硅衬底BDGSUDSUGS

如果继续增大UDS，使UGD<UT时，沟道夹断区延长，ID