电工电子技术 课件 第5-10章 安全用电 - 门电路及组合逻辑电路

电工电子技术8.1触电及其预防8.2保护接地和保护接零8.3电气火灾、爆炸的预防及静电防护第五章安全用电了解安全用电的常识理解保护接地和保护接零本章要求:1.电气事故的原因（1）违章操作违反“停电检修安全工作制度”，因误合闸造成维修人员触

电。

违反“带电检修安全操作规程”，使操作人员触及电器的

带电部分。

带电移动电器设备。

用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。

对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导致触电。违章救护他人触电，造成救护者一起触电。第一节

触电及其预防一、触电危害程度的影响因素（2）施工不规范误将电源保护接地与零线相接，且插座火线、零线位置接

反使机壳带电。插头接线不合理，造成电源线外露，导致触电。照明电路的中线接触不良或安装保险，造成中线断开，导

致家电损坏。随意加大保险丝的规格，失去短路保护作用，导致电器损坏。照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。施工中未对电气设备进行接地保护处理。（3）

产品质量不合格电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下损坏和

触电。带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造成维修人

员触电。

产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力很低，

容易造成触电。生产工艺粗制滥造。

电热器具使用塑料电源线。（4）偶然条件

电力线突然断裂使行人触电；狂风吹断树枝将电线砸断；雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故。2.电流对人体的作用

人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤。

电击是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。

电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。

调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。人体电阻

人体电阻因人而异，通常为104~105

，当角质外层破坏时，则降到800~1000。电流强度对人的伤害人体允许的安全工频电流:30mA工频危险电流:50mA

电流频率在40Hz~60Hz对人体的伤害最大。实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。电流频率对人体的伤害电流持续时间与路径对人体的伤害

电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。电压对人体的伤害

电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的。触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。

因此，把36V以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。1.接触正常带电体(1)电源中性点接地的单相触电R0通过人体电流:

式中:

UP:电源相电压(220V)Ro:接地电阻

4Rb:人体电阻1000

这时人体处于相电压下，危险较大。二、触电类型(2)电源中性点不接地系统的单相触电R'对地绝缘电阻Ib

人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R'的大小。若输电线绝缘良好，绝缘电阻R'较大，对人体的危害性就减小。

但导线与地面间的绝缘可能不良（R'较小），甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。(3)双相触电双相触电触电后果更为严重通过人体的电流：2.接触正常不带电的金属体

当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。

这时人体处于线电压下，Ib3.跨步电压触电U电位分布接地点20m0.8m跨步电压

在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。

当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。双脚跨步

一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。R0即将中性点接地。目的：(1)降低触电电压(2)迅速切断故障在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。(3)降低电气设备对地的绝缘水平第二节

保护接地和保护接零一、工作接地R'C'IbIe

当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流Ie

将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R

及分布电容C

回到电源。当R

值较低、C

较大时，Ib

将达到或超过危险值。对地绝缘电阻分布电容电气设备外壳未装保护接地时:二、保护接地电气设备外壳有保护接地时通过人体的电流：

Rb与Ro并联，且

Rb

»Ro

通过人体的电流可减小到安全值以内。R'C'R0IbIeI0

利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。

保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。用于中性点不接地的低压系统根据安全规定：对于1kv以下的设备，接地电阻Ro应小于4欧姆。但是，在三相四线制中性点接地系统中，对于容量较大的设备，采用保护接地是不安全的。27.5A的电流一般不会引起大设备的动作。但是机壳的电压已经够危险了。CABR'0N(b)R0Ie式中：R0：保护接地电阻4

R

0：工作接地电阻4中性点接地的380/220系统中，保护接地仅仅适用于小容量电气设备，其熔断器电流小于7A，或者自动开关动作电流小于18A的场合。

保护接零（用于380V/220V三相四线制系统）

将电气设备的外壳可靠地接到零线上。

当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。CABRoN(a)

把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。三、保护接零注：保护接零的零线很重要，如果发生断线，就不安全了。因此零线要多处重复接地。例如：在输电线每公里处、进入车间或楼房时都应重复接地。

接零必须牢固，连接可靠，不允许安装熔断器和开关。CABRoN(a)

图a所示如果电动机左侧的零线断线，电动机外壳带电后就是相电压了，很危险的。CABRoN(b)Ro1Ro2

图b所示如果电动机左侧的零线断线，电动机外壳带电后还有零线可以构成回路的，安全的。家用电器的供电是三相四线制，是中性点接地的低压系统，引入家庭的是其中的一根相线和零线。零线都重复接地了。在变压器到建筑物入口的线路中，工作零线和保护零线是可以共用的，但是进户后是要分开的。相线工作零线保护零线220v插座课程结束，再见了，亲们，祝你们考试顺利，学习生活愉快！电工电子技术第六章常用半导体器件6.2半导体二极管6.1半导体的基本知识6.3半导体三极管6.4场效应管本章要求：理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；

了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；

会分析含有二极管的电路。

了解场效应管

对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。

学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。注意：

对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、RC的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。物质导体半导体绝缘体:金、银、铜、铝、铁等金属物质:玻璃、橡胶、塑料、陶瓷等:硅、锗、硒及金属氧化物和硫化物等第一节

半导体的基本知识一、半导体概述热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。完全纯净的，具有晶体结构的半导体晶体叫做本征半导体。半导体硅和锗都是4价元素，其原子结构如下图所示。二、半导体中的载流子载流子：是指物质内部运载电荷的粒子。金属材料：只有一种载流子---自由电子，但数量多，所以导电能力强。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价键原子最外层的电子，称为价电子。

Si

Si

Si

Si价电子

电子-空穴对的产生空穴是半导体区别于导体的重要特征。

在外电场的作用下，出现空穴的运动（相当于正电荷的移动）。

本征半导体中，空穴与电子成对出现，称电子—空穴对。数目上，自由电子=空穴。此乃：本征激发价电子自由电子（-）空穴（+）光，热获得能量挣脱束缚挣脱束缚

当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流

(1)自由电子作定向运动

电子电流

(2)价电子递补空穴空穴电流注意：

(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；

(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对产生，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。三、半导体的导电特性1.本征半导体这么少，肿么办？2.N型半导体

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子

在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。

在N

型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。3.P型半导体

掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素

Si

Si

Si

Si

在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。小结N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴；P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子；掺入杂质的浓度决定多子的浓度，温度决定少子的浓度；杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而导电能力大大改善。

1.在杂质半导体中多子的数量与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。

2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。

3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc

4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是

，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba1.PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区四、PN结及其单向导电性2.PN结的单向导电性（1）PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄

P区接高电位N区接低电位外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–PN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR

P接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。–+

PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－(a)点接触型(b)面接触型结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。(c)平面型第二节

半导体二极管一、基本结构金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线结面积可大可小，用于集成电路制作工艺中高频整流和开关电路中。阴极引线阳极引线SiO2保护层P型硅N型硅阴极阳极D或VD(d)二极管符号硅管约0.5V锗管约0.1V反向击穿电压U(BR)导通压降外加电压大于死区电压,二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压,二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅约0.6~0.8V锗约0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数二、伏安特性曲线ABC1.最大整流电流IFM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向工作峰值电压URM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.反向峰值电流IRM是最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。三、主要参数二极管的单向导电性二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。定性分析：首先判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳

<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。四、二极管应用ui>8V，二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例1：二极管的用途：限幅、检波、整流、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––电路如图，求：UAB

V阳

=－6VV阴=－12VV阳>V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V否则，UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例2：取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k

BAUAB+–两个二极管的阴极接在一起取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳

=－6V，V2阳=0V，V1阴

=V2阴=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2优先导通，D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB

=0V例3:D1承受反向电压为－6V流过D2

的电流为求：UABD2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3k

AD2UAB+–教材P8例题1-21.符号UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性工作时加反向电压使用时要加限流电阻工作在反向击穿区，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管可起稳压作用。_+UIO稳压二极管五、特殊二极管VS3.主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的反向电压。(2)电压温度系数

ｕ环境温度每变化1

C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。RRLVSIRISILULUSUiR

限流电阻

RL

负载电阻VS

稳压管Ui

输入电压

UL

输出电压US

稳压管电压稳压电路及原理：RL不变时：UiULUSISURUL↓Ui不变时：RLULUSISIRUL稳压管两端电压Us的微小变化，引起流过稳压管电流Is的较大的变化，通过限流电阻R起电压调整作用，保证输出电压基本稳定，从而达到稳压作用。符号光电二极管光电二极管光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，只是在它的ＰＮ结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。光电二极管的ＰＮ结在反向偏置状态下运行，其反向电流随光照强度的增加而上升。发光二极管是一种能把电能转换成光能的特殊器件。这种二极管不仅具有普通二极管的正、反向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还会发出可见光和不可见光（即电致发光）。目前应用的有红、黄、绿、蓝、紫、白等颜色的发光二极管。此外，还有变色发光二极管，即当通过二极管的电流改变时，发光颜色也随之改变发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常做成七段式或矩阵式器件。发光二级管发光二极管电信号→光信号，通过光缆传输，再用光电二极管接收，再现电信号。下图所示为发光二极管发射电路通过光缆驱动的光电二极管电路。在发射端，一个0～５V的脉冲信号通过500Ω的电阻作用于发光二极管(LED)，LED产生一数字光信号，并作用于光缆。由LED发出的光约有20%耦合到光缆。在接收端，传送的光中约有80%耦合到光电二极管，以致在接收电路的输出端复原为0～５V电压的脉冲信号。变容二极管也称作压控变容器，其结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关，结电容随反向电压的增加而减小。电容值较小，主要适用于高频电子电路：在FM调谐器及TV调谐器等的谐振电路中。在高频、通信电路中可作为可变电容器用。NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管一、基本结构第三节

半导体三极管VT或V国外是QR或Q基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大1.三极管放大的条件BECNNPEBRBECRC外部条件：发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

二、电流放大作用内部条件：如前所述的结构上的设置。2.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P区的电子少部分与基区的空穴复合形成电流IBE，电源补充空穴形成IB，多数电子扩散到集电结。从基区扩散来的电子在外电场作用下，被集电极收集，形成ICE。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。IBICIC=ICE+ICBO

ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO

IBE

ICE与IBE之比称为共发射极直流电流放大倍数集－射极穿透电流,温度

ICEO

(常用公式)若IB=0,则

IC

ICE03.各电极电流关系及电流放大作用结论:

基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）

IC

IB

即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：

1）直观地分析管子的工作状态

2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路

重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线。三、伏安特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++RC1.

输入特性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管：

UBE0.6~0.7VPNP型锗管：

UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VOUCE=0VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VOUCE=0V(1)UCE=0v的曲线C、E间短接，发射结和集电结相当于并联的两个二极管。(2)UCE=1v的曲线集电区加了反向电压，具有了拉电子的能力，使得发射区的电子更多的从基区进入了集电区。结果流向基极的电流减小了。因此曲线右移了。(3)UCE>1v后的曲线与UCE=1v的曲线基本一样。实际应用中，

总是UCE>1v的，因此UCE=0v的曲线可以不画。2.输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区有IC=

IB

，也称为线性区，具有恒流特性。

发射结正向偏置、集电结反向偏置，晶体管工作于放大状态。陡增是因为UCE>1v后拉电子能力陡然增大。曲线前部陡增是因为UCE>1v后拉电子能力陡然增大。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区

曲线尾部略有上升的原因：基区宽度调制效应。基区宽度调制效应：UCE=UCB+UBE,当UCE增加时，因为UBE基本不变，UCB会增大，结果使得集电结的宽度变宽，基区宽度下降，基区中的载流子复合几率降低，最终使得电流IC增大。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB=0以下区域为截止区，有IC0

。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区当UCE

UBE时，饱和。特点：IC

IB，发射结、集电结均正偏；UCES很小，可看成短路。

深度饱和时：硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。截止状态：VB<VE

从电位判断工作状态（以NPN型为例）放大状态：VB>VE

VB<Vc饱和状态：VB>VE

VB>Vc从电位判断PNP还是NPN（放大状态时）NPN：VE<VB<Vc

PNP：VE>VB>Vc

(0<UBE<0.7)

(-0.7<UBE<0)

例：U1=0V,U2=0.3V,U3=8V

（NPN,锗）

例：U1=15V,U2=10V,U3=14.7V

（PNP,锗）

3.主要参数1.电流放大系数有，和直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成共发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：

和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。2.集-基极反向饱和电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度

ICBO

ICBO

A+–EC3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO

AICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度

ICEO

，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。4.

集电极最大允许电流ICM5.

集-射极反向击穿电压U(BR)CEO

集电极电流IC超过一定值会导致

值的下降，当

值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。

当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)

CEO。6.

集电极最大允许耗散功耗PCM

PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。

PC

=ICUCE

PCM

硅管允许结温约为150C，锗管约为70

90C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO晶体管参数与温度的关系温度每增加10

C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。温度每升高1

C，UBE将减小(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。温度每升高1

C，

增加0.5%~1.0%。场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。场效应管的特点：

只有多数载流子参与导电，是单极性晶体管。具有体积小，重量轻，耗电省，寿命长，输入电阻高，噪声低，热稳定性好，制造工艺简单等优点，应用广泛。第四节

场效应管N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)分类：一、结型场效应管1.类型和结构按结构可分为：N沟道和P沟道D：漏极G：栅极S：源极2.工作原理（以N沟道为例）结型场效应管是利用加于PN结上的电压UGS,UDS的变化引起耗尽层厚度的变化，从而控制导电沟道的导电能力的。耗尽层

源极S漏极D栅极G导电沟道耗尽层（1）vGS

对沟道的控制作用VGS=0时，PN结未加反向电压，耗尽层很薄，中间的导电沟道很宽，沟道电阻很小，电源UDD可使D和S间形成较大的漏极电流ID，称为饱和漏极电流IDSS。NUGS应该加什么电压？（2）vDS=0时，vGS

对沟道的控制作用VGS＜0PN结反偏PN宽度沟道宽度负电压N沟道电阻R由此可知，vGS

是控制沟道电阻R的。当│uGS│↑到一定值时，沟道会完全合拢。对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP

（或VGS(off)）。（3）vGS=常数时，vDS对沟道的控制作用VDS=0iD=0VDSiDD、S之间存在电位梯度差漏极处的PN结宽度楔形沟道iD由此可知，vDS

是形成电流ID的，同时还影响着PN结的宽度。DGSE+-Vds在沟道内形成一个从D指向S的一个电场E。沿着沟道方向，每一个点和栅极形成的电位差都不一样。因此PN结的宽度在沿沟道方向上是不等的。距离源极越远，电位差越大，耗尽层宽度越宽。因此，漏极处的宽度最宽。0当vDS增加到使vGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS

夹断区延长

沟道电阻

iD基本不变，表现出恒流特性。

由于预夹断区电阻很大，使主要VDS降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流。（4）vGS对iD的控制作用

当导电沟道夹断，iD不随vDS变化时，vGS

越小，即|vGS|越大，沟道电阻越大，对同样的vDS，iD的值越小。所以，此时可以通过改变vGS

控制iD的大小，iD与vDS

几乎无关，可以近似看成受vGS

控制的电流源。由于漏极电流受栅-源电压的控制，所以场效应管为电压控制型元件。（a）JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与

导电，所以场效应管也称为单极型三极管；(b)

JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因

此输入电阻很高；(c)

JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制；(d)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。综上可知恒流区3、输出特性曲线和转移特性曲线（1）输出特性恒流区：(又称饱和区或放大区）特点:(1)受控性：输入电压UGS控制输出电流ID。(2)恒流性：输出电流ID

基本上不受输出电压UDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。沟道未全夹断可变电阻区可变电阻区：(2)当UGS为定值时,

沟道电阻不变，ID是

UDS的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受

UGS控制。（1）管压降UDS很小，对耗尽层宽度影响不大。用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。沟道未夹断预夹断曲线特点:截止区截止区：沟道全夹断

用途：做无触点的、接通状态的电子开关。特点：ID≈0击穿区：击穿区

当漏源电压增大到一定数值时，漏端PN结发生雪崩击穿，使ID

剧增。其值一般为（20—50）V之间。管子不能在击穿区工作。(2)转移特性

VP夹断区反映的是UDS为常数时，

UGS的大小对沟道宽度和沟道电阻的影响，进而控制电流的大小的程度。结型场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型+vgs_gdsgmvgs+vds_JFET的交流小信号模型gds+vgs_id+vgs_ig=0漏极D

栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效应管也称为金属氧化物半导体场效应管，简称MOS管。金属电极栅极G源极SSiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区二、绝缘栅型场效应管按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类每类又有N沟道和P沟道之分1.基本结构与分类金属铝GSD符号：由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014

。漏极D金属电极栅极G源极SSiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区2、N沟道增强型管的工作原理

由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。

当栅源电压UGS=0时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。SD（1）栅源电压uGS的控制作用vDS=0时，

vGS

对沟道的控制作用

当vDS=0且vGS>0时，因SiO2的存在，iG=0。但g极为金属铝，因外加正向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥P型衬底靠近g极一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。EGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSN型导电沟道

当vGS进一步增加时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称之为反型层，构成了漏-源之间的导电沟道（也称感生沟道）。

使沟道刚刚形成的栅-源电压称之为开启电压UT。vGS反型层宽度

导电沟道电阻。

uGS

＜UT，管子截止，

uGS

＞UT，管子导通。(2)UGS>UT

时，UDS对沟道的控制作用当vDS=0时，iD=0；当vDS=0时，会有电流产生，电压降沿沟道方向，每点和栅极的电位差形成梯度差，源极最大，使靠近漏极处的沟道变窄。当vDS

iD

，。当vDS增加到一定值时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS

夹断区延长

沟道电阻

iD基本不变，表现出恒流特性。特性曲线有导电沟道转移特性曲线无导电沟道开启电压UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏极特性曲线恒流区可变电阻区截止区3.

N沟道耗尽型MOS管GSD符号：SiO2绝缘层中掺有正离子预埋了N型导电沟道

在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS=0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流ID产生。当UGS>0时，使导电沟道变宽，ID增大；当UGS<0时，使导电沟道变窄，ID减小；UGS负值愈高，沟道愈窄，ID就愈小。

当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失，ID=0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）。这时的UGS称为夹断电压，用UP表示。

这时的漏极电流用

IDSS表示，称为饱和漏极电流。特性曲线夹断电压耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。

UP转移特性曲线0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常数UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏极特性曲线0ID/mA16201248121648IDSS耗尽型GSDGSD增强型N沟道P沟道GSDGSDN沟道P沟道G、S之间加一定电压才形成导电沟道在制造时就具有原始导电沟道(1)开启电压UGS(th)：是增强型MOS管的参数(2)夹断电压UP：(3)饱和漏电流IDSS：是结型和耗尽型MOS管的参数(4)跨导gm：表示栅源电压对漏极电流的控制能力。极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。三、场效应管的主要参数(1)存放：对于MOS管，栅-衬之间的电容容量很小，RGS很大，感生电荷的高压容易使很薄的绝缘层击穿，造成管子的损坏。因此，无论是工作中还是存放的MOS管，都应为避免栅极悬空；同时，在焊接时，要将烙铁良好接地。（2）电极：场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互换使用。四、场效应管的使用注意事项场效应管与晶体管的比较电流控制电压控制控制方式电子和空穴两种载流子同时参与导电载流子电子或空穴中一种载流子参与导电类型

NPN和PNPN沟道和P沟道放大参数

rce很高

rds很高

输出电阻输入电阻较低较高双极型三极管单极型场效应管热稳定性差好制造工艺较复杂简单，成本低对应电极

B—E—C

G—S—D电工电子技术第七章基本放大电路7.2共发射极放大电路7.1放大电路概述7.3静态工作点稳定的放大电路7.4共集电极放大电路7.6功率放大电路7.5多级放大电路1.

理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。掌握共发射极放大电路静态工作点的估算方法和微变等效电路分析法。3.理解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解放大电路的频率特性、互补对称功率放大电路的工作原理。本章要求：

放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。

放大的实质:

用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。

对放大电路的基本要求：

1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。

2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。第一节

放大电路概述一、基本概念

二、放大电路的主要性能指标1.放大倍数（增益）2.输入电阻ri和输出电阻r0描述放大电路放大能力的指标。包括电压和电流的放大倍数。描述放大电路输入端和信号源之间，输出端和负载之间的相互影响的参数。工程上常转换成以10为底的对数，称电压(电流)增益：放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义：

输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-输入电阻反映了放大电路对信号源的影响程度。一般总是希望输入电阻ri越大越好。放大电路信号源+-+-（1）输入电阻ri放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义：

输出电阻是动态电阻，与负载无关。

输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望输出电阻越小越好。RSRL+_Au放大电路+_（2）输出电阻r0EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE晶体管T--放大元件,要保证晶体管工作在放大区。EB与RB--使发射结处于正

偏，提供适当的基极电流。第二节

共发射极放大电路一、电路组成单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEUBEIBICUCE无输入信号(ui

=0)时:

ui=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO二、基本工作原理1.静态放大电路有两种工作状态，静态和动态。ICUCEOIBUBEO结论：无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点Q。QIBUBEQUCEICUBEIB？

uCE=UCC－iC

RC

ui

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO2.动态有输入信号(ui≠0)时:是交直流共同作用的。结论：（1）加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(3)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：

(1)

使放大电路的放大信号不失真；

(2)

使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE

。静态分析：确定放大电路的静态值。三、放大电路的静态分析1.直流通路和交流通路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB

、IC

、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.

估算法进行静态分析根据电流放大作用当UBE<<UCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBRE3.用图解法进行静态分析用作图的方法确定静态值步骤：

1.用估算法确定IB优点：

能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定IC

和UCEUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流负载线方程

直流负载线斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O分析方法：

微变等效电路法，图解法。动态分析:

计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：

各极电压和电流的交流分量。目的：

找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。四、放大电路的动态分析所用电路：

放大电路的交流通路。RBRCuiuORLRSes++–+––

XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.交流通路2.图解法求电压放大倍数QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。3.微变等效电路法

微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。

晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。

当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。(1)晶体管的微变等效电路

uBE

iB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。Q输入特性晶体管的输入电阻

晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。iBuBEO对于输入回路：对于输出回路：rce愈大，恒流特性愈好;因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性iCuCEQ

输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的关系。

一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。OibicicBCEib

ib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-晶体管的微变等效电路rbeBEC晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。(2)

放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可.ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS(3)动态参数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。负号：输出电压的相位与输入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS电压放大倍数的计算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数Au

的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic

的关系。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri输入电阻的计算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.例3：求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或输出电阻的计算rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求2)令或

如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo

适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1第三节

静态工作点稳定的放大电路一、静态工作点与非线性失真若Q设置过低，

晶体管进入截止区工作，造成截止失真。

适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。二、影响静态工作点的因素1.电路参数对静态工作点的影响(1)RB的影响电路中其他参数不变，增大RB，IB减小,工作点下移，可以避免饱和失真(Q2→Q);反之，避免截止失真。(2)RC的影响电路中其他参数不变，减小RC，直流负载线斜率增大，工作点上移，可以避免饱和失真(Q2→Q2')。(3)UCC的影响电路中其他参数不变，增加UCC，直流负载线平行右移，IB也增加，因此工作点上移，若Q点设置较高则可避免饱和失真(Q2→Q')，若Q点设置较低，则可避免截止失真。uCE/ViC/mAQ2QQ'2Q'常用的方法是改变偏置电阻RB2.温度对静态工作点的影响在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，当UCC和

RB一定时，IC与UBE、

以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使IC

增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。结论：

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O三、分压式偏置电路偏置电路是指为三极管提供基极偏置电流的电路。前面的共发射极放大电路中，当UCC和RB确定后，IB就固定不变了，因此这种偏置电路称为固定偏置电路。该种电路结构简单，Q点设置方便，但是不稳定，为此需要改进偏置电路。采用分压式偏置电路可以稳定静态工作点Q。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.电路的基本特点VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–

集电极电流基本恒定，不随温度变化。从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千