1、 电子技术基础电子技术基础课程是一门技术基础课课程是一门技术基础课，其任务是学习电子，其任务是学习电子 技术的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解技术的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解 决问题的能力，是学习后续课程的基础。决问题的能力，是学习后续课程的基础。 电子技术应用非常广泛，电子技术应用非常广泛，在电力行业，电力系统自动化是系在电力行业，电力系统自动化是系 统安全、稳定运行的保证，它包括两方面内容：电力系统自动装统安全、稳定运行的保证，它包括两方面内容：电力系统自动装 置和电力系统调度自动化。电力系统自动装置包括备用电源和备置和电力系统调度自动化。电力系统
2、自动装置包括备用电源和备 用设备自动投入、输电线路自动重合闸、同步发电机自动并列、用设备自动投入、输电线路自动重合闸、同步发电机自动并列、 同步发电机励磁自动调节及强行励磁、自动低频减负荷、电力系同步发电机励磁自动调节及强行励磁、自动低频减负荷、电力系 统频率和有功功率自动调节、故障录波装置、自动解列等。电子统频率和有功功率自动调节、故障录波装置、自动解列等。电子 技术、计算机技术等学科的发展成就了电力系统自动化水平的提技术、计算机技术等学科的发展成就了电力系统自动化水平的提 高。高。 绪 论 变电站的控制室变电站的控制室 变变 电电 站站 综综 合合 自自 动动 化化 系系 统统 电力系统的
3、保护设备电力系统的保护设备 电力系统自动装置中的同步发电机自动并列装置，电力系统自动装置中的同步发电机自动并列装置， 用以保证同步发电机并列操作的正确性和安全性，图用以保证同步发电机并列操作的正确性和安全性，图 1-1是是ZZQ-5型自动准同步装置框图，其中的方框型自动准同步装置框图，其中的方框 由电子电路组成。由电子电路组成。 图图1-2 ZZQ-5中中鉴别频差方向的逻辑电路框图鉴别频差方向的逻辑电路框图 图图1-3 ZZQ-5中的合闸部分中的合闸部分逻辑电路框图逻辑电路框图 A/D式模拟量输入通道框图式模拟量输入通道框图 模拟输入中的采样保持器的基本电路模拟输入中的采样保持器的基本电路 变
4、电站综合自动化系统中变电站综合自动化系统中 各子系统的典型硬件结构图各子系统的典型硬件结构图 开关量采集电路中的中断申请电路开关量采集电路中的中断申请电路 电动机转速自动检测装置原理框电动机转速自动检测装置原理框图图 总之：电子技术在电力系统自动化中有着广泛的用途。总之：电子技术在电力系统自动化中有着广泛的用途。 （1）抓住重点。）抓住重点。电子器件和电子电路种类繁多，而且新器件、新电电子器件和电子电路种类繁多，而且新器件、新电 路不断地涌现，学习过程中必须抓住共性，把重点放在掌握基本概念、基本路不断地涌现，学习过程中必须抓住共性，把重点放在掌握基本概念、基本 的分析方法上面，对集成电路，以功
5、能特性和正确的使用方法为重点。各章的分析方法上面，对集成电路，以功能特性和正确的使用方法为重点。各章 中有很多电子系统应用实例，目的是介绍该章知识在电力行业的应用，让学中有很多电子系统应用实例，目的是介绍该章知识在电力行业的应用，让学 生明确学习的必要性，不一定弄懂整个系统工作情况。生明确学习的必要性，不一定弄懂整个系统工作情况。 （2）重视实践。）重视实践。电子技术是实践性很强的课程，注意通过对实用电电子技术是实践性很强的课程，注意通过对实用电 路的组装、测试和调整，培养理论联系实际，解决工程实际问题的能力，提路的组装、测试和调整，培养理论联系实际，解决工程实际问题的能力，提 高职业技能。高
6、职业技能。 （3）主动学习，培养自学能力。）主动学习，培养自学能力。电子产品更新换代很快，需要自电子产品更新换代很快，需要自 己不断地学习，所以注意培养自己的自学能力。己不断地学习，所以注意培养自己的自学能力。 （4）归纳总结。）归纳总结。把已学的知识及时进行归纳总结，理清思路。把已学的知识及时进行归纳总结，理清思路。 电子技术课程学习过程中请注意以下几点：电子技术课程学习过程中请注意以下几点： 1.1 概述概述 1.2 半导体二极管半导体二极管进入进入 1.3 晶体三极管晶体三极管进入进入 1.4 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管进入进入 1.1.1 本征半导体本征半导体进入进入 1.1.2 杂
7、质半导体杂质半导体进入进入 1.1.3 PN结及其导电性能结及其导电性能进入进入 自然界中的各种物质自然界中的各种物质, ,按导电能力可分为导体、绝缘按导电能力可分为导体、绝缘 体、半导体。体、半导体。 本征半导体是纯净的半导体，典型的半导体有硅本征半导体是纯净的半导体，典型的半导体有硅 Si和锗和锗Ge以及砷化镓以及砷化镓GaAs等。等。 半导体之所以得到广泛的应用，是因为它特殊的导电性半导体之所以得到广泛的应用，是因为它特殊的导电性 能：能：热敏性、光敏性和杂敏性热敏性、光敏性和杂敏性。 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体 1热敏性热敏性 当环境温度变化时导体、绝缘体电阻率的变化
8、很小，而当环境温度变化时导体、绝缘体电阻率的变化很小，而 半导体的半导体的电阻率会随温度的变化而显著地变化电阻率会随温度的变化而显著地变化。利用热敏性可利用热敏性可 制成各种热敏电阻，常用于自动检测、自动控制电路中。制成各种热敏电阻，常用于自动检测、自动控制电路中。 3. 杂敏性杂敏性 在半导体材料中在半导体材料中掺入微量的某种杂质元素，可以显著地改掺入微量的某种杂质元素，可以显著地改 变其导电性能，变其导电性能，这是半导体最突出的特性。利用杂敏性可制成各这是半导体最突出的特性。利用杂敏性可制成各 种不同性能、不同用途的半导体器件，例如二极管、三极管、场种不同性能、不同用途的半导体器件，例如二
9、极管、三极管、场 效应管等。效应管等。 2光敏性光敏性 光照的强弱会使半导体导电性能发生显著的变化。光照的强弱会使半导体导电性能发生显著的变化。利用光利用光 敏性可制成光电二极管、光电三极管及光敏电阻等，用于自动敏性可制成光电二极管、光电三极管及光敏电阻等，用于自动 检测、自动控制。检测、自动控制。 半导体具有半导体具有特殊的导电特性是由其原子结构形成的特殊的导电特性是由其原子结构形成的。 超链接：超链接： 半导体的原子结构和共价键半导体的原子结构和共价键 1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的三价或五价元素作为杂质，可在本征半导体中掺入微量的三价或五价元素作为
10、杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称为使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称为杂质杂质 半导体半导体。 1. N型半导体型半导体 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的3价元素（如硼、价元素（如硼、 铟等），形成的杂质半导体称为铟等），形成的杂质半导体称为P型半导体。型半导体。 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的5价元素（如磷、砷、价元素（如磷、砷、 镓等），形成的杂质半导体称为镓等），形成的杂质半导体称为N型半导体。型半导体。 2. P型半导体型半导体 超链接：超链接： 半导体的原子结构半导体的原
11、子结构 一、一、PN结结进入进入 二、二、 PN结的单向导电性结的单向导电性进入进入 一、 PN结结 在在P型和型和N型半导体结合的交界面附近会形成一个特殊的薄层，型半导体结合的交界面附近会形成一个特殊的薄层， 称其为称其为PN结。结。PN结是构成多种半导体器件的基础。结是构成多种半导体器件的基础。PN结内部载结内部载 流子的运动决定了它特定的性质。流子的运动决定了它特定的性质。 动画：动画： PN结的形成结的形成 二、二、 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位区的电位，称为加，称为加正正 向电压向电压，简称简称正偏正偏；反
12、之反之称为加称为加反向电压，反向电压，简称反偏简称反偏。 1. PN结加正向电压时导通结加正向电压时导通 PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 较低的正向电阻较低的正向电阻 较大的正向电流较大的正向电流 动画：动画： PNPN结正向导通结正向导通 2. PN 2. PN结加反向电压时截止结加反向电压时截止 PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 很高的反向电阻很高的反向电阻 很小的反向电流很小的反向电流 反偏时的电流反偏时的电流，称为，称为反向饱和电流反向饱和电流，反向电流几乎与所反向电流几乎与所 加反向电压的大小无关，而加反向电压的大小无关，而受温度影响很大受温
13、度影响很大。 动画：动画： PNPN结反向截止结反向截止 总之：总之：PN结加正向电压时，正向电流较大且随外加结加正向电压时，正向电流较大且随外加 电压的变化而变化，即正向导通；电压的变化而变化，即正向导通； PN结加反向电压时，电流很小（约等于结加反向电压时，电流很小（约等于0），）， 且几乎不随外加电压变化，即反向截止。且几乎不随外加电压变化，即反向截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电特性结具有单向导电特性。 三、三、 PN结两端有等效电容结两端有等效电容 PN结表面有电荷积累，所以结表面有电荷积累，所以PN结有电容。结有电容。 PN结是组成各种半导体器件的基础！
14、结是组成各种半导体器件的基础！ 二极管组成的与门电路二极管组成的与门电路 uo uA R0 D2 D1 +VCC F uB 二极管、三极管是最基本的半导体器件，如下图所示，二二极管、三极管是最基本的半导体器件，如下图所示，二 极管可组成各种自动化系统中的与门等逻辑电路。极管可组成各种自动化系统中的与门等逻辑电路。 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 1 1.2.1 2.1 二极管的结构、符号和特点二极管的结构、符号和特点进入进入 1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性进入进入 实物图片实物图片 1.2.3 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数进入进入 1.2.1
15、 1.2.1 二极管的结构、符号和特点二极管的结构、符号和特点 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极 管按结构分管按结构分有有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。 点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 二二极极管管的的代代表表符符号号 k 阴阴极极 阳阳极极 a 半导体二极管图片半导体二极管图片 1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 一、二极管的伏安特性曲线一、二极管的伏安特性曲线 0 uV/V 0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 40 5 10 15
16、 20 10 20 30 40 iV/ A iV/mA 死区死区 Uth UBR 硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性 0 uV/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iV/ A iV/mA Uth UBR 锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性 正向特性正向特性 反向特性反向特性 反向击穿特性反向击穿特性 安装电子仿真软件，可运行仿真程序后，照图安装电子仿真软件，可运行仿真程序后，照图 连接电路，然后运行仿真，通过测试中看到的实验连接电路，然后运行仿真，通过测试中看到的实验 现
17、象，知道二极管性能特点。现象，知道二极管性能特点。 仿真仿真 外加正向电压较小时，外加正向电压较小时，PNPN结结 仍处于截止状态仍处于截止状态 -死区死区。 0 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA Uth UBR 锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性 正向导通正向导通 特性特性 正向电压大于死区电压后，正向电压大于死区电压后， 正向电流正向电流 随着正向电压增大迅速随着正向电压增大迅速 上升上升-正向导通正向导通。 通常正向导通电压变化通常正向导通电压变化 范围很小，范围很小，
18、常取硅管常取硅管0.7V， 锗管锗管0.3V。 外加反向电压不超过击穿电压外加反向电压不超过击穿电压 UBR时，时， 反向电流反向电流 很小（约等于很小（约等于0） -反向截止反向截止 反向电压大于击穿电压反向电压大于击穿电压UBR时，时，反向电流急剧增加反向电流急剧增加-反向击穿反向击穿 反向击穿时电流在一定范围内变化，电压却变化很小反向击穿时电流在一定范围内变化，电压却变化很小-稳压稳压。 0 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA Uth UBR 锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特
19、性特性 反向截止反向截止 特性特性 反向反向 击穿击穿 特性特性 总之：整体来看，二极管是非线性的，其分析方法常用图解总之：整体来看，二极管是非线性的，其分析方法常用图解 法或近似计算法，近似计算法是工程中常用的一种方法。法或近似计算法，近似计算法是工程中常用的一种方法。分析二分析二 极管电路的关键是先确定其工作状态。极管电路的关键是先确定其工作状态。 例例1-1 1-1 电路如图电路如图1-61-6所示，设图中二极管为所示，设图中二极管为2AP8A2AP8A，试求各，试求各 电路中二极管电路中二极管VDVD端压端压UVD、电阻的电压、电阻的电压UR和电流和电流I。 解：解：（1）通过半导体器
20、件手册查得，通过半导体器件手册查得，2AP8A2AP8A是锗管，是锗管，允许允许 的最大正向电流平均值为的最大正向电流平均值为35mA35mA，反向击穿电压，反向击穿电压20V20V（反向击穿时（反向击穿时 稳定电流范围稳定电流范围200A200A至至800A800A），截止时反向电流约为），截止时反向电流约为0 0。 图图1-6 例题例题1-1图图 mA K V I35. 1 2 7 . 2 AmA K V I5005 . 0 20 10 图图(c)中，二极管是反向击穿状态，所以中，二极管是反向击穿状态，所以UVD= -20-20V， UR= - -（30+30+UVD）=-=-（30-20
21、30-20）=-10=-10V， I未超过正向最大允许电流，管子能正常工作。未超过正向最大允许电流，管子能正常工作。 （2）设电压极性和电流方向如图所示，则：）设电压极性和电流方向如图所示，则： 图图(a)中，二极管正向导通，所以取中，二极管正向导通，所以取UVD=0.3V，则，则UR=3-0.3 UR=2.7V， 图图(b)中，二极管是反向截止状态，所以：中，二极管是反向截止状态，所以： 电流电流I0，UR0，UVD -3V。 I在稳定范围内，管子能正常工作。在稳定范围内，管子能正常工作。 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 (1) 最大整流电流最大整流电流IFM (2) 反向击穿
22、电压反向击穿电压U(BR)和最大反向工作电压和最大反向工作电压URM (3) 反向电流反向电流I IR R (4) 正向压降正向压降UF (5) 极间电容极间电容CB (6) 最高工作频率最高工作频率fM 图图1-10 万用表简易测试二极管示意图万用表简易测试二极管示意图 1.2.4 二极管的简易测试二极管的简易测试 1.2.5 二极管的用途二极管的用途 二极管常用作二极管常用作开关开关、检波、整流、限幅、检波、整流、限幅、稳压稳压等等。等等。 图图1-4 自锁控制中的开关控制电路自锁控制中的开关控制电路 VD1起限幅作用，起限幅作用， 使使AB间电压不间电压不 超过超过0.7V。VD2 当开
23、关，为续当开关，为续 流二极管。流二极管。VD3 是稳压二极管。是稳压二极管。 应用举例：应用举例： 二极管组成的单相桥式整流电路二极管组成的单相桥式整流电路 应用举例：应用举例： 特殊二极管特殊二极管 （1）稳压二极管）稳压二极管 （2）光电二极管和发光二极管）光电二极管和发光二极管 光电二极管的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。光电二极管的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。 发光二极管在正向导通时能发光。发光二极管在正向导通时能发光。 稳压管工作在反向稳压管工作在反向 击穿区，起稳压作用。击穿区，起稳压作用。 在电路中应给稳压管在电路中应给稳
24、压管 串联一个阻值适当的限流串联一个阻值适当的限流 电阻。电阻。 +VCC Rc Ra T + + - - + + - - uI uO A F 三极管非门电路三极管非门电路 Rb 三极管常作放大器件或开关，如下图所示，三极管三极管常作放大器件或开关，如下图所示，三极管 可组成各种自动化系统中的非门等逻辑电路。三极管可组成各种自动化系统中的非门等逻辑电路。三极管 在其中当开关使用。在其中当开关使用。 1.3.1 1.3.1 三极管的结构、符号和特点三极管的结构、符号和特点 1.3 1.3 晶体三极管晶体三极管 1.3.2 1.3.2 三极管的电流分配与放大三极管的电流分配与放大进入进入 1.3.
25、3 1.3.3 三极管共射极伏安特性曲线三极管共射极伏安特性曲线进入进入 1.3.4 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数进入进入 1.3.1 三极管的结构、符号和特点三极管的结构、符号和特点 大功率三极管大功率三极管功率三极管功率三极管 普通塑封三极管普通塑封三极管 基区基区 发射区发射区 集电区集电区 NPN型型 e c b P P N e b c e c b PNP型型 1.3.1 1.3.1 三极管的结构、符号和特点三极管的结构、符号和特点 N N P 发射极发射极e 基极基极b 集电极集电极c 发射结发射结 集电结集电结 结构特点：结构特点： 基区很薄，且掺杂浓度很低；基区很
26、薄，且掺杂浓度很低； 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区面积最大。集电区面积最大。 三极管的分类：三极管的分类： 三极管的种类很多三极管的种类很多, ,按其结构类型分为按其结构类型分为NPNNPN管和管和PNPPNP管管; ;按其制作按其制作 材料分为硅管和锗管材料分为硅管和锗管; ;按工作频率分为高频管和低频管按工作频率分为高频管和低频管; ;按功率大按功率大 小分为大功率管和小功率管小分为大功率管和小功率管; ;按封装形式分为塑封和金属封。按封装形式分为塑封和金属封。 三极管内有两种载流子三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参与导电，故称参与导电，故称 为
27、双极型三极管。为双极型三极管。 1.3.2 1.3.2 三极管的电流分配与放大三极管的电流分配与放大 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过 内部载流子的运动体现出来的。内部载流子的运动体现出来的。 （1）内部条件内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度， 且基区很薄。且基区很薄。 （2）外部条件外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。 实现放大的两个条件是：实现放大的两个条件是： 一、三种基本连接方式一、三种基本连接方式 二二. . 三极管共射极放大电路的电流分配三极管
28、共射极放大电路的电流分配 IE=IB+ IC NPNNPN和和PNPPNP三极管共射放大电路的直流电源接法三极管共射放大电路的直流电源接法 由实验测得由实验测得 IE=IC+IB 三极管的电流分配关系符合节点电流定律三极管的电流分配关系符合节点电流定律 三极管内部三极管内部 载流子运动载流子运动 输入输入 回路回路 输出输出 回路回路 RC VCC iB IE RB + uBE + uCE VBB C E B iC + + + 仿真仿真 三、三极管的电流放大三、三极管的电流放大 实验证明：实验证明：ICIB，即较小的输入回路电流（，即较小的输入回路电流（IB）使电路）使电路 获得了较大的输出回
29、路电流（获得了较大的输出回路电流（IC），说明三极管有），说明三极管有直流电流放直流电流放 大作用大作用。 而而IE= =IC+ +IB，其中，其中ICIB，即基极电流较小的，即基极电流较小的 变化能引起集电极电流较大的变化，说明三极管有变化能引起集电极电流较大的变化，说明三极管有交流电流放交流电流放 大作用大作用。 内部载流子的运动特点决定了三极管的放大特性。内部载流子的运动特点决定了三极管的放大特性。 1.3.3 1.3.3 三极管共射极伏安特性三极管共射极伏安特性 iB=f(uBE) UCE=常数常数 1. 输入特性曲线输入特性曲线 iC 共射极放大电路共射极放大电路输入特性输入特性 V
30、 V mA A 输入回路输入回路 VCC RC iB IE RB + uBE + uCE VBB C E B + + - 仿真仿真 死区死区 正向导通区正向导通区 1. 输入特性曲线输入特性曲线 1.3.3 1.3.3 三极管共射极电路的特性曲线三极管共射极电路的特性曲线 三极管的输入特性曲线是非线性的，可分为死区和正向导通区，当三极管的输入特性曲线是非线性的，可分为死区和正向导通区，当 管子正向导通时，发射结压降变化不大，对于硅管约为管子正向导通时，发射结压降变化不大，对于硅管约为0.60.8V，对于，对于 锗管约为锗管约为0.20.3V。工程上。工程上发射结导通时常取发射结导通时常取UBE
31、为常数为常数：硅管：硅管 UBE0.7V，锗管，锗管UBE0.2V。 iC=f(uCE) IB=常数常数 2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: 放大区、截止区、饱和区。放大区、截止区、饱和区。 1.3.3 1.3.3 三极管共射极电路的特性曲线三极管共射极电路的特性曲线 三极管输出特性测试动画三极管输出特性测试动画 输输 出出 回回 路路 RC IE iC VCC iB RB + uBE + uCE VBB C E B + + + 仿真仿真 截止区：截止区： 条件：条件： 发射结反偏，发射结反偏， 集电结反偏。集电结反偏。 三极管输出特性测试三极
32、管输出特性测试 RC IE iC VCC iB RB + uBE + uCE VBB C E B + + + + - uI 0.5V Rb Rc Vcc uO + - 截止状态等效电路截止状态等效电路 c b e 特点：特点：各极电流约等于各极电流约等于0， 相当于开关相当于开关“关断关断”。 由图知截止区：由图知截止区：IB=0即发射结反偏，所以即发射结反偏，所以 UBE0，而，而 UCE约几伏，约几伏， UCEUBE，即，即 VCVB集电结反偏。集电结反偏。 饱和区：饱和区： 条件：发射结正偏，集条件：发射结正偏，集 电结正偏。电结正偏。 RC IE iC VCC iB RB + uBE
33、+ uCE VBB C E B + + + 特点：特点：uCE很小很小，用饱和压降，用饱和压降 UCES表示，小功率硅管表示，小功率硅管 UCES0.3V0，此时，此时三极管相当三极管相当 于开关于开关”闭合闭合” 由图知饱和区：由图知饱和区：UCE约约0.3V，UBE=0.7V， 所以所以 UCEUBE，即，即VCVBVE。 特点：（特点：（1）iC=iB，具，具有电流放大作用有电流放大作用； 由图知放大区：由图知放大区：UCE约为几伏，约为几伏，UBE=0.7V， 所以所以 UCEUBE即即VCVB集电结反偏。集电结反偏。 三种状态的集电极电流比较：三种状态的集电极电流比较：截止时电流最小
34、（大约为截止时电流最小（大约为0）；）； 饱和时电流最大。饱和时电流最大。 三种状态的集射间电压比较：三种状态的集射间电压比较：截止时截止时UCE最大最大（UCE约等 于电源电压）；饱和时，；饱和时，UCE最小最小（大约为0）。 总之：三极管有总之：三极管有截止、放大、饱和截止、放大、饱和三种工作状态，工作三种工作状态，工作 在放大区时作放大器件，工作于截止和饱和区则作开关。在放大区时作放大器件，工作于截止和饱和区则作开关。 三极管的用途：三极管的用途：三极管通常作为放大器件和电子开关，三极管通常作为放大器件和电子开关， 在自动化设备中得到广泛的应用。在自动化设备中得到广泛的应用。 例例1-2
35、 1-2 如图如图1-181-18所示，电路中的三极管所示，电路中的三极管VT1工作在放大工作在放大 状态，现不知其性质，用万用表测得电路中三个电极的电位状态，现不知其性质，用万用表测得电路中三个电极的电位 分别是分别是V1=3.63.6V，V2=3 3V，V3=8 8V试判断三极管的电极和类型。试判断三极管的电极和类型。 第三步第三步，因是集电极且电位最高，可知这是，因是集电极且电位最高，可知这是NPNNPN管（管（NPNNPN管管 放大条件：放大条件：VCVBVE）；）； BE U 0.7V 0.7V或或0.3V0.3V，由此可判断出、，由此可判断出、 分别是基极或发射极，则一定是分别是基
36、极或发射极，则一定是 集电极；集电极； 解：解：第一步第一步，由于放大电路中的三极管由于放大电路中的三极管 BE U =0.6V，说明，说明 第二步第二步，此电路此电路 该管是硅材料管；该管是硅材料管； 第四步第四步，根据根据NPN管放大条件可知，是基极，是发射极。管放大条件可知，是基极，是发射极。 总之总之：、三端分别对应基极、发射极和集电极，：、三端分别对应基极、发射极和集电极， 三极管是三极管是NPN硅管。硅管。 (1) (1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 b 1.3.4 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 1. 电流放大系数电流放大系数 如图中如图中b点的
37、点的 约约 等于等于b 点对应的点对应的IC与与Ib之比值之比值 b UCE一定一定 B C CBOB CEOC I I II II b (2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数b b B C I I b BCEOBC IIIIbb bb约为20-200 BE BC ii ii )1 (b b UCE一定 一定 1.3.4 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 + b c e - uA Ie=0 VCC ICBO + b c e - VCC ICEO uA ICEO (2) 集电极发射极间的穿透电流集电极发射极间的穿透电流ICEO愈小愈好 ICEO=（1+ ）ICBO
38、b (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 愈小愈好 2. 极间反向电流极间反向电流 1.3.4 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 (1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM Ic超过允许值后首先是超过允许值后首先是值急速下降值急速下降 (2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PC= ICUCE 功耗太大会烧坏管子功耗太大会烧坏管子 3. 极限参数极限参数 1.3.4 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 U(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。 反向电压太大会击穿反
39、向电压太大会击穿PN结结 (3) 反向击穿电压反向击穿电压 （1 1）温度对反向电流的影响）温度对反向电流的影响 温度升高，反向电流增大。硅管温度比室温升高约温度升高，反向电流增大。硅管温度比室温升高约8 8o oC C反向电反向电 流增大一倍，锗管温度比室温升高约流增大一倍，锗管温度比室温升高约1212o oC C反向电流增大一倍。反向电流增大一倍。 （2 2）温度对）温度对值的影响值的影响 温度比室温升高温度比室温升高1 1o oC C则则约增加约增加0.50.51.01.0。 （3 3）温度对发射结导通所需电压）温度对发射结导通所需电压U UBE BE（thth）的影响 的影响 温度比室
40、温升高温度比室温升高1 1o oC C则则U UBE BE（thth）约下降 约下降2 22.5mV2.5mV。 4. 4. 温度对三极管参数的影响温度对三极管参数的影响 1.4 1.4 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（MOSMOS管）管） 场效应管是单极型三极管，它只有一种载流子（多子）导场效应管是单极型三极管，它只有一种载流子（多子）导 电，电，输入阻抗高输入阻抗高，温度稳定性好。，温度稳定性好。 （耗尽型）（耗尽型） N沟道沟道 P沟道沟道 增强型增强型 耗尽型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道 N沟道沟道 P沟道沟道 FET 场效应管场效应管 JFET 结型结型 MOSFET 绝缘栅型绝缘
41、栅型 (IGFET) 分类：分类： 1.4.1 N 1.4.1 N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管 结构与符号：结构与符号： 漏极漏极D G 栅极栅极 S源极 源极 符号符号 N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管结构管结构 SiOSiO2 2绝缘层绝缘层 金属铝金属铝 P型衬底型衬底 （掺杂浓度低）（掺杂浓度低） N+N+ S DG B 耗尽层耗尽层 特点：特点： 1. 单极性器件单极性器件(一种载流子导电一种载流子导电) 3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低 2. 输入电阻高输入电阻高(107 1015 ，IGFET可高达
42、可高达1015 ) MOS有晶体三极管一样的功能，有晶体三极管一样的功能， 可以作放大器件，还可以做开关。可以作放大器件，还可以做开关。 动画：动画： 增强型增强型NMOSNMOS管工作原理管工作原理 MOSMOS管符号管符号 栅极栅极 漏极漏极D G S 源极源极 N沟道增强型 D G S P沟道增强型 D G S N沟道耗尽型 D G S P沟道耗尽型 1 1）绝缘栅型场效应管的栅源两极间绝不允许开路绝缘栅型场效应管的栅源两极间绝不允许开路。 使用注意事项：使用注意事项： 2）一般，漏源两极可以交换使用，但有些产品制作时已将衬）一般，漏源两极可以交换使用，但有些产品制作时已将衬 底和源极在
43、内部连在一起，这时漏源两极不能对换。底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能对换。 3）在使用场效应管时，要注意漏源电压）在使用场效应管时，要注意漏源电压UDS、漏源电流、漏源电流ID、 栅源电压栅源电压UGS及耗散功率等值不能超过最大允许值。及耗散功率等值不能超过最大允许值。 4）注意各极电压的极性不能接错。）注意各极电压的极性不能接错。 双极型半导体三极管（晶体三极管双极型半导体三极管（晶体三极管 BJT） 单极型半导体三极管（场效应管单极型半导体三极管（场效应管 FET） 两种载流子导电两种载流子导电 多数载流子导电多数载流子导电 （一）晶体三极管（一）晶体三极管 1. 形式与结构形式与
44、结构 NPN PNP 三区三极两结三区三极两结 2. 特点特点基极电流控制集电极电流并实现放大基极电流控制集电极电流并实现放大 放大放大 条件条件 内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大 外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 3. 电流关系电流关系 IE = IC + IB IC =b b IB+ ICEO IE =(1+b b) IB + ICEO IE = IC + IB IC =b b IB IE = (1+b b ) IB 4. 特性特性 iC / mA uCE /V 100 A 80A 60 A 40 A 20
45、 A IB =0 O 3 6 9 12 4 3 2 1 O0.4 0.8 iB / A uBE / V 60 40 20 80 工作电压工作电压(UBE(on)： 0.6 0.8V 取取 0.7V (硅管硅管) 0.2 0.3V 取取0.3V (锗管锗管) 放大区放大区 饱饱 和和 区区 截止区截止区 放大区特点：放大区特点：1）iB决定决定iC 2）曲线水平表示恒流）曲线水平表示恒流 3）曲线间隔表示受控）曲线间隔表示受控 5. 参数参数 特性参数特性参数 电流放大倍数电流放大倍数b b 极间反向电流极间反向电流 ICBO ICEO 极限参数极限参数 ICM PCM U（ （BR）CEO u
46、CE O ICEO iC ICM U(BR)CEO PCM 安安 全全 工工 作作 区区 = ( 1 + b b ) ICBO 图图2-12-1自动励磁调节器局部电路框图自动励磁调节器局部电路框图 放大电路应用举例放大电路应用举例 电力系统自动装置中，同步发电机励磁系统是一个重电力系统自动装置中，同步发电机励磁系统是一个重 要部分，一般由励磁功率单元和励磁调节器组成。要部分，一般由励磁功率单元和励磁调节器组成。 系统中的电压检测单元、综合放大单元、移相触发单元系统中的电压检测单元、综合放大单元、移相触发单元 都包含着放大电路。都包含着放大电路。 各种电子系统中各种电子系统中,通常需要放大器对信
47、号进行放大通常需要放大器对信号进行放大,以便能带动负载或提高控制的灵敏度以便能带动负载或提高控制的灵敏度. A/D式模拟量输入通道框图式模拟量输入通道框图 采样保持器的基本电路采样保持器的基本电路 (其中其中A1和和A2是放大器是放大器) 变电站综合自动化系统中变电站综合自动化系统中 各子系统的典型硬件结构图各子系统的典型硬件结构图 放大电路是最基本的模拟电路放大电路是最基本的模拟电路 “放大放大”的本质是实现能量的控制的本质是实现能量的控制 放大作用是针对放大作用是针对“变化量变化量”而言而言 三极管是常用的放大元件三极管是常用的放大元件 单管放大电路是其他放大电路的基础单管放大电路是其他放
48、大电路的基础 图图2-2 2-2 三极管的三种组态三极管的三种组态 (a) 共发射极共发射极 (b) 共集电极共集电极 (c) 共基极共基极 2.1.1 2.1.1 单管共射放大电路的组成单管共射放大电路的组成 T：三极管，作放：三极管，作放 大元件大元件，工作在放，工作在放 大区大区iC=b biB 。 + b2C - i u + b R T R L - uo + b1C c R V CC BB V 一、电路组成一、电路组成 组成原则组成原则: : 第一，第一，适当的直流电流、电压适当的直流电流、电压 保证三极管工作在放大区的合保证三极管工作在放大区的合 适的位置。适的位置。 第二，第二，交
49、流通路畅通。交流通路畅通。 保证待放大的交流信号保证待放大的交流信号 能到达三极管输入端，能到达三极管输入端， 放大后的信号能到达负放大后的信号能到达负 载。载。 各元件作用：各元件作用： 基极电阻和基极电阻和 直流电源：直流电源： 使发射结正使发射结正 偏，并提供偏，并提供 适当的适当的I IB B和和 U UBE BE。 。 + + b2 b - i u C + R - b1 R u T oL + C cR V CC BB V 集电极直流电源集电极直流电源VCC：为电路：为电路 提供能量，并保证集电结反偏。提供能量，并保证集电结反偏。 集电极电阻集电极电阻R RC C，将变，将变 化的电流
50、转变为变化的电流转变为变 化的电压。化的电压。 待放大的交待放大的交 流信号（输流信号（输 入信号）入信号） 负载负载 输出输出 信号信号 耦合电容：耦合电容： 电解电容，有极性，电解电容，有极性， 大小为大小为1010 F50F50 F F 作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离 输入输出与电路直流输入输出与电路直流 的联系，同时能使信的联系，同时能使信 号顺利输入输出。号顺利输入输出。 + + + + b2 b - i u C + R - b1 R u T oL + C cR V CC BB V 各元件作用：各元件作用： 二二. . 基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法 基本电路 习
