1、第第 1 章晶体二极管和二极管整流电路章晶体二极管和二极管整流电路本章学习目标本章学习目标1.1晶体二极管晶体二极管1.2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路1.3滤波器和硅稳压管稳压电路滤波器和硅稳压管稳压电路本章小结本章小结本章学习目标本章学习目标1.理解半导体的基本常识，掌握理解半导体的基本常识，掌握 PN 结的单向导电性。结的单向导电性。2.熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。3.掌握晶体二极管的伏安特性和参数，会用万用表检测二极管。掌握晶体二极管的伏安特性和参数，会用万用表检测二极管。4. 理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析
2、其工作原理，能进行理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析其工作原理，能进行相应的计算。相应的计算。5.理解滤波的概念，能清楚整流滤波器件和常用的滤波方式，掌握滤波的理解滤波的概念，能清楚整流滤波器件和常用的滤波方式，掌握滤波的电路形式，理解电容滤波及电感滤波的工作原理，了解选择滤波电容的电路形式，理解电容滤波及电感滤波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。选择要求。6.熟悉稳压二极管的工作特性和参数，理解硅稳压二极管稳压电路的工作熟悉稳压二极管的工作特性和参数，理解硅稳压二极管稳压电路的工作原理。原理。 1.1晶体二极管晶体二极管1.1.1晶体二极管的单向导电特性晶体二极管的单向导电
3、特性1.1.2PN 结结1.1.3二极管的伏安特二极管的伏安特性性1.1.4二极管的简单测试二极管的简单测试1.1.5二极管的分类、型号和参数二极管的分类、型号和参数工程应用工程应用1.1.1晶体二极管的单向导电特性晶体二极管的单向导电特性( (1) )外形：外形：由密封的管体和两条正、由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。如图所示；通常表示正极。如图所示；( (2) )符号：符号：三角形三角形正极，正极，竖杠竖杠负极，负极， V二极管的二极管的文字符号。文字符号。 体体三三极极管管等等器器件件：晶晶体体二二极极管管、晶晶）等等）、
4、变变压压器器（）、电电感感（）、电电容容（元元件件：电电阻阻（电电子子元元器器件件TLCR1晶体二极管晶体二极管2晶体二极管的单向导电性：晶体二极管的单向导电性：动画动画PN 结结的单向导电性的单向导电性( (1) )正极电位正极电位 负极电位，二极管导通；负极电位，二极管导通；( (2) )正极电位正极电位 负极电位，二极管截止。负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。二极管的单向导电性。 例例 1.1.1 如图所示电路中，当开关如图所示电路中，当开关 S 闭合后，闭合后，H1、H2 两个指示灯，哪一
5、个两个指示灯，哪一个可能发光？可能发光？解由电路图可知，开关解由电路图可知，开关 S 闭合后，只有二极管闭合后，只有二极管 V1正极电位高于负极电位，即正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以处于正向导通状态，所以 H1 指示灯发光。指示灯发光。 1.1.2PN 结结PN 结的形成结的形成二极管由半导体材料制成。二极管由半导体材料制成。1半导体半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。 如硅如硅( (Si) )或锗或锗( (Ge) )半导体。半导体。半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种：半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种： 自由电子：带负电
6、自由电子：带负电空穴：带与自由电子等量的正电空穴：带与自由电子等量的正电均可运载电荷均可运载电荷载流子载流子载流子载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子，如：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子，如图图 所示。所示。半导体的两种载流子半导体的两种载流子动画两种载流子动画两种载流子2本征半导体本征半导体：不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。3杂质半导体：杂质半导体：为了提高半导体的导电性能，在
7、本征半导体为了提高半导体的导电性能，在本征半导体( (4 价价) )中掺入硼或中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。磷等杂质所形成的半导体。根据掺杂的物质不同，可分根据掺杂的物质不同，可分两两种：种：( (1) )P 型半导体：型半导体：本征本征硅硅( (或锗或锗) )中掺入少量硼元素中掺入少量硼元素( (3 价价) )所形成所形成的半导体，如的半导体，如P型型硅。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。硅。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。( (2) )N 型半导体：型半导体：在本征在本征硅硅( (或锗或锗) )中掺入少量磷元素中掺入少量磷元素( (5 价价) )所形成的半导体，如所形成的半导体，
8、如 N 型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。将将 P 型半导体和型半导体和 N 型半导体使用特殊工艺连在一起，型半导体使用特殊工艺连在一起，形成形成PN 结。结。4PN 结：结：N 型和型和 P 型半导体之间的特殊薄层称为型半导体之间的特殊薄层称为 PN 结结。PN 结是各种半导体结是各种半导体器件的核心。器件的核心。如图所示。如图所示。PN 结结晶体二极管之所以具有单向导电性，其原因是晶体二极管之所以具有单向导电性，其原因是内部具有一个内部具有一个PN 结。其正、负极对应于结。其正、负极对应于 PN 结的结的 P 型和型和 N 型半
9、导体。型半导体。P 区接电源正极，区接电源正极，N 区接电源负极，区接电源负极，PN 结导通；结导通；反之，反之，PN 结截止。结截止。 PN 结具有单向导电特性。即：结具有单向导电特性。即：动画动画PN 结的形成结的形成1.1.3二极管的伏安特性二极管的伏安特性测试二极管伏安特性电路测试二极管伏安特性电路 1定义：定义：二极管两端的电压和流二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作过的电流之间的关系曲线叫作二极管的二极管的伏安特性伏安特性。2测试电路：测试电路：如图所示。如图所示。3伏安特性曲线：伏安特性曲线：如图所示。如图所示。4特点：特点： ) )( () )( (GeV 0.2Si
10、V 5 .0TV ) )( () )( (导通电压导通电压GeV 0.3SiV 7 . 0onV结论：正偏时电阻小，具有非线性。结论：正偏时电阻小，具有非线性。导通后导通后 V 两端电压基本恒定：两端电压基本恒定： VFVT时，时，V 导通，导通，IF 急剧增大。急剧增大。 正向电压正向电压 VF 小于门坎电压小于门坎电压 VT 时，二极管时，二极管 V 截止，正向电流截止，正向电流 IF = 0；其中，门坎电压其中，门坎电压( (1) )正向特性正向特性( (2) )反向特性反向特性VR VRM 时，时，IR 剧增，此现象称为反向电击穿。剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压对应的电压 VR
11、M 称为反向称为反向击穿电压。击穿电压。 反向电压反向电压 VR VRM( (反向击穿电压反向击穿电压) )时，反向电流时，反向电流 IR很小，且近似为常数，很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。称为反向饱和电流。结论：结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。反偏电阻大，存在电击穿现象。1.1.4二极管的简单测试二极管的简单测试万用表检测二极管万用表检测二极管将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。表笔接触处为负极。1判别正负极性判别正负极性用万用表检测二极管如图所示。用万用表检测二极管如图
12、所示。万用表测试条件：万用表测试条件：R 100 或或 R1 k 挡；挡；2判别好坏判别好坏万用表检测二极管万用表检测二极管万用表测试条件：万用表测试条件：R 1k1k。( (3) )若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。( (2) )若正反向电阻非常大，二极管开路。若正反向电阻非常大，二极管开路。( (1) )若正反向电阻均为零，二极管短路；若正反向电阻均为零，二极管短路；1.1.5二极管的分类、型号和参数二极管的分类、型号和参数1分类分类( (1) )按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管( (2) )按按 PN 结面积：结面积：
13、点接触型点接触型( (电流小，电流小，高频应用高频应用) )、面接触型、面接触型( (电流大，用于整电流大，用于整流流) )( (3) )按用途：按用途：如图所示。如图所示。二极管图形符号二极管图形符号 整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。 稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。 发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。 光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。 变容二极
14、管：利用反向偏压变容二极管：利用反向偏压改变改变 PN 结结电容量的二极管电容量的二极管2型号举例如下：型号举例如下：整流二极管整流二极管2CZ82B稳压二极管稳压二极管2CW50变容二极管变容二极管2AC1 等等。等等。3主要参数主要参数主要参数：主要参数：稳定电压稳定电压 VZ、稳定电流、稳定电流 IZ、最大工作电流、最大工作电流 IZM、最大耗散功率、最大耗散功率 PZM、动态电阻动态电阻 rZ Z 等。等。( (2) )稳压二极管稳压二极管 反向漏电流反向漏电流 IR ：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。 最高反向工作电压最高反
15、向工作电压 VRM ：二极管允许承受的反向工作电压峰值。二极管允许承受的反向工作电压峰值。 最大整流电流最大整流电流 IFM ：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。( (1) )普通整流二极管普通整流二极管工程应用工程应用发光二极管和光电二极管的检测发光二极管和光电二极管的检测1.发光二极管的检测与普通二极管的检测方法基本相似，但由于发光二极管的正发光二极管的检测与普通二极管的检测方法基本相似，但由于发光二极管的正向导通电压一般在向导通电压一般在 1.5 V 以上，故检测时必须用万用表的以上，故检测时必须用万用表的 R 10k 挡，正向电阻挡，正向电
16、阻小于小于 50 k ，反相电阻大于，反相电阻大于 200 k 时发光二极管为正常。时发光二极管为正常。2.由于光电二极管工作时应加反向电压，故检测时着重观察反向电阻在有无光照由于光电二极管工作时应加反向电压，故检测时着重观察反向电阻在有无光照时的变化，用万用表的时的变化，用万用表的 R 1k 挡，当有光照时，反向电阻小，无光照时，反向挡，当有光照时，反向电阻小，无光照时，反向电阻大为正常，当无光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。电阻大为正常，当无光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。 1.2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路1.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路1.2
17、.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路1.2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路整流：整流：把交流电变成直流电的过程。把交流电变成直流电的过程。整流原理：整流原理：二极管的单向导电特性二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。把单相交流电变成直流电的电路。半波整流半波整流桥式整流桥式整流倍压整流倍压整流单相整流电路种类单相整流电路种类1.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路1电路电路 如图如图( (a) )所示所示V：整流二极管，把交流电变成脉动直流整流二极管，把交流电变成脉动直流电；电；T：电源变压器，把电源变压器，把 v1 变成整流电路所需变
18、成整流电路所需的电压值的电压值 v2。 2.工作原理工作原理设设 v2 为正弦波，波形如前页图为正弦波，波形如前页图 ( (b) ) 所示。所示。( (1) )v2 正半周时，正半周时，A 点电位高于点电位高于 B 点电位，二极管点电位，二极管 V 正偏导通，则正偏导通，则 vL v2；( (2) )v2 负半周时，负半周时，A 点电位低于点电位低于 B 点电位，二极管点电位，二极管 V 反偏截止，则反偏截止，则 vL 0。由波形可见，由波形可见，v2 一周期内，负载只用单方向的半个波形，这种大小波动、方一周期内，负载只用单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。向不
19、变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电 v2 变成脉动直流电变成脉动直流电 vL。由。由于电路仅利用于电路仅利用 v2 的半个波形，故称为半波整流电路。的半个波形，故称为半波整流电路。3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流( (1) )负载电压负载电压 VL VL = 0.45 V2 ( (1.2.1) )L2LLL45. 0RVRVI ( (2) )负载电流负载电流 IL ( (1.2.2) )L2LV45. 0RVII ( (3) )二极管正向电流二极管正向电流 IV 和负载电流和负载电
20、流 IZ ( (1.2.3) )( (4) )二极管反向峰值电压二极管反向峰值电压 VRM ( (1.2.4) )22RM41. 12VVV 选管条件选管条件( (1) )二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；( (2) )二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。电路缺点：电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。电源利用率低，纹波成分大。解决办法：解决办法：全波整流。全波整流。1.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路1电路如图电路如图V1 V4 为整流二极管，为整
21、流二极管，电路为桥式结构电路为桥式结构( (2) )v2 负半周时，如图负半周时，如图( (b) )所示，所示，A 点电位低于点电位低于 B 点电位，则点电位，则 V2、V4 导通导通( (V1、V3 截止截止) )，i2 自上而下流过负载自上而下流过负载 RL。桥式整流电路工作过程桥式整流电路工作过程2工作原理工作原理( (1) )v2 正半周时，如图正半周时，如图( (a) )所示，所示，A 点电位高于点电位高于 B 点电位，则点电位，则 V1、V3导通导通( (V2、V4截止截止) )，i1 自上而下流过负载自上而下流过负载 RL；由波形图可见，由波形图可见，v2 一周期内，一周期内，两
22、组整流二极管轮流导通产生的单两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流方向电流 i1 和和 i2 叠加形成了叠加形成了 iL。于是。于是负载得到全波脉动直流电压负载得到全波脉动直流电压 vL。桥式整流电路工作波形图桥式整流电路工作波形图3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流2L9 . 0 VV ( (1) )负载电压负载电压 VL ( (1.2.9) )L2LLL9 . 0RVRVI ( (2) )负载电流负载电流 IL ( (1.2.10) )LV21II ( (3) )二极管的平均电流二极管的平均电流 IV ( (1.2.11) )2RM2VV ( (4) )二极管承受
23、反向峰值电压二极管承受反向峰值电压 VRM ( (1.2.12) )优点：优点：输出电压高，纹波小，输出电压高，纹波小，VRM 较低，应用广泛。较低，应用广泛。4桥式稳流电路的简化画法桥式稳流电路的简化画法 例例1.2.1 有一直流负载，需要直流电压有一直流负载，需要直流电压 VL= 60 V ，直流电流，直流电流 IL= 4 A。若采用桥。若采用桥式整流电路，求电源变压器二次电压式整流电路，求电源变压器二次电压 V2 选择整流二极管。选择整流二极管。 解解 因为因为VL = 0.9V2 所以所以V7 .669 . 0V609 . 0L2 VV流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流A2A42
24、121LV II二极管承受的反向峰值电压二极管承受的反向峰值电压V947 .6641. 122RM VV查晶体管手册，可选用整流电流为查晶体管手册，可选用整流电流为 3 安培，额定反向工作电压为安培，额定反向工作电压为 100 V 的整流二的整流二极管极管 2CZ12A( (3 A/100 V) )4 只。只。 半桥和全桥整流堆半桥和全桥整流堆 整流元件组合件称为整流元件组合件称为整流堆整流堆，常见的有：，常见的有：( (1) )半桥：半桥：2CQ 型，如图型，如图( (a) )所示；所示；( (2) )全桥：全桥：QL 型，如图型，如图( (b) )所示。所示。优点：优点：电路组成简单、可靠
25、。电路组成简单、可靠。1.3滤波器和稳压器滤波器和稳压器1.3.1滤波器滤波器1.3.2硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路1.3.1滤波器滤波器特点：特点：电容器与负载并联。电容器与负载并联。 作用：作用：滤除脉动直流电中脉动成分。滤除脉动直流电中脉动成分。 种类：种类：电容滤波器、电感滤波器、复电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器式滤波器1电路电路一、电容滤波器一、电容滤波器2工作原理：工作原理： 利用电容器两端电压不能突变原理平滑利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压。输出电压。 在在 0 t1 期间，期间，因因 v2 的作用，的作用，V 正偏导通，正偏导通，电容电容 C 充电，波
26、形如图充电，波形如图( (b) )中中 OA 所示；所示； 在在 t1 t2 期间，期间，因因 v2 vC，V反偏截止，电反偏截止，电容容 C 通过负载放电，波形如图通过负载放电，波形如图( (b) )中中 AB 所示；所示； 在在 t2 t3 期间，期间，因因 vC v2，V 正偏导通，正偏导通，电容再次充电，波形如图电容再次充电，波形如图( (b) )中中 BC。具有电容滤波器的具有电容滤波器的半波整流电路半波整流电路重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。压中的脉动成分
27、大为减小。全波整流电容滤波输出波形如图所示。全波整流电容滤波输出波形如图所示。 工作原理与半波整流电路相同，不同点是：工作原理与半波整流电路相同，不同点是：v2 正、负半周内，正、负半周内，V1、V2 轮流导通，轮流导通，对电容对电容 C 充电两次，缩短了电容充电两次，缩短了电容 C 向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。输出电压估算公式为输出电压估算公式为VL 1.2V2应用：应用：小功率电源。小功率电源。全波整流电路电容滤全波整流电路电容滤波输出波形波输出波形工程应用工程应用一、电容滤波的直流电压输出及整流管与滤波电容的选择一、电容滤波的直流电
28、压输出及整流管与滤波电容的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择22V22V222V IL1.2V2V2桥式整流桥式整流电路电路ILV2V2半波整流半波整流电路电路通过的通过的电流电流最大反最大反向电压向电压带负载时带负载时的电压的电压( (估算值估算值) )负载开路负载开路时的电压时的电压二极管的电压与电流二极管的电压与电流整流电路的输出电压整流电路的输出电压输入交流输入交流电压电压( (有效值有效值) )整流电路整流电路的类型的类型22V1电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择2. 滤波电容的选择滤波电
29、容的选择电容的选择从电容耐压和容量两个方面考虑：电容的选择从电容耐压和容量两个方面考虑：( (1) )耐压：在电路中电容耐压值要大于负载开路时整流电路的输出电压。耐压：在电路中电容耐压值要大于负载开路时整流电路的输出电压。( (2) )电容容量：滤波电容器电容容量：滤波电容器 C 的容量选择与电路中的负载电流的容量选择与电路中的负载电流 IL 有关，当负有关，当负载电流加大后，要相应的增加电容量。表载电流加大后，要相应的增加电容量。表 列出的数据供选用时参考列出的数据供选用时参考滤波电容容量表滤波电容容量表输出电流输出电流IL/ A210.5 10.1 0.50.05 0.140.05 以以下
30、下电容器容量电容器容量 C/ F400020001000500200 500100注：此为全波整流电容滤波在注：此为全波整流电容滤波在 VL = 12 36 V 时的参考值。时的参考值。缺点：缺点：体积大、重量大。体积大、重量大。带电感滤波器带电感滤波器 二、电感滤波器二、电感滤波器1电路电路特点：特点：电感与负载串联电感与负载串联2工作原理工作原理 利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。 当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电感释放能量。使负载电当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电感释放能量。使负载电流比较平滑，从而得到比较
31、平滑的直流电压。流比较平滑，从而得到比较平滑的直流电压。应用：应用：较大功率电源。较大功率电源。三、复式滤波器三、复式滤波器( (3) )应用：应用：较大功率电源中。较大功率电源中。结构特点：结构特点：电容与负载并联，电感与负载串联。电容与负载并联，电感与负载串联。性能特点：性能特点：滤波效果好。滤波效果好。1L 型滤波器型滤波器( (1) )电路：电路：( (2) )原理：原理：整流输出的脉动直流经过电感整流输出的脉动直流经过电感 L，交流成分被削弱，再经过电容，交流成分被削弱，再经过电容 C 滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。L 型滤波器桥
32、式整流电路型滤波器桥式整流电路2 型滤波器型滤波器 型滤波器桥式整流电路型滤波器桥式整流电路( (3) )应用：应用：小功率电源中。小功率电源中。( (2) )原理：原理： 整流输出的脉动直流经过电容整流输出的脉动直流经过电容 C1 滤波后，再经电感滤波后，再经电感 L 和电容和电容 C2 滤滤波，使脉动成分大大降低，在负载上可获得平滑的直流电压。波，使脉动成分大大降低，在负载上可获得平滑的直流电压。( (1) )电路：电路：1.3.2硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 滤波电路：滤波电路：将脉动的直流电变成平滑的直流电。将脉动的直流电变成平滑的直流电。 稳压电路：稳压电路：抑制电网电压
33、和整流电抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，将平路负载的变化引起的输出电压变化，将平滑的直流电变成稳定的直流电。滑的直流电变成稳定的直流电。硅稳压管的伏安特性及符号硅稳压管的伏安特性及符号1硅稳压二极管的特性硅稳压二极管的特性( (1) )稳压管工作在反向击穿状态。稳压管工作在反向击穿状态。( (2) )当工作电流当工作电流 IZ 满足条件满足条件 IA IZ 0； VGS 0 ，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压 VDS 时，将产
34、生电流时，将产生电流 ID 。开启电压开启电压 VT ：增强型：增强型 MOS 管管开始形成反型层的栅源电压。开始形成反型层的栅源电压。N 沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理 N 沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理 ( (3) )在在 VDS 0 时：时：若若 VGS VT ，出现反型层，出现反型层( (即即导电沟道导电沟道) ) ，D、S 之间之间有电流有电流 ID 流过流过；若若 VGS 逐渐逐渐增大增大，导电沟，导电沟道道变宽变宽，ID 也随之逐渐也随之逐渐增大增大，即即 VGS 控制控制 ID 的变化。的变化。2N 沟
35、道耗尽型绝缘栅场效晶体管沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管夹断电压：夹断电压：使使 ID = 0 时的栅源电压。时的栅源电压。 结构及符号如图所示。结构及符号如图所示。特点：特点：管子本身已形成导电沟道。管子本身已形成导电沟道。 N 沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管 N 沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管工作原理：在工作原理：在 VDS 0 时，时，当当 VGS = 0 导电沟道有电流导电沟道有电流 ID；当当 VGS 0 并逐渐增大时，沟道变宽，使并逐渐增大时，沟道变宽，使 ID 增大；增大； 当当 VGS VT 时，时，ID 0 。 耗尽型耗尽型：当当 VGS
36、 = 0 时，时， ID 0 ；当当 VGS 为负电压时为负电压时 ID 减小；减小；当当 VGS = VPS 时，时， ID = 0 。 2输出特性曲线输出特性曲线3跨导跨导可调电阻区可调电阻区饱和区饱和区击击穿区穿区三个区三个区的含义与结型管输出特性的含义与结型管输出特性曲线曲线三个区相同。三个区相同。N 沟道沟道 MOS 管输出特性曲线管输出特性曲线常数DSGSDmVVIg 三、绝缘栅场效晶体管的图形符号三、绝缘栅场效晶体管的图形符号MOS 管的图形符号管的图形符号 注意注意 N、P 沟沟道的区别在于道的区别在于图中箭头的指图中箭头的指向相反。向相反。2.2.3场效晶体管的主要参数和特点
37、场效晶体管的主要参数和特点一、主要参数一、主要参数1直流参数直流参数 ( (1) )开启电压开启电压 VT 在在 VDS 为定值的条件下，增强型场效晶体管开始导通为定值的条件下，增强型场效晶体管开始导通( (ID 达到某一定值，如达到某一定值，如 10 A) )时，所需加时，所需加 VGS 的值。的值。( (2) )夹断电压夹断电压 VP 在在VDS 为定值的条件下，耗尽型场效晶体管为定值的条件下，耗尽型场效晶体管 ID 减小到近于零时减小到近于零时 VGS 的值。的值。( (3) )饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS 耗尽型场效晶体管工作在饱和区且耗尽型场效晶体管工作在饱和区且 VGS =
38、0 时，所对应的漏极电流。时，所对应的漏极电流。 ( (4) )直流输入电阻直流输入电阻 RGS 栅源电压栅源电压 VGS 与对应的栅极电流与对应的栅极电流 IG 之比。之比。场效晶体管输入电阻很高，结型管一般在场效晶体管输入电阻很高，结型管一般在 107 以以 上；绝缘栅管则更高，上；绝缘栅管则更高，一般在一般在 109 以上。以上。 2交流参数交流参数( (1) )跨导跨导 gmVDS 一定时，漏极电流变化量一定时，漏极电流变化量 ID 和引起这个变化的栅源电压变化量和引起这个变化的栅源电压变化量 VDS 之之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能
39、力。( (2) )极间电容极间电容场效晶体管三个电极之间的等效电容场效晶体管三个电极之间的等效电容 CGS、CGD、CDS，一般为几个皮法，结电，一般为几个皮法，结电容小的管子，高频性能好。容小的管子，高频性能好。3极限参数极限参数( (1) )漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率 PDMID 与与 VDS 的乘积不应超过的极限值。的乘积不应超过的极限值。( (2) )漏极击穿电压漏极击穿电压 V(BR) DS漏极电流漏极电流 ID 开始剧增时所加的漏源间的电压。开始剧增时所加的漏源间的电压。二、场效晶体管的特点二、场效晶体管的特点场效晶体管与普通三极管比较表场效晶体管与普通三极管比较表项
40、项 目目器器 件件 名名 称称晶体三极管晶体三极管场场 效效 应应 管管极型特点极型特点双双 极极 型型单单 极极 型型控制方式控制方式电电 流流 控控 制制电电 压压 控控 制制类类 型型PNP 型、型、NPN 型型N 沟道、沟道、P 沟道沟道放大参数放大参数 = 50 200gm= 1 000 5 000 A/V输入电阻输入电阻102 104 107 1015 噪噪 声声较较 大大较较 小小热稳定性热稳定性差差好好抗辐射能力抗辐射能力差差强强制造工艺制造工艺较较 复复 杂杂简单、成本低简单、成本低工程应用工程应用场效晶体管使用常识场效晶体管使用常识1.结形场效晶体管的栅源电压必须使结形场效
41、晶体管的栅源电压必须使 PN 结反偏，不能接反。因结型场效晶体结反偏，不能接反。因结型场效晶体管的源极及漏极通常制成对称的，所以原极和漏极可以调换使用。管的源极及漏极通常制成对称的，所以原极和漏极可以调换使用。2.绝缘栅场效晶体管中，有的产品将彻底绝缘栅场效晶体管中，有的产品将彻底引出引出( (有四个管脚有四个管脚) )，此时源极和漏极此时源极和漏极可以互换使用，但有的产品在制造时已把源极和衬底连接在一起，这种管子可以互换使用，但有的产品在制造时已把源极和衬底连接在一起，这种管子源极和漏极就不能调换使用。源极和漏极就不能调换使用。3.绝缘栅场效晶体管由于输入电阻很高，如果在管脚开路状态下保存绝
42、缘栅场效晶体管由于输入电阻很高，如果在管脚开路状态下保存 ，会使，会使管子还未使用时就已击穿或性能下降。因此，无论管子使用与否，都应将三管子还未使用时就已击穿或性能下降。因此，无论管子使用与否，都应将三个电极短路或用铝箔包好。结型场效晶体管可以在开路状态下保存。个电极短路或用铝箔包好。结型场效晶体管可以在开路状态下保存。本章小结本章小结1.晶体三极管是一种电流控制器件，具有电流放大作用；使用时有三种基本连接晶体三极管是一种电流控制器件，具有电流放大作用；使用时有三种基本连接方式，最常用的是共发射极接法；有三种工作状态，即截止、饱和和放大状态；方式，最常用的是共发射极接法；有三种工作状态，即截止
43、、饱和和放大状态；三个电极的电流关系是，在放大状态时；三个电极的电流关系是，在放大状态时； 值表示电流放大能力的大小；值表示电流放大能力的大小；ICBO、ICEO 反映了管子温度稳定性；三极管有反映了管子温度稳定性；三极管有 NPN型和型和PNP型两大基本类型。型两大基本类型。2.场效晶体管是一种电压控制器件，用栅极电压来控制漏极电流；具有高输入电场效晶体管是一种电压控制器件，用栅极电压来控制漏极电流；具有高输入电阻和低噪声的特点；表征管子性能的有转移特性曲线、输出特性曲线和跨导；阻和低噪声的特点；表征管子性能的有转移特性曲线、输出特性曲线和跨导；它有结型场效晶体管和绝缘栅场效晶体管两大类，每
44、类又有它有结型场效晶体管和绝缘栅场效晶体管两大类，每类又有 P 沟道、沟道、N沟道的沟道的区别；绝缘栅场效晶体管另有增强型和耗尽型两种。区别；绝缘栅场效晶体管另有增强型和耗尽型两种。本章重点本章重点1.掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。2.熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；主要参数及温度对参数的影响。主要参数及温度对参数的影响。3.了解了解 MOS 管的工作原理、特性曲线和主要参数。管的工作原理、特性曲线和主要参数。
45、本章难点本章难点1.晶体三极管的放大作用。晶体三极管的放大作用。2.输入、输出特性曲线及主要参数。输入、输出特性曲线及主要参数。学时分配学时分配序序 号号内内 容容学学 时时12. .1晶体三极管晶体三极管422. .2场效晶体管场效晶体管43本章小结本章小结4本章总课时本章总课时8第第 3 章单级低频小信号放大器章单级低频小信号放大器本章学习目标本章学习目标3.1放大器的基本概念放大器的基本概念3.2基本共射放大器基本共射放大器3.3放大电路的分析方法放大电路的分析方法3.4分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路本章小结本章小结本章学习目标本章学习目标1.了解放大器的方框图的组成，理解放大倍数
46、的概念。了解放大器的方框图的组成，理解放大倍数的概念。2.掌握基本共射极放大电路的组成，理解各元器件的作用，会分析其工作掌握基本共射极放大电路的组成，理解各元器件的作用，会分析其工作原理。原理。3.掌握基本共射放大电路的直流通路的画法，并能用估算法计算基本共射掌握基本共射放大电路的直流通路的画法，并能用估算法计算基本共射放大器的静态工作点，清楚静态工作点的作用。放大器的静态工作点，清楚静态工作点的作用。4.掌握基本共射放大电路的交流通路的画法，理解输入电阻、输出电阻的掌握基本共射放大电路的交流通路的画法，理解输入电阻、输出电阻的含义，掌握输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的计算。含义，掌握输入电
47、阻、输出电阻和电压放大倍数的计算。5.理解图解法的含义，会用图解法进行静态工作点分析并理解因静态工作理解图解法的含义，会用图解法进行静态工作点分析并理解因静态工作点设置不当引起的失真，了解失真消除的方法。点设置不当引起的失真，了解失真消除的方法。6.熟悉分压式偏置共射放大电路的构成及作用，理解其稳定静态工作点的熟悉分压式偏置共射放大电路的构成及作用，理解其稳定静态工作点的原理。原理。3.1放大器的基本概念放大器的基本概念3.1.1放大器概述放大器概述3.1.2放大器的放大倍数放大器的放大倍数3.1.1 放大器概述放大器概述 放大器：放大器：把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放
48、大。把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放大。扩音机框图扩音机框图扩音机是一种常见的放大器，如图所示。扩音机是一种常见的放大器，如图所示。 声音先经过话筒转换成随声音声音先经过话筒转换成随声音强弱变化的电信号；再送入电压放强弱变化的电信号；再送入电压放大器和功率放大器进行放大；最后大器和功率放大器进行放大；最后通过扬声器把放大的电信号还原成通过扬声器把放大的电信号还原成比原来响亮得多的声音。比原来响亮得多的声音。 3.1.2放大器的放大倍数放大器的放大倍数放大器的框图放大器的框图输入端输入端输入电流输入电流输出电流输出电流输入电压输入电压输出电压输出电压输出端输出端一、放大倍数
49、的分类一、放大倍数的分类 1电压电压放大倍数放大倍数ioVVAv ( (3. .1. .1) ) 2电流电流放大倍数放大倍数ioIIAi ( (3. .1. .2) ) 3功率放大倍数功率放大倍数ioPPAP ( (3. .1. .3) )三者关系为三者关系为 viPAAVIVIPPA iiooio ( (3. .1. .4) ) 二、放大器的增益二、放大器的增益增益增益 G：用对数表示放大倍数。单位为用对数表示放大倍数。单位为分贝分贝( (dB) )。1功率增益功率增益GP = 10lgAP(dB)2电压增益电压增益Gv = 20lgAv(dB) 3电流增益电流增益Gi = 20lgAi(d
50、B)增益为正值时，电路是放大器，增益为负值时，电路是衰减器。例如，放大器增益为正值时，电路是放大器，增益为负值时，电路是衰减器。例如，放大器的电压增益为的电压增益为 20 dB，则表示信号电压放大了，则表示信号电压放大了 10 倍。又如，放大器的电压增益为倍。又如，放大器的电压增益为 - -20 dB，这表示信号电压衰减到，这表示信号电压衰减到 1/10，即放大倍数为，即放大倍数为 0.1。3.2单级低频小信号放大器单级低频小信号放大器3.2.1单管共射基本放大电路单管共射基本放大电路3.2.2放大器的静态工作点放大器的静态工作点3.2.3共发射极电路的放大和反向作用共发射极电路的放大和反向作
