1、模块六模块六 模拟电子技术基础模拟电子技术基础任务任务1 二极管及其检测二极管及其检测任务任务2 整流滤波电路及稳压电路整流滤波电路及稳压电路任务任务3 三极管及其应用三极管及其应用任务任务4 认识场效应管认识场效应管 任务任务5 了解集成运算放大器在汽车上的应用了解集成运算放大器在汽车上的应用1半导体及其导电特性半导体及其导电特性 纯净的半导体具有晶体纯净的半导体具有晶体结构，所以半导体又称为结构，所以半导体又称为晶体。硅和锗的结晶纯度晶体。硅和锗的结晶纯度必须高于必须高于99.999999999999%（12个个9）时，这样提纯后的单）时，这样提纯后的单晶半导体称为本征半导体。晶半导体称为
2、本征半导体。在本征半导体中内部是在本征半导体中内部是共价键结构共价键结构。任务一任务一 二极管及其检测二极管及其检测图6-1 硅原子和单晶硅的结构一、半导体的基本知识一、半导体的基本知识图6-2 自由电子和空穴的产生 本征激发产生的自由电子带负电荷，空穴因失去电本征激发产生的自由电子带负电荷，空穴因失去电子带正电荷。它们都是带电荷的载流子，总是成对出现子带正电荷。它们都是带电荷的载流子，总是成对出现的，所以也叫的，所以也叫“电子电子空穴对空穴对”。2影响半导体材料导电能力的因素影响半导体材料导电能力的因素（1）掺杂性）掺杂性（2）热敏性）热敏性（3）光敏性）光敏性 3半导体的分类半导体的分类
3、按化学成分不同可分为按化学成分不同可分为:元素型半导体（如硅、锗）元素型半导体（如硅、锗）,化合物型半导体（如砷化镓、化合物型半导体（如砷化镓、硫化镉）硫化镉）按是否含杂质可分为按是否含杂质可分为:本征半导体本征半导体,杂质型半导体：杂质型半导体：N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体（1）N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiPSiSi硅或锗硅或锗+少量磷少量磷 N型半导体型半导体4、P型半导体和型半导体和N型半导体型半导体空穴空穴（2）P型半导体型半导体硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且空
4、穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动可以移动硅或锗硅或锗+少量硼少量硼 P型半导体型半导体杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体5、PN结及其单向导电性结及其单向导电性在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和型半导体和N型型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了成了PN结。结。图6-5 PN结的形成PN结正向偏置结正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，内电场减弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN+_正
5、向电流正向电流PN结的单向导结的单向导电性电性PN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_+内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小，A级级 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是：的意思都是：P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是：P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。综上所述，综上所述，PN结具有单向导电性结具有单向导电性 1普通二极管的结构和特性普通二极管的结构和特性（1）二极
6、管的结构和外形）二极管的结构和外形 图6-7 半导体二极管的外形一、普能晶体二极管一、普能晶体二极管二极管的结构：二极管的结构：VD，箭头指向二极管正箭头指向二极管正向导通时的电流方向导通时的电流方向。向。PNPN符号符号阳极阳极阴极阴极（2）二极管的分类）二极管的分类图6-9 二极管的结构示意图（3）二极管的伏安特性）二极管的伏安特性 伏安特性是指加在二极管两端的电压与通过它的伏安特性是指加在二极管两端的电压与通过它的电流之间的关系。电流之间的关系。1）正向特性）正向特性2）反向特性）反向特性 图6-10 二极管的伏安特性（a）硅二极管2CP6 图6-10 二极管的伏安特性（b）硅、锗二极管
7、的伏安特性比较例例1：二极管：二极管：死区电压死区电压=0.5V，正向压降正向压降0.7V(硅硅二极管二极管)理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0，正向，正向压降压降=0 总结：总结：二极管具有单向导电性，二极管只允许电流从管二极管具有单向导电性，二极管只允许电流从管“+”极流极流向管子向管子“”极，而不允许电流从极，而不允许电流从“”极流向极流向“+”极。极。它的单向导电性可以用水流和阀门的比喻来理解。它的单向导电性可以用水流和阀门的比喻来理解。二极管的伏安特性具有非线性。二极管的伏安特性具有非线性。二极管的伏安特性与温度有关。二极管的伏安特性与温度有关。图6-12 晶体二极管的单向
8、导电性比喻（a）水流顶开阀门 （b）水流压紧阀门2、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 指允许长期工作时流过二极管的最指允许长期工作时流过二极管的最大正向平均电流。大正向平均电流。（2）最高反向工作电压）最高反向工作电压URM 最高反向工作电压指二极管正最高反向工作电压指二极管正常使用时所允许加的最大的反向电压值常使用时所允许加的最大的反向电压值（3）最大反向电流）最大反向电流IRM 是指常温下二极管加最大反向电压是指常温下二极管加最大反向电压时，流过管子的反向电流。时，流过管子的反向电流。3、二极管的检测、二极管的检测图6-13 用万用表判断二极管的极性
9、和好坏（a）测正向电阻 （b）测反向电阻1用模拟式万用表检测二极管的单向导电性用模拟式万用表检测二极管的单向导电性2用模拟式万用表检测二极管的好坏用模拟式万用表检测二极管的好坏若测得的二极管的正向电阻小，反向电阻大，且两者相差很若测得的二极管的正向电阻小，反向电阻大，且两者相差很大，说明管子是好的。大，说明管子是好的。3用模拟式万用表判断二极管的极性用模拟式万用表判断二极管的极性注意：注意：用万用表测二极管时，不能用用万用表测二极管时，不能用R1和和R10K挡，挡，R1挡电流太大，可能烧坏二极管；挡电流太大，可能烧坏二极管；R10K挡电压太高，挡电压太高，可能会击穿管子。可能会击穿管子。三、特
10、殊二极管及其在汽车上的应用三、特殊二极管及其在汽车上的应用UZ（2）稳压二极管特性曲线）稳压二极管特性曲线（1）稳压二极管及符号）稳压二极管及符号当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在反向击穿状态下反向击穿状态下,当工当工作电流作电流IZ在在Izmax和和 Izmin之间时之间时,其两端电其两端电压近似为常数压近似为常数正向同正向同二极管二极管IZmaxUIIZIZmin稳定稳定电流电流稳定稳定电压电压1、稳压二极管、稳压二极管各种稳压二极管实物图各种稳压二极管实物图2、发光二极管、发光二极管?什么地方用到发光二极管呢什么地方用到发光二极管呢?（1）发光二极管的结构、符号）发光二极管的结构、符号
11、 发光二极管简称发光二极管简称LED，是一种能把电能转换成光能的，是一种能把电能转换成光能的特殊器件。它是采用砷（特殊器件。它是采用砷（As）、镓）、镓(Ga)、磷（、磷（P)合成的二合成的二极管，内部基本单元仍是一个极管，内部基本单元仍是一个PN结。这种二极管会发出结。这种二极管会发出可见光和不可见光（即电致发光），其亮度随着流过的电可见光和不可见光（即电致发光），其亮度随着流过的电流增大而提高，发光的颜色和构成流增大而提高，发光的颜色和构成PN结的材料有关。结的材料有关。在使用时必须正向偏置，还应在使用时必须正向偏置，还应串接一个限流电阻，不能超过串接一个限流电阻，不能超过极限电流极限电流
12、IFM。使用时，工作温度一般为使用时，工作温度一般为-2075，不要安装在发热，不要安装在发热元件附近。元件附近。图6-16 发光二极管外形及电路符号（2）发光二极管在汽车上的应用）发光二极管在汽车上的应用 主要用在仪表板上作为指示信号灯或报警信号灯主要用在仪表板上作为指示信号灯或报警信号灯.发光二极管除上述单个使用外，在汽车仪表中还常用发光二极管除上述单个使用外，在汽车仪表中还常用来作为显示器件，如经常被做成七字符段、十四字符段或来作为显示器件，如经常被做成七字符段、十四字符段或矩阵式发光器件，也可以显示图形符号矩阵式发光器件，也可以显示图形符号.图6-17 字符段显示法（a）7字符段（b）
13、14字符段（c）7字符显示的数字（d）14字符段显示的数字和字母（3）发光二极管的检测）发光二极管的检测 用万用表检测正反向电阻时，差值很小，不易区用万用表检测正反向电阻时，差值很小，不易区分，可以用图分，可以用图6-19所示的方法。这种方法可以检测汽所示的方法。这种方法可以检测汽车仪表板上的发光二极管的好坏。车仪表板上的发光二极管的好坏。图6-19 发光二极管的检测电路3、光电二极管、光电二极管（1）光电二极管外形及符号）光电二极管外形及符号图6-20 光电二极管的结构外形图 当光线照射在当光线照射在PN结时，半导体共价键中的电子将结时，半导体共价键中的电子将获得能量，产生的电子空穴对会增多
14、。在外加反向电获得能量，产生的电子空穴对会增多。在外加反向电压作用下，内电场增强，反向电流增加，反向电流大压作用下，内电场增强，反向电流增加，反向电流大小与光的照度成正比小与光的照度成正比。四、硅整流发电机整流器的检测四、硅整流发电机整流器的检测图6-17 用万用表判断二极管的极性和好坏（a）测正向电阻 （b）测反向电阻1用模拟式万用表检测二极管的单向导电性用模拟式万用表检测二极管的单向导电性2用模拟式万用表检测二极管的好坏用模拟式万用表检测二极管的好坏3、用模拟式万用表判断二极管的极性用模拟式万用表判断二极管的极性1、光电二极管在汽车上的应用、光电二极管在汽车上的应用 例如，丰田凌志例如，丰
15、田凌志LS400UCF10型轿车上装用的自动空型轿车上装用的自动空调系统中的日照强度传感器就是一个光电二极管。如图调系统中的日照强度传感器就是一个光电二极管。如图6-22所示，该传感器可以把太阳的照射情况转换成电流的变所示，该传感器可以把太阳的照射情况转换成电流的变化，车内自动空调计算机对这种变化进行检测，来调节排化，车内自动空调计算机对这种变化进行检测，来调节排风量和排风口温度。风量和排风口温度。图6-22 凌志LS400自动空调系统日照强度传感器线路 光电二极管作为光传光电二极管作为光传感器还被应用到汽车灯光感器还被应用到汽车灯光自动控制器中，用来检测自动控制器中，用来检测车辆周围亮、暗程
16、度。车辆周围亮、暗程度。五、特殊二极管在汽车上的应用五、特殊二极管在汽车上的应用2、稳压二极管在汽车上的应用、稳压二极管在汽车上的应用图6-15 稳压管的实验及在汽车上的应用（a）稳压管稳压作用实验电路 (b)简化的汽车仪表稳压电路 稳压管为汽车仪表提供稳定电源的电路，稳压管与电稳压管为汽车仪表提供稳定电源的电路，稳压管与电阻串联，与需要稳压的仪表并联。若仪表电压需稳定在阻串联，与需要稳压的仪表并联。若仪表电压需稳定在7V，就可使用额定电压为，就可使用额定电压为7V的稳压管。的稳压管。任务任务2 整流滤波电路及稳压电路整流滤波电路及稳压电路 将交流电变换成单向脉动电流的过程叫做整流，完成这将交
17、流电变换成单向脉动电流的过程叫做整流，完成这种功能的电路称为整流电路种功能的电路称为整流电路.常见的整流电路有：单相半波、全波、桥式和倍压整流常见的整流电路有：单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。单相桥式整流电路用得最为普遍。电路。单相桥式整流电路用得最为普遍。汽车硅整流发电机采用的是三相桥式整流电路。汽车硅整流发电机采用的是三相桥式整流电路。图6-22 整流的功能一、单相桥式全波整流电路一、单相桥式全波整流电路 图 6-23 桥式整流电路（a）桥式整流电路 (b)简化画法 (c)电路中电压与电流波形图 1单相桥式全波整流工作原理单相桥式全波整流工作原理二极管就是图中的闸门，电源电压为正半周时
18、，就相当于送来二极管就是图中的闸门，电源电压为正半周时，就相当于送来水的方向为上入下出的情况（图水的方向为上入下出的情况（图6-24a）电源电压为负半周时，就相当于送来水的方向为下入上出的情电源电压为负半周时，就相当于送来水的方向为下入上出的情况（图况（图6-24b）。）。图6-24 桥式整流的比喻 一个桥式闸门控制的水系，送入的水流是变化的，一个桥式闸门控制的水系，送入的水流是变化的，但送出的水流方向总是如图但送出的水流方向总是如图6-24c所示不变。所示不变。图6-24 桥式整流的比喻4只二极管中两个、两只二极管中两个、两个地轮流导通，轮流个地轮流导通，轮流截止。因此在整个周截止。因此在整
19、个周期内，负载电阻期内，负载电阻RL上上均有电流流过，而且均有电流流过，而且始终是一个方向，即始终是一个方向，即都是从负载的上端流都是从负载的上端流向下端，所以称为全向下端，所以称为全波整流。负载波整流。负载RL上电上电压、电流的波形如图压、电流的波形如图6-24（c）所示。）所示。2负载获得的直流电压和电流负载获得的直流电压和电流该直流电路输出的直流电压的平均值为该直流电路输出的直流电压的平均值为2220o9.022)d(sin21UUttUU即即:整流输出电压平均值：整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 其中其中U2变压器次
20、级电压的有效值。变压器次级电压的有效值。3整流二极管的选择原则整流二极管的选择原则（1）流过二极管的平均电流）流过二极管的平均电流（2）最大反向电压）最大反向电压URMLVRUII2045.021二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：RM22UU在桥式整流电路中，每个二在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均流过每只整流二极管的平均电流电流 IV 是负载平均电流的是负载平均电流的一半。一半。（选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2IV)（选购时：（选购时：最大反向电压最大反向电压 2URM)二、滤波电路滤波电路的结构特点滤波
21、电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLC1 1、电容滤波电路、电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。(1)电容滤波原理电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有
22、电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形uotu2上升，上升，u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo=uc u2u2下降，下降，u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电，uc按指数按指数规律下降，时间常数规律下降，时间常数 =RL C
23、u2tuot只有整流电路输只有整流电路输出电压大于出电压大于uc时，时，才有充电电流。才有充电电流。因此二极管中的因此二极管中的电流是脉冲波。电流是脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC一般取一般取)105(TCRL-(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2 Io=Uo/RL 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 输出电压输出电压 平均
24、值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压22UURM2 2、电感滤波电路、电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了就构成了电感滤波电路。电感滤波电路。u2u1RLLuo（1）从阻抗的角度分析滤波原理）从阻抗的角度分析滤波原理（2）从能量的角度分析滤波原理）从能量的角度分析滤波原理 电感滤波原理电感滤波原理 对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上
25、。因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上3复式滤波电路复式滤波电路采用的电路形式主要有：采用的电路形式主要有：LC滤波器（图滤波器（图6-27）、）、型型LC滤波滤波器（图器（图6-27）、）、型型RC滤波器（滤波器（6-29）等。）等。图6-27 LC滤波器 图6-28 型LC滤波器 图6-29 型RC滤波器三、稳压管稳压电路的原理三、稳压管
26、稳压电路的原理 图6-30 稳压管并联稳压电路电路由稳压管电路由稳压管DZ和限流电阻和限流电阻R组成，组成，稳压管为反向连稳压管为反向连接，它与负载电接，它与负载电阻阻RL并联后，再并联后，再与限流电阻串联，与限流电阻串联，属于并联型稳压属于并联型稳压电路。电路。分两种情况分析其稳压过程。分两种情况分析其稳压过程。1负载电阻负载电阻RL不变，电网电压波动时不变，电网电压波动时 （1）当负载电阻不变，电网电压）当负载电阻不变，电网电压U上升时，滤波电路输出上升时，滤波电路输出电压电压U0=UC也随之增加，如果电阻也随之增加，如果电阻R的阻值选择适当，最的阻值选择适当，最终可使终可使U0基本上保持
27、不变。稳压过程可表示如下：基本上保持不变。稳压过程可表示如下：UU0Uo（UZ）IZ（急剧）（急剧）IRURUo 2电源电压不变，负载电阻电源电压不变，负载电阻RL发生变化时发生变化时假设电网电压假设电网电压U保持不变，负载电阻保持不变，负载电阻RL减小时的稳压过程如减小时的稳压过程如下：下：RLUoUZ IZ（急剧）（急剧）IRURUo（=UUR），从而使，从而使U0基本保持不变。基本保持不变。稳压二极管稳压电路是由稳压管的电流调节作用和限稳压二极管稳压电路是由稳压管的电流调节作用和限流电阻流电阻R的电压调节作用互相配合实现稳压的的电压调节作用互相配合实现稳压的。稳压二极管稳压电路中必须串接
28、一个限流电阻。稳压二极管稳压电路中必须串接一个限流电阻。二、硅稳压管稳压电路限流电阻和稳压管的选择二、硅稳压管稳压电路限流电阻和稳压管的选择（1）稳压电路中的稳定电压应按负载电压选取，即）稳压电路中的稳定电压应按负载电压选取，即UZ=Uo。（2）限流电阻）限流电阻R的大小应该满足两个条件（两种极端情况）的大小应该满足两个条件（两种极端情况）minmaxImLZZaxIIUUR-maxImLZZinIIUUR-ZLZinIIRUU-maxIm稳压管的稳定电流稳压管的稳定电流IZ 四、桥式整流电路的应用四、桥式整流电路的应用1.单相桥式电路的计算单相桥式电路的计算【练一练【练一练6-1】一单相桥式
29、整流电路接到】一单相桥式整流电路接到220V正弦工频交流正弦工频交流电源上，负载电阻电源上，负载电阻RL50，负载电压平均值，负载电压平均值U0100V。根据电路要求选择整流二极管。根据电路要求选择整流二极管。【思考】设计一个单相桥式整流电路，要输出【思考】设计一个单相桥式整流电路，要输出36V的直流电的直流电压，压，100mA的直流电流，请为该电路选择合适的二极管。的直流电流，请为该电路选择合适的二极管。2.硅整流发电机的整流电路硅整流发电机的整流电路图6-31 三相桥式整流电路及电压波形（a）硅整流发电机的整流电路 （b）三相定子绕组产生的三相交流电波形 （c）整流后负载获得的直流电压波形
30、分析其工作原理分析其工作原理 任务任务3 晶体三极管及应用晶体三极管及应用一、晶体管的结构与分类一、晶体管的结构与分类图6-32 三极管内部结构示意图及电路符号（a）NPN型管 （b）NPN型管电路符号 （c）PNP型管 （d）PNP型管电路符号BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的内部结构条件：足实现放大的内部结构条件：并且集电结的面积要大，集电结的面积小，以利于并且集
31、电结的面积要大，集电结的面积小，以利于收集载流子。收集载流子。二、三极管的电流放大作用二、三极管的电流放大作用 三极管的电流放大作用：以基极电流的微小变化控制三极管的电流放大作用：以基极电流的微小变化控制集电极电流较大变化的作用，即集电极电流较大变化的作用，即“以小控大、以弱控强以小控大、以弱控强”的作用，并非真正把小电流放大了的作用，并非真正把小电流放大了。实现电流放大作用的基本条件是：发射结必须加正向实现电流放大作用的基本条件是：发射结必须加正向电压（正偏），集电结则要加反向电压（反偏）。电压（正偏），集电结则要加反向电压（反偏）。1.三极管的工作电压和基本连接方式三极管的工作电压和基本连
32、接方式（1）工作电压）工作电压 对于对于NPN型：型：UCUBUE；对于对于PNP型：型：UEUBUC。图6-33 三极管外加电压与电流方向 其中其中VT为三极管，为三极管，UCC为集电极电源电压，为集电极电源电压，UBB为为基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好相反，相反，Rb为基极电阻，为基极电阻，RC为集电极电阻为集电极电阻（2）放大电路的基本连接方式）放大电路的基本连接方式图6-34 三极管放大电路的三种组态 图图6-34中中“”表示公共端，又称接地端。无论采表示公共端，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
33、，才用哪种接法，都必须满足发射结正偏，集电结反偏，才能使三极管具有电流放大作用。能使三极管具有电流放大作用。2电流放大原理电流放大原理（1）注入过程）注入过程（2）扩散与复合过程）扩散与复合过程（3）收集过程）收集过程 图6-35 NPN型三极管中载流子的运动 BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管三个电极中的电流的方向如图，各电极间的电流分配三个电极中的电流的方向如图，各电极间的电流分配关系：关系：IE=IB+IC三极管的电流放大倍数三极管的电流放大倍数 和和 BC_II 共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数 ：工作于动态的三极管，真正的信号是叠
34、加在直流上的工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变，相应的集电极电流变化为化为 IC，则，则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：BIIC UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。5.3704.05.1IIBC_ 4004.006.05.13.2IIBC-在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=例例3电流放大作用比喻电流放大作用比喻图6-36 晶体管电流放大作用比喻 若三极管看作一若三极管看作一个电流的控制阀，个电流的控制阀，而基极
35、就是控制这而基极就是控制这个电流的阀门个电流的阀门三、三极管的基本参数三、三极管的基本参数 1电流放大系数电流放大系数 电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。（1）共发射极交流电流放大系数）共发射极交流电流放大系数。（2）共发射极直流电流放大系数）共发射极直流电流放大系数 。2极间反向电流极间反向电流（1）集电极）集电极基极间的反向电流基极间的反向电流ICBO（2）集电极）集电极发射极间的反向电流发射极间的反向电流ICEO。图6-38 三极管的ICEO和ICBO集电极电流集电极电流I IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的
36、下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为I ICM。3极限参数极限参数（1）集电极最大电流）集电极最大电流ICM（2）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCMPC=ICUCE必定导致结温上升，所以必定导致结温上升，所以PC有限制。有限制。PC PCM（3）反向击穿电压：）反向击穿电压：CEOBRU)(EBOBRU)(CBOBRU)(图6-39 三极管的安全工作区三极管工作时必须保证工作在安全区内，并留有一定三极管工作时必须保证工作在安全区内，并留有一定的余量。的余量。四、三极管的状态及开关电路四、三极管的状态及开关电路 三极管除了可作
37、为放大三极管除了可作为放大器件应用于各种模拟电路中器件应用于各种模拟电路中之外，还可以用来充当一个之外，还可以用来充当一个开关的作用，只工作在截止开关的作用，只工作在截止状态或饱和状态。状态或饱和状态。（一）饱和状态和截止状态（一）饱和状态和截止状态1饱和状态饱和状态 IC曲线近似于直线上升的曲线近似于直线上升的部分与纵坐标之间的区域称部分与纵坐标之间的区域称为饱和区，为饱和区，IC不再随着不再随着IB增增加而增加，如图加而增加，如图6-39。图6-39 三极管的安全工作区2截止状态截止状态 在基极电流在基极电流IB=0曲线以下的区域称为截止区，如图曲线以下的区域称为截止区，如图6-39所示。
38、所示。工作在截止状态的条件：工作在截止状态的条件：发射结反向偏置或零偏置、集发射结反向偏置或零偏置、集电结处于反向偏置。电结处于反向偏置。此时此时IB0，Ic0，集电极，集电极C和发射极和发射极E间的管压降高间的管压降高（UceUCC，见图，见图6-37），呈现出高电阻状态，），呈现出高电阻状态，C、E之间之间相当于一个断开的开关相当于一个断开的开关，几乎无电流通过。，几乎无电流通过。工作在饱和状态的条件：工作在饱和状态的条件：发射结和集电结都处于正向偏发射结和集电结都处于正向偏置，置，此时管压降（此时管压降（Uce0）很低，但电流很大，呈现出低）很低，但电流很大，呈现出低电阻状态，电阻状态，
39、C、E之间相当于一个闭合的开关之间相当于一个闭合的开关。（二）三极管开关电路（二）三极管开关电路1NPN三极管开关电路三极管开关电路（1）NPN三极管的开关状态三极管的开关状态图6-40 NPN三极管的开关状态（a）基极输入一个高电位信号 （b）基极输入一个低电位信号 当基极当基极b输入一个高电位控输入一个高电位控制信号时，制信号时，VT进入饱和导通进入饱和导通状态，状态，C、E间相当于闭合的间相当于闭合的开关。开关。当基极当基极b高电位控制信号撤高电位控制信号撤离后（输入低电位），管子进离后（输入低电位），管子进入截止状态，入截止状态，C、E间相当于间相当于断开的开关（图断开的开关（图6-4
40、0b）。）。（2）NPN管开关电路的实验管开关电路的实验图6-42 NPN管开关电路实验装置 如图如图6-42，当按下开关后，当按下开关后，VT管有基极电流，处管有基极电流，处于饱和导通状态，看到发光二极管发光；当断开开关于饱和导通状态，看到发光二极管发光；当断开开关后，基极无电流，后，基极无电流，VT管处于截止状态，发光二极管熄管处于截止状态，发光二极管熄灭。灭。2PNP三极管开关电路三极管开关电路 当加在基极当加在基极b上的控制信号的电位低于发射极电位时，上的控制信号的电位低于发射极电位时，三极管进入饱和导通状态，三极管进入饱和导通状态，C、E间相当于闭合的开关间相当于闭合的开关（图（图6
41、-43a）。当基极）。当基极b低电位控制信号撤离后，管子进入低电位控制信号撤离后，管子进入截止状态，截止状态，C、E间相当于断开的开关（图间相当于断开的开关（图6-43b）。）。图6-43 PNP三极管的开关状态（a）基极输入一个低电位信号 （b）基极输入一个高电位信号3多极开关电路多极开关电路（1）两级开关电路的工作原理）两级开关电路的工作原理图6-44 三极管多级开关电路图（a）两级开关电路【想一想想一想】图图6-44（a）中）中LED要想要想发光，须使发光，须使VT2处于什么处于什么状态？状态？若要使若要使VT2导通，导通，B点是点是处于高位还是低电位？处于高位还是低电位？VT1的状态又
42、与的状态又与A点的电点的电位是什么关系？位是什么关系？开关闭合时开关闭合时A点的电位是点的电位是高还是低？高还是低？开关打开时，开关打开时，A点的电位点的电位高低状态？高低状态？注意：注意：前后两个三极管的状态是正好相反。如前后两个三极管的状态是正好相反。如VT1导通时，导通时，VT2状态是截止的。状态是截止的。VT2、VT3的状态是相反的，这样，的状态是相反的，这样，VT1、VT3两管的状态是相同的。在电路中，只要控制了输两管的状态是相同的。在电路中，只要控制了输入级的入级的VT1的状态，也就控制了输出级的的状态，也就控制了输出级的VT3的状态，就起的状态，就起到了控制用电设备电路的作用。到
43、了控制用电设备电路的作用。图6-44 三极管多级开关电路图（b）三级开关电路五、达林顿管（复合管）五、达林顿管（复合管）其放大倍数为其放大倍数为:=12。图6-45 复合管的几种接法（a）NPN型 (b)PNP型 (c)PNP型 (d)NPN型 汽车电子点火系统的点火控制模块大多采用达林顿管汽车电子点火系统的点火控制模块大多采用达林顿管做为输出端，达林顿管与负载的连接见图做为输出端，达林顿管与负载的连接见图6-46。图6-46 达林顿管与负载的连接举例：点火模块中的复合管举例：点火模块中的复合管VT与负载的连接与负载的连接六、特殊晶体管六、特殊晶体管1 1、晶闸管、晶闸管（ThyristorT
44、hyristor）别名：别名：可控硅（可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是是一种一种大功率半导体器件，出现于大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。体器件由弱电领域扩展到强电领域。特点：特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域：应用领域：整流（交流整流（交流 直流）直流）逆变（直流逆变（直流 交流）交流）变频（交流变频（交流 交流）交流）斩波（直流斩波（直流 直
45、流）直流）此外还可作无触点开关等。此外还可作无触点开关等。（1 1）晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 P1P2N1N2四四 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）A（阳极）（阳极）内部为内部为PNPN四层半导体四层半导体结构结构三三 个个 PN结结电路符号电路符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK阳极阳极阴极阴极控制极控制极内部等效为两个三极管组成内部等效为两个三极管组成1 1）晶闸管的导电特性）晶闸管的导电特性晶闸管导通条件：在阳极正向电压的前提下，门极加足够晶闸管导通条件：在阳极正向电压的前提下，门极加足够大的瞬间正向（大的瞬间正向（UGK0 0）触发电
46、压。）触发电压。晶闸管关断条件：使晶闸管关断条件：使IAIH（IH为维持电流，关于维持电为维持电流，关于维持电流在后面有解释）或将阳极电压降至零或使其反向。流在后面有解释）或将阳极电压降至零或使其反向。2）晶闸管的导电工作原理）晶闸管的导电工作原理晶闸管是由晶闸管是由P型和型和N型半导体交替叠合成型半导体交替叠合成PNPN四层而四层而构成，它有三个构成，它有三个PN结（结（J1、J2、J3），如图），如图6-49（a）所）所示。示。图6-49 晶闸管结构 图6-49 晶闸管结构及其导电特性的比喻（a）晶闸管结构 （b）门极开路时将晶闸管的四层半导体和三个将晶闸管的四层半导体和三个PN结比喻成水
47、管和阀门，便容结比喻成水管和阀门，便容易理解晶闸管的导电特性。易理解晶闸管的导电特性。门极开路（门极开路（IG=0）。当晶闸）。当晶闸管门极开路（管门极开路（IG=0）时，相当）时，相当于没有顶开阀门于没有顶开阀门J2的水流（阀的水流（阀门门J2未打开），如图未打开），如图6-49b所示。所示。因此因此,当晶闸管门极开路时，无当晶闸管门极开路时，无论阳极加正向电压还是加反向论阳极加正向电压还是加反向电压，它都处于关断状态。电压，它都处于关断状态。门极加正向电压门极加正向电压UGK（门极为高电位，阴极为低电位）。（门极为高电位，阴极为低电位）。当晶闸管门极加足够大的正向电压（当晶闸管门极加足够大
48、的正向电压（UGK0）时，相当）时，相当于有了足以顶开阀门于有了足以顶开阀门J2并使其上翻的水流并使其上翻的水流IG，如图，如图6-49c所所示。示。晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。图6-49 晶闸管结构及其导电特性的比喻（c）门极加正向电压时（3）怎样才能将导通后的晶闸管关断）怎样才能将导通后的晶闸管关断方法一：方法一：减小阳极电流减小阳极电流IA，使其小于晶闸管维持导通所需的，使其小于晶闸管维持导通所需的最小电流（称为维持电流，用最小电流（称为维持电流，用IH表示），即表示），即IAIH。方法二方法二：将阳极电压降至零或使其反向。：将阳极电压降至零或
49、使其反向。（4）晶闸管的主要参数）晶闸管的主要参数1）额定正向平均电流）额定正向平均电流IT（或叫通态平均电流）。（或叫通态平均电流）。2）正向重复峰值电压）正向重复峰值电压UDRM。3）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压URRM。4）维持电流）维持电流IH。5）通态平均电压）通态平均电压UT。5）晶闸管的型号）晶闸管的型号 根据机械工业部颁发标准根据机械工业部颁发标准JB114475规定，规定，KP系列系列普通晶闸管的型号及含义如下：普通晶闸管的型号及含义如下：K P 第第1项：项：K晶闸管；晶闸管；P普通型。普通型。第第2项：额定通态平均电流项：额定通态平均电流 第第3项：正反向重复峰值电
50、压级数项：正反向重复峰值电压级数 第第4项：通态平均电压组别（小于项：通态平均电压组别（小于100A时不标级）时不标级）2、光电三极管、光电三极管光电三极管也叫光敏三极管或光电管光电三极管也叫光敏三极管或光电管,它和光电二极管都是利它和光电二极管都是利用光电效应制成的半导体器件用光电效应制成的半导体器件。图6-50 光电三极管的等效电路及符号（a）等效电路 (b)符号 光电三极管的基本应用电路如图光电三极管的基本应用电路如图6-51所示，所示，A点电位点电位随着外界光线的照射而发生变化。随着外界光线的照射而发生变化。图6-51 光电三极管的基本应用电路3、光电耦合器、光电耦合器 发光器和受光器
