1、第第4章章半导体电路基础半导体电路基础研究电子器件、电子电路、电子系统及其应研究电子器件、电子电路、电子系统及其应用的科学技术。用的科学技术。电子技术电子技术信息电子技术信息电子技术电力电子技术电力电子技术模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术电子技术电子技术电子器件电子器件电真空器件：电子管、显像荧光屏管、荧光屏电真空器件：电子管、显像荧光屏管、荧光屏半导体器件：二极管、三极管、场效应管半导体器件：二极管、三极管、场效应管集成器件：集成器件：CPU、寄存器、运算放大器、寄存器、运算放大器半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅
2、、砷化镓和一些硫化物、氧化物如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。等。4.1 半导体器件的基本知识半导体器件的基本知识及半导体二极管及半导体二极管绝缘体：绝缘体：导体：导体：1.结构特点结构特点本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。4.1.1 本征半导体本征半导体晶体结构晶体结构半导体：硅和锗半导体：硅和锗Ge锗锗Si硅硅共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子每个原子与其相邻的原子之间共用一对价电子形成每个原子与其相邻的原子之间共用一对价电子形成共价键。共价键。共价键共价键形成共价键后，每个原
3、子的最外层电子是八个，形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。构成稳定结构。共价键有很强的结共价键有很强的结合力，使原子规则合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为为束缚电子束缚电子，在在绝对零度（绝对零度（273 C）电子没有能电子没有能力脱离共价键的束缚，也就没有电子能够脱离原力脱离共价键的束缚，也就没有电子能够脱离原子结构成为自由电子跑出来导电，这时它是子结构成为自由电子跑出来导电，这时它是良好良好的绝缘体的绝缘体。在绝对在绝对零零度度（T=0K）和没有外界能量激发时和没有外界能
4、量激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），相当于），相当于绝缘体。绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。（1）载流子）载流子自由电子和空穴自由电子和空穴2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子本征半导体中存在数量相等的两种载流
5、子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。+4+4+4+4在力的作用下，空穴吸在力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载因此可以认为空穴是载流子。流子。（2）本征半导体的导电机理）本征半导体的导电机理温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。本征半导体的导电
6、能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成：自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子
7、浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。4.1.2 杂质半导体杂质半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以自由电子浓度远大于空穴浓度。由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（自由电子称为多数载流子（多子多子），空穴称为少数），空穴称为少数载流子（载流子（少子少子）。近似认为多子与杂质浓度相等。）。近似认为多子与杂质浓度相等。1、N 型半导体型半导体+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体
8、中空穴是多子，电子是少子。2、P 型半导体型半导体3、杂质半导体的示意表示法、杂质半导体的示意表示法杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子起导电作用的主要是多子。P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体1.PN 结的形成结的形成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 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。4.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 动画动画漂
9、移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，这时这时两边虽有载流子的往返，但扩散多少就漂移多少空两边虽有载流子的往返，但扩散多少就漂移多少空间电荷区的厚度不变。间电荷区的厚度不变。1）空间电荷区中没有载流子。）空间电荷区中没有载流子。2）空间电荷区中内电场阻碍）空间电荷区中内电场阻碍多子多子作作扩散扩散运动。运动。促进少子作漂移运动。促进少子作漂移运动。3）在无外电场的作用下，在无外电场的作用下，PN结没有电流流过。结没有电流流过。注意注意:PN 结加上正向电压（正向偏置），结加上正向电压（
10、正向偏置），即即 P 区加正、区加正、N 区加负电压。区加负电压。PN 结加上反向电压（反向偏置），结加上反向电压（反向偏置），即即P区加负、区加负、N 区加正电压。区加正电压。动画动画2.PN结的单向导电性结的单向导电性+RE内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多内电场被削弱，多子的子的扩散加强扩散加强形成形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。正向电流包括空穴电流和电子电流两部分。正向电流包括空穴电流和电子电流两部分。（1）PN 结正向偏置结正向偏置在一定范围内，外电场愈强，正向电流在一定范围内，外电场愈强，正向电流(由由P区流向区流向N区的电流区的电流)愈大。愈大。PN结表
11、现为低电阻，即导通状态相当于开关的接通。结表现为低电阻，即导通状态相当于开关的接通。正向电流为：正向电流为：RUI 由于由于PN结电阻较小，正向电流会很大，结电阻较小，正向电流会很大，PN结易烧结易烧坏，所以要加限流电阻坏，所以要加限流电阻R。+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP_内电场被加强，多子的扩内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子散受抑制。少子漂移加强漂移加强，但少子数量有限，只能形但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。成较小的反向电流。RE（2）PN 结反向偏置结反向偏置由于少数载流子的数量有限（且温度不变时少子浓度由于少数载流子的数量有限（且温度不变时少子浓度不变），因此反向电
12、流不仅很小而且在一定范围内不不变），因此反向电流不仅很小而且在一定范围内不随外加电压变化。故又称它为反向饱和电流随外加电压变化。故又称它为反向饱和电流IS 。PN结显现的反向电阻很高，即截止状态相当于开关结显现的反向电阻很高，即截止状态相当于开关的断开。的断开。少数载流子是由于价电子获得热能（热激发）挣脱少数载流子是由于价电子获得热能（热激发）挣脱共价键的束缚而产生的，环境温度愈高，少数载流共价键的束缚而产生的，环境温度愈高，少数载流子的数目愈多。子的数目愈多。温度对反向电流的影响很大。温度对反向电流的影响很大。PN结：具有单向导电性结：具有单向导电性在在PN结上加正向电压时，结上加正向电压时
13、，PN结电阻很低正向电结电阻很低正向电流较大（流较大（PN结处于导通状态）；结处于导通状态）；加反向电压时，加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小结电阻很高，反向电流很小（PN结处于截止状态）。结处于截止状态）。4.1.4 半导体二极管半导体二极管PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。1.基本结构基本结构点接触型二极管：点接触型二极管：一般为锗管。它的一般为锗管。它的PN结结面积很小，因此不能通过结结面积很小，因此不能通过较大电流，但其高频性能好，故一般适用于高频和小较大电流，但其高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关
14、元件。功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。面接触型二极管：面接触型二极管：一般为硅管。它的一般为硅管。它的PN结结面积大（结电容大），故可结结面积大（结电容大），故可通过较大电流（可达上千安培），但其工作频率较低通过较大电流（可达上千安培），但其工作频率较低一般用作整流。一般用作整流。二极管符号二极管符号在在使用二极管时，必须注意极性不能接错，否则电使用二极管时，必须注意极性不能接错，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。可能。D（diode）有色道的有色道的是负极是负极UI死区电压死区电压 硅管硅管0.6V 锗管锗管0.2V。
15、导通压降导通压降:硅管硅管0.60.8V锗管锗管0.20.3V反向击穿反向击穿电压电压UBR2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性死区死区导通区导通区反向反向截止区截止区反向反向击穿击穿区区UBRUTUon0IS反向饱和反向饱和电流电流Is(A)(mA)(V)二极管具有单向导电性。二极管具有单向导电性。二极管的开关特性二极管的开关特性二极管处于导通状态二极管处于导通状态相当于开关的闭合；相当于开关的闭合；二极管处于截止状态二极管处于截止状态相当于开关的断开。相当于开关的断开。开关二极管：开关二极管：正向导通电阻正向导通电阻几十几百几十几百反向截止电阻反向截止电阻100M以上以上开关时间仅几个开关
16、时间仅几个ns反向击穿反向击穿击穿发生在空间电荷区。击穿发生在空间电荷区。发生击穿的原因：发生击穿的原因：雪崩击穿：处于强电场中的载流子获得足够大的雪崩击穿：处于强电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格而将价电子碰撞出来，产生电子能量碰撞晶格而将价电子碰撞出来，产生电子空穴对，新产生的载流子在电场作用下获得足够空穴对，新产生的载流子在电场作用下获得足够能量后又通过碰撞产生电子空穴对。如此形成连能量后又通过碰撞产生电子空穴对。如此形成连锁反应，反向电流越来越大，最后使得二极管反锁反应，反向电流越来越大，最后使得二极管反向击穿。向击穿。齐纳击穿：强电场直接将共价键中的价电于拉出齐纳击穿：强电场直接
17、将共价键中的价电于拉出来，产生电子空穴对，形成较大的反向电流。来，产生电子空穴对，形成较大的反向电流。理想二极管：理想二极管：死区死区UT电压电压=0 V正向正向Uon压降压降=0 V反向饱和电流反向饱和电流Is=0 A（1）最大整流电流最大整流电流 ICM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。（2）反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电
18、压手册上给出的最高反向工作电压URM一般是一般是UBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。3.主要参数主要参数反向电流反向电流IRM越小，说明二极管的单向导电性能越越小，说明二极管的单向导电性能越好，但反向电流受温度的影响很大。使用中应加以好，但反向电流受温度的影响很大。使用中应加以注意。注意。硅管的反向电流较小，一般在几个微安以下。硅管的反向电流较小，一般在几个微安以下。锗管的反向电流较大为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大为硅管的几十到几百倍。（3）最大反向电流最大反向电流 IRM在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流值。在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流值。iD uDiDuD
19、IDUDQrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：DDDiurrDQ附近的微小变化区域内的电阻。附近的微小变化区域内的电阻。（4）动态电阻）动态电阻 rD两部分组成：两部分组成：势垒电容势垒电容CB 扩散电容扩散电容CD（5）二极管的极间电容二极管的极间电容势垒区是积累势垒区是积累空间电荷空间电荷的区域，当电压变化时，的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。所表现出的电容是势垒电容。P+-N势垒势垒电容电容CBCB在正向和
20、反向偏置时均不能忽略。在正向和反向偏置时均不能忽略。扩散电容扩散电容CD：为了形成正向电流（扩散电流），注入为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的电子区的电子在在P 区越靠近区越靠近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电子的区有电子的积累。同理，在积累。同理，在N区有空穴的积累。区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。正向电流大，积累的电荷多。这样这样形成形成的电容的电容效效应应就是扩散电容就是扩散电容CD。反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电
21、容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd等效电路等效电路uiuott二极管半波整流二极管半波整流4.二极管应用电路二极管应用电路RLuiuo+-tttuiuRuo二极管起检波作用：二极管起检波作用：除去正尖脉冲。除去正尖脉冲。检波电路检波电路RRLuiuRuo+-+微分电路微分电路例题例题1VBR+6vDADBVAVF如图所示为理想二极管构成的电路，求以下几种情况如图所示为理想二极管构成的电路，求以下几种情况下输出端的电位下输出端的电位VF。（1）VA=3V，VB=0V（2）VA=VB=3V（3）VA=VB=0VVBR+6vDADBVAVF（3）VA=VB=0V（1）VA=3V，VB=0VDA截
22、止，截止，DB导通导通 VF=0V（2）VA=VB=3VDA和和 DB导通导通 VF=3VDA和和 DB导通导通 VF=0V例题例题2R-+12V+9V-D+-U03k求：求：U0？D截止，截止，U0-9V未接二极管未接二极管D时时Va=-12V，Vb=-9Vab（1）稳压二极管稳压二极管5.特殊二极管特殊二极管1）稳压二极管的伏安特性）稳压二极管的伏安特性UIZIZmax UZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳定。电压越稳定。UZIZminI-+DZ符号符号稳定电压稳定电压 UZ：稳压管在正常工作时管子两端的电压。稳压管在正常工作时管子两端的电压。2）稳压二极管的参数）稳压二极管的
23、参数UIZUZI稳定电流稳定电流IZ：指稳压管在正常工作时指稳压管在正常工作时的参考电流。的参考电流。电压温度系数电压温度系数 U（%/）温度升高时，耗尽层减小，耗尽层中，原子的价电子上温度升高时，耗尽层减小，耗尽层中，原子的价电子上升到较高的能量，较小的电场强度就可以把价电子从原升到较高的能量，较小的电场强度就可以把价电子从原子中激发出来产生齐纳击穿，因此它的温度系数是负的。子中激发出来产生齐纳击穿，因此它的温度系数是负的。雪崩击穿发生在耗尽层较宽电场强度较低时，温度增加雪崩击穿发生在耗尽层较宽电场强度较低时，温度增加使晶格原子振动幅度加大，阻碍了载流子的运动。这种使晶格原子振动幅度加大，阻
24、碍了载流子的运动。这种情况下，只有增加反向电压，才能发生雪崩击穿，因此情况下，只有增加反向电压，才能发生雪崩击穿，因此雪崩击穿的电压温度系数是正的。雪崩击穿的电压温度系数是正的。060606UZUZUZVUVUVU齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿最大允许功耗最大允许功耗:ZmaxZZMIUP 动态电阻：动态电阻：ZZZIUr最大、最小稳定电流：最大、最小稳定电流：IZmax、IZmin。UIZIZmax UZUZIZminI IZ要求：当输入电压由正常值发生要求：当输入电压由正常值发生 20%波动时，负载波动时，负载电压基本不变。电压基本不变。求：电阻求：电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正
25、常值。的正常值。5mA 20mA,V,10minmaxZZZIIU稳压管的技术参数稳压管的技术参数:负载电阻负载电阻 。k2RL举例举例uoiZDZ+iLiuiRL+-R输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为IZmax。mA2521020RLZmaxUIiZ10R25R2.1ZiUiu（1）解：解：输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为IZmin。mA102105RLZZminUIi10R10R8.0ZiUiu（2）联立求解，得：联立求解，得：k5.0R,V75.18iuuoiZDZ+iLiuiRL+-R反向电流随光照
26、强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加（2）光电二极管光电二极管有正向电流流过时，有正向电流流过时，发出一定波长范围发出一定波长范围的光。的光。（3）发光二极管发光二极管发光管可以发出从红外到可见发光管可以发出从红外到可见波段的光。波段的光。正向导通电压：正向导通电压：1.42.1V长脚为正极长脚为正极课外阅读课外阅读 1（1）二极管种类及其应用）二极管种类及其应用（2）发光二极管的在照明灯和车灯中的应用）发光二极管的在照明灯和车灯中的应用4.2 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 4.2.1 双极型三极管的伏安特性双极型三极管的伏安特性及主要参数
27、及主要参数半导体三极管（晶体管）是最重要的一种半导体器半导体三极管（晶体管）是最重要的一种半导体器件。件。广泛应用于各种电子电路中。广泛应用于各种电子电路中。BECNNP基极基极base发射极发射极emitter集电极集电极collectorNPN型型PNP型型1.基本结构和符号基本结构和符号目前国内生产的硅三极管多为目前国内生产的硅三极管多为NPN（3D系列）；锗三系列）；锗三极管多为极管多为PNP（3A系列）。系列）。BECPPN集电极集电极基极基极发射极发射极基区：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：发射区：掺杂浓度较高掺杂浓度较高内部特征内部特
28、征BECPPN集电极集电极基极基极发射极发射极发射结发射结集电结集电结三极管具有三个极、三个区、两个（三极管具有三个极、三个区、两个（PN）结。）结。BECPPN集电极集电极基极基极发射极发射极BECNNPECRCEBRBIEICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE动画动画（1）载流子的运动）载流子的运动2.电流放大的原理电流放大的原理IB=IBE-ICBO IBEICE与与IBE之比称为静态（直流）电流放大倍数之比称为静态（直流）电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。BCCBOBCBOCBECEIIIII
29、IIIICE与与 IBE之比称为交流电流放大倍数之比称为交流电流放大倍数BECEII（2）电流放大的原理）电流放大的原理BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管双极型三极管的双极型三极管的符号符号ICmA AVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路3.伏安特性曲线伏安特性曲线RCV实验数据实验数据IB(mA)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA)0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE(mA)0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05BCEIII得：得：5.3704.050.1B
30、CII3.3806.030.2BCII4002.080.004.006.050.130.2BCII晶体管具有电流放大作用晶体管具有电流放大作用放大作用的外部条件：放大作用的外部条件：发射结必须正向偏置；发射结必须正向偏置；集电结必须反向偏置。集电结必须反向偏置。UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V锗管锗管UBE 0.20.3VUCE=0VUCE=0.5V死区电压：死区电压：硅管硅管0.5V锗管锗管0.2V（1）输入特性）输入特性（2）输出特性）输出特性1）截止区）截止区 IB=0，IC=ICEOUBE 死区电压死区电压
31、2）放大区）放大区IC=IB当当UCE大于一定的数值时，大于一定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。IC IB，UCE 0.3V UCE UBE集电结正偏。集电结正偏。3）饱和区）饱和区临界饱和状态临界饱和状态ICmA AVUCEUBERBIBECEBRCV输出电路：输出电路：UCE=ECRCIC 若若IBICUCECSCCCCECCRRIEUEIIC仅与仅与EC和和RC有关，与有关，与IB无关，即若再增加无关，即若再增加IB，IC几几乎不变乎不变饱和状态。饱和状态。UCE=ECRCIC 如果如果UCE下降到使下降到使UCE=UBE，则，则B、C两点的电位相两点的电位相同，使集电
32、结从反偏转换为零偏，此时称为三极管同，使集电结从反偏转换为零偏，此时称为三极管的的临界饱和状态临界饱和状态。CSBSBIII饱和条件饱和条件：饱和条件饱和条件放大区：放大区：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。IC=IB,且且 IC=IB截止区：截止区：发射结反偏（发射结反偏（UBE 死区电压），集电结反偏。死区电压），集电结反偏。IB=0，IC 0，C、E两点相当于两点相当于开关的断开开关的断开。饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。UCE UBE，UCE 0.3V，C、E两点相当于两点相当于开关的闭合开关的闭合。CSBSBIII)R(CCCSEI输出特
33、性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:=50，UCC=12V，RB=70k，RC=6k 当当UBB=-2V，2V，5V时，晶体管的工作在哪个区？时，晶体管的工作在哪个区？当当UBB=-2V时：时：UBEICUCEIBUCCRBUBBCBERC发射结和集电结反偏发射结和集电结反偏工作在截止区工作在截止区 例：例：IBIBS，工作在工作在饱和区饱和区mA061.0707.05RBBEBBBUUImA0286.0702CSBSII此时，此时，IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。UBEICUCEIBUCCRBUBBCBERC共射直流电流放大倍数：共射直流电流放大倍数：BC_II交流电流
34、放大倍数为：交流电流放大倍数为：BCII1）电流放大倍数电流放大倍数 和和 _（3）主要参数）主要参数常用晶体管的常用晶体管的值在值在20 100之间，也可达之间，也可达100300之间。之间。例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。5.3704.05.1BC_II4004.006.05.13.2BCII一般作近似处理：一般作近似处理：2）集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，流，受温受温度的变化度的变化影响影响。3）集集-射极反向截
35、止电流射极反向截止电流ICEO=（1 ）ICBO CBOBCBOCBECEIIIIII由定义：由定义：CBOBC)1(IIICBOCEO)1(IIIB=IBE-ICBOIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBERC4）集电极最大电流）集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5）集）集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极
36、超过一定的数值时，三极管就会被击穿。管就会被击穿。手册上给出的数值是手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压。基极开路时的击穿电压。6）集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC 流过三极管发出的热必定导致结温流过三极管发出的热必定导致结温上升，所以对三极管的管耗上升，所以对三极管的管耗PC 有限制。有限制。PC=ICUCE PCM=ICMUCE 安全工作区安全工作区ICMU(BR)CEOIC(mA)1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AICMUCE=PCM安安全全工工作作区区部分国产二极管三极管的型号部分国产二极管三极
37、管的型号第第1位位第第2位位第第3位位第第4位位第第5位位2二极管二极管A:N型锗管型锗管B:P型锗管型锗管C:N型硅管型硅管D:P型硅管型硅管P:普通管普通管W:稳压管稳压管C:整流管整流管K:开关管开关管器件器件序号序号器件规格器件规格号号3三极管三极管A:PNP型锗管型锗管B:NPN型锗管型锗管C:PNP型硅管型硅管D:NPN型硅管型硅管X:低频小功率管低频小功率管G:高频小功率管高频小功率管D:低频大功率管低频大功率管A:高频大功率管高频大功率管K:开关管开关管低频：低频：f 3MHz，高频，高频f3MHz；小功率：小功率：P UBEQ）由直流通路确定由直流通路确定Q点点输入回路：输入
38、回路：TBECRC+UCCIBUBEIEIC UCERB由由ICQ=IBQ UCEQ=UCCICQRC 说明：说明：可通过改变可通过改变RB可可得到不同的得到不同的Q点。点。IB偏置电流；偏置电流；RB偏置电阻。偏置电阻。输出回路：输出回路：TBECRC+UCCIBUBEIEIC UCERB（6）放大电路的波形失真）放大电路的波形失真 失真失真输出信号波形不像输入信号波形。输出信号波形不像输入信号波形。非线性失真非线性失真放大电路的工作范围超出了三极管放大电路的工作范围超出了三极管特性曲线的线性区而引起的失真。特性曲线的线性区而引起的失真。非线性失真的原因：非线性失真的原因：Q点设置不合适；输
39、入信号太大。点设置不合适；输入信号太大。截止失真截止失真Q点位置太低，进入三极管的截止区。点位置太低，进入三极管的截止区。饱和失真饱和失真Q点位置太高，进入三极管的饱和区。点位置太高，进入三极管的饱和区。大信号失真大信号失真Q点设置合适，输入信号太大。点设置合适，输入信号太大。IBQICQUCEQ截止失真截止失真Q饱和失真饱和失真IBQICQUCEQQ大信号失真大信号失真IBQICQUCEQIBQICQUCEQ如何避免非线性失真？如何避免非线性失真？选取合适的工作点选取合适的工作点Q由于输入信号由于输入信号uce不失不失真的最大幅值受电源真的最大幅值受电源UCC的约束，所以输入的约束，所以输入
40、信号不能太大。信号不能太大。CCcem21Uu信号输出的幅值应略小信号输出的幅值应略小于：于：在选取在选取Q点时，应保证点时，应保证CCCEQ21UUUCCuce6.放大器的动态分析放大器的动态分析（1）动态：加入输入信号）动态：加入输入信号ui（ui0）时，电路所）时，电路所处的状态。处的状态。（2）动态分析：在电路静态值确定之后，分析信）动态分析：在电路静态值确定之后，分析信号的传输情况。号的传输情况。即，确定电路的电压放大倍数即，确定电路的电压放大倍数Au、输入电阻、输入电阻ri、输、输出电阻出电阻r0。ic UCC=0 C短路短路交流成分：交流成分：ib、ube、ic、ie、uce。交
41、流信号流过的电路为交流通路。交流信号流过的电路为交流通路。（3）交流通路：）交流通路：如何画交流通路？如何画交流通路？TBECRCRses+-+-uiC1RLC2+-u0RB+UCCibubeieuce说明：说明：放大电路是一个交、直流混合的电路。响应既有直放大电路是一个交、直流混合的电路。响应既有直流分量又有交流分量。流分量又有交流分量。其响应总的效应表示为其响应总的效应表示为iB、uBE、iC、iE、uCE TBECRCRses+-+-uiC1RLC2+-u0RB+UCCiBuBEiEiC uCE（4）分析方法：）分析方法：微变等效电路法微变等效电路法 在低频小信号时，将放大电路的分析转化
42、为线性电在低频小信号时，将放大电路的分析转化为线性电路的求解。路的求解。线性化条件：小信号情况下，电路工作在线性化条件：小信号情况下，电路工作在Q点附近点附近的小范围内，这时可用直线近似代替三极管的特性的小范围内，这时可用直线近似代替三极管的特性曲线。曲线。1）三极管三极管的微变等效模型的微变等效模型 线线性性电电路路uceubeibic ieieCEEBTBECibubeieic uce输入特性曲线反映三极管的输入特性。输入特性曲线反映三极管的输入特性。输入端输入端：uBEiB0UBEQ在在Q点附近当点附近当UCE=常数，用常数，用Q点处的点处的切线代替曲线切线代替曲线。bbeBBEbeiu
43、IUr三极管的输入电阻。三极管的输入电阻。表示三极管的输入特性。表示三极管的输入特性。IBQ低频小功率三极管：低频小功率三极管：mAmV26)1()(300EQbeIrmAmV26)(300BQbeIr输出特性曲线簇，在线性工作区输出特性曲线簇，在线性工作区Q点附近用一组近点附近用一组近似等距离的平行直线代替曲线簇。似等距离的平行直线代替曲线簇。当当UCE=常数常数 常数bcBCiiIIic=ib三三极管的输出端相当于一个电流控电流源。极管的输出端相当于一个电流控电流源。输出端：输出端：IBQQUCEQICQ由于输出特性曲线不是完全平行于横轴由于输出特性曲线不是完全平行于横轴cceCCEcei
44、uIUrrce为三极管的输出电阻为三极管的输出电阻（Ic很小，很小，rce很大）很大）。在小信号下，在小信号下，rce=常数，可视为受控源的内阻。常数，可视为受控源的内阻。当当IB=常数常数 IBUCEICQ三极管的微变等效模型三极管的微变等效模型TBECibubeieic ucerce很大很大uceibrbecirceubeBCErbebciiEBCibubeuce2）放大器放大器的微变等效电路的微变等效电路 交流通路交流通路 iC TBECRCRses+-+-uiC1RLC2+-u0RB+UCCiBuBEiEuCE交流通路变形交流通路变形RCRses+-RL+-u0TBECibubeiei
45、c uceRB+ui微变等效电路微变等效电路RCRses+-RL+-u0RBrbebiEBCib-ui（5）主要性能指标的计算主要性能指标的计算（分析含受控源的电路）（分析含受控源的电路）负载上的输出电压负载上的输出电压u0和放大电路输入电压和放大电路输入电压ui之比，之比，称为电压放大倍数，是衡量放大电路放大性能的主称为电压放大倍数，是衡量放大电路放大性能的主要指标。要指标。i0uUUA1）电压放大倍数）电压放大倍数：由微变等效电路可得：由微变等效电路可得：bbeiIrUbLLc0RRIIULCL/RRR beLbbebLi0uRRrIrIUUARCRses+-RL+-u0RBrbebiEB
46、Cib-ui设输入信号为正弦波，则用相量法分析电路。设输入信号为正弦波，则用相量法分析电路。结论结论输出电压输出电压 与输入电压与输入电压 反相。反相。0UiU空载电压放大倍数大于有载电压放大倍数。空载电压放大倍数大于有载电压放大倍数。电压放大倍数电压放大倍数：s0uUUA电流放大倍数：电流放大倍数：i0iIIAbeLi0uRrUUAubeCu0RArAbCCcocRRIIU空载时的输出电压空载时的输出电压:空载放大倍数空载放大倍数:动画动画说明说明当当RCAu，但，但RC过大会使过大会使UCEQ=UCCICRC，进，进入饱和区，易使信号产生非线性失真。入饱和区，易使信号产生非线性失真。uCE
47、ICSiC0UCC与与RC、rbe和和值有关。值有关。beCu0rRA饱和饱和失真失真0iCttuCE0Q当当ic=ibu0的幅值的幅值AubeLurRA当当 IEQ一定时一定时rbeAu。mAmV26)1()(300EQbeIr而而Au不会随着不会随着按正比增加按正比增加所以，选用所以，选用大的管子来提高大的管子来提高Au的作用不明显。的作用不明显。此外此外的改变会影响静态工作点。的改变会影响静态工作点。rbeAu mAmV26)1()(300EQbeIr当当IEQrbe。但但IEQ（ICQ）改变）改变Q点的位置。点的位置。若若ICQ太大时太大时Q点会进入饱和区使信号产生饱和失真。点会进入饱
48、和区使信号产生饱和失真。r0+-ocU放大器的输入电阻和输出电阻放大器的输入电阻和输出电阻放放大大器器RL0U+-+iURs+-sU0I输出电阻输出电阻r0：对负载对负载RL来说，放大电路就是其信号源，来说，放大电路就是其信号源，可以用一个含内阻的电压源表示，其内阻为可以用一个含内阻的电压源表示，其内阻为r0。若若riUi（输入信号的幅值）（输入信号的幅值）U0（输出信号的（输出信号的幅值）幅值）Au。ri放大电路从信号源索取的电流小，对信号源放大电路从信号源索取的电流小，对信号源的影响就小。的影响就小。输入电阻输入电阻ri：对信号源来说，放大电路就是其负载，对信号源来说，放大电路就是其负载，
49、可以用一个电阻表示可以用一个电阻表示ri。ri放放大大器器RL0U+-+iURs+-sUiI0I2）输入电阻）输入电阻 iiiIUr是衡量放大电路索取信号的能力。是衡量放大电路索取信号的能力。bebeBiii/RrrIUr（RBrbe）riRCRses+-RL+-RBrbebiEBCib-iIiU0Uri与与rbe的物理意义不同，只是在基本共射放大电路中的物理意义不同，只是在基本共射放大电路中数量近似相等，所以在数量近似相等，所以在Au的计算中不能使用的计算中不能使用ri代替代替rbe！注意：注意：3）输出电阻）输出电阻 放大器带负载的能力。放大器带负载的能力。RCRses+-RBrbebiE
50、BCib-iIiUr0RL+-0UocU先计算负载先计算负载RL开路后的开路电压开路后的开路电压 CbocRIU由于放大电路含受控源，所以不能用无源网络求等由于放大电路含受控源，所以不能用无源网络求等效电阻。效电阻。RCRses+-RBrbebiEBCib-iIiUr0+-ocU0I再计算负载再计算负载RL短路后的短路电流短路后的短路电流 bscIICbbCscoc0RRIIIUrRCRses+-RBrbebiEBCib-iIiUr0+-ocUscI说明：说明：r0越小，带负载前后输出电压（幅值）变化越小，越小，带负载前后输出电压（幅值）变化越小，带负载能力强。带负载能力强。7.简单放大电路的
