電工與電子技術A

電工與電子技術A(2)教材:《電子技術》（電工學Ⅱ）孫立功主編高教出版社參考教材：《電子技術》陳正傳羅會昌主編，機械工業(yè)出版社

成績：期終考試占70%，

平時（作業(yè)與考勤）占20%，

實驗占10%。本課程共計52學時，其中理論課時40學時，實驗學時12學時，我們共做6個實驗。答疑安排：每周四下午5：00—6：30。地點：工科2-301

電子技術分：模擬電子技術，數(shù)字電子技術。模擬電子技術研究模擬電路，數(shù)字電子技術研究數(shù)子電路。模擬信號是指在時間和數(shù)值上都連續(xù)的信號。數(shù)字信號是指在時間和數(shù)值上都不連續(xù)的信號，即所謂離散的。tt第一章半導體器件與放大電路第三節(jié)特殊二極管第五節(jié)基本放大電路第四節(jié)晶體管第二節(jié)二極管第一節(jié)PN結第六節(jié)微變等效電路分析法第七節(jié)穩(wěn)定靜態(tài)工作點的放大電路第八節(jié)共集電極放大電路第九節(jié)多級放大電路及頻率特性第十節(jié)功率放大電路第一章半導體器件與放大電路

學習電子技術，就是要掌握常用半導體器件的原理、特性，以及由這些器件所組成的電子電路的分析方法。二極管與晶體管是最常用的半導體器件，而PN結是構成各種半導體器件的基礎。第一節(jié)

PN結什么是半導體?半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。

例如：硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物都是半導體。半導體的導電能力在不同的條件下有很大的差別。一、半導體的導電特性1、半導體的導電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、晶體管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強2、本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子

Si

Si

Si

Si價電子

空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。本征半導體的導電機理空穴

溫度愈高，晶體中產生的自由電子便愈多，同時空穴也越多。自由電子

當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運動電子電流

(2)價電子遞補空穴空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子。

本征半導體的導電機理注意：

(1)本征半導體中載流子數(shù)目極少,其導電性能很差；

(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能也就愈好。自由電子和空穴成對地產生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數(shù)目。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。3、雜質半導體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子

在N

型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。N型半導體P型半導體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體。摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。雜質半導體的示意表示法P型半導體N型半導體空間電荷＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

1.在雜質半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。

2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。

3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba二、PN結極其單向導電性

PN結是通過特殊的半導體制造技術，在一塊半導體基片上摻入不同的雜質，使其一邊為N型半導體，另一邊為P型半導體，其交界面便形成了PN結。P型半導體N型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－

PN結也稱空間電荷區(qū)、或耗盡層、或內電場、或阻擋層。1、PN結的形成擴散運動＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－擴散運動：多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運動。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－內電場PN結多數(shù)載流子的擴散運動，使PN結加寬，

內電場增強。內電場越強，多數(shù)載流子的運動越難以進行。內電場越強，少數(shù)載流子的運動越易于進行。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋漂移運動漂移運動：少數(shù)載流子在內電場作用下的運動。漂移運動使PN結變薄，內電場削弱。內電場削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴散運動，而不利于少數(shù)載流子的漂移運動。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－多數(shù)載流子的擴散運動與少數(shù)載流子的漂移運動達到動態(tài)平衡——PN結寬度不變。內電場2、PN結的單向導電性

1.PN結加正向電壓（正向偏置）PN結變窄

P接正、N接負外電場IF內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場

P接負、N接正內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN結變寬2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR

P接負、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+

PN結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態(tài)。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－

1.PN結的特性是

（a.單向導電性b.正向導通c.反向截至）

2.PN結的正向電阻（a.較大、b.趨于零）

3.當溫度升高時，反向電流將（a.減少、b.不變、c.增大）。abc第二節(jié)二極管常見的外形：

二極管是最基本的電子元件，其內部主要是一個PN結，加上引出的兩個電極。一、基本結構(a)點接觸型(b)面接觸型(c)平面型第二節(jié)二極管陰極陽極

D符號二、伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內保持常數(shù)。三、主要參數(shù)1.

最大整流電流

IDM二極管長期工作時，允許通過二極管的最大正向平均電流。2.

反向工作峰值電壓URM二極管在使用時允許外加的最高反向電壓。一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。它與PN結的結面積和外界散熱條件有關，使用時超過此值，會使PN結過熱而燒壞二極管。三、主要參數(shù)4.

最高工作頻率fM二極管單向導電作用開始明顯退化時交流信號的頻率。因為PN結具有電容效應。3.

反向峰值電流IRM二極管外加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流小，說明管子的單向導電性好。IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。二極管的單向導電性

1.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負）時，二極管處于正向導通狀態(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。

2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正）時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。

4.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。四、應用舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若V陽

<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。電路如圖，求：UAB

V陽

=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V若考慮管壓降，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。D6V12V3kBAUAB+–兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UABBD16V12V3kAD2UAB+–ui>8V，二極管導通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：ui18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––第三節(jié)特殊二極管符號穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，由于它與適當阻值的電阻配合后能起穩(wěn)壓作用，故稱穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿狀態(tài)，當反向電壓撤去后，管子還是正常的，稱可逆性擊穿。+—一、穩(wěn)壓二極管AK1、穩(wěn)壓作用UZIZIZMUZ

IZ伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。UIO2、主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(4)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(2)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。二、發(fā)光二極管發(fā)光二極管是將電能轉換為光能的半導體器件，簡稱LED。符號

當發(fā)光二極管正向偏置有電流通過時，由于電子與空穴復合而釋放能量，從而發(fā)出不同顏色的光。所發(fā)出光的顏色由半導體中所摻雜質決定,常見的紅、黃、綠色摻入了磷砷化鎵和磷化鎵。第四節(jié)晶體管

晶體管又稱半導體三極管，是一種重要的半導體器件。它的放大作用和開關作用引起了電子技術的飛躍發(fā)展。一、基本結構晶體管根據(jù)材料分為硅管和鍺管。

從制造型號上，常分為NPN型和PNP型。NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結集電結BECNNP基極發(fā)射極集電極結構特點：集電區(qū)：面積最大二、電流放大作用1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結正偏、集電結反偏

PNP發(fā)射結正偏VB<VE集電結反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結正偏VB>VE集電結反偏VC>VB

發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路測量晶體管特性的實驗線路2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結論:1）三電極電流關系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。其能量由外部電源供給。

IC與IB之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)(常用公式)三、特性曲線即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線1.

輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VNPN型鍺管

UBE

0.2~0.3VPNP型硅管

UBE

0.6

~

0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)，對應晶體管的三種工作狀態(tài)：(1)放大區(qū)(晶體管的線性工作區(qū))特點：IC

=βIB

0＜UCE＜UCC

UCE

=UCC－RC

IC

晶體管處于放大狀態(tài)。條件:發(fā)射結正偏,集電結反偏。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。

條件：發(fā)射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置截止區(qū)特點：

IB=0IC=0UCE=UCC

晶體管相當于開路。CERCUCCIB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O飽和區(qū)（3）飽和區(qū)

條件：發(fā)射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。晶體管工作于飽和狀態(tài)特點：

IC

不再受IB的控制，

IB↑,IC基本不變。

IC≈UCC

/RC。

在飽和區(qū)，IBIC

UCE≈0。晶體管相當于短路。CERCUCC四、主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設計電路、選用晶體管的依據(jù)。常用晶體管的

值在20~200之間。2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三