《模擬電子技術基礎教程》課件第一章 電子電路常用元器件

第一章

電子電路常用元器件

電阻、電容、電感、二極管和三極管是組成電子電路的最基本元器件，是集成電路的最小組成單元，只有掌握它們的結構、性能、特點和工作原理，才能正確分析電子電路的工作原理。本章首先介紹電阻、電容、電感分類、特點和識別，然后介紹半導體基礎知識，半導體的導電特性、PN結的形成及特性，二極管、三極管和場效應管的結構、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)以及它們的外部特性，而對半導體器件內(nèi)部的物理過程只作簡要說明。1.1電阻

電阻是電子元器件應用最廣泛的一種，在電子設備中約占元件總數(shù)的30﹪以上，其質(zhì)量的好壞對電路的性能有極大影響。電阻的主要用途是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路中的電壓和電流，其次還可以作為分流器、分壓器和消耗電能的負載等。1.1.1電阻的分類

在電路和實際工作中，電阻器通常簡稱為電阻。常用的電阻分為三大類：阻值固定的電阻稱為固定電阻或普通電阻；阻值連續(xù)可變的電阻稱為可變電阻；具有特殊作用的電阻器稱為敏感電阻（如：熱敏電阻、光敏電阻、氣敏電阻等）。1.1.1.1固定電阻的外形及特點1.碳膜電阻

碳膜電阻（圖1.1（a）所示）是以碳膜作為基本材料，利用浸漬或真空蒸發(fā)形成結晶的電阻膜（碳膜），屬于通用性電阻。2.金屬氧化膜電阻

金屬氧化膜電阻（圖1.1（b）所示）是在陶瓷機體上蒸發(fā)一層金屬氧化膜，然后再涂一層硅樹脂膠，使電阻的表面堅硬而不易碎壞。3.金屬膜電阻

金屬膜電阻（圖1.1（c）所示）以特種稀有金屬作為電阻材料，在陶瓷基體上，利用厚膜技術進行涂層和焙燒的方法形成電阻膜。4.線繞電阻

線繞電阻（圖1.1（d）所示）是將電阻線繞在耐熱瓷體上，表面涂以耐熱、耐濕、耐腐蝕的不燃性涂料保護而成。線繞電阻與額定功率相同的薄膜電阻相比，具有體積小的優(yōu)點，它的缺點是分布電感大。5.水泥電阻

水泥電阻（圖1.1（e）所示）也是一種線繞電阻，它是將電阻線繞與無堿性耐熱瓷體上，外面加上耐熱、耐濕及耐腐蝕材料保護固定而成的。6.貼片式電阻

貼片式電阻（圖1.1（f）所示）又稱表面安裝電阻，是小型電子線路的理想元件。它是把很薄的碳膜或金屬合金涂覆到陶瓷基底上，電子元件和電路板的連接直接通過金屬封裝端面，不需引腳，主要有矩形和圓柱型兩種。7.網(wǎng)絡電阻

網(wǎng)絡電阻（圖1.1（g）所示）又稱排阻。網(wǎng)絡電阻是一種將多個電阻按一定規(guī)律排列集中封裝在一起，組合而制成的一種復合電阻。網(wǎng)絡電阻有單列式（SIP）和雙列直插式（DIP）。

（a）碳膜電阻

（b）金屬氧化膜電阻

（c）金屬膜電阻圖1.1固定電阻的外形實物圖

（d）線繞電阻

（e）水泥電阻

（f）貼片式電阻（g）網(wǎng)絡電阻圖1.1固定電阻的外形實物圖

注：電阻的不同底色代表的含義如下：底色為藍色的代表金屬膜電阻；底色為灰色的通常代表氧化膜電阻；底色為米黃色（黃土色）的代表炭膜電阻；底色為綠色的代表繞線電阻，基本上可以看到電阻絲；紅色、棕色塑料殼的是無感電阻；白色代表水泥電阻。1.1.1.2可變電阻的外形及特點

可變電阻通過調(diào)節(jié)轉軸使它的輸出電阻發(fā)生改變，從而達到改變電位的目的，故這種連續(xù)可調(diào)的電阻又稱為電位器。根據(jù)其操作方式可分為單圈式、多圈式；根據(jù)其導電介質(zhì)還可分為碳膜電位器、線繞電位器、導電塑料電位器等；根據(jù)其功能又可分為音量電位器、調(diào)速電位器等。電位器共同的特點是都有一個或多個機械滑動接觸端，通過調(diào)節(jié)滑動接觸端即可改變電阻值，從而達到調(diào)節(jié)電路中的各種電壓、電流的目的。1.線繞可變電阻

線繞可變電阻（圖1.2（a）所示）由電阻絲繞在圓柱形的絕緣體上構成，通過滑動滑柄或旋轉轉軸實現(xiàn)電阻值的調(diào)節(jié)。2.貼片可變電阻

貼片可變電阻（圖1.2（b）所示）是一種無手動旋轉軸的超小型直線式電位器，調(diào)節(jié)時需借助于工具。3.微調(diào)可變電阻

微調(diào)可變電阻（圖1.2（c）所示）一般用于阻值不需頻繁調(diào)節(jié)的場合，通常由專業(yè)人員完成調(diào)試。4.帶開關可變電阻

帶開關可變電阻（圖1.2（d）所示）是將開關與電位器合為一體，通常用在需要對電源進行開關控制及音量調(diào)節(jié)的電路中，主要用在收音機、隨身聽、電視機等電子產(chǎn)品中。（a）線繞可變電阻

（b）貼片可變電阻

（c）微調(diào)可變電阻

（d）帶開關可變電阻圖1.2可變電阻的外形實物圖1.1.1.3敏感電阻的外形及特點

敏感電阻種類較多，電子電路中應用較多的有熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻、氣敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等。1.熱敏電阻

熱敏電阻有正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻（圖1.3（a）所示）和負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻（圖1.3（b）所示）兩種。2.光敏電阻

光敏電阻（圖1.3（c）所示）又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻。入射光強，電阻值減小，入射光弱，電阻值增大。3.壓敏電阻

壓敏電阻（圖1.3（d）所示）是利用半導體材料的非線性制成的一種特殊電阻，是一種在某一特定電壓范圍內(nèi)其電導隨電壓的增加而急劇增大的敏感元件。4.氣敏電阻

氣敏電阻（圖1.3（e）所示）是利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發(fā)生變化這一原理將檢測到的氣體的成分和濃度轉換為電信號的電阻。5.濕敏電阻

濕敏電阻（圖1.3（f）所示）是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的電阻。6.磁敏電阻

磁敏電阻（圖1.3（g）所示）是利用半導體的磁阻效應制造的電阻。7.保險電阻

保險電阻（圖1.3（h）所示）又叫安全電阻或熔斷電阻，是一種兼電阻器和熔斷器雙重作用的功能元件。8.力敏電阻

力敏電阻（圖1.3（i）所示）是一種阻值隨壓力變化而變化的電阻，國外稱為壓電電阻器。所謂壓力電阻效應即半導體材料的電阻率隨機械應力的變化而變化的效應。

（a）負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻

（b）正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻

（c）光敏電阻

（d）壓敏電阻

（e）氣敏電阻圖1.3敏感電阻的外形實物圖

（f）濕敏電阻

（g）磁敏電阻

（h）保險電阻

（i）力敏電阻圖1.3敏感電阻的外形實物圖1.1.2電阻的識別

在電阻的識讀中，主要參數(shù)有標稱阻值、功率以及誤差。在電路原理圖中，固定電阻通常用大寫英文字母“R”表示，可變電阻通常用大寫英文字母“W”表示，排阻通常用大寫英文字母“RN”表示。

（a）固定電阻

（b）可變電阻

（c）帶開關可變電阻圖1.4各種電阻在電路中的符號

電阻值大小的基本單位是歐姆（Ω），簡稱歐。常用單位還有千歐（KΩ）、兆歐（MΩ）。它們之間的換算關系是：1MΩ=103KΩ=106Ω1.1.2.1電阻和電位器的型號命名方法

根據(jù)國家標準GB/T2470—1995的規(guī)定，電阻和電位器的型號由3部分或4部分組成，每部分含義表示如下。

貼片式電阻器的型號命名一般由6部分組成，具體每部分的含義表示如下。1.1.2.2電阻的主要技術指標1.額定功率

電阻在電路中長時間連續(xù)工作而不損壞，或不顯著改變其性能所允許消耗的最大功率稱為電阻的額定功率。電阻的額定功率主要有：0.125W、0.25W、0.5W、1W、2W、3W、4W等。2.標稱阻值

標稱阻值通常是指電阻體表面上標注的電阻值，簡稱阻值。根據(jù)國家標準，常用的標稱電阻值系列有E24、E12和E6系列，也適用于電位器和電容器。1.1.2.3電阻的阻值表示方法

電阻的阻值表示方法主要有四種：直標法、文字符號法、色標法和數(shù)碼表示法。對這四種表示方法介紹如下：1.直標法

直標法就是將電阻的阻值用數(shù)字和文字符號直接標注在電阻體上，如圖1.5（a）所示。例如：電阻體上標注20W6R8J。2.文字符號法

文字符號法是將電阻的標稱值和誤差用數(shù)字和文字符號按一定的規(guī)律組合標識在電阻體上，如圖1.5（b）所示。表1.1電阻器阻值允許誤差與字母對照表字母允許誤差W±0.05%B±0.1%C±0.25%D±0.5%F±1%G±2%J或Ⅰ±5%K或Ⅱ±10%M或Ⅲ±20%N±30%

（a）直標法

（b）文字符號法圖1.5用直標法和文字符號法表示的電阻實物圖3.色標法

色標法是將電阻的類別及主要技術參數(shù)的數(shù)值用顏色（色環(huán)或色點）標注在它的外表面上。色環(huán)電阻可分為三環(huán)、四環(huán)、五環(huán)三種標法。圖1.6四色環(huán)電阻每環(huán)代表的含義圖1.7五色環(huán)電阻每環(huán)代表的含義表1.2色環(huán)電阻的環(huán)色、環(huán)數(shù)與代表數(shù)字對應一覽表

快速識別色環(huán)電阻的要點是熟記色環(huán)所代表的數(shù)字含義。為方便記憶，將色環(huán)代表的數(shù)值總結如下：1棕2紅3為橙，4黃5綠6為藍，7紫8灰9為白，最后一個0為黑，尾環(huán)金5銀10為誤差。

色環(huán)電阻無論是采用三色環(huán)，還是四色環(huán)、五色環(huán)，關鍵色環(huán)是第三環(huán)或第四環(huán)（即尾環(huán)），因為該色環(huán)的顏色代表電阻值有效數(shù)字的倍率?？焖僮R別色環(huán)電阻，關鍵在于根據(jù)第三環(huán)（三環(huán)電阻、四環(huán)電阻）、第四環(huán)（五環(huán)電阻）的顏色把阻值確定在某一數(shù)量級范圍內(nèi)，再將前兩環(huán)讀出的數(shù)“代”進去，這可很快讀出數(shù)來。

三色環(huán)電阻的色環(huán)表示標稱電阻值（允許誤差均為

20%）。例如：色環(huán)為棕黑紅，表示10

102Ω=1.0K

20%的電阻。

四色環(huán)電阻的色環(huán)表示標稱值（二位有效數(shù)字）及精度。例如：色環(huán)為棕綠橙金表示15

103Ω=15K

5%的電阻。

五色環(huán)電阻的色環(huán)表示標稱值（三位有效數(shù)字）及精度。例如：色環(huán)為紅紫綠黃棕表示275

104Ω=2.75M

1%的電阻。

一般四色環(huán)和五色環(huán)電阻表示允許誤差的色環(huán)的特點是該色環(huán)距離其它環(huán)的距離較遠。較標準的表示應是表示允許誤差的色環(huán)的寬度是其它色環(huán)的1.5~2倍。在五環(huán)電阻中，棕色環(huán)常常既用作誤差環(huán)又用作有效數(shù)字環(huán)，且常常在第一環(huán)和最后一環(huán)中同時出現(xiàn)，使人很難識別哪一環(huán)是第一環(huán)，哪一環(huán)是誤差環(huán)。在實踐中，可以按照色環(huán)之間的距離加以判別，通常第四環(huán)和第五環(huán)（即誤差環(huán)、尾環(huán)）之間的距離要比第一環(huán)和第二環(huán)之間的距離寬一些，根據(jù)此特點可判定色環(huán)的排列順序。如果靠色環(huán)間距仍無法判定色環(huán)順序，還可以利用電阻的生產(chǎn)序列值加以判別。4.數(shù)碼表示法數(shù)碼法是在電阻體的表面用三位數(shù)字或兩位數(shù)字加R來表示標稱值的方法稱為數(shù)碼表示法。該方法常用于貼片電阻、排阻等。（1）三位數(shù)字標注法標注為“204”的電阻其阻值為20×104=200kΩ。圖1.8三位數(shù)字標注法每位數(shù)字代表的含義（2）二位數(shù)字后加R標注法

標注為“47R”的電阻其電阻值為4.7Ω。圖1.9二位數(shù)字后加R標注法每位數(shù)字代表的含義（3）二位數(shù)字中間加R標注法

標注為“7R6”的電阻其阻值為7.6Ω。圖1.10二位數(shù)字中間加R標注法每位數(shù)字代表的含義（4）四位數(shù)字標注法

標注為“4653”的電阻其阻值為465×103=465KΩ。圖1.11四位數(shù)字標注法每位數(shù)字代表的含義1.2電容

電容器通常簡稱為電容，也是最常用的電子元器件之一。電容是衡量導體儲存電荷能力的物理量，在電路中，常作為濾波、耦合、振蕩、旁路、隔直、調(diào)諧、計時等。其基本特性如下：1.電容兩端的電壓不能突變。向電容中存儲電荷的過程，稱為“充電”，而電容中的電荷消失的過程，稱為“放電”，電容在充電或放電的過程中，其兩端的電壓不能突變，即有一個時間的延續(xù)過程。2.隔直流，通交流，阻低頻，通高頻。1.2.1電容的分類

電容種類繁多，電容的分類方式有多種：按容量是否可調(diào)劃分，可分為固定電容器、可變電容器、微調(diào)電容器；按極性劃分，可分為無極性電容、有極性電容；按介質(zhì)材料劃分，可分為有機介質(zhì)電容、無機介質(zhì)電容、氣體介質(zhì)電容、電解質(zhì)電容等。1.2.1.1固定電容的外形及特點

固定電容指制成后電容量固定不變的電容，又分為有極性和無極性兩種。1.紙介電容

紙介電容（圖1.12（a）所示）制造工藝簡單、價格低、體積大、損耗大、穩(wěn)定行差，并且存在較大的固有電感，不宜在頻率較高的電路中使用。2.磁介電容

磁介電容（圖1.12（b）所示）屬于無極性、無機介質(zhì)電容，以陶瓷材料為介質(zhì)制作的電容。磁介電容體積小、耐熱性好、絕緣電阻高、穩(wěn)定性較好，適用于高低頻電路。3.滌綸電容

滌綸電容（圖1.12（c）所示）屬于無極性、有機介質(zhì)電容，以滌綸薄膜為介質(zhì)，金屬箔或金屬化薄膜為電極制成的電容。滌綸電容體積小、容量大、成本較低，絕緣性能好、耐熱、耐壓和耐潮濕的性能都很好，但穩(wěn)定性較差，適用于穩(wěn)定性要求不高的電路。4.玻璃釉電容

玻璃釉電容（圖1.12（d）所示）屬于無極性、無機介質(zhì)電容，使用的介質(zhì)一般是玻璃釉粉壓制的薄片，通過調(diào)整釉粉的比例，可以得到不同性能的電容。玻璃釉電容介電系數(shù)大、耐高溫、抗潮濕強、損耗低。5.云母電容

云母電容（圖1.12（e）所示）屬于無極性、無機介質(zhì)電容，以云母為介質(zhì)，損耗小、絕緣電阻大、溫度系數(shù)小、電容量精度高、頻率特性好等優(yōu)點，但成本較高、電容量小，適用于高頻線路。6.薄膜電容

薄膜電容（圖1.12（f）所示）屬于無極性、有機介質(zhì)電容。薄膜電容是以金屬箔或金屬化薄膜當電極，以聚乙酯、聚丙烯、聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜為介質(zhì)制成。7.鋁電解電容

鋁電解電容（圖1.12（g）所示）屬于有極性電容，以鋁箔為正極，鋁箔表面氧化鋁為介質(zhì)，電解質(zhì)為負極制成的電容。鋁電解電容體積大、容量大，與無極性電容相比絕緣電阻低、漏電流大、頻率特性差、容量與損耗會隨周圍環(huán)境和時間的變化而變化，特別是當溫度過低或過高的情況下，且長時間不用還會失效。8.鉭電解電容

鉭電解電容（圖1.12（h）所示）屬于有極性電容，以鉭金屬片為正極，其表面的氧化鉭薄膜為介質(zhì)，二氧化錳電解質(zhì)為負極制成的電容。9.貼片式多層陶瓷電容

貼片式多層陶瓷電容（圖1.12（i）所示）內(nèi)部為多層陶瓷組成的介質(zhì)層，為防止電極材料在焊接時受到侵蝕，兩端頭外電極由多層金屬結構組成。10.貼片式鋁電解電容

貼片式電解電容（圖1.12（j）所示）是由陽極鋁箔、陰極鋁箔和襯墊村卷繞而成。11.貼片式鉭電解電容

貼片式鉭電解電容（圖1.12（k）所示）有矩形的，也有圓柱形的，封裝形式有裸片形、塑封型和端帽型三種，以塑封型為主。它的尺寸比貼片式鋁電解電容器小，并且性能好。

（a）紙介電容

（b）磁介電容

（c）滌綸電容圖1.12固定電容的外形實物圖

（d）玻璃釉電容

（e）云母電容

（f）薄膜電容

（g）鋁電解電容

（h）鉭電解電容

（i）貼片式多層陶瓷電容（j）貼片式鋁電解電容

（k）貼片式鉭電解電容圖1.12固定電容的外形實物圖1.2.1.2可變電容的外形及特點1.單聯(lián)可變電容

單聯(lián)可變電容（圖1.13（a）所示）由兩組平行的銅或鋁金屬片組成，一組是固定的（定片），另一組固定在轉軸上，是可以轉動的（動片）。2.雙聯(lián)可變電容

雙聯(lián)可變電容（圖1.13（b）所示）是由兩個單聯(lián)可變電容組合而成，有兩組定片和兩組動片，動片連接在同一轉軸上。調(diào)節(jié)時，兩個可變電容的電容量同步調(diào)節(jié)。3.空氣可變電容

空氣可變電容（圖1.13（c）所示）的定片和動片之間電介質(zhì)是空氣。4.有機薄膜可變電容

有機薄膜可變電容（圖1.13（d）所示）的定片和動片之間填充的電介質(zhì)是有機薄膜。特點是體積小、成本低、容量大、溫度特性較差等。

（a）單聯(lián)可變電容

（b）雙聯(lián)可變電容（c）空氣可變電容（d）有機薄膜可

變電容圖1.13可變電容的外形實物圖1.2.1.3微調(diào)電容的外形及特點

微調(diào)電容又叫半可調(diào)電容，電容量可在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。微調(diào)電容分為通孔式微調(diào)電容（圖1.14（a）所示）和貼片式微調(diào)電容（圖1.14（b）所示）。

（a）通孔式微調(diào)電容

（b）貼片式微調(diào)電容圖1.14微調(diào)電容的外形實物圖1.2.2電容的識別

在電路原理圖中電容用字母“C”表示，常用電容在電路原理圖中的符號如圖1.15所示。（a）普通電容

（b）電解電容

（c）可變電容

（d）微調(diào)電容

（e）雙聯(lián)可變電容圖1.15各種電容在電路中的符號

電容量大小的基本單位是法拉（F），簡稱法。常用單位還有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）、皮法（pF）。它們之間的換算關系如下：1mF=10-3F1μF=10-3mF=10-6F1nF=10-3μF=10-6mF=10-9F1pF=10-3nF=10-6μF=10-9mF=10-12F1.2.2.1電容的型號命名法

電容器的型號命名一般由四部分組成，每部分的含義表示如下。圖1.16電容器型號各部分代表的含義（1）CD—11：鋁電解電容（箔式），序號為11；（2）CC1—1：圓片形瓷介電容，序號為1；（3）CZJX：紙介金屬膜電容，序號為X。

1.2.2.2電容的主要技術指標1.耐壓值：電容的耐壓值是指在允許環(huán)境溫度范圍內(nèi)，電容長期安全工作所能承受的最大電壓的有效值。常用固定式電容的直流工作電壓系列為：6.3V、10V、16V、25V、40V、63V、100V、160V、250V、400V、500V、630V、1000V。2.允許誤差等級：電容的允許誤差等級是電容的標稱容量與實際電容量的最大允許偏差范圍。3.標稱電容量：電容的標稱容量指標示在電容表面的電容量。1.2.2.3電容的表示方法1.直標法

直標法是將標稱容量、耐壓及偏差直接標在電容體上，如圖1.17（a）所示。例如：4700μF25V。若是零點零幾，常把整數(shù)位的“0”省去，如.01μF表示0.01

F。2.數(shù)字表示法

數(shù)字表示法是只標數(shù)字不標單位的直接表示法，如圖1.17（b）所示。采用此種方法的僅限于單位為pF和nF兩種，一般無極性電容默認單位為pF，電解電容默認單位為nF。3.數(shù)碼表示法

數(shù)碼表示法一般用三位數(shù)字來表示容量的大小，單位為pF，如圖1.17（c）所示。其中前兩位為有效數(shù)字，后一位表示倍率，即乘以10i，i為第三位數(shù)字，若第三位數(shù)字9，則乘10-1。4.色碼表示法

色碼表示法與電阻器的色環(huán)表示法類似，顏色涂于電容器的一端或從頂端向引線排列，如圖1.17（d）所示。色碼一般只有三種顏色，前兩環(huán)為有效數(shù)字，第三環(huán)為位率，容量單位為pF。5.字母數(shù)字混合表示法

字母數(shù)字混合表示法用2~4位數(shù)字和一個字母表示容量，其中數(shù)字表示有效數(shù)值，字母表示數(shù)值單位，如圖1.17（e）所示。字母有時既表示單位也表示小數(shù)點。

（a）直標法

（b）數(shù)字表示法

（c）數(shù)碼表示法圖1.17采用各種表示方法的電容的實物圖

（d）色碼表示法

（e）字母數(shù)字混合表示法圖1.17采用各種表示方法的電容的實物圖1.2.2.4極性電容識別

有極性電容一般為鋁電解電容和鉭電解電容。1.通孔式（插針式）極性電容的識別

通孔式有極性電容（圖1.18（a）所示）引線較長為正極，若引線無法判別則用標記判別，鋁電解電容標記負號一邊的引線為負極，鉭電解電容正極引線有標記。2.貼片式有極性電容

（1）貼片式有極性鋁電解電容（圖1.18（b）所示）的頂面有一黑色標志，是負極性標記，頂面還有電容容量和耐壓。

（2）貼片式有極性鉭電解電容（圖1.18（c）所示）的頂面有一條黑色線或白色線，是正極性標記，頂面上還有電容容量代碼和耐壓值。（a）通孔式有極性電容

（b）貼片式有極性鋁電解電容

（c）貼片式有極性鉭電解電容圖1.18通孔式和貼片式極性電容的實物圖1.3電感

電感器，簡稱電感，是將電能轉換為磁能并儲存起來的元件，在電子系統(tǒng)和電子設備中必不可少。其基本特性如下：通低頻、阻高頻、通直流、阻交流。電感在電路中主要用于耦合、濾波、緩沖、反饋、阻抗匹配、振蕩、定時、移相等。1.3.1電感的分類

電感總體上可以歸為兩大類：一類是自感線圈或變壓器，另一類是互感變壓器。1.3.1.1電感線圈的外形及特點

電感線圈有小型固定電感線圈、空心線圈、扼流圈、可變電感線圈、微調(diào)電感線圈等。1.小型固定電感線圈

小型固定電感線圈（圖1.19（a）所示）是將線圈繞制在軟磁鐵氧體的基礎上，然后再用環(huán)氧樹脂或塑料封裝起來制成。小型固定電感線圈外形結構主要有立式和臥式兩種。2.空心線圈空心線圈（圖1.19（b）所示）是用導線直接繞制在骨架上而制成。線圈內(nèi)沒有磁芯或鐵芯，通常線圈繞的匝數(shù)較少，電感量小。3.扼流圈

扼流圈常有低頻扼流圈（圖1.19（c）所示）和高頻扼流圈兩大類（圖1.19（d）所示）。（1）低頻扼流圈

低頻扼流圈又稱濾波線圈，由鐵芯和繞組等構成。（2）高頻扼流圈

高頻扼流圈用在高頻電路中，起阻礙高頻信號的通過。4.可變電感線圈

可變電感線圈（圖1.19（e）所示）通過調(diào)節(jié)磁芯在線圈內(nèi)的位置來改變電感量。5.印刷電感器

印刷電感器（圖1.19（f）所示）又稱微帶線，常用在高頻電子設備中，它是由印制電路板上一段特殊形狀的銅箔構成。

（a）小型固定電感線圈

（b）空心線圈

（c）低頻扼流圈圖1.19電感線圈的外形實物圖

（d）高頻扼流圈

（e）可變電感線圈

（f）印刷電感器圖1.19電感線圈的外形實物圖1.3.1.2變壓器的分類、外形及特點

變壓器按工作頻率可分為低頻變壓器、中頻變壓器和高頻變壓器。變壓器按磁芯材料不同，可分為高頻、低頻和整體磁芯三種。1.低頻變壓器

低頻變壓器（圖1.20（a）所示）用來傳輸信號電壓和信號功率，還可實現(xiàn)電路之間的阻抗匹配，對直流電具有隔離作用。低頻變壓器又可分為音頻變壓器和電源變壓器兩種；音頻變壓器又分為級間耦合變壓器、輸入變壓器和輸出變壓器，外形均于電源變壓器相似。2.中頻變壓器

中頻變壓器（圖1.20（b）所示）俗稱中周，是超外差式收音機和電視機中的重要組件。3.高頻變壓器

高頻變壓器（圖1.20（c）所示）可分為耦合線圈和調(diào)諧線圈兩大類。4.脈沖變壓器

脈沖變壓器（圖1.20（d）所示）用于各種脈沖電路中，其工作電壓、電流等均為非正弦脈沖波。常用的脈沖變壓器有電視機的行輸出變壓器、行推動變壓器、開關變壓器、電子點火器的脈沖變壓器、臭氧發(fā)生器的脈沖變壓器等。5.自耦變壓器

自耦變壓器（圖1.20（e）所示）的繞組為有抽頭的一組線圈，其輸入端和輸出端之間有電的直接聯(lián)系，不能隔離為兩個獨立部分。6.隔離變壓器

隔離變壓器（圖1.20（f）所示）的主要作用是隔離電源、切斷干擾源的耦合通路和傳輸通道，其一次、二次繞組的匝數(shù)比（即變壓比）等于1。它又分為電源隔離變壓器和干擾隔離變壓器。

（a）低頻變壓器

（b）中頻變壓器

（c）高頻變壓器

（d）脈沖變壓器

（e）自耦變壓器

（f）隔離變壓器圖1.20變壓器的外形實物圖1.3.1.3貼片式電感的外形及特點

與貼片電阻、電容不同的是貼片電感的外觀形狀多種多樣，有的貼片電感很大，從外觀上很容易判斷，有的貼片電感的外觀形狀和貼片電阻、貼片電容相似，很難判斷，此時只能借助萬用表來判斷。圖1.21貼片式電感的外形實物圖1.3.2電感的識別在電路原理圖中，電感常用符號“L”或“T”表示，不同類型的電感在電路原理圖中通常采用不同的符號來表示。

（a）空心電感（b）鐵芯電感（c）空心可調(diào)電感圖1.22各種電感在電路中的符號

電感量的基本單位是亨利（H），簡稱亨，常用單位有毫亨（mH）、微亨（μH）和納亨（nH），它們之間的換算關系為：1H=103mH=106μH=109nH1.3.2.1電感的主要技術指標1.電感量電感量表示電感線圈工作能力的大小。2.固有電容3.品質(zhì)因數(shù)Q

電感的品質(zhì)因數(shù)Q表示在某一工作頻率下，線圈的感抗對其等效直流電阻的比值，它是線圈質(zhì)量的一個非常重要的參數(shù)。4.額定電流

線圈中允許通過的最大電流。5.線圈的損耗電阻

線圈的直流損耗電阻。1.3.2.2電感的表示方法

電感的表示方法與電阻的表示方法一樣，也有四種，分別是直標法、文字符號法、色標法和數(shù)碼表示法。1.直標法

直標法（圖1.23（a）所示）是將電感的標稱電感量用數(shù)字和文字符號直接標在電感體上，電感量單位后面的字母表示偏差。2.文字符號法

文字符號法（圖1.23（b）所示）是將電感的標稱值和偏差值用數(shù)字和文字符號法按一定的規(guī)律組合標示在電感體上。采用文字符號法表示的電感通常是一些小功率電感，單位通常為nH或μH。用μH做單位時，“R”表示小數(shù)點；用“nH”做單位時，“N”表示小數(shù)點。3.色標法

色標法（圖1.23（c）所示）是在電感表面涂上不同的色環(huán)來代表電感量（與電阻類似），通常用三個或四個色環(huán)表示。識別色環(huán)時，緊靠電感體一端的色環(huán)為第一環(huán)，露出電感體本色較多的另一端為末環(huán)。注意：用這種方法讀出的色環(huán)電感量，默認單位為微亨（μH）。4.數(shù)碼表示法

數(shù)碼表示法（圖1.23（d）所示）是用三位數(shù)字來表示電感量的方法，常用于貼片電感上。三位數(shù)字中，從左至右的第一、第二位為有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示有效數(shù)字后面所加“0”的個數(shù)。注意：用這種方法讀出的色環(huán)電感量，默認單位為微亨（μH）。如果電感量中有小數(shù)點，則用“R”表示，并占一位有效數(shù)字。例如：標示為“330”的電感為33×100=33μH。

（a）直標法

（b）文字符號法圖1.23采用各種表示方法的電感的外形實物圖

（c）色標法

（d）數(shù)碼表示法圖1.23采用各種表示方法的電感的外形實物圖1.4半導體二極管

半導體器件是在20世紀50年代初發(fā)展起來的電子器件，它具有體積小、質(zhì)量小、使用壽命長、輸入功率小等優(yōu)點。本節(jié)主要介紹本征半導體、雜質(zhì)半導體、P型和N型半導體的特征及PN結的形成過程；二極管的伏安特性及其分類、用途。1.4.1半導體的基本知識1.4.1.1半導體的定義及特性1.導體、絕緣體和半導體

物質(zhì)按導電性能可分為導體、絕緣體和半導體。物質(zhì)的導電特性取決于原子結構。（1）導體

導體一般為低價元素，如：銅、鐵、鋁等金屬，其最外層電子受原子核的束縛力很小，因而極易掙脫原子核的束縛成為自由電子。因此在外電場作用下，這些電子產(chǎn)生定向運動（稱為漂移運動）形成電流，呈現(xiàn)出較好的導電特性。自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。（2）絕緣體

高價元素（如：惰性氣體）和高分子物質(zhì)（如：橡膠、塑料）最外層電子受原子核的束縛力很強，極不易擺脫原子核的束縛成為自由電子，所以其導電性極差，可作為絕緣材料。（3）半導體

半導體的最外層電子數(shù)一般為4個，既不像導體那樣極易擺脫原子核的束縛，成為自由電子，也不像絕緣體那樣被原子核束縛得那么緊，因此，半導體的導電特性介于二者之間。常用的半導體材料有硅、鍺、硒等。2.半導體的獨特性能

金屬導體的電導率一般在105S/cm量級；塑料、云母等絕緣體的電導率通常是10-22~10-14S/cm量級；半導體的電導率則在10-9~102S/cm量級。

半導體的導電能力雖然介于導體和絕緣體之間，但半導體的應用卻極其廣泛，這是由半導體的獨特性能決定的：

光敏性—半導體受光照后，其導電能力大大增強；

熱敏性—受溫度影響，半導體導電能力變化很大；

摻雜性—在半導體中摻入少量特殊雜質(zhì)，其導電能力極大地增強。

半導體材料的獨特性能是由其內(nèi)部的導電機理所決定的。這三個性質(zhì)是半導體的三大特性。1.4.1.2本征半導體

本征半導體是純凈的、具有晶體結構的半導體。常用的半導體材料是硅和鍺，它們都是四價元素，在原子結構中最外層軌道上有四個價電子。1.本征半導體的結構特點

現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個，如圖1.24所示。圖1.24硅和鍺的原子結構示意圖

通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體。把硅或鍺材料制成單晶體時，相鄰兩個原子的一對最外層電子（價電子）成為共有電子，它們一方面圍繞自身的原子核運動，另一方面又出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上。圖1.25硅和鍺的晶體結構

在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，如圖1.25所示。每個原子都處在正四面體的中心，而其它四個原子位于四面體的頂點，每個原子與其相鄰的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。價電子不僅受到自身原子核的作用，同時還受到相鄰原子核的吸引。于是，兩個相鄰的原子共用一對價電子，組成共價鍵結構。因此在晶體中，每個原子都和周圍的4個原子用共價鍵的形式互相緊密地聯(lián)系起來，如圖1.26所示。圖1.26硅和鍺的共價鍵結構

形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，形成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子。在常溫下，束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，導電能力很弱。2.本征半導體的導電機理（1）載流子、自由電子和空穴

在絕對0度（-273℃）和沒有外界激發(fā)時，價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），不能導電，相當于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。圖1.27硅和鍺的價電子熱激發(fā)示意圖（2）導電機理

本征半導體中兩種載流子的數(shù)量相等，稱為自由電子空穴對。在外界因素的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，結果相當于空穴的遷移，效果相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子，能定向移動而形成電流。圖1.28硅和鍺的導電機理示意圖

本征半導體中電流由兩部分組成：①自由電子移動產(chǎn)生的電流；②空穴移動產(chǎn)生的電流。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導體的導電能力越強，溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，這是半導體的一大特點——半導體的熱敏性。

在本征半導體中，自由電子和空穴成對出現(xiàn)，同時又不斷的復合。1.4.1.3雜質(zhì)半導體

在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì)原子，形成雜質(zhì)半導體。雜質(zhì)半導體的導電性能將發(fā)生顯著變化，其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。N型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導體，也稱為電子型半導體。P型半導體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導體，也稱為空穴型半導體。1.N型半導體

在本征半導體中，摻入微量五價元素，如：磷、銻、砷等，則原來晶格中的某些硅（鍺）原子被雜質(zhì)原子代替。由于雜質(zhì)原子的最外層有5個價電子，因此它與周圍4個硅（鍺）原子組成共價鍵時，還多余1個價電子。它不受共價鍵的束縛，而只受自身原子核的束縛，因此，它只要得到較少的能量就能成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子，本征半導體電子和空穴成對出現(xiàn)的現(xiàn)象也被打破，如圖1.29所示。顯然，這種雜質(zhì)半導體中電子濃度遠遠大于空穴的濃度，主要靠電子導電，所以稱為N型半導體。圖1.29N型半導體的結構示意圖N型半導體中的載流子有兩種：（1）由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同；（2）本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。

一般情況下，摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。在N型半導體中，自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。2.P型半導體

在本征半導體中，摻入少量的三價元素，如：硼、鋁、銦等，就得到P型半導體。這時雜質(zhì)原子替代了晶格中的某些硅原子，它的三個價電子和相鄰的四個硅原子組成共價鍵時，只有三個共價鍵是完整的，第四個共價鍵因缺少一個價電子而出現(xiàn)一個空位，這個空位可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子，如圖1.30所示。顯然，這種雜質(zhì)半導體中空穴濃度遠遠大于電子的濃度，主要靠空穴導電，所以稱為P型半導體。圖1.30P型半導體的結構示意圖

在P型半導體中，空穴是多子，電子是少子。3.P型、N型半導體的簡化示意圖圖1.31P型、N型半導體的簡化示意圖N型半導體：自由電子稱為多數(shù)載流子；空穴稱為少數(shù)載流子，載流子數(shù)

電子數(shù)。P型半導體：空穴稱為多數(shù)載流子；自由電子稱為少數(shù)載流子，載流子數(shù)

空穴數(shù)。1.4.2PN結的形成與特性1.PN結的形成（1）載流子的濃度差引起多子的擴散

在一塊完整的晶片上，通過一定的摻雜工藝，一邊形成P型半導體，另一邊形成N型半導體。P型半導體和N型半導體有機地結合在一起時，因為P區(qū)一側空穴多，N區(qū)一側電子多，所以在它們的界面處存在空穴和電子的濃度差。于是P區(qū)中的空穴會向N區(qū)擴散，并在N區(qū)被電子復合。而N區(qū)中的電子也會向P區(qū)擴散，并在P區(qū)被空穴復合。這樣在P區(qū)和N區(qū)分別留下了不能移動的負離子和正離子。上述過程如圖1.32所示。結果在界面的兩側形成了由等量正、負離子組成的空間電荷區(qū)，如圖1.33所示。（2）復合使交界面形成空間電荷區(qū)（耗盡層）

空間電荷區(qū)的特點：無載流子，阻止擴散進行，利于少子的漂移。（3）擴散和漂移達到動態(tài)平衡

擴散電流等于漂移電流，總電流I=0。圖1.32PN結形成過程的示意圖

當擴散和漂移這一對相反運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。圖1.33PN結最終形成的示意圖2.PN結的單向導電性

在PN結兩端外加電壓，稱為給PN結加偏置電壓。（1）PN結正向偏置（正偏）給PN結加正向偏置電壓，即P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，此時稱PN結為正向偏置（簡稱正偏），如圖1.34所示。由于外加電源產(chǎn)生的外電場的方向與PN結產(chǎn)生的內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場，使PN結變薄，有利于兩區(qū)多數(shù)載流子向對方擴散，多子擴散形成正向電流（與外電場方向一致）IF，此時PN結處于正向導通狀態(tài)。圖1.34PN結加正向電壓的結構圖（2）PN結反向偏置（反偏）

給PN結加反向偏置電壓，即N區(qū)接電源正極，P區(qū)接電源負極，稱PN結反向偏置（簡稱反偏），如圖1.35所示。由于外加電場與內(nèi)電場的方向一致，因而加強了內(nèi)電場，使PN結加寬，阻礙了多子的擴散運動。在外電場的作用下，只有少數(shù)載流子形成的很微弱的電流IR，稱為反向電流。

注：少數(shù)載流子是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的，與外加反壓的大小無關，因而PN結的反向電流受溫度影響很大。圖1.35PN結加反向電壓的結構圖1.4.3二極管的結構與符號1.半導體二極管的基本結構

在PN結加上管殼和引線，就成為一個半導體二極管。由P區(qū)引出的電極稱為陽極，由N區(qū)引出的電極稱為陰極。從制造材料上分，二極管可分為硅二極管和鍺二極管；按結構分，二極管可分為點接觸型、面接觸型和平面型三大類。（a）點接觸型

（b）面接觸型圖1.36二極管的結構

點接觸型二極管PN結面積小，因而其結電容小，常用于高頻檢波和小功率整流電路中。面結型二極管PN結面積大，因而允許流過較大的電流，但只能工作在低頻率下，可用于整流電路。此外還有開關管，適用于脈沖數(shù)字電路中。2.二極管的符號

二極管在電路中的符號如下圖1.37所示：圖1.37二極管在電路中的符號1.4.4二極管的特性與參數(shù)1.二極管伏安特性曲線

半導體二極管的核心是PN結，它的特性就是PN結的特性——單向導電性。常利用伏安特性曲線來形象地描述二極管的單向導電性。

若以電壓為橫坐標，電流為縱坐標，用作圖法把電壓、電流的對應值用平滑的曲線連接起來，就構成二極管的伏安特性曲線，如圖1.38所示。圖1.38二極管的伏安特性曲線（1）正向特性

二極管兩端加正向電壓時，就產(chǎn)生正向電流，當正向電壓較小時，正向電流極小（幾乎為零），這一部分稱為死區(qū)，相應的電壓稱為死區(qū)電壓或門檻電壓（也稱閾值電壓）。硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約為0.2V。

當正向電壓超過死區(qū)電壓時，正向電流就會急劇地增大，二極管呈現(xiàn)出很小電阻而處于導通狀態(tài)。這時硅管的正向導通壓降約為0.6~0.8V，鍺管約為0.2~0.4V。二極管正向導通時，要特別注意它的正向電流不能超過最大值，否則將燒壞PN結。（2）反向特性

二極管兩端加上反向電壓時，在開始很大范圍內(nèi)，二極管相當于非常大的電阻，反向電流很小，且不隨反向電壓而變化。此時的電流稱之為反向飽和電流。（3）反向擊穿特性

二極管的反向電壓加到一定數(shù)值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。此時對應的電壓稱為反向擊穿電壓，用UBR表示。（4）溫度對特性的影響

由于二極管的核心是一個PN結，它的導電性能與溫度有關，溫度升高時二極管正向特性曲線向左移動，正向壓降減小；反向特性曲線向下移動，反向電流增大。2.主要參數(shù)

元器件參數(shù)是定量描述元器件性能質(zhì)量和安全工作范圍的重要數(shù)據(jù)，是合理選擇和正確使用器件的依據(jù)。參數(shù)一般可以從產(chǎn)品手冊中查到，也可以通過直接測量得到。下面介紹晶體二極管的主要參數(shù)及其意義。（1）最大整流電流IDM

二極管長期使用時，二極管允許通過的最大正向平均電流。工作時應使平均工作電流小于IF，如超過IF，二極管將過熱而燒毀。此值取決于PN結的面積、材料和散熱情況。（2）反向工作峰值電壓UBWM

保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。（3）反向擊穿電壓UBR

二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UBWM一般是UBR的一半。（4）反向電流IR

反向電流是指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向導電性差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。（5）動態(tài)電阻rDrD是二極管特性曲線上工作點Q附近電壓的變化量與電流的變化量之比，反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。rD與工作電流的大小有關，即：（電壓的變化除以電流的變化）。顯然，rD是對Q附近的微變化區(qū)域內(nèi)的電阻。（6）二極管的極間電容（結電容）二極管的兩極間存在電容效應（當外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度將隨之改變，即PN結中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣），對應的等效電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴散電容CD。勢壘電容CB：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。

擴散電容CD：為了形成正向電流（擴散電流），注入P區(qū)的電子在P區(qū)有濃度差，越靠近PN結濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。

勢壘電容在正偏和反偏時均不能忽略。而反向偏置時，由于少數(shù)載流子數(shù)目很少，可忽略擴散電容。

從二極管的主要參數(shù)中可得出二極管單向導電性失敗的場合及原因如下：（1）正向偏壓太低（不足以克服死區(qū)電壓）。（2）正向電流太大（會使PN結溫度過高燒毀）。（3）反向偏壓太高（造成反向擊穿）。（4）工作頻率太高（使結電容容抗下降而反向不截止）。1.4.5特殊二極管1.發(fā)光二極管

（a）發(fā)光二極管外觀實物圖

（b）發(fā)光二極管在電路中的符號圖1.39發(fā)光二極管

發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵等半導體材料制成的、能直接將電能轉變成光能的發(fā)光顯示器件，當其內(nèi)部有一定電流通過時，它就會發(fā)光。（1）按其使用材料，可分為磷化鎵、磷砷化鎵、砷化鎵、磷銦砷化鎵和砷鋁化鎵發(fā)光二極管等。（2）按其封裝結構及封裝形式，可分為金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝、樹脂封裝和無引線表面封裝等。（3）按其封裝外形，可分為圓形、方形、矩形、三角形和組合形等。（4）塑封發(fā)光二極管按管體顏色又分為紅色、琥珀色、黃色、橙色、淺藍色、綠色、黑色、白色、透明無色等多種。圓形發(fā)光二極管分為多種規(guī)格，它的外徑尺寸在?2~?20mm之間。2.光電二極管

（a）光電二極管外觀實物圖

（b）光電二極管在電路中的符號圖1.40發(fā)光二極管

光電二極管是把光信號轉換成電信號的光電傳感器件。它也是由一個PN結組成的半導體器件，同時也具有單方向導電特性。

光電二極管應用在消費電子產(chǎn)品，如：CD播放器、煙霧探測器以及控制電視機、空調(diào)的紅外線遙控設備。在科學研究和工業(yè)中，常常用來精確測量光強，因為它比其他光導材料具有更良好的線性。在醫(yī)療應用設備，如X射線計算機斷層成像及脈搏探測器。3.穩(wěn)壓二極管

（a）穩(wěn)壓二極管外觀實物圖

（b）穩(wěn)壓二極管在電路中的符號圖1.41發(fā)光二極管

穩(wěn)壓二極管（又叫齊納二極管）是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管。在反向擊穿時，端電壓在一定的電流范圍內(nèi)幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。穩(wěn)壓二極管的參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ；（2）電壓溫度系數(shù)

V（%/℃），穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)；（3）動態(tài)電阻

；（4）穩(wěn)定電流IZ，最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin；（5）最大允許功耗

。穩(wěn)壓管只有與適當?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用，這個電阻叫限流電阻，使流經(jīng)穩(wěn)壓二極管的電流在其安全范圍內(nèi)。1.5半導體三極管

三極管具有放大作用，是組成各電子電路的核心器件。三極管的產(chǎn)生使PN結的應用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它分為雙極型和單極型兩種類型。本節(jié)主要討論雙極型三極管的結構、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。1.5.1三極管的結構和符號

雙極型三極管是由三層雜質(zhì)半導體構成的器件，由于這類三極管內(nèi)部的電子載流子和空穴載流子同時參與導電，故稱為雙極型三極管。它是通過一定的工藝，將兩個PN結結合在一起的器件，有三個電極，所以又稱為半導體三極管、晶體三極管等，以后簡稱為三極管。1.三極管的分類（1）按材料分：硅管、鍺管；（2）按結構分：NPN、PNP；（3）按使用頻率分：高頻管、低頻管；（4）按功率分：小功率管（功率<500mW）、中功率管（功率=500mW

1W）、大功率管（功率>1W）。2.三極管的結構

由兩個相互聯(lián)系的PN結構成，其中一個稱為發(fā)射結，另一個為集電結，兩個PN結將一個三極管劃為三個區(qū)域，各引出一個引腳。常用的三極管的結構有硅平面管和鍺合金管兩種類型。（a）平面型（NPN）

（b）合金型（PNP）圖1.42三極管的結構示意圖圖1.43NPN型三極管的結構及符號圖1.44PNP型三極管的結構及符號3.三極管實現(xiàn)電流放大的內(nèi)部和外部要求

三極管若實現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結構和外部所加電源的極性來保證。三極管內(nèi)部結構要求：（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。（2）為減少載流子在基區(qū)的復合機會，基區(qū)做得很薄，一般為幾個微米，且摻雜濃度較發(fā)射極低。（3）集電區(qū)體積較大，而且為了順利收集邊緣載流子，摻雜濃度很低。

可見，雙極型三極管并非是兩個PN結的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個二極管來代替，使用時也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應使發(fā)射結處于正向偏置狀態(tài)，而集電結處于反向偏置狀態(tài)。1.5.2三極管電流分配和放大原理三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E，分成NPN和PNP兩種。本節(jié)以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明三極管放大電路的基本原理。1.放大狀態(tài)下三極管中載流子的傳輸過程當三極管處在發(fā)射結正偏、集電結反偏的放大狀態(tài)下，管內(nèi)載流子的運動情況可用圖1.45說明。按傳輸順序分以下幾個過程進行描述。圖1.45三極管內(nèi)部載流子的運動和各極電流（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

由于發(fā)射結正偏，因而發(fā)射結兩側多子的擴散占優(yōu)勢，這時發(fā)射區(qū)電子源源不斷地越過發(fā)射結注入到基區(qū)，形成電子注入電流IEN。與此同時，基區(qū)空穴也向發(fā)射區(qū)注入，形成空穴注入電流IEP。因為發(fā)射區(qū)相對基區(qū)是重摻雜，基區(qū)空穴濃度遠低于發(fā)射區(qū)的電子濃度，所以滿足IEP<<IEN，可忽略不計。因此，發(fā)射極電流IE≈IEN，其方向與電子注入方向相反。（2）電子在基區(qū)中邊擴散邊復合

注入基區(qū)的電子，成為基區(qū)中的非平衡少子，它在發(fā)射結處濃度最大，而在集電結處濃度最小（因集電結反偏，電子濃度近似為零）。因此，在基區(qū)中形成了非平衡電子的濃度差。在該濃度差作用下，注入基區(qū)的電子將繼續(xù)向集電結擴散。在擴散過程中，非平衡電子會與基區(qū)中的空穴相遇，使部分電子因復合而失去。但由于基區(qū)很薄且空穴濃度又低，所以被復合的電子數(shù)極少，而絕大部分電子都能擴散到集電結邊沿?；鶇^(qū)中與電子復合的空穴由基極電源提供，形成基區(qū)復合電流IBN，它是基極電流IB的主要部分。（3）擴散到集電結的電子被集電區(qū)收集

由于集電結反偏，在結內(nèi)形成了較強的電場，因而，使擴散到集電結邊沿的電子在該電場作用下漂移到集電區(qū)，形成集電區(qū)的收集電流ICN。該電流是構成集電極電流IC的主要部分。另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在集電結反向電壓作用下，向對方漂移形成集電結反向飽和電流ICBO，并流過集電極和基極支路，構成IC、IB的另一部分電流。2.電流分配關系

由以上分析可知，晶體管三個電極上的電流與內(nèi)部載流子傳輸形成的電流之間有如下關系：（1.1）

式（1.1）表明，在發(fā)射結正偏、集電結反偏的條件下，晶體管三個電極上的電流不是孤立的，它們能夠反映非平衡少子在基區(qū)擴散與復合的比例關系。這一比例關系主要由基區(qū)寬度、摻雜濃度等因素決定，管子做好后就基本確定了。反之，一旦知道了這個比例關系，就不難得到晶體管三個電極電流之間的關系，從而為定量分析晶體管電路提供方便。

為了反映擴散到集電區(qū)的電流ICN與基區(qū)復合電流IBN之間的比例關系，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)為：（1.2）

其含義是：基區(qū)每復合一個電子，則有

個電子擴散到集電區(qū)去。

值一般在20~200之間。

確定了

之后，由式（1.1）、（1.2）可得：（1.3）

式中，

稱為穿透電流。因ICBO很小，在忽略其影響時，則有：（1.4）（1.5）

放大的原理在于：通過小的交流輸入，控制大的靜態(tài)直流。1.5.3三極管的共射輸入、輸出特性

三極管的伏安特性曲線是描述三極管各極電流與各極之間電壓關系的曲線，它對于了解三極管的導電特性非常有用。三極管特性曲線包括輸入和輸出兩組特性曲線。1.5.3.1三極管的共射輸入特性

共射輸入特性曲線是以uCE為參變量時，iB與uBE間的關系曲線，即典型的共發(fā)射極輸入特性曲線如圖1.46所示。圖1.46三極管的共發(fā)射極輸入特性曲線1.在uCE≥1V的條件下，當uBE<UBE(on)時，iB≈0。UBE(on)為晶體管的導通電壓或死區(qū)電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。當uBE>UBE(on)時，隨著uBE的增大，iB開始按指數(shù)規(guī)律增加，而后近似按直線上升。2.當uCE=0時，晶體管相當于兩個并聯(lián)的二極管，所以B、E間加正向電壓時，iB很大。對應的曲線明顯左移，如圖1.46所示。3.當uCE在0~1V之間時，隨著uCE的增加，曲線右移。特別在0<uCE≤UCE(sat)的范圍內(nèi)，即工作在飽和區(qū)時，移動量會更大些。4.當uBE<0時，晶體管截止，iB為反向電流。若反向電壓超過某一值時，發(fā)射結也會發(fā)生反向擊穿。1.5.3.2.三極管的共射輸出特性

共射輸出特性曲線是以iB為參變量時，iC與uCE間的關系曲線，即

。典型的共射輸出特性曲線如圖1.47所示。由圖可見，輸出特性可以劃分為三個區(qū)域，分別是飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)，對應于三種工作狀態(tài)，分別是飽和狀態(tài)、放大狀態(tài)和截止狀態(tài)?，F(xiàn)分別討論如下。圖1.47三極管的三種工作區(qū)域1.三極管的三種工作區(qū)域

①放大區(qū)iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結正偏，集電結反偏，電壓大于0.7V左右（硅管）。

②飽和區(qū)iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的數(shù)值較小，一般uCE＜0.7V（硅管）。此時發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。

③截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。2.三極管的三種工作狀態(tài)

①放大狀態(tài)：三極管工作在放大區(qū)

三極管放大條件：

發(fā)射結正偏（UBE>0，UB>UE），集電結反偏（UBC<0，UB<UC）。

三極管放大特點：

三極管有放大能力，ic=βib?；鶚O電流IB對集電極電流IC有很強的控制作用，IC=βIB。從特性曲線上可以看出，在相同的UCE條件下，IB有很小的變化量ΔIB，IC就有很大的變化量ΔIC。

②飽和狀態(tài)：三極管工作在飽和區(qū)

飽和區(qū)UCE比較小，也就是IC受UCE顯著控制區(qū)。即將輸出曲線直線上升和彎曲部分劃為飽和區(qū)。

三極管飽和條件：

發(fā)射結正偏（UBE>0，UB>UE），集電結正偏（UBC>0，UB>UC）。

三極管飽和特點：

當UCE減少到一定程度后，集電結收集載流子的能力減弱，造成發(fā)射結“發(fā)射有余，集電結收集不足”，集電極電流IC不再服從IC=βIB的規(guī)律。三極管飽和時等效于開關閉合。

③截止狀態(tài)：三極管工作在截止區(qū)，IB=0曲線以下。

三極管截止條件：

發(fā)射結反偏（UBE≤0，UB≤UE），集電結反偏（UBC<0，UB<UC）。三極管截止特點：

，三極管相當于開路。因此，三極管截止時等效于開關斷開。

所以可以利用三極管飽和、截止狀態(tài)作開關。3.輸出特性三個區(qū)域的特點（1）放大區(qū)：發(fā)射結（BE）正偏，集電結（BC）反偏IC=

IB，且ΔIC=

ΔIB。（2）飽和區(qū)：發(fā)射結（BE）正偏，集電結（BC）正偏UCE

UBE，

IB>IC，UCE

0.3V。（3）截止區(qū)：發(fā)射結（BE）反偏，集電結（BC）反偏UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0。表1.3三極管PN結四種偏置方式組合發(fā)射結（BE結）集電結（BC結）工作狀態(tài)正偏反偏放大狀態(tài)正偏正偏飽和狀態(tài)反偏反偏截止狀態(tài)反偏正偏倒置狀態(tài)1.5.4主要參數(shù)

半導體三極管的參數(shù)分為三大類：直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)。1.直流參數(shù)（1）共射直流電流放大系數(shù)

；（2）共基直流電流放大系數(shù)

；（3）極間反向電流（ICBO、ICEO）。選用管子時，ICBO、ICEO應盡量小2.交流參數(shù)交流參數(shù)是描述晶體管對于動態(tài)信號的性能指標。（1）共射交流電流放大系數(shù)

：

；

選用管子時，

應適中，太小放大能力不強，太大性能往往不穩(wěn)定。（2）共基極交流電流放大系數(shù)α：

；

近似分析中，

。（3）特征頻率fT

晶體管的電流放大系數(shù)與工作頻率有關，晶體管超過工作頻率范圍，

會將隨著頻率的升高而下降，放大能力減弱甚至失去放大作用。

下降到1時所對應的頻率稱為特征頻率，用fT表示。3.極限參數(shù)

極限參數(shù)是指為使晶體管安全工作對它的電壓、電流和功率損耗的限制。（1）最大集電極耗散功率PCMPCM是集電極電流通過集電結時所產(chǎn)生的功耗，其公式為PCM=iCuCE。通常，PCM<1W的為小功率管，1W<PCM<5W為中功率管，PCM≥5W為大功率管。（2）最大集電極電流ICM

晶體管所允許流過的最大電流，當集電極電流超過ICM，晶體管的β值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會損壞。（3）極間反向擊穿電壓

晶體管的某一電極開路時，另外兩個電極間所允許加的最高反向電壓稱為極間反向擊穿電壓，超過此值時管子會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。①U(BR)CBO：發(fā)射極開路時集電極、基極之間的擊穿電壓②U(BR)EBO：集電極開路時發(fā)射極、基極之間的擊穿電壓③U(BR)CEO：基極開路時集電極、發(fā)射極之間的擊穿電壓

幾個擊穿電壓在大小上有如下關系：U(BR)CBO＞U(BR)CEO＞U(BR)EBO

注：以U(BR)CBO為例，下標BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。1.6場效應晶體管

場效應管又稱單極型三極管，它是一種載流子參與導電，利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件。它體積小、工藝簡單，器件特性便于控制，是目前制造大規(guī)模集成電路的主要有源器件。1.場效應管的特點（1）起導電作用的是多數(shù)（一種）載流子，又稱為單極型晶體管；（2）電壓控制型器件；（3）輸入電阻高，可達107~1015Ω；（4）體積小、重量輕、耗電省、壽命長；（5）噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單。2.場效應管的分類場效應管（FET）結型（JFET）絕緣柵型（MOSFET）N溝道P溝道（耗盡型）增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道1.6.1結型場效應管1.結型場效應管的結構與符號（1）N溝道結型場效應管