實用模擬電子技術(shù)教程電子資料實用教案

1、第一篇第一篇 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 介紹常用半導(dǎo)體器件，包括介紹常用半導(dǎo)體器件，包括晶體二極管、晶體三極管、場晶體二極管、晶體三極管、場效應(yīng)管和其他半導(dǎo)體器件的結(jié)效應(yīng)管和其他半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、分類、主要性構(gòu)、工作原理、分類、主要性能指標(biāo)、國家標(biāo)準(zhǔn)能指標(biāo)、國家標(biāo)準(zhǔn)(u ji bio zhn)規(guī)定的命名方法規(guī)定的命名方法以及主要應(yīng)用。以及主要應(yīng)用。 第1頁/共39頁第一頁，共39頁。第第2 2章章 晶體三極管晶體三極管 學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求： 掌握三極管的結(jié)構(gòu)和分類；掌握掌握三極管的結(jié)構(gòu)和分類；掌握三極管的電流放大作用和基極電流三極管的電流放大作用和基極電流對集電極電流的控制作用；

2、掌握三對集電極電流的控制作用；掌握三極管的電流分配關(guān)系；掌握三極管極管的電流分配關(guān)系；掌握三極管電流放大倍數(shù)、集電極最大允許電電流放大倍數(shù)、集電極最大允許電流、集電極最大允許功率耗；流、集電極最大允許功率耗；cece極、極、cbcb極和極和bebe極反向極反向(fn xin(fn xin) )擊擊穿電壓等特性指標(biāo)的定義；掌握三穿電壓等特性指標(biāo)的定義；掌握三極管輸出特性曲線三個區(qū)域的劃分；極管輸出特性曲線三個區(qū)域的劃分；學(xué)會識讀三極管輸出特性曲線；了學(xué)會識讀三極管輸出特性曲線；了解三極管的工作原理。解三極管的工作原理。 第一篇第一篇 常用常用(chn yn)半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件第2頁/共39頁第

3、二頁，共39頁。 2.1 2.1 晶體三極管的電流晶體三極管的電流(dinli)(dinli)放大作用放大作用 第第2章章 晶體晶體(jngt)三極管三極管2.1.1 三極管的分類(fn li)、封裝和產(chǎn)品外型1、三極管的結(jié)構(gòu)和分類 三極管由管芯、引腳，外加封裝而成。按其管芯結(jié)構(gòu)的不同，可分為PNP型和NPN型，如下圖所示。PNP型三極管 NPN型三極管 電路符號第3頁/共39頁第三頁，共39頁。 2.1.1 2.1.1 三極管的分類三極管的分類(fn li)(fn li)、封裝和產(chǎn)品外型、封裝和產(chǎn)品外型 2.1 晶體三極管的電流晶體三極管的電流(dinli)放大作用放大作用1、三極管的結(jié)構(gòu)(

4、jigu)和分類三極管結(jié)構(gòu)上的特點：PNP型三極管 NPN型三極管 *有三個電極*包含2個PN結(jié)，因此也稱 為雙極型晶體管 *分為PNP型和NPN型兩大類第4頁/共39頁第四頁，共39頁。 2.1.1 2.1.1 三極管的分類三極管的分類(fn li)(fn li)、封裝和產(chǎn)品外型、封裝和產(chǎn)品外型 2.1 晶體三極管的電流晶體三極管的電流(dinli)放大作用放大作用2、三極管的命名(mng mng) 根據(jù)第一章所介紹的國標(biāo)命名方法，上述四種類型三極管由其型號的前二位相區(qū)分：3A 表示該三極管為PNP型鍺管；3B 表示該三極管為NPN型鍺管；3C 表示該三極管為PNP型硅管；3D 表示該三極管

5、為NPN型硅管。例如：3CG表示該三極管為PNP型高頻小功率硅三極管 3AG表示該三極管為PNP型高頻小功率鍺三極管 第5頁/共39頁第五頁，共39頁。 2.1.1 2.1.1 三極管的分類三極管的分類(fn li)(fn li)、封裝和產(chǎn)品外型、封裝和產(chǎn)品外型 2.1 晶體三極管的電流放大晶體三極管的電流放大(fngd)作用作用3、三極管的封裝常見(chn jin)的幾種封裝：貼片封裝第6頁/共39頁第六頁，共39頁。 2.1.2 2.1.2 三極管的基本電流關(guān)系三極管的基本電流關(guān)系(gun x)(gun x)和電流放大作用和電流放大作用 2.1 晶體晶體(jngt)三極管的電流放大作用三極

6、管的電流放大作用用符號(fho)IB、IC、IE分別代表流過三極管基極、集電極和發(fā)射極的電流（圖2-3），實驗表明，這三個電流之間存在以下二個基本關(guān)系式：（1）式是電荷守恒定律的結(jié)果，穩(wěn)定情況下，流入三極管的電流一定等于流出三極管的電流。 CBEIIIBCII（1）（2）（2）式則是實驗得出的結(jié)果。式中常數(shù)稱為三極管的共射電流放大倍數(shù)，其數(shù)值一般在幾十到幾百之間。 第7頁/共39頁第七頁，共39頁。 2.1.2 2.1.2 三極管的基本三極管的基本(jbn)(jbn)電流關(guān)系和電流放大作用電流關(guān)系和電流放大作用 2.1 晶體三極管的電流晶體三極管的電流(dinli)放大作用放大作用實驗(shy

7、n)裝置和結(jié)果VD1為發(fā)光二極管，通電后會發(fā)光，電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。VCC為+5V電源，基極由2伏電池VBB提供，電位器RP用來調(diào)節(jié)基極電流的大小，A1為微安表、A2為毫安表，分別用來測量基極和集電極電流。BCII第8頁/共39頁第八頁，共39頁。 2.1.2 2.1.2 三極管的基本三極管的基本(jbn)(jbn)電流關(guān)系和電流放大作用電流關(guān)系和電流放大作用 2.1 晶體晶體(jngt)三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用記錄每一步的基極(j j)和集電極電流，所得數(shù)據(jù)如下表2所示。圖2-4的直線就是根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出來的。 BCII 根據(jù)表2-1的數(shù)據(jù)可以看出，集電極電流與基極電流成正比

8、，比例系數(shù)即為三極管的電流放大倍數(shù)。從圖中的數(shù)據(jù)還可以估算出實驗用的這只三極管的電流放大倍數(shù)=125。10mA/80A=125第9頁/共39頁第九頁，共39頁。 2.1.2 2.1.2 三極管的基本三極管的基本(jbn)(jbn)電流關(guān)系和電流放大作電流關(guān)系和電流放大作用用 2.1 晶體三極管的電流晶體三極管的電流(dinli)放大作用放大作用 三極管的電流放大作用(zuyng)也可以理解為基極電流對集電極電流的控制作用(zuyng)。當(dāng)基極電流為零時，集電極電流也等于零，線路中的發(fā)光管不發(fā)光。加大基極電流，集電極電流也跟著加大，發(fā)光管發(fā)光并逐漸變亮。在整個過程中，基極電流從0到180A，只變

9、化了180A，而集電極電流從0變化到22mA，集電極電流的變化比基極電流的變化大得多。因此，可以說基極微小電流的變化控制了集電極大電流的變化。三極管的這種電流放大作用(zuyng)，是晶體管電路的基礎(chǔ)。BCIINoImage第10頁/共39頁第十頁，共39頁。 2.2.1 2.2.1 三極管的共射極特性三極管的共射極特性(txng)(txng)曲線曲線 2.2 三極管導(dǎo)電特性曲線三極管導(dǎo)電特性曲線(qxin)和參數(shù)和參數(shù)三極管各極電壓和電流的關(guān)系(gun x)，這類關(guān)系(gun x)稱為三極管的伏安特性，也稱三極管的特性曲線。何謂三極管特性曲線？三極管的特性曲線分為輸入特性曲線和輸出特性曲線

10、輸入特性曲線：是輸入回路中基極-發(fā)射極電壓與基極電流之間的關(guān)系。輸出特性曲線：是集電極電流和集電極-發(fā)射極電壓之間的關(guān)系。輸入回路輸出回路第11頁/共39頁第十一頁，共39頁。 2.2.1 2.2.1 三極管的共射極特性三極管的共射極特性(txng)(txng)曲線曲線 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)NoImage典型(dinxng)的三極管輸入特性曲線 三條曲線分別對應(yīng)ce極短路、ce極間電壓等于0.5V和ce極間電壓大于等于1V時基極電流和be極電壓之間的關(guān)系。 第12頁/共39頁第十二頁，共39頁。 2.2.1 2.2.1 三極管的共射極特性三極管

11、的共射極特性(txng)(txng)曲線曲線 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)NoImage2、輸出特性曲線(qxin)截止區(qū)：是IB=0下面的區(qū)域，特征是輸入端基極-發(fā)射極電壓小于開啟電壓，基極電流等于零集電極的電流就是前面討論過的集電極穿透電流。這個電流很小，在近似分析時忽略。 飽和區(qū)：基極-發(fā)射極電壓UBE大于開啟電壓，而集電極-發(fā)射極電壓UCEUBE所對應(yīng)的區(qū)域稱為飽和區(qū)。在飽和區(qū)，基極電流失去對集電極電流的控制作用。 放大區(qū)：對應(yīng)于UBE大于開啟電壓，UCE大于UBE的區(qū)域?；鶚O電流變化時，集電極電流有很大的變化。但集電極電流幾乎不隨集電極-發(fā)射

12、極電壓變化。 第13頁/共39頁第十三頁，共39頁。 三極管的品種繁多，不同型號和規(guī)格的三極管彼此之間三極管的品種繁多，不同型號和規(guī)格的三極管彼此之間有有很大差異。下面很大差異。下面(xi mian)(xi mian)以實際的三極管輸出特性曲以實際的三極管輸出特性曲線為例，說明如線為例，說明如何識讀三極管的輸出特性曲線。何識讀三極管的輸出特性曲線。 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)-2.2.2 特性曲線識讀特性曲線識讀(1)確定(qudng)三極管的類型： 使用正電源,為NPN型管 (2)確定放大區(qū)的范圍： 0.7VUCE8V，0ICUCE20V， 0IC

13、40mA (3)估算電流放大倍數(shù)： 16715025AmAIIBC任選一點A1，讀出對應(yīng)的IC和IB值為IC=25mA，IB=150A， 第16頁/共39頁第十六頁，共39頁。 識讀三極管的輸出特性曲線識讀三極管的輸出特性曲線(qxin)(qxin)。 2.2 三極管導(dǎo)電特性曲線三極管導(dǎo)電特性曲線(qxin)和參數(shù)和參數(shù)-2.2.2 特性曲線特性曲線(qxin)識讀識讀(4)觀察電流(dinli)放大倍數(shù)變化趨勢： 在集電極電流較小的區(qū)域（圖的下部），曲線較稀疏，因此就較大。但是SS9012電流放大倍數(shù)的變化沒有SS9018明顯。 在集電極電流較大的區(qū)域（圖的上部），曲線較密，因此就較小。 第

14、17頁/共39頁第十七頁，共39頁。 識讀三極管的輸出特性曲線識讀三極管的輸出特性曲線(qxin)(qxin)。 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)-2.2.2 特性曲線識讀特性曲線識讀(4)觀察電流放大(fngd)倍數(shù)變化趨勢： 右邊是三極管9013的輸出特性曲線，其曲線的分布較均勻，因此其電流放大倍數(shù)更接近常數(shù)。第18頁/共39頁第十八頁，共39頁。動態(tài)電流動態(tài)電流(dinli)(dinli)放大倍數(shù)（或交流電流放大倍數(shù)（或交流電流(dinli)(dinli)放大倍數(shù)）放大倍數(shù)） 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)-2

15、.2.2 特性曲線識讀特性曲線識讀 以9018為例，從輸出特性曲線圖計算其動態(tài)電流(dinli)放大倍數(shù) 定義為基極電流增加iB所引起的集電極電流增加量iC與iB的比值 BCii 再選取一個和A相鄰的B點，從B至A，基極電流的增量為iB=60A50A=10A，相應(yīng)的集電極電流增量等于iC=5mA4mA=1mA 100101AmAiiBC與直流放大倍數(shù)有相同的數(shù)值。 第19頁/共39頁第十九頁，共39頁。動態(tài)電流放大動態(tài)電流放大(fngd)(fngd)倍數(shù)（或交流電流放倍數(shù)（或交流電流放大大(fngd)(fngd)倍數(shù)）倍數(shù)） 2.2 三極管導(dǎo)電特性三極管導(dǎo)電特性(txng)曲線和參數(shù)曲線和參數(shù)

16、-2.2.2 特性特性(txng)曲線識讀曲線識讀 一般情況下，工作于放大區(qū)時，三極管的直流電流放(lifng)大倍數(shù)和動態(tài)電流放(lifng)大倍數(shù)差別不大，因此我們不再區(qū)分直流和交流電流放(lifng)大倍數(shù)，統(tǒng)一用符號來表示三極管的電流放(lifng)大倍數(shù)。 BCii 兩者不再區(qū)分BCII第20頁/共39頁第二十頁，共39頁。 1 1、極限參數(shù)、極限參數(shù)這類參數(shù)是指三極管使用時不得超過這類參數(shù)是指三極管使用時不得超過的 極 限 值 ， 超 過 這 些 極 限 時 ， 三 極 管 不 能 正 常 工 作的 極 限 值 ， 超 過 這 些 極 限 時 ， 三 極 管 不 能 正 常 工 作

17、(gngzu)(gngzu)或永久性損壞?；蛴谰眯該p壞。 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)-2.2.3 三極三極管的主要特性參數(shù)管的主要特性參數(shù)（1）集電極最大允許(ynx)電流ICM集電極電流IC增加時，三極管的電流放大倍數(shù)會減小，減小到額定值的三分之二時所對應(yīng)的集電極電流，稱為集電極最大允許電流ICM。 （2）集電極最大允許耗散功率PCMPCM是指集電結(jié)允許的最大耗散功率。超過這個數(shù)值時，會使結(jié)溫過高而導(dǎo)致三極管性能變壞或燒毀。PCM1W的三極管稱為大功率三極管，PCM0.5W的稱為小功率管，介于兩者之間的，則為中功率三極管。第21頁/共39頁第二十一

18、頁，共39頁。（3 3）集電極）集電極- -基極反向基極反向(fn xin(fn xin) )擊穿擊穿電壓電壓BUCBOBUCBO 2.2 三極管導(dǎo)電特性曲線三極管導(dǎo)電特性曲線(qxin)和參數(shù)和參數(shù)-2.2.3 三三極管的主要特性參數(shù)極管的主要特性參數(shù) BUCBO是發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。使用(shyng)時，超過這一電壓，集電極-基極間的PN結(jié)會被反向擊穿。 BUEBO是集電極開路時，發(fā)射極和基極之間的反向擊穿電壓。使用時，超過這一電壓，發(fā)射極-基極間的PN結(jié)會被反向擊穿。 （5）集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓BUCEOBUCEO是基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿

19、電壓。使用時，超過這一電壓，集電極和發(fā)射極間反向的PN結(jié)擊穿。如果上述擊穿后的電流沒有受到限制，都將導(dǎo)致三極管永久性損壞。 （4）發(fā)射極-基極反向擊穿電壓BUEBO第22頁/共39頁第二十二頁，共39頁。 2 2、電流放大、電流放大(fngd)(fngd)倍數(shù)倍數(shù) 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)-2.2.3 三極三極管的主要特性參數(shù)管的主要特性參數(shù)直流電流放大倍數(shù)定義為：BCI/I 交流電流放大倍數(shù)定義為：BCi/i 忽略穿透電流ICEO，且三極管輸出特性曲線為平行等距線時兩者相等，在今后的分析中，將忽略兩者差異，認(rèn)為：第23頁/共39頁第二十三頁，共3

20、9頁。 3 3、集電極、集電極- -發(fā)射極穿透電流發(fā)射極穿透電流I ICEOCEO 2.2 三極管導(dǎo)電三極管導(dǎo)電(dodin)特性曲線和參數(shù)特性曲線和參數(shù)-2.2.3 三極管的主要特性參數(shù)三極管的主要特性參數(shù)基極開路情況下，從集電極穿透(chun tu)基區(qū)流到發(fā)射極的電流。溫度對參數(shù)、UBE及ICBO的影響(yngxing)最大。：溫度每升高1，值大約增加(0.51)%；UBE：溫度每升高1，發(fā)射結(jié)電壓降UBE將下降22.5mV ；ICBO：溫度每升高10，ICBO將增加一倍。 發(fā)射極開路、集電極加反向電壓時流過集電結(jié)的反向電流。ICEO和ICBO之間的關(guān)系是ICEO=ICBO+ICBO=（

21、1+）ICBO，ICBO很小，對于硅管，ICBO為nA的數(shù)量級，對于鍺管，ICBO為A級，但對溫度的變化十分敏感。因此，環(huán)境溫度變化較大的情況，應(yīng)選用硅管。4、集電結(jié)反向飽和電流ICBO5、溫度對三極管參數(shù)的影響第24頁/共39頁第二十四頁，共39頁。 2.3 常用三極管簡介常用三極管簡介(jin ji)-2.3.1 三極管的分三極管的分類類 分為(fn wi)PNP型和NPN型三極管 分為(fn wi)低頻三極管和高頻三極管，低頻管一般工作于3MHz以下的電路中 硅三極管、鍺三極管 按制造材料分類： 按工作頻率分類： 按結(jié)構(gòu)工藝分類：按照允許耗散的功率分類：分為小功率、中功率和大功率三極管

22、第25頁/共39頁第二十五頁，共39頁。 2.3 常用常用(chn yn)三極管簡介三極管簡介-2.3.1 三極管的分三極管的分類類 三極管型號(xngho)命名-國內(nèi)外命名規(guī)定第26頁/共39頁第二十六頁，共39頁。 2.3 常用常用(chn yn)三極管簡介三極管簡介- 2.3.2 常用常用(chn yn)三極管簡介三極管簡介常用(chn yn)的國產(chǎn)和國外三極管的型號、主要參數(shù)如表所示。 第27頁/共39頁第二十七頁，共39頁。 2.4 三極管的簡單三極管的簡單(jindn)應(yīng)用應(yīng)用 尿濕報警電路:嬰兒尿尿以后需及時更換尿布，以免長期刺激皮膚，為此需要及時知道尿濕情況。利用三極管基極電流

23、對集電極電流的控制作用，可以組成一個(y )簡單的報警電路，能在尿濕后立即通過發(fā)聲、發(fā)光報警。 電路結(jié)構(gòu)第28頁/共39頁第二十八頁，共39頁。 2.4 三極管的簡單三極管的簡單(jindn)應(yīng)用應(yīng)用 工作(gngzu)原理:尿布干燥時，兩片電極板K1、K2之間的電阻趨于無窮大，電極間沒有電流通過，基極(j j)電流為零，因此三極管集電極電流等于零，發(fā)光管不發(fā)光，蜂鳴器不發(fā)聲。嬰兒尿尿后，濕尿布是電的良導(dǎo)體，電極板K1、K2短路導(dǎo)通，于是電池VBB經(jīng)電阻R向基極(j j)注入微小的電流，基極(j j)電流經(jīng)三極管的放大，集電極的電流是基極(j j)的倍，被放大了的電流足以驅(qū)動發(fā)光管發(fā)光，驅(qū)動蜂

24、鳴器發(fā)聲 VCC為直流電源，VT為三極管，K1、K2為兩片電極板，VD1為發(fā)光二極管，F(xiàn)為蜂鳴器 第29頁/共39頁第二十九頁，共39頁。 2.5 三極管電流分配關(guān)系理論三極管電流分配關(guān)系理論(lln)分析分析前面我們討論三極管外部特性時，已經(jīng)分析了三極管的電流分配關(guān)系，它由以下(yxi)幾個公式描述： 第一個式子說明三個極電流之間的關(guān)系，發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和。第二個描述三極管的電流放大作用，集電極電流是基極電流的倍；第三個式子說明ce極之間的穿透電流ICEO是集電結(jié)反向(fn xin)飽和電流ICBO的（1+）倍。下面，我們從微觀的角度分析、推導(dǎo)后兩個關(guān)系式。 CBEIII

25、BCII CBOCEOII)1 (第30頁/共39頁第三十頁，共39頁。 2.5 三極管電流分配關(guān)系理論分析三極管電流分配關(guān)系理論分析(fnx)-2.5.1 各電極電流的形成各電極電流的形成 1、發(fā)射極電流(dinli)的形成發(fā)射結(jié)正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子電子不斷通過(tnggu)發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，同時從電源負(fù)極得到電子補充，因而形成發(fā)射極電流，這一由多數(shù)載流子形成的發(fā)射極電流用符號IEN表示。除此之外，基區(qū)的空穴向發(fā)射極擴(kuò)散，也形成發(fā)射極電流，這部分電流用IEP表示發(fā)射極電流IE等于兩者之和：EPENEIII（1）第31頁/共39頁第三十一頁，共39頁。 2.5 三極管電流三極管電流(di

26、nli)分配關(guān)系理論分析分配關(guān)系理論分析-2.5.1 各電極電流各電極電流(dinli)的形成的形成 2、集電極電流(dinli)的形成 來自發(fā)射極的電子流很少一部分與基區(qū)的空穴復(fù)合形成基極電流的一部分。多數(shù)電子很快就達(dá)到集電結(jié)的邊界(binji)，在電場的作用下進(jìn)入集電區(qū)，形成集電極電流，這一部分集電極電流用符號ICN表示。集電極反向偏置的情況下，集電區(qū)的少數(shù)載流子空穴能順利地通過集電結(jié)進(jìn)入基區(qū)，這些少數(shù)載流子的運動形成的集電極電流用符號ICBO表示。 集電極總電流IC等于兩者之和：（2）CBOCNCIII第32頁/共39頁第三十二頁，共39頁。 2.5 三極管電流分配關(guān)系理論分析三極管電流

27、分配關(guān)系理論分析-2.5.1 各電極各電極(dinj)電流的形成電流的形成 3、基極(j j)電流的形成 發(fā)射極電子流進(jìn)入基區(qū)后一部分與基區(qū)的空穴復(fù)合形成電流，該電流的方向是由基極(j j)電源流向基區(qū)，用符號IBN表示 基區(qū)的空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成的電流，該電流的方向也是由基極電源流向基極，用符號IBP表示 集電極少數(shù)載流子空穴向基區(qū)移動的電流，正電荷空穴從集電極進(jìn)入基區(qū)后流向基極電源，因此形成負(fù)電流ICBO （3）上述三個電流之和即為基極電流IB ：CBOEPBNBIIII第33頁/共39頁第三十三頁，共39頁。 2.5 三極管電流分配關(guān)系理論分析三極管電流分配關(guān)系理論分析-2.5.1 各電極各電極(dinj)電流的形成電流的形成 1、發(fā)射極電流(dinli)： 2、集電極電流(dinli)：3、基極電流：（3）CBOEPBNBIIIIEPENEIII（1）CBOCNCIII（2） 通過上面的分析，得到各極電流表達(dá)式如下：