模擬電子技術（微課版）（附活頁學習任務工單）課件 第1、2章 二極管、三極管及開關電路；三極管基本放大電路

第1章二極管、三極管及開關電路《模擬電子技術》理論學習之引言

學習電子技術，從認識電子元器件開始。利用半導體材料制成的電子元器件稱為半導體器件。在電子電路中，二極管和三極管是最常見的兩種半導體器件。圖1-1普通二極管的電路符號

二極管只有兩個電極，其中“+”稱為正極或陽極，用字母“a”表示；“-”稱為負極或陰極，用字母“k”表示。二極管具有單向?qū)щ娦?，三角形箭頭標示了二極管導通時電流方向為a→k，因此在電路中二極管正、負極是不能接反的，否則二極管發(fā)揮不了作用。根據(jù)用途和特點的不同，二極管有很多種類，其名稱、外觀、電路符號也各有不同。引言

三極管是一種用于放大或開關電信號的半導體器件，它隨處可見，特別是常在各種集成電路中作為基本單元。三極管有兩種：晶體三極管和場效應三極管。晶體三極管簡稱晶體管，也稱為雙極型三極管，因其中的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子均參與導電而得名；場效應三極管簡稱場效應管，也稱為單極型三極管，其中只有多數(shù)載流子參與導電。未特別說明時，本書中提及的三極管一般都是指晶體三極管。三極管實物圖片引言

二極管和三極管的特性使它們在電路中都可以像開關一樣工作，因此本章主要學習二極管、三極管的基本特性及由其組成的開關電路。圖1-2第1章知識結構主要內(nèi)容1.1半導體二極管及應用電路1.2晶體三極管及開關電路1.3場效應管及開關電路1.1半導體二極管及應用電路1.1.2二極管的伏安特性1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?.1.3二極管的基本應用電路1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)1.1.5發(fā)光二極管及應用1.1.1PN結及單向?qū)щ娦詧D1-3二極管內(nèi)部結構示意圖

二極管是由一個PN結引出兩個電極再加外殼封裝構成的半導體器件，如圖1-3所示為其內(nèi)部結構示意圖，從P區(qū)引出的電極為陽極，從N區(qū)引出的電極為陰極。圖1-4LED的電路符號和單色直插式LED的外觀1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、一個點亮發(fā)光二極管的實驗正接（正向偏置）反接（反向偏置）導通截止1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、一個點亮發(fā)光二極管的實驗單向?qū)щ娦哉蚱脤ㄕ臃聪蚱媒刂狗唇?.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的形成（1）本征半導體（a）簡化的半導體原子結構（b）硅晶體的共價鍵結構圖1-5半導體晶體的等效結構1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的形成（1）本征半導體③本征半導體的導電能力隨著溫度的上升或光照的增加而增強，但由于載流子數(shù)量少，因此導電能力整體較弱。本征半導體的性能①本征半導體中有兩種帶電粒子，即自由電子和空穴，它們都是載流子。②本征半導體中的自由電子和空穴是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的，二者數(shù)量總是相等。硅晶體共價鍵結構示意圖1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的形成（2）雜質(zhì)半導體圖1-6雜質(zhì)半導體的等效結構1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的形成（2）雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體的性能①N型半導體中有

3

種帶電粒子：雜質(zhì)正離子、自由電子和空穴，其中自由電子是多子，空穴是少子。由于自由電子帶負電（Negative），因此這種半導體被稱為N型半導體。自由電子通過兩種方式產(chǎn)生：摻雜和熱激發(fā)。N型半導體呈電中性，其中帶電粒子的數(shù)量關系滿足：自由電子的數(shù)量=雜質(zhì)正離子的數(shù)量+熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴數(shù)量1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的形成（2）雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體的性能②P型半導體中有

3

種帶電粒子：雜質(zhì)負離子、自由電子和空穴，其中空穴是多子，自由電子是少子。由于空穴帶正電（Positive），因此這種半導體被稱為P型半導體?？昭ㄍㄟ^兩種方式產(chǎn)生：摻雜和熱激發(fā)。P型半導體呈電中性，其中帶電粒子的數(shù)量關系滿足：空穴的數(shù)量=雜質(zhì)負離子的數(shù)量+熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子數(shù)量1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的形成（3）PN結圖1-7PN結的形成

多子的擴散運動會使空間電荷區(qū)加寬、內(nèi)電場增強，阻礙多子的擴散，并促進少子的漂移；而少子的漂移運動會使空間電荷區(qū)變窄、內(nèi)電場減弱，又促進多子的擴散。擴散運動和漂移運動相互對立又相互聯(lián)系，當二者勢均力敵時，空間電荷區(qū)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，其寬度達到穩(wěn)定。空間電荷區(qū)一般很薄，約為幾微米至幾十微米。1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的單向?qū)щ娦裕?）PN結正偏電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)，PN結正偏時：外電場的方向與內(nèi)電場方向相反外電場削弱內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄促進了多子的擴散運動抑制了少子的漂移運動多子擴散形成正向電流I

F1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的單向?qū)щ娦裕?）PN結反偏電源負極接P區(qū)，正極接N區(qū)，PN結反偏時：外電場的方向與內(nèi)電場方向相同外電場增強內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變寬促進了少子的漂移運動抑制了多子的擴散運動少子漂移形成反向電流I

R1.1.1PN結及單向?qū)щ娦?、PN結的單向?qū)щ娦裕?）單向?qū)щ娦哉蚱脤ǚ聪蚱媒刂箚蜗驅(qū)щ娦訮N結正偏時：多子運動形成較大正向電流PN結反偏時：少子運動形成較小反向電流本次課小結1．本征半導體與雜質(zhì)半導體：

本征半導體中載流子數(shù)量少，導電能力差。雜質(zhì)半導體中載流子數(shù)量多，導電能力強，其中N型半導體中的多子是電子，P型半導體中的多子是空穴。本征半導體與雜質(zhì)半導體都呈電中性。2．PN結的形成：

當多子的擴散運動與少子的漂移運動達到動態(tài)平衡時，N型半導體與P型半導體的交界面兩側會形成寬度穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，稱為PN結。3．PN結的單向?qū)щ娦裕?/p>

PN結正向偏置導通、反向偏置截止的特性稱為單向?qū)щ娦浴?.1.2二極管的伏安特性1、二極管與開關的對比實驗（a）開關斷開時的測量結果（b）開關接通時的測量結果圖1-9數(shù)字萬用表測試開關1.1.2二極管的伏安特性1、二極管與開關的對比實驗圖1-10數(shù)字萬用表測試二極管4007二極管反偏，萬用表顯示測量超出量程二極管電路符號二極管正偏，萬用表顯示測量值705mV1.1.2二極管的伏安特性2、二極管的伏安特性曲線（1）伏安特性測試電路圖1-11二極管伏安特性測試電路1.1.2二極管的伏安特性2、二極管的伏安特性曲線（2）正向特性圖1-12通用的硅二極管的伏安特性曲線OA段：死區(qū)。A點電壓稱為死區(qū)電壓Uth。硅管0.5V，鍺管0.1V。C點以上：損壞區(qū)。二極管因過熱而燒壞。BC段：正向?qū)▍^(qū)。C點電流稱為最大整流電流IF。AB段：微導通區(qū)。B點電壓稱為導通電壓UD。硅管0.7V，鍺管0.2V。1.1.2二極管的伏安特性2、二極管的伏安特性曲線（3）反向特性圖1-12通用的硅二極管的伏安特性曲線OD段：截止區(qū)。D點電壓稱為二極管的最高反向工作電壓URRM，當二極管兩端所加的反向電壓小于URRM時，二極管截止。此時流過二極管的電流非常小，稱為反向電流IR，硅管10-16~10-9A，鍺管10-8~10-6A。當二極管兩端所加的反向電壓大于URRM時，二極管失去單向?qū)щ娔芰ΑF段：反向擊穿區(qū)。二極管的反向電流急劇增大，兩端的電壓變化很小。二極管發(fā)生擊穿時的電壓稱為反向擊穿電壓UBR。F點以下：損壞區(qū)。二極管因過熱而燒壞。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（1）理想模型（a）伏安特性曲線（b）導通等效為開關接通（c）截止等效為開關斷開圖1-13二極管理想模型的伏安特性曲線及等效電路1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（2）恒壓降模型（a）伏安特性曲線（b）導通等效為恒壓源UD（c）截止等效為開關斷開圖1-14二極管恒壓降模型的伏安特性曲線及等效電路1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應用舉例【例1-1】二極管應用電路如圖1-15所示，VD=2V，R=2kΩ。分別用二極管理想模型和硅二極管恒壓降模型求UR和IR的值。圖1-15例1-1二極管應用電路【解題思路】第一步：確定一個零電位點。常常將電源的負極定義為零電位點。第二步：假設二極管VD不導通，分別分析其陽極與陰極的電位，若陽極電位高于陰極，則VD導通，否則VD不導通。電路中VD的陽極連接電源正極，電位為2V。當二極管不導通時，電路中沒有電流，電阻R兩端的電位相等，即VD的陰極電位為0，因此VD陽極的電位高于陰極，導通。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應用舉例【例1-1】二極管應用電路如圖1-15所示，VD=2V，R=2kΩ。分別用二極管理想模型和硅二極管恒壓降模型求UR和IR的值。第三步：用等效模型代替二極管。二極管導通時在理想模型中用接通的開關代替，在恒壓降模型中用恒壓源UD代替。注意：VD陽極接電源，因此導通后陽極電位保持2V不變，而陰極電位相應發(fā)生變化，因此用理想模型時，VD陰極的電位為2V；用硅二極管恒壓降模型時，VD陰極的電位為1.3（=2-0.7）V。結論：在理想模型中，UR為2V，IR為1mA；在恒壓降模型中，UR為1.3V，IR為0.65mA。圖1-15例1-1二極管應用電路【解題思路】1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應用舉例【例1-2】二極管應用電路如圖1-16所示，試用硅二極管恒壓降模型求UAO的值?！窘忸}思路】圖1-16例1-2二極管應用電路第一步：確定兩個電源的公共端O點為零電位點。第二步：假設二極管VD不導通，此時回路中沒有電流，VD陽極電位為-6V，陰極電位為-9V，陽極電位高于陰極電位，因此VD導通。第三步：硅二極管導通后壓降為0.7V。電路中二極管陽極接電源，電位保持-6V不變，因此陰極的電位變?yōu)?6.7V。結論：UAO的值為-6.7V。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應用舉例【例1-3】二極管應用電路如圖1-17所示，請用理想模型求流過電阻的電流IR

。【解題思路】圖1-17例1-3二極管應用電路第一步：確定兩個電源的公共端O點為零電位點。第二步：假設兩只二極管均不導通，回路中沒有電流，二極管VD1陽極電位為9V、陰極電位為0，正偏；VD2陽極與VD1陽極是同一個節(jié)點，電位也為9V，陰極電位為-6V，也正偏。這時候要考慮另外一個特性，就是壓差大的二極管優(yōu)先導通。因為VD2兩端的壓差大，所以優(yōu)先導通。VD2采用理想模型分析，導通后其陽極電位變?yōu)?6V，因此VD1陽極電位也變?yōu)?6V，VD1變?yōu)榉雌?，即沒來得及導通就被截止了。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應用舉例第三步：已知電阻的阻值，要求流過電阻的電流IR只需求出電阻上的壓降。電阻上端電位為-6V，下端電位為+9V，兩端電壓為-15V，阻值為3kΩ，因此IR大小為5mA，實際方向為從下到上。結論：IR=-5mA?！纠?-3】二極管應用電路如圖1-17所示，請用理想模型求流過電阻的電流IR

?！窘忸}思路】圖1-17例1-3二極管應用電路本次課小結1．二極管的正向特性：

二極管的內(nèi)部是一個PN結，其伏安特性是非線性的。當外加正向電壓小于Uth時，二極管工作在死區(qū)，工作電流幾乎為0。當外加正向電壓大于UD時，二極管完全導通，等效為一個阻值很小的電阻。硅二極管的Uth約為0.5V，UD約為0.7V；鍺二極管的Uth約為0.1V，UD約為0.2V。2．二極管的反向特性與反向擊穿特性：

當外加反向電壓小于URM時，二極管截止，流過的電流很小。當外加反向電壓大于UBR時，二極管具有穩(wěn)壓作用。若流過二極管的反向電流超過IZM，二極管可能被燒毀。3．二極管的等效模型：

采用等效模型代替電路中的二極管可以簡化電路的分析。一般的，當外加電壓較大（例如大于UD的10倍以上）時采用二極管理想模型進行分析，當外加電壓較小時采用二極管恒壓降模型進行分析，有特殊說明的情況除外。1.1.3二極管的基本應用電路1、低電壓穩(wěn)壓電路圖1-18低電壓穩(wěn)壓電路1.1.3二極管的基本應用電路2、限幅電路（1）單向限幅電路圖1-19單向限幅電路及輸入輸出波形1.1.3二極管的基本應用電路2、限幅電路（2）雙向限幅電路圖1-20雙向限幅電路1.1.3二極管的基本應用電路3、開關電路（1）二極管與門電路圖1-21二極管與門電路【例1-4】一種由二極管構成的與門電路如圖1-21所示，VD1和VD2均為硅二極管，當輸入信號uA、uB為低電平（0）和高電平（3V）的不同組合時，求輸出電壓uo

，并分析電路的功能。1.1.3二極管的基本應用電路3、開關電路（2）二極管或門電路圖1-21二極管與門電路本次課小結1．低電壓穩(wěn)壓電路：

利用二極管導通后兩端壓降幾乎保持不變的特性可以構成低電壓穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓值與二極管的個數(shù)有關，適用于穩(wěn)壓值不高且對穩(wěn)壓要求不高的場合。2．限幅電路：

單向限幅電路有上限幅電路和下限幅電路兩種。同時具有上、下限幅功能的電路稱為雙向限幅電路。3．開關電路：

利用二極管的開關特性可以構成數(shù)字電路中常用的與門電路和或門電路。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)1、幾種常見的二極管（1）常見二極管的電路符號圖1-23常見二極管的外觀及電路符號1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)1、幾種常見的二極管（2）常見二極管的特點1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)

用來表示二極管性能好壞和適用范圍的技術指標，稱為二極管的參數(shù)。二極管的參數(shù)是描述二極管特性的物理量，是反映二極管性能的質(zhì)量指標，也是合理選擇和使用二極管的主要依據(jù)。對初學者而言，必須理解以下幾個二極管的主要參數(shù)。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)（1）最大正向平均整流電流IF(AV)IF(AV)是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向平均電流值。因為電流通過二極管時會使管芯發(fā)熱、溫度上升，溫度超過容許限度（硅二極管約為140℃，鍺二極管約為90℃）時就會使管芯過熱而損壞，所以使用中流過二極管的平均電流不要超過IF(AV)。例如，常用的1N400×系列硅二極管的IF(AV)為1A。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)（2）最高重復反向電壓URRM

加在二極管兩端的重復反向電壓高到一定值時會將二極管擊穿，使二極管失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證二極管使用時是安全的，規(guī)定了最高重復反向電壓URRM，例如1N4001的URRM為50V，1N4007的URRM為1000V。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)（3）反向電流IR

是指在規(guī)定的溫度和反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是，反向電流與溫度有著密切的關系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，若在25℃時反向電流為250uA，則溫度升高到35℃時，反向電流將上升到250uA，依此類推，在75℃時它的反向電流已達8mA，這不僅失去了單向?qū)щ姷奶匦?，還可能使二極管過熱而損壞。又如2CP10型硅二極管，在25℃時反向電流僅為5uA，當溫度升高到75℃時，反向電流也不過160℃，故硅二極管與鍺二極管相比在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)3、如何識讀二極管的數(shù)據(jù)手冊（1）如何獲得二極管的數(shù)據(jù)手冊

如果我們知道所要查找元器件的生產(chǎn)廠商，可以直接到該廠商的官網(wǎng)中找到相應的數(shù)據(jù)手冊。

數(shù)據(jù)手冊通常是PDF格式，打開之后看到的第一頁文檔常常如圖1-24所示。圖1-241N4001～1N4007數(shù)據(jù)手冊首頁1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)3、如何識讀二極管的數(shù)據(jù)手冊（2）識讀數(shù)據(jù)手冊表1-41N4001~1N4007的主要參數(shù)本次課小結1．常見二極管的種類：

按照所用材料、管芯結構、用途等的不同，二極管可以分成很多種類，不同種類二極管的工作特點也各不相同。要學會識別不同種類二極管的電路符號。2．二極管的主要參數(shù)：

選用二極管時，主要關注最大正向平均整流電流IF(AV)、最高重復反向電壓URRM、反向電流IR等幾個參數(shù)。3．識讀元器件的數(shù)據(jù)手冊：

通過識讀元器件的數(shù)據(jù)手冊，可以知曉其型號、主要特性、極限參數(shù)和電氣特性等信息。1.1.5發(fā)光二極管及應用LED是一種由磷化鎵（GaP）等半導體材料制成的特殊二極管，其在電路中的符號如圖1-4（a）所示。圖1-4LED的電路符號和單色直插式LED的外觀LED是一種將電能直接轉換成光能的元器件（簡稱電光元器件），其核心是一個會發(fā)光的PN結，它同時具備兩種電氣性能：一種是單向?qū)щ娦裕硪环N是正向?qū)〞r會發(fā)光。LED具有體積小、工作電壓低、亮度高、功耗小、驅(qū)動簡單、壽命長、可控性強、色彩豐富等優(yōu)點。1.1.5發(fā)光二極管及應用1、LED的種類（1）按封裝形式分LED的PN結只有一粒沙子那么大，而在市場上能買到的LED已根據(jù)不同應用的需要加了封裝，常用的LED按封裝形式分為以下兩種。①直插式LED（SMT）。直插式LED的外形有圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等，其中以圓形最為常見。常見的圓形直插式LED規(guī)格有φ3、φ5、φ8、φ10，其中數(shù)字代表直插式LED帽身的直徑尺寸，單位是mm。常見直插式LED1.1.5發(fā)光二極管及應用1、LED的種類（1）按封裝形式分

②貼片式LED（SMD）。常用的貼片式LED封裝規(guī)格有0603、0805、1206，指的是貼片式LED基座PCB的長寬尺寸，如0805是指LED基座PCB的長寬尺寸為2.0×1.25（單位是mm）。常見貼片式LED1.1.5發(fā)光二極管及應用1、LED的種類（2）按發(fā)光顏色分LED發(fā)出的顏色是由其內(nèi)部晶片（Chip）的材料決定的，材料不同發(fā)光的顏色就不同。LED的發(fā)光顏色有紅、橙、黃、黃綠、純綠、標準綠、藍綠、藍色、紫色、白色等。圖1-25三端雙色直插式LED的外形及電路符號

另外，LED可分為單色LED、雙色LED與三色LED等。三端雙色直插式LED的外形及電路符號如圖1-25所示。該LED中包含兩種晶片，因而可以發(fā)出兩種不同的顏色。1.1.5發(fā)光二極管及應用1、LED的種類（3）按發(fā)光強度和工作電流分

按發(fā)光強度分，LED有普通亮度LED（發(fā)光強度<10mcd）、高亮度LED（發(fā)光強度為10～100mcd）和超高亮度LED（發(fā)光強度>100mcd）。高亮度單色LED和超高亮度單色LED使用的半導體材料與普通單色LED不同，所以發(fā)光的強度也不同。通常，高亮度單色LED使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色LED使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色LED使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。

按工作電流分，LED有普通電流LED（工作電流在十幾mA至幾十mA）、低電流LED（工作電流在2mA下）等，低電流LED的亮度與普通LED相同。1.1.5發(fā)光二極管及應用2、LED的主要參數(shù)（1）正向電壓UFUF指通過LED的正向電流為規(guī)定值時，LED正、負極之間產(chǎn)生的壓降。LED的UF一般比普通二極管大，不同顏色的LED其UF不同，正常值為1.6V~3.6V。1.1.5發(fā)光二極管及應用2、LED的主要參數(shù)（2）最大工作電流IFM

普通LED在正常工作時的電流很小，只有10mA~45mA，在正向電壓增加時，電流會有很大程度的上升。IFM是指LED長期正常工作所允許通過的最大正向電流。使用中電流不能超過此值，否則LED可能被燒毀。1.1.5發(fā)光二極管及應用2、LED的主要參數(shù)（3）最高重復反向電壓URRMURRM是指LED在不被擊穿的前提下，所能承受的最大重復反向電壓。使用中不應使LED承受超過URRM的反向電壓，否則LED可能被擊穿。1.1.5發(fā)光二極管及應用3、LED的應用LED的供電電源既可以是直流電也可以是交流電。必須注意的是，LED是一種電流控制元器件，應用中只要保證其正向工作電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)，它就可以正常發(fā)光。生活中，LED的作用主要是光指示、光發(fā)射和穩(wěn)壓等。1.1.5發(fā)光二極管及應用3、LED的應用（1）指示電路圖1-26直流電源指示電路圖1-27交流電源指示電路圖1-28信號指示電路（掃描驅(qū)動方式）

指示電路中的LED通常稱為指示燈，在日常工作和生活中給人們提供了很大的方便。指示電路有電源指示電路和信號指示電路兩大類。1.1.5發(fā)光二極管及應用3、LED的應用（1）指示電路圖1-26直流電源指示電路【例1-5】圖1-26所示電路中直流電源電壓VD=5V，LED的正向電壓為1.6V，若流過LED的電流范圍為10~45mA，試選擇限流電阻R的電阻值范圍?！窘忸}思路】第一步：電源電壓為5V，LED正偏導通，壓降為1.6V，因此電阻R上的壓降為3.4V。第二步：根據(jù)歐姆定律，分別計算10mA與45mA兩種情況下的電阻值為結論：限流電阻R的電阻值選擇范圍為75~340Ω。1.1.5發(fā)光二極管及應用3、LED的應用（2）光發(fā)射電路圖1-29光發(fā)射電路

在紅外遙控器、接近開關、光電耦合器等電路中，紅外LED承擔光發(fā)射任務。光發(fā)射電路如圖1-29所示，VT為開關調(diào)制晶體管，信號源通過VT驅(qū)動和調(diào)制LED，使LED向外發(fā)射調(diào)制紅外光。1.1.5發(fā)光二極管及應用3、LED的應用（3）低電壓穩(wěn)壓電路圖1-30簡單并聯(lián)低電壓穩(wěn)壓電路

發(fā)光二極管也可作為低電壓穩(wěn)壓二極管使用。圖1-30所示為簡單并聯(lián)低電壓穩(wěn)壓電路，利用LED的管壓降可提供約2V的直流穩(wěn)壓輸出，LED同時還具有電源指示功能。本次課小結1．LED的種類：

LED的種類繁多，可以按照封裝形式、發(fā)光顏色、發(fā)光強度和工作電流等進行分類。2．LED的主要參數(shù)：

主要有正向電壓UF、最大工作電流IFM、最高重復反向電壓URRM這幾個參數(shù)。3．LED的應用：

LED的用途很多，可用于電源及信號指示電路、光發(fā)射電路及低電壓穩(wěn)壓電路等。1.2晶體三極管及開關電路1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性1.2.1晶體管及電流放大特性1.2.3晶體管開關電路1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1.2.1晶體管及電流放大特性

二極管具有開關特性，另外一種半導體器件也具有開關特性，那就是半導體三極管。半導體三極管有兩種——晶體三極管和場效應三極管。

晶體三極管簡稱晶體管，或BJT，具有開關特性和放大特性。1.2.1晶體管及電流放大特性1、晶體管的結構與電路符號（a）NPN型晶體管的等效結構

（b）NPN型晶體管的電路符號（c）PNP型晶體管的等效結構

（d）PNP型晶體管的電路符號圖1-31晶體管的結構和電路符號

按照結構的不同，晶體管分為NPN型和PNP型兩大類。晶體管常用符號“VT”表示。1.2.1晶體管及電流放大特性1、晶體管的結構與電路符號

晶體管的結構特點是：基區(qū)很?。ㄎ⒚讛?shù)量級），摻雜濃度很低；發(fā)射區(qū)與集電區(qū)是同類型的雜質(zhì)半導體，但前者摻雜濃度高，后者摻雜濃度低且面積更大。由上述特點可見，晶體管并不是兩個PN結的簡單組合，也不可以將發(fā)射極和集電極交換使用。1.2.1晶體管及電流放大特性2、晶體管放大的外部偏置條件①外部偏置條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏②NPN管具有放大作用時的電位關系：UC>UB>UE③PNP管呢？NPN型三極管PNP型三極管UC＜UB＜UE1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（1）電流分配實驗圖1-32NPN型晶體管的電流分配實驗電路1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（1）電流分配實驗NPN型PNP型分析表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，晶體管三個電極上的電流滿足1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（1）電流分配實驗NPN型PNP型①IE是三個電極上的電流中最大的電流。②IB與IC的方向相同，IE的方向與它們相反。圖1-33NPN型晶體管與PNP型晶體管的電流關系等效模型1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（2）晶體管的電流放大特性

在工作頻率較低的情況下，/β和β的值相近。一般在實際應用中，近似認為/β=β。本書以后的闡述中統(tǒng)一用β表示晶體管的共射電流放大系數(shù)，有些書中用hFE表示。1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（2）晶體管的電流放大特性【例1-6】測得工作在放大電路中的某晶體管，其兩個電極的電流大小和方向如圖1-34所示，請判斷它是NPN型還是PNP型晶體管，求出①腳電流的大小和方向、電流放大系數(shù)β，并分別指出三個引腳的極性。圖1-34例1-6圖【解題思路】第一步：該晶體管已知的兩個電極的電流方向不同，因此其中必有一個是發(fā)射極；由于發(fā)射極電流是三個電流中最大的，故③腳是發(fā)射極。發(fā)射極電流的方向為流出晶體管，因此可以判斷該晶體管的類型為NPN型。第二步：①腳電流大小為③腳電流與②腳電流之差，即6mA，電流方向與②腳相同。第三步：①腳電流比②腳電流大，說明①腳是集電極，②腳是基極。第四步：β為集電極電流與基極電流的比值，即1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（3）值得注意的事項①由于集電極電流IC是由電源電壓VCC提供的，并不是晶體管自身生成的，所以晶體管是一種電流控制器件，體現(xiàn)了小電流控制大電流的能量控制作用。②不同型號的晶體管其β值是不盡相同的，而且同一只晶體管的β值也不是恒定的。由晶體管的數(shù)據(jù)手冊可以看出，在不同的測試條件下，晶體管的β值會發(fā)生變化，而且β值與晶體管集電極電流大小有關，所以單靠提高基極電流來獲得預想的集電極電流并不是總能如愿。③表1-5中第1列數(shù)據(jù)并不滿足式（1-3），表明晶體管并不是任何時刻都具有電流放大特性。本次課小結1．晶體管的結構與電路符號：

晶體管是由兩個PN結構成的三端有源器件，有三個電極，分為NPN和PNP兩種類型。在任意時刻，晶體管上三個電極的電流關系滿足IE=IB+IC。2．晶體管放大特性的外部偏置條件：

是

發(fā)射結正偏、集電結反偏。NPN型晶體管應滿足UC>UB>UE，PNP型晶體管應滿足UE>UB>UC。3．晶體管的電流放大特性：

晶體管基極電流的微小變化控制集電極電流發(fā)生β倍的變化，這就是晶體管的電流放大特性。值得注意的是，只有在滿足放大特性的外部偏置條件下晶體管才具有電流放大特性。晶體管屬于電流控制器件。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性1、晶體管特性曲線測試電路圖1-35NPN型晶體管共射特性曲線測試電路1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性2、晶體管的輸入特性圖1-36NPN型硅晶體管的輸入伏安特性曲線

晶體管的輸入伏安特性是指在極間電壓uCE一定的情況下，輸入電流iB與輸入電壓uBE之間的關系，用函數(shù)表示為：

硅晶體管的輸入特性曲線與硅二極管的正向特性曲線相似，正常工作狀態(tài)也有截止（0A段）、微導通（AB段）和導通（B點以上）三個區(qū)1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性2、晶體管的輸入特性圖1-36NPN型硅晶體管的輸入伏安特性曲線（1）發(fā)射結兩端的壓降uBE幾乎保持PN結的導通電壓UD不變，硅晶體管約為0.7V，鍺晶體管約為0.2V。發(fā)射結壓降uBE的值是判斷放大電路中晶體管是否導通的重要依據(jù)之一。（2）輸入電壓uBE的微小增大，將引起輸入電流iB較大的線性增大，即輸入電壓uBE控制輸入電流iB隨之線性變化。這一控制作用是利用晶體管的電流放大特性實現(xiàn)放大的關鍵。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的輸出伏安特性是指在輸入電流iB一定時，晶體管的輸出電流iC與極間電圧uCE之間的關系，用函數(shù)表示為：

對于每一個確定的iB，iC與uCE的關系都可以畫成一條曲線，所以輸出伏安特性曲線由一簇曲線構成1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（1）截止區(qū)（CutoffRegion），指iB=0以下的陰影區(qū)域。當滿足集電結反偏、發(fā)射結零偏或反偏（發(fā)射結還沒有導通）時，晶體管工作在截止區(qū)，這與晶體管輸入特性曲線中的截止區(qū)是對應的。此時iB

=0，iC并不等于0，而是有微小的穿透電流ICEO（在分析電路時，這個電流往往忽略不計）。由于晶體管截止時各極電流均很小（接近或等于0），因此其B、C、E三個電極均近似于開路。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（2）放大區(qū)（ActiveRegion），指iB>0且uCE>

uBE的區(qū)域。當滿足集電結反偏、發(fā)射結正偏（發(fā)射結壓降uBE增大使發(fā)射結導通）時，晶體管從截止區(qū)進入放大區(qū)。放大區(qū)中的曲線幾乎與橫軸平行（略有上翹），說明工作在放大區(qū)的晶體管，其集電極電流iC幾乎由基極電流iB決定（iC=βiB），而與uCE無關，這體現(xiàn)了晶體管的恒流特性。各曲線之間的間隔幾乎相等，說明當iB有微小變化時，iC以固定的比例同步發(fā)生較大的變化，這體現(xiàn)了晶體管具有電流放大的作用。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（3）飽和區(qū)（SaturationRegion），指iB>0且uCE≤uBE的區(qū)域。進入飽和區(qū)后晶體管的iC不再隨著iB的增大而線性增加（iC＜βiB），而與uCE有關。進入深度飽和狀態(tài)時晶體管的uCE稱為晶體管的飽和壓降，用UCE(sat)表示。小功率硅晶體管的UCE(sat)約為0.3V，小功率鍺晶體管的UCE(sat)約為0.1V。工作在飽和狀態(tài)的晶體管，其C、E之間等效為開關接通。值得注意的是，由于工作在飽和狀態(tài)的晶體管的uCE<uBE即此時uC<uB，說明此時不僅發(fā)射結正偏，集電結也正偏了。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（4）擊穿區(qū)（BreakdownRegion），指極間電壓uCE增大到某一值時iC急劇增加，特性曲線迅速上翹的區(qū)域，工作時應避免晶體管被擊穿。因此，通常情況下認為晶體管只有三種正常工作區(qū)。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性【例1-7】在某晶體管放大電路中，測得晶體管三個電極的電位如圖1-38所示，請判斷該晶體管的類型及三個引腳的極性。圖1-38例1-7圖【解題思路】第一步：先找差值（0.7V或0.2V）。由于是晶體管放大電路，因此電路中晶體管應工作在放大狀態(tài)，滿足發(fā)射結正偏，即發(fā)射結壓降約為0.7V（硅晶體管）或0.2V（鍺晶體管）。找到②腳和③腳之間的差值為0.7V，說明是硅晶體管。由此可判斷②腳和③腳之間是發(fā)射結，故①腳是集電極。第二步：比較電位。集電極的電位是三個電極中最大的，根據(jù)晶體管放大時發(fā)射結正偏、集電結反偏的特點，NPN型晶體管滿足UC>UB>UE，PNP型晶體管滿足UE>UB>UC，因此該晶體管為NPN型。第三步：判斷極性。NPN型晶體管的引腳電位關系滿足UC>UB>UE，可知③腳是基極，②腳是發(fā)射極。結論：該晶體管的類型是NPN型，三個引腳的極性分別是①腳為集電極、②腳為發(fā)射極、③腳為基極。本次課小結1．晶體管的輸入特性：

晶體管的輸入特性類似于PN結的正向特性，當發(fā)射結電壓uBE小于死區(qū)電壓Uth時，晶體管截止。當uBE大于導通電壓uD時，晶體管完全導通，此時iB隨著uBE的變化而急劇線性變化。2．晶體管的輸出特性：

晶體管的正常工作分為截止、飽和、放大三種狀態(tài)，晶體管工作在哪種狀態(tài)取決于外部偏置條件。當工作在放大狀態(tài)時，晶體管具有電流放大特性。當工作在截止狀態(tài)或飽和狀態(tài)時，晶體管具有開關特性。1.2.3晶體管開關電路1、晶體管的開關特性（a）輕觸開關（外形及電路符號）（b）晶體管等效為開關圖1-39輕觸開關和晶體管等效為開關

晶體管可看成一個開關，其C極和E極是開關的兩個觸點，B極是開關的按鈕。由晶體管的輸出特性可知，當工作在截止狀態(tài)時，晶體管各極電流均很?。ń咏虻扔?），因此C、E間等效為開關斷開。當工作在飽和狀態(tài)時，UCE的值很?。承┣闆r下可近似為0），因此C、E間等效為開關接通。利用晶體管的開關特性可以構成開關電路。1.2.3晶體管開關電路2、晶體管開關電路的分析（1）電路的組成圖1-40NPN型晶體管開關電路

輸入信號ui常為開關量，只有兩種狀態(tài)（低電平和高電平），近似于開關按鈕的兩種狀態(tài)（松開和按下）

晶體管的兩種工作狀態(tài)（截止狀態(tài)或飽和狀態(tài)），對應著開關觸點的兩種狀態(tài)（斷開和接通）1.2.3晶體管開關電路2、晶體管開關電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關電路

當輸入信號ui為低電平（例如0V）時，晶體管的發(fā)射結零偏，晶體管工作在截止狀態(tài)，因此C、E間等效為開關斷開。1.2.3晶體管開關電路2、晶體管開關電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關電路

當ui為高電平（例如接近電源電壓VCC）時，晶體管的發(fā)射結正偏，晶體管導通。假設晶體管工作在放大狀態(tài)（uBE=UD），再根據(jù)KVL列出輸入、輸出回路電壓方程求解iB、iC和uCE。輸入回路電壓方程輸出回路電壓方程

最后通過分析uCE的值判斷晶體管的工作狀態(tài)：若求解得的uCE大于uBE，說明uC>uBE，即集電結反偏，晶體管處于放大狀態(tài)；若求得的uCE小于uBE，說明晶體管已進入飽和狀態(tài)，C、E之間等效為開關接通。1.2.3晶體管開關電路2、晶體管開關電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關電路

【例1-8】在圖1-40所示電路中，若VCC=5V，Rb=20kΩ，Rc=1kΩ，VT為硅晶體管，β=100，UCE(sat)=0.3V。請分析ui=3.6V時，晶體管的工作狀態(tài)。若將Rb改為100kΩ，晶體管的狀態(tài)如何？【解題思路】第一步：VT為硅晶體管，所以uBE=0.7V。第二步：當ui=3.6V時，將數(shù)據(jù)代入式（1-7），可得1.2.3晶體管開關電路2、晶體管開關電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關電路

【例1-8】在圖1-40所示電路中，若VCC=5V，Rb=20kΩ，Rc=1kΩ，VT為硅晶體管，β=100，UCE(sat)=0.3V。請分析ui=3.6V時，晶體管的工作狀態(tài)。若將Rb改為100kΩ，晶體管的狀態(tài)如何？【解題思路】第三步：將ui的值代入式（1-8），可得：

uCE=5V-14.5mA×1kΩ=5V-14.5V=﹣9.5V<0.7V因此晶體管工作在飽和狀態(tài)。第四步：將Rb改為100kΩ，則：晶體管工作在放大狀態(tài)。1.2.3晶體管開關電路2、晶體管開關電路的分析（3）值得注意的事項

由例1-8可知，在輸入高電平信號時，若電路中基極電阻Rb的值偏大，晶體管將不能進入飽和狀態(tài)，從而不具有良好的開關特性。晶體管開關電路中改變其他相關參數(shù)也可能導致這一現(xiàn)象，但VCC為電源電壓，

Rc為集電極電阻，ui為輸入信號，這三者的值一般不能隨意改變，因此基極電阻Rb的取值應確保輸入為高電平時，晶體管工作在飽和狀態(tài)。1.2.3晶體管開關電路3、晶體管開關電路的應用（1）晶體管非門電路圖1-41晶體管非門電路及輸入與輸出波形

非門電路是一種常用的數(shù)字電路，能實現(xiàn)邏輯“非”的功能，其輸出信號的狀態(tài)始終與輸入信號相反。非門電路又稱非電路、反相器、倒相器、邏輯否定電路等。1.2.3晶體管開關電路3、晶體管開關電路的應用（2）晶體管LED驅(qū)動電路圖1-42NPN型晶體管LED驅(qū)動電路及等效電路

由于點亮LED需要一定的驅(qū)動電流（典型電流值為10mA），當信號源驅(qū)動電流的能力不夠時，LED不能正常點亮，因此不能直接將ui加在LED上。利用晶體管的電流放大特性，可以提高信號源的驅(qū)動靈敏度。1.2.3晶體管開關電路3、晶體管開關電路的應用（2）晶體管LED驅(qū)動電路圖1-43PNP型晶體管LED驅(qū)動電路PNP型晶體管驅(qū)動LED電路在ui為高電平時等效為開關斷開，而在ui為低電平時等效為開關導通，被稱為低電平驅(qū)動電路1.2.3晶體管開關電路3、晶體管開關電路的應用（3）晶體管振蕩電路圖1-44晶體管振蕩電路

利用晶體管的開關特性構成的振蕩電路左右對稱，左、右電路分別由一只NPN型晶體管、一只電容和兩只電阻組成。本次課小結1．晶體管的開關特性：

當工作在截止狀態(tài)時，晶體管的iB=0、iC≈0，此時晶體管的C、E間等效為開關斷開；當工作在飽和狀態(tài)時，晶體管的uCE近似等于飽和壓降uCE(sat)，此時晶體管的C、E間等效為開關接通。2．晶體管開關電路的分析與應用：

晶體管開關電路中的晶體管工作在開關狀態(tài)，分析電路時也常以晶體管截止和飽和這兩種情況進行。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)是表征晶體管放大能力的重要參數(shù)，常用的是共發(fā)射極電流放大系數(shù)β。β值通常介于20與200之間，具體值可通過查閱對應型號的數(shù)據(jù)手冊來獲取。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（2）極間反向電流極間反向電流是表征晶體管熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)，有以下兩種。①集電極與基極之間的反向電流ICBO：表示發(fā)射極開路時，流過集電結的反向飽和電流。②集電極與發(fā)射極之間的穿透電流ICEO：表示基極開路時，集電極與發(fā)射極之間的電流，ICBO=（1+β）ICEO。ICBO和ICEO都由少數(shù)載流子運動形成，所以對溫度非常敏感，其值越小，受溫度的影響越小，說明晶體管的熱穩(wěn)定性越好。小功率硅晶體管的ICEO在幾微安以下，小功率鍺晶體管的ICBO在幾十微安以上。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（3）極限參數(shù)極限參數(shù)是為了確保晶體管安全工作，對其電壓、電流和功率損耗所加的限制。①集電極最大允許電流ICM。當iC過大時，β值將下降。ICM是指晶體管的β值下降到正常值的2/3時所對應的集電極電流。當集電極電流超過ICM時，晶體管不一定會燒壞，但β值將顯著下降，導致放大能力變差。②反向擊穿電壓U(BR)CBO、U(BR)CEO、U(BR)EBO。U(BR)CBO為發(fā)射極開路時，集電極與基極間的擊穿電壓；U(BR)CEO為基極開路時，集電極與發(fā)射極間的擊穿電壓。U(BR)EBO為集電極開路時，發(fā)射極與基極間的擊穿電壓。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（3）極限參數(shù)③集電極最大允許功率損耗PCM。由于PCM=iCuCE，而晶體管在放大狀態(tài)下集電結反偏，所以晶體管的損耗功率主要為集電結損耗，它會使集電結溫度升高、晶體管發(fā)熱。當損耗功率超過PCM時，晶體管性能會變壞，甚至被燒毀。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（3）極限參數(shù)根據(jù)給定的極限參數(shù)，可以在輸出特性曲線上畫出晶體管的安全工作區(qū)。圖1-45晶體管的安全工作區(qū)1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇2、溫度對晶體管參數(shù)的影響

溫度主要影響發(fā)射結壓降UBE、電流放大系數(shù)β和極間反向電流ICBO。溫度每升高1℃，UBE減小2~2.5mV、β增大0.5%~1%；溫度每升高10℃，ICBO約增大一倍。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇3、晶體管的種類與選擇圖1-46常見的晶體管封裝1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇3、晶體管的種類與選擇本次課小結1．晶體管的主要參數(shù)：

電流放大系數(shù)反映了晶體管放大電流的能力。選用晶體管時，一般希望極間反向電流盡量小些。極限參數(shù)是確保晶體管安全穩(wěn)定工作的“紅線”。2．溫度對晶體管參數(shù)的影響：

當溫度升高時，晶體管的UBE減小、β增大、ICBO增大。硅晶體管的熱穩(wěn)定性好，應用更廣泛。1.3場效應管及開關電路1.3.2場效應管開關電路1.3.1場效應管的種類及特性1.3.1場效應管的種類及特性1、場效應管的種類圖1-47場效應管的種類1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（1）N溝道增強型MOSFET及其工作特性（a）結構

（b）電路符號1（c）電路符號2圖1-48N溝道增強型MOSFET的結構和電路符號1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（1）N溝道增強型MOSFET及其工作特性圖1-49某型號N溝道增強型MOSFET的輸出特性曲線和轉移特性曲線1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（1）N溝道增強型MOSFET及其工作特性N溝道增強型MOSFET的工作特性與NPN型晶體管相似，也可分為四個區(qū)。①截止區(qū)，指uGS<UGS(th)且uDS>0的區(qū)域。此時MOSFET中無導電溝道，iD≈0，D、S間等效為開關斷開。②恒流區(qū)，指uGS≥UGS(th)且uDS>uGS的區(qū)域。此時MOSFET中導電溝道已形成，iD隨著的變化而線性變化，D、S間等效為一個受uGS控制的恒流源。③可變電阻區(qū)，指uGS≥UGS(th)且uDS≤uGS的區(qū)域。

uDS

=

uGS－UGS(th)是恒流區(qū)與可變電阻區(qū)的分界點。在可變電阻區(qū)內(nèi)，D、S間等效為一個受uGS控制的可變電阻。當uDS很小時，D、S間等效為開關接通。④擊穿區(qū)，指輸出特性曲線開始上翹的區(qū)域。隨著uDS的不斷增大，PN結因承受太大的反向電壓而擊穿，

iD急劇增加。應避免MOSFET工作在此區(qū)域。1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（1）N溝道增強型MOSFET及其工作特性【例1-9】測得兩只N溝道增強型MOSFET的開啟電壓和各極電位如表1-7所示，試分析其工作狀態(tài)?！窘忸}思路】第一步：理清每種工作狀態(tài)的特點。對于N溝道增強型MOSFET，其開啟電壓UGS(th)＞0，各個區(qū)的工作條件如下。截止區(qū)：uGS<UGS(th)且uDS>0。恒流區(qū)：uGS≥UGS(th)且uDS>uGS

?？勺冸娮鑵^(qū)：uGS≥UGS(th)且uDS≤uGS

。第二步：分析Q1。由于UGS=6V>UGS(th)，且UDS=8V>UGS，因此Q1工作在恒流區(qū)。第三步：分析Q2。由于UGS=3V>UGS(th)，且UDS=0.5V<UGS，因此Q2工作在可變電阻區(qū)。1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（2）PMOS管與NMOS管的區(qū)別圖1-50P溝道增強型MOSFET的電路符號P溝道MOSFET簡稱為PMOS管，它工作時漏極電流的方向為流出PMOS管的方向，因此為了能正常工作，PMOS管外加的uDS和uGS必須是負值。1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（3）耗盡型MOSFET與增強型MOSFET的區(qū)別（a）NMOS管的結構（b）NMOS管的電路符號（c）PMOS管的電路符號圖1-51耗盡型MOSFET的結構（以NMOS管為例）和電路符號1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（3）耗盡型MOSFET與增強型MOSFET的區(qū)別圖1-52N溝道耗盡型MOSFET的輸出特性曲線和轉移特性曲線1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（4）JFET屬于耗盡型圖1-53JFET的結構（以N溝道JFET為例）和電路符號1.3.1場效應管的種類及特性2、場效應管的工作特性（5）各種場效應管的比較1.3.1場效應管的種類及特性3、場效應管與晶體管的對比本次課小結1．場效應管及其種類：

場效應管屬于單極型三極管，分為JFET和MOSFET兩大類，每類都有兩種溝道類型，而MOSFET又分為增強型和耗盡型（JFET屬耗盡型），故共有6種類型。2．場效應管的特性：

場效應管是電壓控制電流器件，即利用uGS的微小變化控制iD的變化。場效應管中uDS的極性取決于溝道類型，N溝道為正、P溝道為負。不同類型的場效應管對uGS的極性要求不同，增強型MOSFET的uGS要求與uDS同極性，耗盡型MOSFET的uGS則可為正、零或負，JFET的uGS與uDS極性相反。場效應管的控制原理雖然與晶體管有所不同，但也具有放大特性和開關特性。1.3.2場效應管開關電路1、場效應管的開關特性圖1-54場效應管的開關特性

場效應管的開關特性體現(xiàn)在D和S等效為開關的觸點，而G等效為開關的按鈕。當FET工作在截止狀態(tài)時，D、S間等效為開關斷開。當FET工作在可變電阻狀態(tài)時，D、S間等效為開關接通。1.3.2場效應管開關電路2、場效應管開關電路的分析（1）電路的組成圖1-55常用的增強型NMOS開關電路1.3.2場效應管開關電路2、場效應管開關電路的分析（2）電路的分析圖1-55常用的增強型NMOS開關電路

輸入信號ui決定了NMOS的工作狀態(tài)（截止區(qū)或可變電阻區(qū)），兩者之間的關系近似于開關按鈕狀態(tài)的不同（松開和按下），對應著觸點的不同狀態(tài)（斷開和接通）。1.3.2場效應管開關電路3、場效應管開關電路的應用（1）NMOS非門電路圖1-56增強型NMOS非門電路及輸入與輸出波形1.3.2場效應管開關電路3、場效應管開關電路的應用（2）NMOS驅(qū)動負載電路圖1-57增強型NMOS管驅(qū)動電燈泡的電路1.3.2場效應管開關電路3、場效應管開關電路的應用（3）CMOS電路圖1-58CMOS非門電路本次課小結1．場效應管的開關特性：

當工作在截止區(qū)時，場效應管的iD≈0，其D、S間等效為開關斷開；當工作在可變電阻區(qū)且RON很小時，場效應管的D、S間等效為開關接通。2．場效應管開關電路的分析與應用：

在場效應管開關電路中，場效應管往往工作在開關狀態(tài)，分析電路時也常以這兩種情況進行。第2章三極管基本放大電路《模擬電子技術》理論學習之引言

擴音系統(tǒng)的組成如圖2-1所示，麥克風（也稱為話筒）采集聲音信號，并將其轉換為對應的電信號。功放機將電信號放大到一定的強度。放大后的電信號由音箱里的揚聲器轉換為對應的聲音播放出來，從而實現(xiàn)了聲音的放大。圖2-1擴音系統(tǒng)的組成

擴音系統(tǒng)的核心是功放機，而功放機的核心是放大電路。放大電路是使用最廣泛、也是最基本的電子電路之一，用來將微弱的電信號（變化的電壓或者電流）進行不失真的放大。引言

根據(jù)放大電路輸入回路與輸出回路公共端的不同，晶體管基本放大電路有三種形式（也稱為組態(tài)）：共射、共集和共基，場效應管基本放大電路也有三種形式：共源、共漏和共柵。圖2-2第2章知識結構主要內(nèi)容2.1共射放大電路2.2共集放大電路與共基放大電路2.3場效應管基本放大電路2.1共射放大電路2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2.1.1共射基本放大電路及其直流通路2.1.3共射基本放大電路的放大作用2.1.4靜態(tài)工作點對輸出波形的影響2.1.5共射分壓式放大電路及其靜態(tài)分析2.1.6放大電路的動態(tài)分析2.1.1共射基本放大電路及其直流通路1、放大電路的組成與基本要求（1）放大電路的組成

共射基本放大電路是一種結構最簡單的放大電路。一般來講，一個完整的放大電路由直流電源、信號源、放大電路（狹義）與負載四部分組成。圖2-3放大電路的組成框圖直流電源給放大電路提供工作時所需的能量信號源提供需要被放大的信號放大電路是指以放大器件為核心外加合適偏置的電路負載是接收放大電路輸出信號的元件或電路2.1.1共射基本放大電路及其直流通路1、放大電路的組成與基本要求（2）放大電路的基本要求要實現(xiàn)放大作用，放大電路必須滿足以下幾個條件：①

有合適的靜態(tài)工作點②

信號能進得去③

信號能出得來④

信號被不失真地放大2.1.1共射基本放大電路及其直流通路1、放大電路的組成與基本要求（3）晶體管放大電路的三種形式

根據(jù)放大電路輸入回路與輸出回路公共端的不同，晶體管基本放大電路有三種形式。共射圖2-5晶體管放大電路的三種基本形式共集共基2.1.1共射基本放大電路及其直流通路2、共射基本放大電路的組成（a）共射特性曲線測試電路（b）共射特性曲線測試電路簡化電路（c）單電源供電電路（d）常見的共射基本放大電路組成圖2-6NPN型晶體管共射基本放大電路2.1.1共射基本放大電路及其直流通路2、共射基本放大電路的組成地輸出信號uo從晶體管的集電極經(jīng)耦合電容C2加在負載RL上輸入信號ui通過耦合電容C1加載到晶體管的基極+VCC通過電阻Rc使VT的集電結反偏，并給VT的集電極提供合適的偏置電流+VCC通過電阻Rb

給VT的發(fā)射結提供正向偏置電壓，并給VT的基極提供合適的偏置電流直流電源+VCC，電壓一般為（幾~幾十）伏2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路（1）靜態(tài)與直流通路

靜態(tài)時，在直流電源作用下，直流電流流經(jīng)的通路稱為直流通路。畫直流通路的原則是：應將電路中的電容視為開路，電感視為短路，其他元器件不變。

當輸入信號ui

=0時，電路中只有直流電源提供的直流電壓信號，因此電路中各處的電壓、電流都是不變的直流量，此時電路的狀態(tài)稱為直流狀態(tài)或靜止工作狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路（2）電路的直流通路圖2-7共射基本放大電路的直流通路共射基本放大電路2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路（3）例題分析第二步：分析是否滿足發(fā)射結正偏、集電結反偏？【例2-1】圖2-8中所示電路是否具有放大作用？圖2-8電路一圖2-9電路一的直流通路直流電源電壓為-VCC，發(fā)射結反偏，因此電路不具有放大作用。【解題思路】第一步：繪制電路的直流通路。2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路

由于電容被視為開路，晶體管的基極相當于開路，發(fā)射結零偏，因此電路不具有放大作用。（3）例題分析【例2-1】圖2-8中所示電路是否具有放大作用？【解題思路】圖2-8電路二第一步：繪制電路的直流通路。圖2-9電路二的直流通路第二步：分析是否滿足發(fā)射結正偏、集電結反偏？本次課小結1．放大電路的組成與基本要求：

放大電路一般由直流電源、信號源、俠義的放大電路、負載四個部分組成。放大電路需要有合適的靜態(tài)工作點，信號能進得去、出得來，并不失真地放大。晶體管基本放大電路有共射、共集和共基三種形式。2．共射基本放大電路的組成：

電路由晶體管、直流電源、兩只電阻、兩只電容組成，其中晶體管起電流放大作用，直流電源提供能量，電阻起偏置作用，電容起耦合作用。3．共射基本放大電路的直流通路：

共射基本放大電路的直流通路中，直流電源通過兩只偏置電阻使發(fā)射結正偏、集電結反偏，晶體管工作在放大區(qū)。2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析1、放大電路的靜態(tài)工作點

靜態(tài)時，晶體管各處的電壓與電流都是不變的直流量，即具有固定的IB、UBE、IC、UCE值，它們分別在輸入特性曲線和輸出特性曲線上對應著一個點，稱為靜態(tài)工作點Q。圖2-10輸入特性曲線和輸出特性曲線上的Q點2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點圖2-7共射基本放大電路的直流通路支路1為輸入回路，其方程：支路2為輸出回路，其方程：支路1支路2根據(jù)KVL列出輸入、輸出回路電壓方程求解靜態(tài)工作點的方法，稱為工程估算法。2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點工程估算法應用總結：

由于晶體管的UBE可視為已知量（硅管的UBE約0.7V，鍺管的UBE約0.2V)，并且工作在放大狀態(tài)的晶體管滿足IC=βIB。利用以上兩個方程及兩個已知條件，可求解IB、UBE和IC、UCE。值得注意的是，若求解得的UCE值大于UBE值，說明UC>UB，因此晶體管是處于放大狀態(tài)的。若UCE值小于UBE值甚至小于0，說明晶體管已進于飽和狀態(tài)，此時IC不再是IB的β倍關系，而UCE用飽和壓降UCE(sat)代替，則集電極電流：2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點【例2-2】某共射基本放大電路的直流通路如圖2-7所示，已知晶體管為小功率硅管，β=40，VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc

=3.9kΩ。試估算該放大電路的靜態(tài)工作點。如果偏置電阻Rb=100kΩ，靜態(tài)工作點又如何？【解題思路】第一步：先假設晶體管工作在放大狀態(tài)，硅管的UBE為0.7V。說明假設成立，晶體管處于放大狀態(tài)圖2-7共射基本放大電路的直流通路2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點【例2-2】某共射基本放大電路的直流通路如圖2-7所示，已知晶體管為小功率硅管，β=40，VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc

=3.9kΩ。試估算該放大電路的靜態(tài)工作點。如果偏置電阻Rb=100kΩ，靜態(tài)工作點又如何？【解題思路】第二步：將Rb=100kΩ代入式（2-1）和式（2-2）可求得靜態(tài)工作點。說明晶體管已進于飽和狀態(tài)圖2-7共射基本放大電路的直流通路2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析3、圖解法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點

圖解法是在晶體管的特性曲線上通過作圖來分析放大電路的方法，既可以用來分析靜態(tài)，也可以用來分析動態(tài)。IB

=40μAuCE

0iC

iBuBE0導通電壓UDQ40μA第一步：根據(jù)式（2-1）求解IB，并在輸出特性曲線簇中找到IB對應的那條曲線。圖2-10輸入特性曲線和輸出特性曲線上的Q點2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析3、圖解法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點第二步：在輸出特性坐標系上繪制直流負載線。具體做法是將輸出回路方程變形為：uCE

0iC

MN直流負載線