电子维修电工中级工培训教材(PPT-63页)

南磷集团 维修电工（中级工）培训
培训人：高亮彰
模块三 模拟电子技术及其应用
1、常用电子元器件 2、放大电路 3、集成运算放大器及其应用 4、信号产生电路 5、直流稳压电源 6、典型应用电路分析
常用电子元器件
一、半导体的基本知识 1、半导体的导电特征
半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
I E I C I B 3 .5 7 0 .0 m 4 1 .5 m A A
rbe30( 0)(1)2 IE((6 m m))A V A uR rb L e 3 0..9 5 76 27 7.6 7
30 (3 0.5 71)1 2 .5 ((m 6 m)) V A 0.96 k 7r i R B /r b / er b e0 .9k 6 7
IEICIB
IE (1)IB
总结： 1.三极管在发射结正向偏置、集电结反
向偏置的条件下具有电流放大作用。 2.三极管的电流放大作用，实质上是基
极电流对集电极电流的控制作用。
3、特性曲线
a、输入特性
iBf(uBE)uCE 常数
iB
C
B
u RB
+
+ 输入
E
回路BE
EB
iC
+
uC输回E 出路
IE
RC
+ EC
uCE 0 与二极管特性相似 iB
uCE 0 uCE1V
O
uBE
uCE 0 特性右移(因集电结开始吸引电子)
uCE1V 特性基本重合(电流分配关系确定)
导通电压 UBE
Si 管: (0.6 0.8) V 取 0.7 V Ge管: (0.2 0.3) V 取 0.2 V
b、输出特性
iC f(uCE)iB常数
1. 稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。
2. 稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，小于 Imin 时不稳压。
3. 最大工作电流 IZM 4. 最大耗散功率 PZM
P ZM = UZ IZM
5. 动态电阻 rZ rZ = UZ / IZ
越小稳压效果越好。
五、三极管
1、三极管的结构
二氧化硅保护
iC / mA
4
3
50 µA 40 µA 30 µA
2
1200 µµAA
IB = 0
1
IC
IB C
A B
mA +
RB
3DG6 E V uCE
RC EC
EB
O
2
4
6
u8CE /V
输出特性曲线
放大电路
一、基本放大电路 1、组成
三极管电路的三种连接方式：
E
ui
C
B
B uo ui
C
uo
E
共基极
共发射极
E
+VCC
++
uCE
uo
基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适 当的基极电流。
耦合电容C1和C2 ：用来隔断直流、耦合交流。电容值 应足够大，以保证在一定 的频率范围内，电容上的交
流压降可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。
二、放大电路的静态分析 1、静态与动态
直流通路(ui = 0)分析静态。
齐纳击穿：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。
雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击 使自由电子数突增。
四、稳压二极管
1、稳压二极管的伏安特性
I/mA
稳压管是一种特殊的面接触型
半导体硅二极管。
+
正向
符号
工作条件： 反向击穿
UZ
O
+ IZ IZ 反向
IZM UZ
UZ /V
2、稳压二极管的主要参数
RC
RS
us +
C1 +
+ ui
+ uo RL
RS +
EC us + ui
+ uo RL
基本放大电路
交流通路
ic
RS
+
+ ui
us
–
ib
ic
B
C
+
R
B
rbe
E ib
RL RC
uo
RS
uS
+ + ui
–
ib
RB
+
uo
RC
RL
微变等效电路
交流通路
3、放大电路的动态参数计算
1. 电压放大倍数的计算
ro RC=4k
四、共集电极放大电路—射极输出器
1、电路构成
RB C1
+
+ RS
+ ui
– us – RE
+VCC
+ C2 +
RL
uo –
ie
ii
ib
us+ Rs RB
RE
电路图
交流通路
+
uo
RL
电路由基极输入信号，从发射极输出信号，从 交流通路可知，集电极是输入回路和输出回路的 公共端，故称共集电极电路。又由于是从发射极 输出信号，也称为射极输出器。
死区 电压
0 U Uth iD = 0
Uth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
U Uth iD 急剧上升
U（BR) U 0 iD < 0.1 A(硅) 几十A (锗) U < U（BR） 反向电流急剧增大 (反向击穿)
反向击穿类型： 电击穿 — PN结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN结烧毁。 反向击穿原因：
2、静态工作点的计算
RB C1
+
+ RS
+ ui
– us – RE
+VCC
+ C2 +
RL
uo –
RB
IB + UBE
IE
+ UCE
RE
+VCC
射极输出器
直流通路
I E I B I C I B I B ( 1 β ) I B
3. 本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等 外 界条件有关。
2、N型半导体和P型半导体
本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力 很弱。如果有控制、有选择地掺入微量的有用杂质 （某种元素），将使其导电能力大大增强，成为具 有特定导电性能的杂质半导体。
N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入五价元 素磷
。
在室温或光照下价电子获得足够能量摆 脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键 中留下一个空位(空穴)的过程。
复 合：
自由电子和空穴在运动中相遇重新结 合成对消失的过程。
漂 移：
自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。
两种载流子
两种载流子的运动
电子(自由电子) 自由电子(在共价键以外)的运动
空穴
空穴(在共价键以内)的运动
本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。
载流子 — 自由运动的带电粒子。
共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。
硅(锗)的原子结构
硅(锗)的共价键结构
Si 2 8 4 Ge 2 8 18 4
简化 模型
+4 惯性核
价电子 (束缚电子)
自
+4
+4
由
空
电 子
穴
+4
+4
空穴
空穴可在共 价键内移动
本征激发：
N型
+4
+4
+4
N 型半导体的简化图示
正离子
+4
+5
+4
磷原子
自由电子
电子为多数载流子 空穴为少数载流子 载流子数 电子数
多数载流 子
少数载流 子
P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入三价元 素硼。
P型
+4
+4
+4
P型半导体的简化图示
负离子
+4
+3
+4
硼原子
空穴
空穴 — 多子 电子 — 少子 载流子数 空穴数
按材料分
锗二极管
点接触型 按结构分 面接触型
平面型
正极 引线
N型锗片
铝合金 负极 小球 引线
正极引线 PN结
N型锗
金锑 合金
正极 负极 引线 引线
p N
外壳
触丝 负极引线
底座
点接触型
面接触型
P型支持衬底
集成电路中平面型
2、二极管的伏安特性
击穿 电压
U (BR)
反 向
反向特性 O
击
穿
iD /mA
正向特性 Uth uD /V
RB
RB
工 作
IC IB
点 U C E V C C R C IC
RB
RC
IB IC
+ UBE
+ UCE
+VCC
直流通路
例 在共发射极基本交流放大
电路中,已知VCC =12V，RC =4k，RB =300k 37.5 试求放大电路的静态工作点。
RB C1
+ +
RC
iB iC
+ uBE
+ C2
+VCC
当输入的是正弦信 号时，各电压和电流都 可用相量表示。
RS
+
+ ui
us
–
ib
ic
B
C
R rbe
B
E ib
+
RL RC
uo
Ui rbeIb
U o R L I c R L I b
Ib
Ic
RL
RL RC//RL
电压放大倍数
A u
U Uoi
RL
rbe
+
RS
+ us
U i
–
B
C
Βιβλιοθήκη Baidu
+
R
B
rbe
E Ib
B
ui
uo
C
共集电极
三极管放大的条件： 发射结正偏 、集电结反偏
2、各元件的作用
三极管: 放大元件。 电源VCC：保证发射结处于正 向偏置、集电结处于反向偏 置，为输出信号提供能量。
集电极电阻RC ：将电流的 变化变换为电压的变化，以 实现电压放大。
RB C1
+ + ui
RC
iB iC
+ uBE
+ C2
N区
外电场使少子背离 PN 结移动，
内电场 外电场
空间电荷区变宽。
I = I少子 0
+
漂移运动加强形成反向电流 I
U
R
PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
三、二极管
1、二极管的结构
构成： PN结 + 引线 + 管壳 = 二极管
符号：
分类：
硅二极管
半导体的导电特征
I
IP
IN
+–
I = IP + IN
电子和空穴两种 载流子参与导电
在外电场的
作用下，自由电 子逆着电场方向 定向运动形成电 子电流IN 。空穴 顺着电场方向移 动，形成空穴电 流IP 。
结论: 1. 本征半导体中电子空穴成对出现, 且数量少；
2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；
路的交流通路，将交流通路中的三极管用其微变等 效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。
画交流通路原则：
1. 直流电压源视为短路； 2. 视电容对交流信号短路。
交流通路
RB
RC
+ C2
RB
RC
C1 +
+
RS +
us + ui
uo RL
RS +
EC us +
ui
+ uo RL
RB
RC
+ C2
RB
扩散电流 等于漂移电流， 总电流 I = 0。
2、PN结的单向导电性
a、加正向电压(正向偏置)导通
I P区
N区
外电场使多子向 PN 结移动,
中和部分离子使空间电荷区变窄。
外电场
内电场
I = I多子 I少子 I多子
+
扩散运动加强形成正向电流 I 。
U
R
限流电阻
b、加反向电压(反向偏置)截止
I
P区
BE
膜
E
铟球
N型硅 P型硅 N型硅
C
P
N型锗
B
P 铟球
C
（a） 平面型
（b）合金型
三层半导体材料构成NPN型、PNP型
collector
集电极 C
— 集电区
N
集电结
基极 B
P — 基区
发射结
base N — 发射区
发射极 E emitter
C
各区主要作用及结构特点
发射区：作用：发射载流子 特点：掺杂浓度高
ro RC
RC一般为几千欧，因此，这种基本放大电路 的输出电阻较高。
例 在共发射极基本交流放大
电路中,已知VCC =12V，RC
RB
=RL=4k，RB =300k
37.5C1 +
试求电压放大倍数、输入电
阻、输出电阻。
+
ui
RC
iB iC
+ uBE
+ C2
+VCC
+
+
uCE
RL uo
解：IBV R C BC 30 110 230 A40A
++
uCE
uo
ui
解：
IBV R C BC 30 110 230 A40A
I C I B 3 .5 7 0 .0 m 4 1 .5 A mA
U C V E C R C C I C ( 1 4 1 2 3 1 . 5 0 1 3 ) V 0 6V
三、放大电路的动态分析—微变等效电路法
动态分析的目的：确定放大电路的电压放大倍数 ，输 入电阻和输入电阻。
分析方法：微变等效电路法。
1、三极管微变等效电路
ib
B
+ ube
–
ic C
+
uce
E
–
ib
B
+
ube rbe
E
ic
C
+
ib
uce
rbe
UBE IB
u be ib
30( 0)(1)2(6m)V
IE(m)A
2、放大电路微变等效电路
微变等效电路是对交流分量而言，先画放大电
多数载流 子
少数载流 子
二、PN结 1、PN结的形成
扩散运动：由浓度差引起的载流子运动。 漂移运动： 载流子在电场力作用下引起的运动。
a、载流子的浓度差引起多子的扩散
内电场
b、 复合使交界面形成空间电荷区 (耗尽层)
空间电荷区特点: 无载流子、 阻止扩散进行、利于少子的漂移。
c、 扩散和漂移达到动态平衡
交流通路(ui 0)分析动态，只考虑变化的电压 和电流
2、放大电路的静态分析
静态分析的目的：确定放 大电路的静态工作点(直流值)
IB ， IC ，UCE
分析方法：利用直流通路 计算放大电路的静态工作点。
RB C1
+ + ui
RC
iB iC
+ uBE
+ C2
+VCC
++
uCE
uo
静 态
IB
VCCUBEVCC
RL RC
U
O
开路时电压放大倍数
2. 放大器输入电阻的计算
ri
U i I i
RB//rbe rbe
Ii
+
U i
三极管的输入电阻rbe
比较小，所以基本放 Ri
大电路的输入电阻不
Ib
Ic
B
C
+
R
B
rbe
E Ib
RL RC
U
O
Ro
高。
3. 输出电阻的计算
当 U i 0 时 I b 0 ， I c ， I b 0 受控源相当于开路。
基区：作用：传输载流子 特点：薄、掺杂浓度低
集电区：作用：接收载流子 特点：面积大
B
NPN 型 E
2、电流分配和电流放大作用
a、三极管放大的条件
发射区掺杂浓度高 1.内部条件 基区薄且掺杂浓度低
集电结面积大 2.外部条件 发射结正偏
集电结反偏
实验电路
b、三极管的电流分配和放大作用 I CN I C I BN I B IC IB