2.1-三极管(结构,电流分配)

b）c、e之间相当于开关断开 c e
饱 和 区
放
60 µ A
+
+ UZ
思考： 以下几种情况，Uo=？
1) UI=15V时； 2) UI=8V时； Uo=Uz=5V Uo=4V
8
1.3 半导体二极管
六、特殊二极管及应用
1.稳压二极管 4）应用电路 稳压管使用时的注意事项：
IZ
1）稳压管必须工作在反向击穿区才具有稳压作用；
2）稳压管正常工作时必须要求IZmin<IZ<IZmax，故限流电阻R需合适； 3）稳压管可以串联使用，但一般不要并联使用。
3
1.3 半导体二极管
五、基本应用电路
1.整流电路
整流：将交流电变换成直流电。 基本原理：利用二极管单向导电性实现。
以单相半波整流电路为例：
TR VD iD
u2
io
u1 u2 uo
0
uo io 0 uo
p
2p
wt
RL
wt
输出电压平均值Uo
Uo=0.45U2
4
1.3 半导体二极管
五、基本应用电路
2.限幅电路
16
第2章 三极管及其放大电路
为什么扩音机能放大声音？
第2章 三极管及其放大电路
直流电源
信 话筒 号 源
放大电路 扩音机
扩音机的工作过程
负 扬声器 载
放大的含义：
1）放大的对象——变化量； 即Δuo>>Δui，Δio>>Δii ，ΔPo>>ΔPi
2）放大的基本特征——功率放大；
3）能量的来源——直流电源。——有源放大 4）放大的前提——输出信号失真要小； 放大电路的核心：半导体三极管 放大的实质：三极管的能量控制作用。
ΔIC >> ΔIB
即
β=
ΔI C >>1 ΔI B
IB对IC有控制作用，只要有微小的基极电流IB变化就会引起很大 的集电极电流IC的变化，使集电极电流的变化量远远大于基极电流 的变化量。——三极管的电流放大作用。
29
2.1 半导体三极管
二、三极管的工作原理
3.电流放大作用 例如：已测得工作于放大状态的某三极管三个电极的电流分别为： I1= -2.04mA，I2=2mA，I3=0.04mA，如图所示，试问：1、2、3各为 什么电极，是NPN管还是PNP管？ 解：
反 向 特 性
– 0.002 – 0.004
稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等
三、二极管的应用电路
整流、限幅、开关、检波、保护等
4
模拟电子技术
2015年3月13日
14
第2章 半导体三极管及其放大电路
15
第2章 三极管及其放大电路
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 半导体三极管 基本共射放大电路 射极偏置放大电路 共集放大电路和共基放大电路 多级放大电路 放大电路的频率响应 本章小结
集电结 基区 发射结 发射区 基极 b
P
集电结
P N
c
发射极 e
N
P
发射极 e 发射结
c
b
b e
三极管有三个极、三个区、两个PN结。
e
20
2.1 半导体三极管
一、三极管的结构和符号
NPN型
集电极 c 集电区
内部结构特点：
1） 发射区高掺杂。 2） 基区做得很薄，且掺杂较少。 通常只有几微米到几十微米。 3） 集电结面积大。
R1 3k¦ ¸
2）IB=0时，IC≈IE≈0； 3）IB<< IC和IE，近似计算IC≈IE； 4）IB↑→IC↑，IB对IC有控制作用； 5）IC >> IB，ΔIC >> ΔIB ——三极管的电流放大作用。
IE
5 XMM1
2 V1 12 V
1M¦ ¸ 50% Key=A 4 V2 12 V 0
三极管
例如：3AX31B ——低频小功率PNP型锗三极管（参数查阅有关手册）
22
2.1 半导体三极管
二、三极管的工作原理
1.放大条件
外加电源电压的极性必须满足：
发射结正向偏置，集电结反向偏置
c N b P N e NPN：Uc>Ub>Ue b P N P e PNP：Ue>Ub>Uc
23
c
24
提纲
18
2.1 半导体三极管
一、三极管的结构和符号
外形：
制造材料——硅管、锗管
分类：
工作频率——高频管、低频管 功率——小功率管、中功率管、大功率管 用途——放大管、开关管 内部结构——NPN型、PNP型
19
2.1 半导体三极管
一、三极管的结构和符号
NPN型
集电极 c 集电区
PNP型
集电极 c
N
基极 b
R1 3k¦ ¸
2）IB=0时，IC≈IE≈0； 3）IB<< IC和IE，近似计算IC≈IE； 4）IB↑→IC↑，IB对IC有控制作用； 5）IC >> IB，ΔIC >> ΔIB ——三极管的电流放大作用。
IE
5 XMM1
2 V1 12 V
1M¦ ¸ 50% Key=A 4 V2 12 V 0
N
基极 b
集电结 基区 发射结 发射区
P N
c
发射极 e
b e
21
2.1 半导体三极管
一、三极管的结构和符号
根据国家标准，半导体三极管型号的命名如下：
3DG110B
表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号 表示器件的种类 X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管 表示材料 A锗PNP管、B锗NPN管 C硅PNP管、D硅NPN管
3.PN结的重要导电特性 ——单向导电性
本章小结
二、半导体二极管
1.工作特点——单向导电性 2.伏安特性
I / mA 60 40 20 –50 –25
正向特 性 0 0.5 1.0 U / V
3.电路分析方法——理想化近似分析法
导通：短路； 截止：断路
分析关键：二极管工作状态的判断。
4.几种常用的特殊二极管
正常工作区——反向击穿区
7
1.3 半导体二极管
六、特殊二极管及应用
1.稳压二极管 4）应用电路 【例1】稳压管电路如图，已知UI=20V，Uz=5V，RL=R=1kΩ，求Uo 、UR、Io、Iz、IR 。 解： Uo=Uz=5V Io IR
UR Iz
UR=UI-Uo=15V IR=UR/R=15mA Io=Uo/RL=5mA Iz=IR-Io=10mA
6
1.3 半导体二极管
六、特殊二极管及应用
1.稳压二极管 4）应用电路 ——稳压管稳压电路
IZ
阳极
-
阴极
UZ
+
I / mA
60
+
UZ
40
UZ –6 20 –3
正向特性
-
0 反 向 特 性
– 0.002 – 0.004
0.5 1.0 IZ
U/V
R——限流电阻
当负载变化或输入电压变化时，利用稳
压管的稳压特性，能使输出电压UO基本保 持不变，实现稳压。 Uo=Uz
三极管 （1）结构、电流分配关系 （2）特性曲线：输入曲线、输出曲线★ （3）主要参数：放大系数、反向电流、极限参数 基本共射 （1）共射组态电路图 （2）静态分析：目标、方法（数值计算、图解、估算） （3）动态分析：目标、方法（图解、微变等效★ ）、参数意义 （4）分析步骤：
25
2.1 半导体三极管
1 R3 100k¦ ¸ R2 3 6
Ic IB
Q2 2N2219
8
7
R1 3k¦ ¸
IE
5 XMM1
2 V1 12 V
1M¦ ¸ 50% Key=A 4 V2 12 V 0
实验数据：
Rp IB(μA) IC(mA) IE(mA) β （直流） β （交流） 开路 0 <0.001 <0.001 100% 0.010 1.667 1.677 161 89 70% 0.014 2.111 2.125 158 102 50% 0.019 2.561 2.58 136 69 30% 0.028 3.214 3.242 114 42
o
死区
UBE
uBE/V
31
2.1 半导体三极管
三、三极管的伏安特性
以共射接法为例
2.输出特性
三个工作区：
iC f (u CE ) I
iC/mA
B
曲线族
100 µ A 80µ A
5 4
1）截止区——IB=0以下的区域(IB<0) 条件：发射结集电结均反偏。 特点： a）IB≈0，IC= ICEO≈0；
3
模拟电子技术
2015年3月10日
1
1.3 半导体二极管
四、二极管电路的基本分析方法
1．理想二极管的电路模型 I / mA
60 40 20 –50 –25 折线化
I / mA
60 40 20 –50 –25
I / mA
理想化
60 40 20 –50 –25
0 0.5 1.0
U/V
0 0.7 1.0
5
1.3 半导体二极管
六、特殊二极管及应用
1.稳压二极管
用特殊工艺制造的面接触型硅二极管。
IZ
阳极
-
阴极
UZ +
1）符号 2）伏安特性 3）主要参数
I / mA
60
利用反向击穿特性来实现稳压。
反向击穿 UZ –6
40
20 –3
正向特性
（1）稳定电压UZ
稳压管反向击穿后稳定工作的电压值。
（2）稳定电流IZ
28
15% 0.045 3.923 3.968 87
2.1 半导体三极管
二、三极管的工作原理
3.电流放大作用
XMM2 XMM3
结论： 1）IE=IC+IB，IC =βIB， IE=(1+β)IB
7
仿真实验电路
1 R3 100k¦ ¸ R2 3 6
Ic IB
Q2 2N2219
8
——三极管的电流分配关系；
27
15% 0.045 3.923 3.968 87
2.1 半导体三极管
二、三极管的工作原理
2.电流分配关系
XMM2 XMM3
结论： 1）IE=IC+IB，IC =βIB， IE=(1+β)IB
7
仿真实验电路
1 R3 100k¦ ¸ R2 3 6
Ic IB
Q2 2N2219
8
——三极管的电流分配关系；
二、三极管的工作原理
1.放大条件
外加电源电压的极性必须满足：
发射结正向偏置，集电结反向偏置
c N b P N e NPN：Vc>Vb>Ve Rb Eb 共发射极接法 思考：PNP管放大电路怎样连接？
26
c
b
Rc Ec
e
2.1 半导体三极管
二、三极管的工作原理
2.电流分配关系
XMM2 XMM3
仿真实验电路
限幅：限制输出电压的幅值。 ——削波电路 【例题】：电路如图，设ui=10sinωt（V），E=5V，并设二极管为理想，试画出 输出电压uo的波形。 u (V)
10
i
+ ui
R
VD E
+ uo -
O
π uo(V)
2π
wt
10 5
O
-
wt
思考：
以下几种情况，uo波形有何变化？
1）VD、R位置互换； 2）VD反接； 3）E反接。
UR= UZ时的工作电流值。
0
rZ U Z I Z
0.5 1.0 IZ
（3）动态电阻rZ
反映稳压性能，rZ越小→稳压性能越好。
反 向 特 性
U/V
– 0.002 – 0.004
（4）温度系数αV
当I=IZ时，温度每增加1℃稳定电压的相对变化量。
正常工作区——反向击穿区 PM=IZMUZ
（5）最大耗散功率PM
实验数据：
Rp IB(mA) IC(mA) IE(mA) β （直流） β （交流） 开路 0 <0.001 <0.001 100% 0.010 1.667 1.677 161 89 70% 0.014 2.111 2.125 158 102 50% 0.019 2.561 2.58 136 69 30% 0.028 3.214 3.242 114 42
1——发射极e 2——集电极c 3——基极b 为PNP型三极管。
30
2.1 半导体三极管
三、三极管的伏安特性
以共射接法为例
1.输入特性
i B f (u BE ) U
CE
iB/A
UCE≥1
死区电压：
硅管——0wk.baidu.com5V 锗管——0.1V
正向导通压降UBE：
硅管——0.6~0.7V 锗管——0.2~0.3V
U/V
0 0.7 1.0
U/V
理想二极管——即忽略正向导通压降和反向漏电流，将其视为一理想开关模型。
+ -
A A
+
K K
2
1.3 半导体二极管
四、二极管电路的基本分析方法
2．基本分析思路
已知电路图→ 判断二极管V的工作状态 →画出等效电路→求参数，或画波形。
【例题】：判断二极管V的工作状态，求输出电压UAO。设二极管为理想。
9
1.3 半导体二极管
六、特殊二极管及应用
2.光电二极管 功能：光信号→电信号
符号：
A
I
U +
K
工作条件：
外加反向电压 光照↑→I↑
外界影响：
10
1.3 半导体二极管
六、特殊二极管及应用
3.发光二极管
功能：电信号→光信号 符号：
A
+ I
U -
K
工作条件：
外加正向电压
主要特点：体积小，工作电压低，电流小，发光稳 定，响应快，色泽多样，色彩鲜艳。 常用作显示器件。
4.变容二极管——自学
11
本章小结
一、半导体的基本知识
1.两种载流子 自由电子 空穴 1）本征半导体中两种载流子成对出现 数量很少 受温度影响很大 2）半导体中两种载流子同时参与导电
2.两种杂质半导体 N型半导体 P型半导体 1）N型半导体 多子：自由电子；少子：空穴 2）P型半导体 多子：空穴；少子：自由电子 3）多子和少子与外界因素的关系