精品电工学总复习

测量三极管特性的实验电路
三极管的输入特性曲线
2．输出特性曲线
（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置
（2）截止区：发iC射结反i向B 偏置，集电结反向偏置
（3）饱和区：iB发射0结, 正iC向偏0置，集电结正向偏置
此时
iB 0, uBE 0, uCE uBE
iC iB
截止区
IC /mA 4 3
总复习
2. N型半导体和P型半导体
N型半导体
少子
在硅或锗中掺
入少量的五价元
正离子
素，如磷或砷、
多余价电子 电子
锑，则形成N型
PP+
多子
半导体。
结原构理图图
电子
正磷离原子子 自由电子
在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子
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P型半导体 在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。
在硅或锗中 掺入三价元素， 如硼或铝、镓， 则形成P型半导 体。
UCEQ
过Q点作水平线， 在纵轴上的截距 即为ICQ
40μA
20μA IB=0
IB=40μA的输 出特性曲线
UCC UCE/V
过Q点作垂线， 在横轴上的截距 即为ICQ
15.2.1 动态图解法
图解步骤：
（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。 （2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。
（3）作交流负载线。
阳极
阴极
14.2.2 半导体二极管的伏安特性
（1）正向特性
外加正向电压较小时，外 电场不足以克服内电场对多子 扩散的阻力，PN结仍处于截 止状态 。
正向电压大于死区电压后 ，正向电流 随着正向电压增 大迅速上升。通常死区电压硅 管约为0.5V，锗管约为0.2V 。 （2）反向特性
I /mA
40 30 20
源，即：
0
ic ib
ΔIB UCE
B ib
C ic +
+
uce
ube －
－
E (a) 三极管
B + ib
C ic +
ube rbe －
uce
βib －
E (b) 三极管的微变等效电路
（3）放大电路的微变等效电路
ic
+
Rs
us + －
ui －
ib
T
+
RC
RL uo
RB
－
B Ib
+
Rs +
U i
Us －
估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电
阻。 解：（1）用估算法计算静态工作点
UB
RB2 RB1 RB2
U CC
10 20 10
12
4V
I CQ
IEQ
UB
U BEQ RE
4 0.7 2
1.65mA
I BQ
I CQ
1.65 mA 33A
50
C1 +
UCEQ UCC ICQ (RC RE ) 12 1.65 (3 2) 3.75V
电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明 基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三 极管的电流放大作用。
14.4.3 三极管的特性曲线
1．输入特性曲线
与二极管类似
IC mA
IB μA
+ UCE
RC
RB
+
－V
V UBE
UCC
UBB
－
IB /mA
40
30 20
UCE≥1V
10
0 0.4 0.8 UBE /V
直流通路：耦合电容可视为开路。
RB
RC +UCC
ICQ
IBQ
+
+
T UCEQ
UBEQ
－
－
I BQ
U CC
U BEQ RB
ICQ I BQ
UCEQ UCC ICQ RC
由UCE=UCC－ICRC所决定的直流负载线
两者的交点Q就是静态工作点
UCC IC/mA RC
80μA 60μA
Q ICQ
0
并不理想。
例： 图示电路，已知U CC 12V ， RB 300 kΩ ，
RC 3 kΩ， RL 3 kΩ，Rs 3 kΩ， 50 ，试求：
数
（1） Au ；
RL
接
入和
断开
两种
情况
下电
路的
电压
放大
倍
（2）输入电阻 Ri 和输出电阻 Ro；
（3）输出端开路时的源电压放大倍数A us
U o U s
15.1.1 放大电路的组成
RC
C2
+
C1
+
+
T
+
Rs us+ ui
－－
RB + － UBB
+ RL uo
－
UCC －
共发射极放大电路的实用电路
RB
C1 +
+
Rs
us+
ui
－－
RC
+UCC C2
+
T
+
RL uo
－
15.1.2 放大电路的静态分析
静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变
的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q （主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路 中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。
A：NPN 1-B 2-E 3-C
B：PNP 1-C 2-B 3-E
第15章 基本放大电路
15.1 放大电路的静态分析 15.2 放大电路的动态分析 15.3 静态工作点的稳定 15.4 射极输出器 15.5 场效应晶体管放大电路
15.1 放大电路的静态分析
放大的实质：用较小的信号去控Βιβλιοθήκη Baidu较大的信号。
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14.2 半导体二极管
14.2.1 半导体二极管的结构
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构 成了半导体二极管，简称二极管。
半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两 类。
点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高 频检波及脉冲数字电路中的开关元件。
面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在低频 整流电路中。
Ii B
Ib
Ic
C
+
+
Rs +
U i
Us －
－
RB rbe E
RC Ib
RL U o
－
Ri
Ri
U i Ii
RB // rbe
输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入 电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。 另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响， 使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得 多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，
（2）三极管内部载流子的传输
过程
a）发射区向基区注入电子，形
成发射极电流 iE b）电子在基区中的扩散与复合 IB
，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电子
RB
，形成集电极电流 iC （3）电流分配关系：
iE = iC + iB
UBB
IE
IC N RC
P UCC N
实验表明IC比IB大数十至数百倍，因而有。IB虽然很 小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极
RB22 10 k Ω ， RC2 2.5 k Ω ， RE2 2 k Ω ， RL 5 k Ω ， 1 2 50 ， V。求： U BE1 U BE2 0.7
2 1
饱和区 100μA
80μA
放
60μA
大
40μA
区 20μA
IB=0
0
36
9 12 UCE /V
两支三极管在电路中测得的电位分别为：
晶体管A
管脚
123
电压（V） 4 3.4 9
晶体管B
管脚
1
2
3
电压（V） －6 －2.3 －2
试判别：1、两支三极管是PNP型还是NPN型？ 2、两支三极管的管脚？
再求三极管的动态输入电阻
rbe
300 (1 )
26(mV) I EQ (mA)
300 (1 50)
26(mV) 2(mA)
963
Ω
0.963
kΩ
（1）RL 接入时的电压放大倍数Au 为：
A u
RL
rbe
50 3 3 33
0.963
78
RL 断开时的电压放大倍数Au 为：
A u
RC
阳极
阴极
NPN型
集电结 B
发射结
C
集电区 N
P 基区 B
N
发射区
E
PNP型
集电结 B
发射结
C 集电区
P
N 基区 B
P
发射区
E
C
正箭
E
向头
电方
压向
时表
的示
C
电发 流射
方结
向加
E
14.4.2 电流分配和电流放大作用
（1）产生放大作用的条件
内部：a）发射区杂质浓度>>基区>>集电区
b）基区很薄
外部：发射结正偏，集电结反偏
－
RB rbe E
Ic
C
RC Ib
+
RL U o
－
B Ib
+
Rs +
U i
Us －
－
RB rbe E
①电压放大倍数
Ic
C
RC Ib
+
RL U o
－
Au
U o U i
RL Ic rbe Ib
RL Ib
rbe Ib
RL
rbe
式中RL'=RC//RL。当RL=∞（开路）时
Au
RC
rbe
②输入电阻
rbe
50 3 156 0.963
（2）输入电阻
Ri
Ri
为：
RB //
rbe
300 //
0.963
0.96
kΩ
输出电阻 Ro 为：
Ro RC 3 kΩ
（3） Aus
U U
o s
U U
i s
U U
o i
Ri Rs Ri
A u
1 (156) 39 31
例 ： 图 示 电 路（接CE），已 知UCC=12V， RB1=20kΩ， RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试
RC RB1
+UCC C2 +
Ro RC 3k
C1 +
+ Rs
T
+
RL uo
us+ ui
RB2
－－
RE
+ CE
－
15.6.1 阻容耦合放大电路
C1 +
+ Rs us+ ui －－
RC1 RB11
C2 +
RC2 RB21
+UCC C3 +
RB12
T1
+
T2
+
RL uo
RE1 + uo1 CE1 －
-60 -40 -20 10
正向特性
0 0.4 0.8 U /V 反向特性
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流 很小。 反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。
14.3.2 发光二极管
当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴 复合过程以光的形式放出能量。 不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。
（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。
iB
Q'
iB ②
IBQ
Q
Q"
0
uBE 0
UBEQ
0
uBE
①
t
(a) 输入回路
iC ICQ
直流负载线
Q' 交流负载线
Q
iC ③
t 0
Q"
uCE 0
t
UCEQ
UCC
0
uCE
④
t (b) 输出回路
iC
iC
Q'
Q
ICQ
Q"
t
0
0
UCEQ
uCE
0
uCE
(a) 饱和失真
发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.5～ 3V）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是 一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字 符显示。
阳极
阴极 LED
(a)
LED
R
E
(b)
14.3.3 光电二极管
光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理 恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管 的PN结时，能激发更多的电子，使之产生更多的 电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在 PN结两端加反向电压时反向电流会增加，所产生 反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极 管正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能 照射到PN结上，在光电二极管的管壳上设有一个 小的通光窗口。
。
RB
C1 +
+
Rs
us+
ui
－－
RC
+UCC C2
+
T
+
RL uo
－
RB
RC +UCC
IBQ
ICQ +
+
V UCEQ
UBEQ
－
－
解：先求静态工作点
I BQ
U CC U BEQ RB
U CC RB
12 A 40 μA 300
I CQ I BQ 50 0.04 2mA
U CEQ U CC I CQ RC 12 2 3 6V
结原构理图图
负离子
少子
多子BB-
填补空位
电子 电子 电子 电子 电子
空穴
空穴
硼 负原 离子
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4. PN结的单向导电性
外加正向电压 扩散运动增强，形成较大的正向电流。
P区
空间电荷区变窄
N区
I
内电场
P区的空穴进入空间电荷区 外电场
和一部分负离子中和
E
N区电子进入空间电荷 区和一部分正 离子中和
t
iC
iC
ICQ
0
0
t
0
(b) 截止失真 t
Q'
Q
Q"
UCEQ uCE uCE
一般认为：
rbe
300
(1
)
26(mV) IEQ (mA)
输出特性曲线在放大区域内可认为呈
IC
水平线，集电极电流的微小变化ΔIC
仅与基极电流的微小变化ΔIB有关， 而与电压uCE无关，故集电极和发射
ΔIC
Q
极之间可等效为一个受ib控制的电流
RB22
RE2
+ CE2
－
1．阻容
耦合放 大电路 的特点
各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。 优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整 到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不 能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号； 且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成 电路中采用。
例 在 图 示 两 级 组 容 耦 合 放 大 电 路 中 ， 已 知UCC 12 V ， RB11 30 kΩ， RB21 15 kΩ，RC1 3 kΩ，RE1 3 kΩ，RB12 20 kΩ，
+
Rs us+ ui
－－
RC RB1
+UCC C2 +
T
+
RL uo
RB2
RE
+ CE
－
（2）求电压放大倍数
rbe
300 (1
) 26
I EQ
300 (1 50) 26 1.65
1100 1.1k
33
Au
RL
rbe
50 33
1.1
68
（3）求输入电阻和输出电阻
Ri RB1 // RB2 // rbe 20 // 10 // 1.1 0.994k