电工电子技术及应用 第3版第一节半导体二极管及应用第二节晶体管第三节单管基本放大电路第四节多级放大器第五节场效应晶体管及应用返回主目录书名：书名：电工电子技术及应用第3版书号：978-7-111-52773-2半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体有硅、锗等。本征半导体一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体本征半导体虽有大量的价电子，但没有自由电子，此时半导体是不导电的。一、、PN结的形成及其单向导电性杂质半导体杂质半导体——NN型半导体型半导体+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子载流子数电子数多数载流子少数载流子正离子杂质半导体杂质半导体——Ｐ型半导体Ｐ型半导体负离子多数载流子少数载流子+3+4+4+4+4+4载流子数空穴数硼原子空穴PN结空间电荷区PN结的形成PN结的单向导电性外加正向电压外加正向电压内电场外电场PN结的单向导电性外加反向电压外加反向电压内电场外电场正偏：在ＰＮ结上加正向电压时，ＰＮ结电阻很低，正向电流较大，ＰＮ结处于导通状态。反偏：加反向电压时，ＰＮ结电阻很高，反向电流很小，ＰＮ结处于截止状态。二、二极管的结构和符号半导体二极管，其结构与图形符号如图6-1，常见外形如图6-2。(阳极)外壳阴极引线阳极引线二极管的结构与图形符号结构图形符2AP2CP2CZ5图6-3常见外形图三、二极管的伏安特性二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线所示。（以正极到负极为参考方向）。1）外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有正向电流通过。曲线）的电压称为死区电压，硅管的死区电压一般为0.5V，锗管则约为0.1V。OA2）二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的电阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通，如）特性曲线所示，此段称为导通段。从图中可以看出：硅管电流上升曲线比锗管更陡。二极管导通后的电压为导通电压，硅管一般为0.7V，锗管约为0.3V。AB1．正向特性2．反向特性1）当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非常小的反向电流（称为反向饱和电流或反向漏电流），如曲线段段）所示。实际应用中二极管的反向饱和电流值越小越好，硅管的反向电流比锗管小得多，一般为几十微安，而锗管为几百微安。OCOC2）当反向电压增加到一定数值时（如曲线中的点），反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电压，用表示，曲线中段）称为反向击穿区。通常加在二极管上的反向电压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏（稳压管除外）。0.20.40.60.81015-30-20-10BR图6-4二极管的伏安特性例6-1设二极管为理想元件，试求输出电压。图6-5图6-5a：分析电路时，先设二极管处于截止。由于3k电阻上没有电流，所以12V电源通过3k的电阻直接加在二极管两端kaiyun，使其阳极电位高于阴极电位，二极管处于正向偏置，所以二极管工作在导通状态。故电路的输出电压为图6-5b：分析电路时，先设二极管处于截止。由于两个电阻串联，根据分压公式，3k电阻两端分到的电压为4V，上正下负，使二极管处于正向偏置，所以二极管工作在导通状态。根据题意，二极管为理想元件，不计导通压降，故电路的输出电压为四、二极管的主要参数（1）最大整流电流它是指二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流。实际应用时，流过二极管的平均电流不能超过这个数值，否则，将导致二极管因过热而永久损坏。FM（2）最高反向工作电压指二极管工作时所允许加的最高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。通常手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。RM（3）反向电流指二极管未被击穿时的反向电流值。越小，说明二极管的单向导电性能越好。对温度很敏感，温度增加，反向电流会增加很大。五、特殊二极管1．稳压二极管稳压二极管简称稳压管，它是一种用特殊工艺制造的面结合型硅半导体二极管，其图形符号和外形封装如图6-5所示。图6-6稳压二极管的图形符号与外形外形图形符mA工作区域使用时，阴极接外加电压的正极，阳极接外加电压负极，管子反向偏置，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压。二极管在反向击穿状态下，流过管子的电流变化很大，而两端电压变化很小，稳压管正是利用这一点实现稳压作用的。稳压管工作时，必须接入限流电阻，才能使其流过的反向电流范围内变化min发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光能的固体发光器件，它是由镓（Ga）、砷（As）、磷（P）等化合物制成的，其图形符号如图6-8a所示。由这些材料构成的ＰＮ结加上正偏电压时，PN结便以发光的形式来释放能发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿和红外光二极管等多种，按外形可分为方形、圆形等。图6-8b是发光二极管的外形，它的导通电压比普通二极管高。2．发光二极管图6-8发光二极管的图形符号和外形图形符外形应用时，加正向电压，并接入相应的限流电阻，它的正常工作电流一般为几个毫安至几十毫安。发光强度在一定范围内与正向电流大小近似成线性关系。发光二极管作为显示器件，除单个使用外，也常做成七段式或矩阵式kaiyun.com，如用作微型计算机、音响设备、数控装置中的显示器。发光二极管的检测一般用万用表R10k(Ω)档，通常正向电阻15kΩ左右，反向电阻为无穷大。3．光敏二极管光敏二极管又称光电二极管，其ＰＮ结工作在反偏状态。光敏二极管是一种光接收器件。它的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照，当光线辐射于ＰＮ结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是反向电流与照度成正比。光敏二极管的图形符号和外形如图6-9所示。图6-9光敏二极管的图形符号和外形图形符外形光敏二极管可用于光的测量。当制成大面积光电二极管时，能将光能直接转换成电能，可作为一种能源使用，称为光电池。光敏二极管的检测通常用万用表R1k(Ω)档检测，要求无光照时反向电阻大，有光照时反向电阻小，若电阻差别小，则表明光敏二极管的质量不好。六、二极管的应用1、单相半波整流电路图6-10是单相半波整流电路，该电路由电源变压器T、整流二极管VD及负载电阻R组成。图6-10单相半波整流电路图6-11单相半波整流波形(1)．整流原理管因承受正向电压而导通，忽略二极管正向压(2)．负载电压及电流直流脉动电压：整流电压方向不变，但大小变化。平均电压U表示直流电压的大小。电阻性负载的平均电流为I(6-2)2、单相桥式整流电路单相桥式整流电路是由四个二极管接成电桥的形式构成。图6-12单相桥式整流电路常用画法简化画法(1)．整流原理13单相桥式整流波形(2)．负载电压和电流全波整流电路的整流电压的平均值U(6-3)(6-4)二极管承受的最高反向电压由桥式整流波形图6-13可知，二极管承受的最高反向电压 应用实例红外线遥控电路 发射：按下发射电路中的某个按钮时，编码器产生相应的调 制脉冲信号，并由发光二极管将电信号转换为光信号发射出 接收：光电二极管将脉冲信号再转换为电信号，经放大、解码后，由驱动电路驱动对应的负载动作。 发射电路 接收电路 第二节 晶体管 一、晶体管的结构和符号 ．结构和符号晶体管的结构示意图如图6-15a所示，分为NPN型管和 PNP型管。为了收集发射区发射过来的载流子以及便于散热， 要求集电结面积较大，发射区多数载流子的浓度比集电区大， 因此使用时集电极与发射极不能互换。晶体管的图形符号如 图6-14b所示，符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电 流方向。 图6-15 晶体管的结构和图形符号 集电区基区 发射区 集电结 发射结 集电区 基区 发射结 发射区 集电结 结构图形符号 ．外形图6-16 几种常见的晶体管的外形结构 1．晶体管的工作电压 图6-17 晶体管的工作电压 NPNPNP 二、晶体管中的工作电压和电流放大作用 mA 图6-18晶体管电流的实验电路 ．晶体管各个电极的电流分配实验电路如图6-18所示。此电路称为晶体管的共发射极 放大电路。 4.05 3.18 2.36 1.54 0.72 0.01 /mA 3.95 3.10 2.30 1.50 0.70 0.01 /mA 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 表6-1晶体管电流测量数据 从表6-1中的实验数据可以找出晶体管各极电流分配关系 （6-5）3．晶体管的电流放大作用 从表6-1中的实验数据还可以看出： 而且当调节电位器RP使有一微小变化时，会 引起 较大的变化，这表明基极电流 流）控制着集电极电流（大电流），所以晶体 管是一个电流件，这种现象称为晶体管的 电流放大作用。 三、晶体管的特性曲线输入特性曲线）截止区 发射结零偏或反偏，集电结也反向偏置。 （2）放大区 发射结正向偏置，集电结反向偏置。 （3）饱和区发射结和集电结均处于正向偏置。晶体管失去 放大作用， 处于“饱和”状态。 称为晶体管的饱和 压降，此值很小，约为0.3V。 大于某一值后，开始剧增，这个现