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1、 电子技术基础知识 授课 永安市技校陈昌初 维修电工培训 2 本征半导体 不加杂质的纯净半导体晶体 如本征硅或本征锗 根据掺杂的物质不同 可分两种 3 杂质半导体 为了提高半导体的导电性能 在本征半导体 4价 中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体 1 P型半导体 本征硅 或锗 中掺入少量硼元素 3价 所形成的半导体 如P型硅 多数载流子为空穴 少数载流子为电子 一 PN结 1 半导体 导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质 如硅 Si 或锗 Ge 半导体 2 N型半导体 在本征硅 或锗 中掺入少量磷元素 5价 所形成的半导体 如N型硅 其中 多数载流子为电子 少数载流子为空穴 4 PN结 N型和P
2、型半导体之间的特殊薄层叫做PN结 PN结是各种半导体器件的核心 如图1所示 P区接电源正极 N区接电源负极 PN结导通 反之 PN结截止 PN结具有单向导电特性 即 将P型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起 形成PN结 外加正向电压 也叫正向偏置 外加电场与内电场方向相反 内电场削弱 扩散运动大大超过漂移运动 N区电子不断扩散到P区 P区空穴不断扩散到N区 形成较大的正向电流 这时称PN结处于导通状态 外加反向电压 也叫反向偏置 外加电场与内电场方向相同 增强了内电场 多子扩散难以进行 少子在电场作用下形成反向电流 因为是少子漂移运动产生的 反向电流很小 这时称PN结处于截止状态 1外形
3、由密封的管体和两条正 负电极引线所组成 管体外壳的标记通常表示正极 如图2 a 所示 2符号 如图 其中 三角形 正极 竖杠 负极 V 二极管的文字符号 3 晶体二极管的单向导电性 1 正极电位 负极电位 二极管导通 2 正极电位 负极电位 二极管截止 即二极管正偏导通 反偏截止 这一导电特性称为二极管的单向导电性 例1 图3所示电路中 当开关S闭合后 H1 H2两个指示灯 哪一个可能发光 图3 例1 电路图 解由电路图可知 开关S闭合后 只有二极管V1正极电位高于负极电位 即处于正向导通状态 所以H1指示灯发光 4二极管的伏安特性 1 定义 二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极
4、管的伏安特性 5 特点 结论 正偏时电阻小 具有非线性 导通后V两端电压基本恒定 VF VT时 V导通 IF急剧增大 正向电压VF小于门坎电压VT时 二极管V截止 正向电流IF 0 其中 门槛电压 1 正向特性 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 导通电压 UD on 0 6 0 8 V 硅管0 7V 0 1 0 3 V 锗管0 3V 2 反向特性 结论 反偏电阻大 存在电击穿现象 VR VRM时 IR剧增 此现象称为反向电击穿 对应的
5、电压VRM称为反向击穿电压 反向电压VR VRM 反向击穿电压 时 反向电流IR很小 且近似为常数 称为反向饱和电流 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 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 1 最大整流电流IFM 指管子长期运行时 允许通过的最大正向平均电流 2 最高反向工作电压URM 二极管运行时允许承受的最大反向电压 3 最大反向电流IRM 指管子未击穿时的反向电流 其值越小 则管子的单向导电性越好 4 最高工作频率fm 主要取决于PN结结电容的大小 6 二极管的主要参数 8二极管的简单测试 图4
6、万用表检测二极管 将红 黑表笔分别接二极管两端 所测电阻小时 黑表笔接触处为正极 红表笔接触处为负极 1 判别正负极性 用万用表检测二极管如图4所示 图5万用表检测二极管 万用表测试条件 R 1k 2 判别好坏 3 若正向电阻约几千欧姆 反向电阻非常大 二极管正常 2 若正反向电阻非常大 二极管开路 1 若正反向电阻均为零 二极管短路 9二极管的分类 3 按用途 如图6所示 2 按PN结面积 点接触型 电流小 高频应用 面接触型 电流大 用于整流 1 按材料分 硅管 锗管 图6二极管图形符号 三 晶体三极管 晶体三极管 是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件 特点 管内有两种载流子参与
7、导电 特点 有三个电极 故称三极管 图7三极管外形 1三极管的结构 1 三极管的外形 2 三极管的结构 图8三极管的结构图 工艺要求 发射区掺杂浓度较大 基区很薄且掺杂最少 集电区比发射区体积大且掺杂少 特点 有三个区 发射区 基区 集电区 两个PN结 发射结 BE结 集电结 BC结 三个电极 发射极e E 基极b B 和集电极c 两种类型 PNP型管和NPN型管 箭头 表示发射结加正向电压时的电流方向 文字符号 V 图9三极管符号 2 晶体三极管的符号 3 三极管的电流放大作用 1 三极管的工作电压三极管实现电流放大的外部偏置条件 发射结正偏 集电结反偏 此时 各电极电位之间的关系是 NPN
8、型UC UB UEPNP型UC UB UE 2 电流分配关系图3 3是NPN管放大实验电路 三极管各电极电流分配关系是 IE IB IC由于基极电流很小 因而IE IC 3 三极管的电流放大作用当IB有一微小变化时 能引起IC较大的变化 这种现象称为三极管的电流放大作用 电流放大作用的实质是通过改变基极电流IB的大小 达到控制IC的目的 而并不是真正把微小电流放大了 因此称三极管为电流控制型器件 电流放大作用 电流放大系数 IC IB 4 三极管的特性曲线 1 输入特性曲线 集射极之间的电压UCE一定时 发射结电压UBE与基极电流IB之间的关系曲线 5 VBE与IB成非线性关系 2 当VBE很
9、小时 IB等于零 三极管处于截止状态 3 当VBE大于门槛电压 硅管约0 5V 锗管约0 2V 时 IB逐渐增大 三极管开始导通 4 三极管导通后 VBE基本不变 硅管约为0 7V 锗管约为0 3V 称为三极管的导通电压 共发射极输入特性曲线 2 晶体三极管的输出特性曲线 基极电流一定时 集 射极之间的电压与集电极电流的关系曲线 输出特性曲线可分为三个工作区 1 截止区 条件 发射结 集电结反偏或两端电压为零 三极管输出特性曲线中 IB 0的输出特性曲线以下 横轴以上的区域称为截止区 其特点是 各电极电流很小 相当于一个断开的开关 在放大状态 当IB一定时 IC不随VCE变化 即放大状态的三极
10、管具有恒流特性 2 放大区 条件 发射结正偏 集电结反偏特点 IC受IB控制 输出特性曲线中 截止区以上平坦段组成的区域称为放大区 此时IC受控于IB 同时IC与UCE基本无关 可近似看成恒流 此区内三极管具有电流放大作用 输出特性曲线中 UCE UBE的区域 即曲线的上升段组成的区域称为饱和区 饱和时的UCE称为饱和压降 用UCES表示 UCES很小 一般约为0 3V 工作在此区的三极管相当于一个闭合的开关 没有电流放大作用 3 饱和区 条件 发射结和集电结均为正偏 5 三极管的主要参数1 电流放大系数电流放大系数是反映三极管电流放大能力的基本参数 主要有共发射极电路交流电流放大系数 和共发
11、射极电路直流电流放大系数hFE 2 极间反向电流 1 ICBO是指发射极开路时从集电极流到基极的反向电流 如图所示 图极间反向电流 管子基极开路时 集电极和发射极之间的最大允许电压 当电压越过此值时 管子将发生电压击穿 若电击穿导致热击穿会损坏管子 当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时 管子性能变坏或烧毁 2 集电极 发射极间击穿电压U BR CEO 3 集电极最大允许功耗PCM 6 三极管的识别和简单测试 表常用三极管管脚排列 判别硅管和锗管的测试电路 7三极管的简单测试 1 硅管或锗管的判别 将万用表设置在或挡 用黑表笔和任一管脚相接 假设它是基极b 红表笔分别和另外两个管脚相接
12、 如果测得两个阻值都很小 则黑表笔所连接的就是基极 而且是NPN型的管子 如图11 a 所示 如果按上述方法测得的结果均为高阻值 则黑表笔所连接的是PNP管的基极 如图11 b 所示 2 NPN管型和PNP管型的判断 图11基极b的判断 首先确定三极管的基极和管型 然后采用估测 值的方法判断c e极 方法是先假定一个待定电极为集电极 另一个假定为发射极 接入电路 记下欧姆表的摆动幅度 然后再把两个待定电极对调一下接入电路 并记下欧姆表的摆动幅度 摆动幅度大的一次 黑表笔所连接的管脚是集电极c 红表笔所连接的管脚为发射极e 如图12所示 测PNP管时 只要把图12电路中红 黑表笔对调位置 仍照上
13、述方法测试 3 e b c三个管脚的判断 图12估测 的电路 四 单管基本放大电路 由三极管组成的放大电路 其功能是利用三极管的电流控制作用 把微弱的电信号 简称信号 指变化的电压 电流 功率 不失真地放大到所需的数值 实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号 放大电路的实质 是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置 1 晶体管V 放大元件 用基极电流iB控制集电极电流iC 共发射极基本放大电路 2 直流电源UCC放大电路的能源 使晶体管的发射结正偏 集电结反偏 晶体管处在放大状态 提供电流IB和IC UCC一般在几伏到十几伏之间 3 基极偏置电阻RB
14、 为基极提供一个合适的偏置电流IB 使晶体管有一个合适的工作点 一般为几十千欧到几百千欧 4 集电极电阻RC 将集电极电流iC的变化转换为电压的变化 以获得电压放大 一般为几千欧 5 耦合电容或隔直电容Cl C2 用来传递交流信号 起到耦合的作用 同时 又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离 起隔直作用 为了减小传递信号的电压损失 Cl C2应选得足够大 一般为几微法至几十微法 通常采用电解电容器 1 ui直接加在三极管V的基极和发射极之间 引起基极电流iB作相应的变化 2 通过V的电流放大作用 V的集电极电流iC也将变 3 iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化 4 uCE中的
15、交流分量uce经过C2畅通地传送给负载RL 成为输出交流电压uo 实现了电压放大作用 2 工作原理 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 3 静态工作情况 直流通路 耦合电容可视为开路 共发射极基本放大电路 交流通路 ui单独作用下的电路 由于电容C1 C2足够大 容抗近似为零 相当于短路 直流电源UCC去掉 短接 从图解分析过程 可得出如下几个重要结论 1 放大器中的各个量uBE iB iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成 2
16、 由于C2的隔直作用 uCE中的直流分量UCEQ被隔开 放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce 且与输入电压ui反相 放大器具有倒相作用 3 放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出 负载电阻RL越小 交流负载电阻RL 也越小 交流负载线就越陡 使Uom减小 电压放大倍数下降 4 静态工作点Q设置得不合适 会对放大电路的性能造成影响 若Q点偏高 当ib按正弦规律变化时 Q 进入饱和区 造成ic和uce的波形与ib 或ui 的波形不一致 输出电压uo 即uce 的负半周出现平顶畸变 称为饱和失真 若Q点偏低 则Q 进入截止区 输出电压uo的正半周出现平顶畸变 称为截止失真 饱和失真和截止失真统称为非线性失真 整流 把交流电变成直流电的过程 五晶体二极管整流电路 整流原理 二极管的单向导电特性 二极管单相整流电路 把单相交流电变成直流电的电路 V 整流二极管 把交流电变成脉动直流电 T 电源变压器 把v1变成整流电路所需的电压值v2 1单相半波整流电路 1 电路如图 a 缺点 整流效率低 脉动较大 2 负载和整流二极管上的电压和电流 4 二极管反向峰值电压VR
