电子技术基础 第2版配套课件

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1、电子技术基础 第2版 配套课件目 录第1章 半导体器件及其特性第2章 基本放大电路第3章 集成运算放大器第4章 正弦波振荡电路第5章 直流稳压电源电路第6章 数字逻辑基础第7章 组合逻辑电路第8章 时序逻辑电路第9章 脉冲波产生与转换电路第1章 半导体器件及其特性 1.1 普通二极管 1.1.1 PN结 半导体的导电特性 掺杂特性。 热敏和光敏特性。 数字信号 N型半导体 P型半导体4价元素掺入微量5价元素后形成。多数载流子：电子；少数载流子：空穴。4价元素掺入微量3价元素后形成。多数载流子：空穴；少数载流子：电子。图1-1 本征半导体与掺杂半导体结构示意图 a) 本征半导体 b) N型半导体

2、 c) P型半导体 数字电路的特点图1-2 PN结的形成 a) 载流子的扩散运动 b) 平衡状态下的PN结 形成过程和原理： 扩散。 形成空间电荷区和内电场。 内电场阻止扩散运动，促进漂移运动。 PN结内电场电位差：硅材料约0.5 0.7V，锗材料 约0.2 0.3V。 PN结单向导电性 加正向电压导通。 加反向电压截止。 图1-3 外加电压时的PN结 a) 正偏 b) 反偏1.1.2 二极管 正向特性 二极管的伏安特性 死区段。 导通段。 反向特性 饱和段。 击穿段。 图1-5 PN结伏安特性 数学表达式： IS：PN结反向饱和电流；UT为温度电压当量：UT 26mV（T=300K）。 硅二

3、极管与锗二极管伏安特性的区别 硅管的死区电压比锗管大，硅管导通正向压降比锗大。 硅管的反向饱和电流IS比锗管小得多。 图1-6 硅二极管与锗二极管伏安特性 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高后，二极管死区电压Uth和导通正向压降Uon下降（正向特性左移）。 温度每升高1，Uon约减小22.5mV。 温度升高后，二极管反向饱和电流IS大大增大（反向特性下移）。温度每升高10，反向饱和电流约增大一倍。图1-7 温度对伏安特性的影响 二极管的主要特性参数 最大整流电流IF 最高反向工作电压URM 反向电流IR和反向饱和电流IS 最高工作频率fM 理想二极管 理想二极管模型 恒压降模型图1-8 理想

4、二极管的伏安特性a) 理想二极管模型 b) 恒压降模型【例1-2】已知电路如图1-10a、b所示，VD为理想二极管，E=5V，ui=10Sint（V），试分别画出输出电压uO波形。 图1-10 例1-2电路 解：（1）图1-10a电路：VD导通时，UD=0，按uO=UD+ E = E =5V。VD截止时，电阻中无电流流过，UR=0，按uO=UR+ui=ui=10Sint（V）。VD端正极电压大于5V时，VD导通；小于5V时，VD截止。画出uO波形如图1-10c所示。例1-2电路及ui、uO波形 （2）图1-10b电路： 二极管VD导通时，uO=UD+ ui=ui 二极管VD截止时，uO=UR+

5、(-E)= -E = -5VVD端正极电压大于-5V时导通，小于-5V时截止，画出uO波形如图1-10d所示。例1-2电路及ui、uO波形 解题说明：求解含有理想二极管电路时，可先判断二极管导通还是截止。若二极管导通，则用短路导线替代二极管VD；若二极管截止，则将二极管开路。然后按一般线性电路分析计算。1.2 特殊二极管 1.2.1 稳压二极管 伏安特性与普通二极管的伏安特性相似。区别在于反向击穿特性很陡，反向击穿时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化却很小。图1-13 稳压二极管符号及伏安特性 a) 符号 b)伏安特性 稳压工作条件 电压极性反偏； 有合适的工作电流。 主要特性

6、参数 稳定电压UZ。 稳定电流IZ。 最大耗散功率PZM和最大工作电流IZM。 动态电阻rZ。稳压管的质量参数，rZ越小，稳压管稳压特性越好。 电压温度系数Z1.2.2 发光二极管正向压降大多在1.5V2V之间；工作电流为几mA几十mA，亮度随电流增大而增强，典型工作电流10mA；图1-14 发光二极管符号及电路a) 符号 b) 应用电路1.3 双极型晶体管1.3.1 晶体管慨述 基本结构和符号图1-18 NPN型晶体管的结构和符号a) 结构示意图 b) 符号图1-19 PNP型晶体管的结构和符号a) 结构示意图 b) 符号 分类 按极性分：NPN型和PNP型； 按半导体材料分：硅晶体管和锗晶

7、体管； 按用途分：放大管、开关管、功率管等； 按工作频率分：低频管和高频管； 按功率大小分：小功率管和大功率管； 电流放大原理 晶体管内部载流子的传输过程图1-20 NPN型晶体管中载流子运动及各电极电流 电流分配关系 电流放大功能也可写成： 1.3.2 晶体管的特性曲线和主要参数 晶体管电路的三种基本组态 图1-21 晶体管三种基本组态电路a) 共射极 b) 共基极 c) 共集电极 共发射极特性曲线 输入特性曲线1）定义： 2）特点： 是一族曲线，uCEV的那一条可以作为代表。 与二极管正向伏安特性曲线相似。 放大工作状态时，硅管uBE约为0.60.7V， 锗管约0.20.3V。图1-22

8、NPN型晶体管共发射极电路输入特性曲线 输出特性曲线1）定义： 2）特点： 是一族曲线，对应于每一iB都有一条输出特性曲线。 当uCE1V后，曲线比较平坦，即iC不随uCE增大而增大。 当iB增加时，曲线上移，表明对于同一uCE，iC随iB增大而增大，这就是晶体管的电流放大作用。 图1-22 NPN型晶体管共发射极电路输出特性曲线 晶体管共射电路工作状态 图1-23 晶体管3个工作区域 放大区 条件：发射结正偏，集电结反偏。 特点：iCiB，iC与iB成正比关系。 截止区条件：发射结反偏，集电结反偏。 特点：iB0，iCICEO0 饱和区 条件：发射结正偏，集电结正偏。 特点：iC与iB不成比

9、例。即iB增大，iC很少增大或不再增大，达到饱和，失去放大作用。 击穿区 击穿区不是晶体管的工作区域。 晶体管的主要参数 电流放大系数 集-基反向饱和电流ICBO和集-射反向饱和电流ICEO是表征晶体管质量的重要参数。ICEO与ICBO的关系： 图1-24 晶体管极间反向电流a) ICBO b) ICEO 集电极最大允许电流ICM 集电极最大允许耗散功率PCM 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 饱和压降UCES 特征频率fT图1-25 ICEO、U(BR)CEO和UCES图1-26 晶体管PCM曲线 晶体管安全工作区图1-27 晶体管安全工作区【例1-4】已测得晶体管各极对地电压值为U1、

10、U2、U3，且已知其工作在放大区，试判断其硅管或锗管？NPN型或PNP型？并确定其E、B、C三极。U1=5.2V，U2=5.4V，U3=1.4V； U1= -2V，U2= -4.5V，U3= -5.2V。解： PNP型锗管，U1 、U2 、U3引脚分别对应B、E、C极； NPN型硅管，U1 、U2 、U3引脚分别对应C、B、E极。分析此类题目的步骤是： 确定硅管或锗管，确定集电极C。晶体管工作在放大区时UBE：硅管约0.60.7V，锗管约0.20.3V。据此，可寻找电压差值为该两个数据的引脚。若为0.60.7V，则该管为硅管；若为0.20.3V，则该管为锗管，且该两引脚为B极或E极，另一引脚为

11、C极。题中U1 U2、题中U2 U3符合此条件，因此可确定：题为锗管，U3引脚对应C极；题为硅管，U1引脚对应C极。 确定NPN型或PNP型。晶体管工作在放大区时，满足CB结反偏条件，NPN型C极电压高于BE极；PNP型C极电压低于BE极。因此比较C极电压与BE引脚电压高低，可确定NPN型或PNP型。题中U3低于U1 U2，为PNP型；题中U1高于U2U3，为NPN型。 区分B极和E极。晶体管工作在放大区时，NPN型各极电压高低排列次序为UCUBUE；PNP型各极电压高低排列次序为UCUBUE。题中U1为B极，U2为E极；题中U2为B极，U3为E极。【例1-5】已测得电路中几个晶体管对地电压值

12、如图1-31，已知这些晶体管中有好有坏，试判断其好坏。若好，则指出其工作状态（放大、截止、饱和）；若坏，则指出损坏类型（击穿、开路）。 图1-31 例1-5电路 解：a）放大；b）饱和；c）截止；d）损坏，BE间开路；e）BE间击穿损坏或外部短路；或晶体管好，处于截止状态；f）饱和；g）放大；h）截止。分析此类题目的判据和步骤是： 判发射结是否正常正偏。凡满足NPN硅管UBE=0.60.7V，PNP硅管UBE= -0.6-0.7V；NPN锗管UBE=0.20.3V，PNP锗管UBE= -0.2-0.3V条件者，晶体管一般处于放大或饱和状态。不满足上述条件的晶体管处于截止状态，或已损坏。a）、b

13、）、f）、g）满足条件；c）、d）、e）、h）不满足条件。 区分放大或饱和。区分放大或饱和的条件是集电结偏置状态：集电结正偏，饱和，此时UCE很小，b）、f）满足条件；集电结反偏，放大，此时UCE较大，a）、g）满足条件。但若NPN管UCUE，PNP管UCUE，则电路工作不正常，一般有故障。 若UC=VCC（电路中有集电极电阻RC），说明无集电极电流，C极内部开路。 若发射结反偏，或UBE小于中数据，则晶体管处于截止状态或损坏。c）、e）、h）属于这一情况。 若满足发射结正偏，但UBE过大，也属不正常情况，如d）。1.4 场效应管场效应管只有一种载流子（多数载流子）参与导电，称为单极型晶体管。

14、 分类 从结构上可分为结型和MOS型(绝缘栅型)。 从半导体导电沟道类型上可分为P沟道和N沟道。 从有无原始导电沟道上可分为耗尽型和增强型。 内部结构和工作原理利用电场效应原理，用输入电压开启、夹断或改变导电沟道宽窄，从而控制输出电流的大小。 特性曲线 转移特性1）定义： 2）特点： 为一族曲线。|uDS|UGS(off)|后，曲线族基本重合。 也有死区，分别称为夹断电压UGS(off) (结型、耗尽型MOS适用)和开启电压UGS(th) (增强型MOS适用)。 IDSS一般为场效应管最大电流。增强型MOS无IDSS参数。3）数学表达式 结型、耗尽型MOS： 增强型MOS： 图1-32 N沟道

15、场效应管转移特性 输出特性1）定义： 图1-33 N沟道场效应管输出特性曲线a) 结型 b) 耗尽型MOS c) 增强型MOS2）特点： 类似于晶体管输出特性曲线。 N沟道结型、耗尽型NMOS最下面一条输出特性曲线(最靠近横轴)和P沟道结型、耗尽型PMOS最上面一条输出特性曲线的参数为：uGSUGS(off)。N沟道结型最上面一条(P沟道结型最下面一条)输出特性曲线的参数为：uGS0。 场效应管三个工作区域图1-34 场效应管3个工作区域划分 场效应管主要参数 夹断电压UGS(off) 或开启电压UGS(th) 饱和漏极电流IDSS 低频垮导（互导）gm gm反映了uGS对iD控制能力，单位西

16、(门子)，用S表示(S=1/)。 由于场效应管的漏极和源极结构对称，因此漏、源极可互换使用。 场效应管与晶体管性能比较 输入电阻大大高于晶体管。结型场效应管输入电阻约107；MOS场效应管输入电阻可高达1015。 场效应管热稳定性比晶体管好。 场效应管制造工艺简单，成本低，便于大规模集成。 场效应管是电压控制元件，用栅源电压uGS控制输出电流iD（相当于晶体管用iB控制iC）。反映场效应管放大控制能力的是低频垮导gm（相当于晶体管的）。测试：不能用万能表测试MOS场效应管，必须用测试仪。任何时候，栅极不能是悬空。 场效应管安全使用常识保存：应将各极短路保存。焊接：电烙铁应良好接地。第2章 基本放大电路 2 .1 放大电路基本概念 放大电路基本框图 放大电路性能指标 放大倍数1）电压放大倍数： 源电压放大倍数Aus： 2）电流放大倍数： 3）功率放大倍数： 输入电阻Ri输入电阻 输出电阻Ro2.2 共射基本放大电路2.2.1 共射基本放大电路概述 电路组成和各元件作用 直流通路和交流通路 直流通路 交流通路设 则 共射基本放大电路中的电压电流在直流成分的基础上叠加了一个交流信号：输入输入