電子技術(shù)基礎

1、第一章 晶體管及整流電路第一節(jié)半導體的主要特性一、 什么是半導體物質(zhì)按導電能力的強弱分為1、 導體容易傳導電流的物質(zhì)為導體。 如銅、鋁等金屬2、 絕緣體能夠可靠地隔絕電流的物質(zhì)為絕緣體。如橡膠、塑料3、 半導體半導體的導電能力介于導體與絕緣體之間，它的電阻率為·m范圍變化的物質(zhì),如硅、鍺是常見的半導體材料。 二、 半導體的特性1、 摻雜性在純凈半導體中摻入極其微量的雜質(zhì)元素，則它的導電能力將大大增強。如晶體二極管、晶體三極管、場效應管、晶閘管和集成電路。2、 熱敏性溫度升高將使半導體的導電能力大大增強。如熱敏電阻3、 光敏性對半導體施加光線照射時，光照越強，導電能力越強。如光敏電阻、

2、光電二極管、光電三極管等。三、 P型半導體和N型半導體1、 N型半導體在硅的本征半導體中，加入微量的五價元素。如磷2、 P型半導體在硅的本征半導體中，加入微量的三價元素。如銦第二節(jié)晶體二極管一、 二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號PN結(jié)晶體二極管基本構(gòu)造如圖所示。采用摻雜工藝，使硅或鍺晶體的一邊形成P型半導體區(qū)域，另一邊形成N型半導體區(qū)域。在P型與N型半導體的交界面形成的薄層，稱為PN結(jié)。從P區(qū)引出的電極為正極從N區(qū)引出的電極為負極二、 二極管的導電特性正向?qū)?，反向截止三?二極管的簡易測量1、 判斷二極管正、負極將萬用表撥到電阻擋的R100或R1K，此時萬用表的紅表筆接的是表內(nèi)電池的負極，黑表筆接的是

3、表內(nèi)電池的正極。因此當黑表筆接至二極管的正極、紅表筆接至負極時負極時為正向連接。具體測量方法是：將萬用表的紅、黑表筆分別接二極管兩端，如圖a所示，若測得電阻比較小（幾K以下），再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端如圖b所示而測得的電阻比較大（幾百K），說明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。如果測得二極管的正、反向電阻都有很小，甚至為零，表示管子短路；如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。第三節(jié) 整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成脈動直流電。如圖所示。利用二極管的單向?qū)щ娞匦钥蓪崿F(xiàn)單相整流和三相整流。單相整流電路多用于小容量（200W以下）整流裝置中，三相整流電路在大容量整

4、流裝置中較為常見。一、 單相半波整流電路 單相半波整流電路由整流二極管、電源變壓器和用電負載構(gòu)成，如圖所示。通常將用電負載以電阻RL等效。1、 整流原理（1）當V2正半周時，設A端為正、B端為負，二極管V承受正向電壓而導通，電流由于A端VRL B端自上而下流過RL，在RL上得到上正下負的電壓VL。若忽略二極管的正向電壓降，此期間負載上的電壓VL=V2（2）當V2為負半周時，A端為負、B端為正，二極管承受反向電壓而截止。若忽略二極管的反向漏電流，此期間無電流通過RL，此期間負載上的電壓VL=0。由此可見，在輸入電壓V2變化的一個周期內(nèi)，二極管就像一個自動開關(guān)，V2為正半周時，它自動把電源與負載接

5、通；V2為負半周時，則自動將電源與負載切斷。因此，負載RL上得到的是如圖所示方向不變、大小變化的脈動直流電壓VL。這種電路中，在輸入電壓為單相正弦波時，負載RL上得到的只有正弦波的半個波，故稱為單相半波整流電路。2、負載上的直流電壓和電流(1)負載上的直流電壓VL負載上電壓大小雖然是變化的，但可以用其平均值來表示其大小，如圖所示。負載RL上的半波脈動直流電壓平均值可用直流電壓表直接測得，也可按下述方法計算得到：VL=0.45V2V2為變壓器次級電壓有效值.(2)負載上的直流電流IL 可根據(jù)歐姆定律求出,即二、單相橋式整流電路1、電路結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路由電源變壓器Tr，四只整流二極管D1D4和

6、負載組成。如圖所示2、整流原理U2為正半周時，變壓器次級線圈的電壓極性為A正B負，二極管D1和D3正偏導通，負載RL上獲得單向脈動電流。此時D2D4受反向電壓而截止。如圖所示單向脈動電流流向為：A端D1RLD3B端，負載上電流方向從上到下，其電壓極性為上正下負。U2為負半周時，變壓器次級線圈的電壓極性為A負B正，二極管D2和D4正偏導通，負載RL上獲得單向脈動電流。此時D1D3受反向電壓而截止。如圖所示B端D2RLD4A端，負載上電流方向從上到下，其電壓極性為上正下負。這種整流電路屬于全波整流類型。3、負載電壓和電流第四節(jié) 濾波電路整流電路輸出的是脈動直流電，含有很大的交流成分，因而不能直接作

7、為電子設備的直流電源來使用。為此將脈動直流電中的交流成分濾除掉，這一過程稱為濾波。濾波電路又簡稱為濾波器。一、 電容濾波器電容濾波器是在負載的兩端并聯(lián)一個電容構(gòu)成的。如圖所示1、工作原理（1）在輸入電壓上升超過電容端電壓時，整流二極管D正向?qū)ǎ螂娙軨迅速充電（同時向負載供電），電容C兩端電壓UC與V2同步上升，并達到V2的峰值。（2）在輸入電壓下降到低于電容兩端電壓時，整流二極管D反向截止。于是電容要通過RL放電，維持了負載RL的電流。由于RL的阻值遠大于二極管的正向內(nèi)阻，所以放電很慢，電容C兩端電壓UC下降緩慢。輸入電壓是周期性直流脈動電壓，充電放電的過程周而復始，使得濾波電壓波形如圖所

8、示，由于濾波電容的充放電作用，使得半波整流電路輸出電壓UL脈動程度大為減弱，波形相對平滑，達到了濾波的目的。3、電容濾波器的特點（1） 在電容濾波電路中，C的電容或RL的阻值越大，電容C放電越慢，輸出的直流電壓就越大，濾波效果也就越好。反之，C的容量或RL的阻值就越小，輸出電壓低且濾波效果差。（2） 在采用大容量的濾波電容時，接通電源的瞬間充電電流特別大。電容濾波只適用于負載電流較小的場合。例：在橋式整流電容濾波電路中，負載電阻為180，輸出直流電壓為18V，試確定電源變壓器次級電壓，并選擇整流二極管和濾波電容。解：橋式整流電容濾波電路的輸出直流電壓約為1.2V2，所以電源變壓器次級電壓為：二

9、極管承受的最大反向電壓為：流過二極管的電流為：根據(jù)以上計算，查晶體管手冊，可選用額定電流為100mA，最大反向電壓為50V的二極管2CP11。二、電感濾波器1、電路構(gòu)成電感濾波電路中電感L與負載RL串聯(lián)，如圖（a）所示，它是利用通過電感的電流不能突變的特性來實現(xiàn)濾波。2、 濾波原理從能量的觀點來看，電感是一個儲能元件，當電流增加時，電感線圈產(chǎn)生自感電動勢阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場能量；當電流減小時，電感線圈便釋放能量，阻止電流減小。因此通過負載RL的電流的脈動成分受到抑制而變得平滑，其波形如圖（b）所示。一般情況下，電感值L愈大，濾波效果愈好。但電感的體積變大，成本上升，且輸出

10、電壓會下降，所以濾波電感常取幾亨到幾十亨。3、 電感濾波器的特點電感濾波器主要用于電容濾波器難以勝任的大電流負載或負載經(jīng)常變化的場合，但由于電感體積大，笨重、成本高，在小功率的電子設備中很少使用。三、復式濾波器復式濾波器是由電感和電容組合起來的多節(jié)濾波器，它們的濾波效果要比單電容或單電濾波好。常見的有L型和型兩類復式濾波器。1、 L型濾波器為了減少輸出電壓的脈動程度，在濾波電容C之前串接一個鐵心電感L，這樣就組成了如圖（a）的L型濾波器。脈動直流電壓經(jīng)過電感時，交流成分大部分都降落在電感線圈L上，再經(jīng)電容C濾波，把交流成分進一步濾除，就可在負載上得到更加平滑的直流電壓。L型濾波器的帶負載能力較

11、強，在負載變化時，輸出電壓比較穩(wěn)定。同時由于濾波電容C接在電感L的后面，因此對整流二極管不產(chǎn)生浪涌電流沖擊。2、 LC型濾波器為了進一步提高濾波效果，可以在L型濾波器的輸入端再并一個電容，這就形成了LC型濾波器如圖（b）所示。LC型濾波器能使輸出直流電的紋波更小。因為脈動直流電先經(jīng)電容C1濾波，然后再經(jīng)L和C2的濾波，使交流成分大大降低，在負載RL上得到平滑的直流電壓。LC型濾波器的濾波效果好，但帶負載能力較差，對整流二極管存在著浪涌電流沖擊。適用于要求輸出電壓脈動小，負載電流不大的場合。3、 RC型濾波器在電流小、濾波要求不高的情況下，常用電阻R代替型濾波器的電感L，構(gòu)成RC型濾波器如圖（c

12、）所示。RC型濾波器成本低、體積小，濾波效果較好。但由于R的存在，會使輸出電壓降低。該濾波電路一般適用于輸出小電流的場合。第二章晶體三極管及基本放大電路第一節(jié) 晶體三極管一、結(jié)構(gòu)與分類1、 外形如圖所示：2、 結(jié)構(gòu)三極管的核心是兩個互相聯(lián)系的PN結(jié)，按兩個PN結(jié)的組合方式不同可分為NPN和PNP，它們的結(jié)構(gòu)及電路符號如圖所示，文字符號“V”。三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，引出電極分別為發(fā)射極e，基極b和集電極c。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。3、 分類三極管的種類很多，通常按以下方法進行分類：（1） 按管芯半導體材料不同，可分為硅管和鍺管。（

13、2） 按內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)不同，可分為NPN和PNP型兩類。（3） 按工作頻率不同，可分為高頻管（工作頻率3MHz）和低頻管（工作頻率在3MHz以下）。（4） 按功率不同可分為，小功率管（耗散功率1W）和大功率管（耗散功率1W）。（5） 按用途不同，分為普通放大三極管和開關(guān)三極管二、三極管的電流放大作用1、三極管的工作電壓要使三極管能夠正常放大信號，必須給管子的發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。NPN型三極管工作時電源接線如圖所示電源VCC通過偏置電阻Rb 為發(fā)射結(jié)提供正向偏壓，RC為負載電阻，為管子的集電極提供電壓。要求RC阻值小于Rb阻值，因此集電極電壓高于基極電壓，即集電結(jié)處于反向偏置。對于

14、PNP管，同樣要求發(fā)射結(jié)加正向偏壓，集電結(jié)加反向偏壓，但因它的半導體電極性不同，所以PNP管接電源時極性與NPN管相反。如圖所示：2、三極管的電流放大作用 （1）三極管各電流分配關(guān)系滿足即發(fā)射極電流等于集電極電流與基電流之和。由于基極IB電流很小，因而（2）三極管直流電流放大系數(shù)三極管交流放大系數(shù)三、三極管的特性曲線三極管的特性曲線是描述各電極電流和極間電壓關(guān)系的曲線，通常有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩組。一般共發(fā)射極特性曲線最常用。1、輸入特性曲線它是反映三極管輸入回路電壓和電流關(guān)系的特性曲線，是表示輸出電壓UCE為定值時，IB與UBE對應關(guān)系的曲線，如圖所示當輸入電壓UBE較小時，基極電流

15、IB很小，通常近似為零。當UBE大于死區(qū)電壓UT（硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V）后，IB開始上升。三極管正常導通時，硅管UBE約為0.7V，鍺管約為0.3V,此時的UBE值稱為三極管工作時的發(fā)射結(jié)正向壓降。2、輸出特性曲線它是反映三極管輸出回路電壓與電流關(guān)系曲線，是指基極電流IB為某一定值時，集電極電流IC與集電極電壓UCE之間的關(guān)系。輸出特性曲線可分為截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)三個區(qū)域，如圖所示。（1）截止區(qū) 習慣把IB=0曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)，三極管處于截止狀態(tài)，相當于三極管內(nèi)部各極開路。IB=0時，有很小的電流IC即為穿透電流ICEO， 一般可忽略不計，認為截止時IC0。在截止區(qū)，

16、三極管發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié)反偏。（2）放大區(qū) 它是三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時的工作區(qū)域。最主要特點是IC受IB控制，具有電流放大作用。另一特點是具有恒流特性，即IB一定時，IC不隨UCE而變化，即IC保持恒定。（3）飽和區(qū) 當UCE減小到UCEUBE，三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏，此時IC已不再受IB控制如圖（輸出特性曲線圖）中UCE較小的區(qū)域即為飽和區(qū)，三極管飽和時的UCE值稱為飽和壓降，記作UCES，小功率硅管的UCES約為0.3V，鍺管約為0.1V,此時管子的集電極-發(fā)射極間呈現(xiàn)低電阻,相當于開關(guān)閉合。從上述分析可以看出，三極管工作在飽和與截止區(qū)時，具有“開關(guān)”特性，可應用于

17、數(shù)字電路中；三極管工作在放大區(qū)時可以應用在模擬電路中起放大作用，所以三極管具有“開關(guān)”和“放大”兩大功能。第二節(jié) 三極管的基本放大電路一、基本放大電路的組成1、電路形式共射極基本放大電路原理電路圖：各元件作用（1）V：晶體三極管，起電流放大作用。（2）VCC：直流供電電源，為電路提供工作電壓和電流。（3）RB：基極偏置電阻，電源通過RB向基極提供合適的偏置電流IB。（4）C1：輸入耦合電容，耦合輸入交流信號Ui，并起隔離直流電作用。（5）C2：輸出耦合電容，耦合輸出交流信號UO，并起隔離直流的作用。（6）RC：集電極負載電阻，電源VCC通過RC為集電極供電，另一個作用是將放大的電流iC轉(zhuǎn)換為放

18、大的電壓輸出。2、放大電路的電壓、電流符號規(guī)定（1）直流分量用大寫字母和大寫下標表示。如IB、IC、IE。（2）交流分量用小寫字母和小寫下標表示。如ib，ic、ie。（3）交直流疊加瞬時值用小寫字母和大寫下標表示，如iB、iC、iE二、放大器的靜態(tài)工作點放大器的工作狀態(tài)分靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)是指無交流信號輸，電路中的電壓、電流都不變的狀態(tài)。動態(tài)是指放大電路有交流信號輸入，電路中的電壓、電流隨輸入信號作相應變化的狀態(tài)。靜態(tài)工作點Q是指放大電路在靜態(tài)時，三極管各極電壓和電流值（主要指IB、IC、VCE）。第三節(jié)放大電路的分析方法放大電路是模式擬電子技術(shù)中最基本、最核心的部分一、主要性能指標衡量放大

19、器性能的幾個主要參數(shù)和指標如下：1、放大倍數(shù)放大倍數(shù)是描述放大器放大能力的一項技術(shù)指標，它是在輸出波形不失真情況下輸出端電量與輸入端電量的比值。（1）電壓放大倍數(shù)Av 是指放大器輸出電壓有效值AO 與輸入電壓有效值Ai的比值，定義式為電壓放大倍數(shù)在工程中常用對數(shù)形式來表示,稱為電壓增益,用字母Gv表示,單位為分貝(dB),定義式為(2)電流放大倍數(shù)Ai是指放大器的輸出電流有效值Io與輸入電流有效值Ii的比值,定義式為:電流放大倍數(shù)以對數(shù)形式表示稱為電流增益,用字母Gi表示,定義式為:(3)功率放大倍數(shù)AP是放大器輸出功率Po與輸入功率Pi的比值,定義式為:功率增益定義為例:某放大器,輸入正弦信

20、號電壓為15mV,輸出信號電壓為1.5V,試計算該放大器的電壓放大倍數(shù),并轉(zhuǎn)換為電壓增益。解：（1）電壓放大倍數(shù)倍（2）電壓增益2、輸入電阻和輸出電阻（1）輸入電阻ri放大器的輸入端可以用一個等效交流電阻ri來表示，它反映了放大器對信號源所產(chǎn)生的負載效應，ri定義式為(2)輸出電阻ro是從放大器輸出端向放大器看進去的等效交流電阻,注意不應包括外接負載電阻RL,ro定義式為:輸出電阻ro越小,放大器負載變化時,輸出電壓越穩(wěn)定;如果要求負載變化對輸出電流的影響小,則輸出電阻需盡可能大。二、估算分析法所謂估算法就是利用電路已知參數(shù)，通過數(shù)學方程式近似計算來分析放大電路。分析小信號放大電路采用估算法較為簡便，常用來估算放大器的靜態(tài)工作點和放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等。下面以圖（a）電路為例介紹估算法的分析方法與步驟。1、估算靜態(tài)工作點（1）畫出直流通路 直流通路是指靜態(tài)時，放大電路直流電流通過的路徑，估算法是根據(jù)直流通路列出計算方程。由于電容對直