電工電子技術(shù)教學(xué)PPT

第5章常用電子器件及其應(yīng)用

5.1半導(dǎo)體二極管5.2半導(dǎo)體三極管5.3場(chǎng)效應(yīng)管5.4晶閘管5.5拓展實(shí)訓(xùn)5.1.1

半波整流電路設(shè)計(jì)5.1.2二極管工作原理與特性參數(shù)5.1.3

常見(jiàn)二極管及其應(yīng)用5.1.4二極管整流電路5.1.5

二極管穩(wěn)壓電路5.1.6帶有半波整流器的照明電路設(shè)計(jì)過(guò)程5.1半導(dǎo)體二極管目前，人們多用日光燈照明，但是由于日光燈長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)燃，再加上電源電壓不穩(wěn)定，經(jīng)常造成日光燈燒毀損壞。另外，日光燈受電壓、氣候、環(huán)境溫度的影響特別大，尤其在氣溫低、電壓低時(shí)，電流小，燈絲預(yù)熱不行，易造成啟動(dòng)困難，燈光忽明忽暗。試設(shè)計(jì)一個(gè)半波整流電路，改善上述問(wèn)題。5.1.1半波整流電路設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)目的

通過(guò)設(shè)計(jì)日光燈的半波整流電路，掌握單相半波整流電路的組成和工作原理。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

選擇合適的二極管，設(shè)計(jì)一個(gè)單相半波整流電路，改善日光燈照明中存在的問(wèn)題。思考：什么是二極管？它是如何工作的？1.本征半導(dǎo)體

完全純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。它具有共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。

鍺和硅的原子結(jié)構(gòu)單晶硅中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)價(jià)電子硅原子5.1.2二極管工作原理與特性參數(shù)在半導(dǎo)體中，同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電?？昭ê妥杂呻娮佣挤Q(chēng)為載流子。它們成對(duì)出現(xiàn)，成對(duì)消失。在常溫下自由電子和空穴的形成復(fù)合自由電子本征激發(fā)空穴2.N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體原理圖P自由電子磷原子正離子P+

在硅或鍺中摻入少量的五價(jià)元素，如磷或砷、銻，則形成N型半導(dǎo)體。多余價(jià)電子少子多子正離子在N型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子

N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體

在硅或鍺中摻入三價(jià)元素如硼或鋁鎵，則形成P型半體。BB-

硼原子負(fù)離子空穴填補(bǔ)空位在P型半導(dǎo)體中，空穴是多子，電子是少子。多子少子負(fù)離子

用專(zhuān)門(mén)的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上，形成P型半導(dǎo)體區(qū)域和N型半導(dǎo)體區(qū)域，在這兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成一個(gè)PN結(jié)。P區(qū)N區(qū)P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向

3.PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向

在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。P區(qū)N區(qū)多子擴(kuò)散少子漂移4.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)EI空間電荷區(qū)變窄

P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)和一部分負(fù)離子中和N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)和一部分正離子中和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流。外加正向電壓外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走空間電荷區(qū)變寬

內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)少子越過(guò)PN結(jié)形成很小的反向電流IRE

外加反向電壓N區(qū)P區(qū)二極管的主要參數(shù)

1) 額定正向工作電流

指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)容許限度(硅管為140℃左右，鍺管為90℃左右)時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。例如，常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。2) 正向電壓降

指二極管導(dǎo)通后，其兩端產(chǎn)生的電壓降，如鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V。在一定的正向電流下，二極管的正向電壓降越小越好。3) 最高反向工作電壓

指二極管在工作中所能承受的最大反向電壓值，略低于二極管的反向擊穿電壓。例如，IN4001二極管的最高反向工作電壓為50V，IN4007的為1000V。

4) 反向電流

反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流。5.1.3常見(jiàn)二極管及其應(yīng)用

1.檢波二極管

利用單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無(wú)線電信號(hào)中的低頻信號(hào)或音頻信號(hào)檢出來(lái)。其工作頻率較高，處理信號(hào)幅度較弱，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)、電視機(jī)及通信設(shè)備等的小信號(hào)電路中。2.整流二極管

利用單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮兂芍绷麟?。它有金屬封裝、塑料封裝、玻璃封裝等多種形式，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)自控電路、變壓器及各種低頻整流電路中。

目前，國(guó)產(chǎn)低頻整流二極管有2CP系列、2DP系列和2ZP系列；高頻整流二極管有2CZ系列、2CP系列、2CG系列和2DG系列等。3.穩(wěn)壓二極管既有普通二極管的單向?qū)щ娦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。

穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓

穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。

根據(jù)其封裝形式可分為金屬封裝、玻璃封裝和塑料封裝；按其電流容量可分為大功率(2A以上)和小功率穩(wěn)壓二極管(1.5A

以下)；按內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為單穩(wěn)壓二極管和雙穩(wěn)壓二極管。4.開(kāi)關(guān)二極管

開(kāi)關(guān)二極管是利用單向?qū)щ娦灾瞥傻碾娮娱_(kāi)關(guān)，如圖所示。它具有良好的高頻開(kāi)關(guān)特性，廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、家用計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備及儀器儀表及各類(lèi)高頻電路中。5.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管(LED)是一種由磷化鎵(GaP)等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過(guò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)光，因此被廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中，作電源指示或電平指示。

6.光電二極管又稱(chēng)光敏二極管，它利用光生伏特效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。即當(dāng)二極管受到光照時(shí)，即使沒(méi)有外加偏壓，PN結(jié)也會(huì)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，外接電路中有光電流通過(guò)。光電二極管是在反向電壓作用下工作的，沒(méi)有光照時(shí)，反向電流極其微弱，叫做暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱(chēng)為光電流。它廣泛應(yīng)用于光電探測(cè)器和光通信等領(lǐng)域。7.肖特基二極管一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。顯著特點(diǎn)：反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航祪H0.4V左右，是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件，其工作頻率可達(dá)100GHz，多用于高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管，也可用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。5.1.4二極管整流電路1、單相半波整流電路

當(dāng)為正半周期時(shí)，二極管D處于正向?qū)顟B(tài)，電流流過(guò)負(fù)載，負(fù)載上的電壓。當(dāng)為負(fù)半周期時(shí)，二極管D處于反向截止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有電流流過(guò)負(fù)載，負(fù)載上的電壓。負(fù)載上的直流電壓

負(fù)載上的直流電流為2、單相全波整流電路

當(dāng)處于正半周時(shí)，二極管D1處于正向?qū)顟B(tài)，二極管D2處于反向截止?fàn)顟B(tài)，電流由1端經(jīng)負(fù)載流回中點(diǎn)O；當(dāng)處于負(fù)半周時(shí)，二極管D1處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管D2處于正向?qū)顟B(tài)，電流由2端經(jīng)負(fù)載流回中點(diǎn)O。因此，利用交流電源的兩個(gè)半波，使得兩個(gè)二極管在一周期內(nèi)輪流導(dǎo)通，在負(fù)載上得到方向一致的電流，所以稱(chēng)全波整流電路。則負(fù)載上的直流電流為流過(guò)二極管D1和D2的電流相等，即

負(fù)載上的直流電壓為

3、單相橋式整流電路

當(dāng)處于正半周時(shí)，二極管D1和D3正向?qū)?，二極管D2和D4反向截止，電流由1端經(jīng)D1、負(fù)載和D3流向2端；當(dāng)處于負(fù)半周時(shí)，二極管D2和D4正向?qū)?，二極管D1和D3反向截止，電流由2端經(jīng)D2、負(fù)載和D4流向1端。因此，無(wú)論處于正半周還是負(fù)半周，都有電流流過(guò)負(fù)載，且電流方向不變，這與全波整流電路相同。單相半波整流電容濾波電路

5.1.5二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管是利用二極管在反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特性進(jìn)行穩(wěn)壓。

當(dāng)負(fù)載電阻不變而輸入電壓增大時(shí)，當(dāng)負(fù)載電阻不變而輸入電壓增大時(shí)，5.1.6帶有半波整流器的照明電路設(shè)計(jì)過(guò)程

5.2三極管5.2.1三極管放大電路設(shè)計(jì)5.2.2三極管工作原理與特性5.2.3三極管基本放大電路5.2.4多級(jí)放大電路5.2.5差動(dòng)放大電路5.2.6三極管放大電路的設(shè)計(jì)過(guò)程5.2.1三極管放大電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)三極管放大電路，其中負(fù)載電阻為3k，三極管參數(shù)見(jiàn)附錄四，要求工作點(diǎn)穩(wěn)定，電壓放大倍數(shù)，輸出電。思考：什么是三極管？它如何實(shí)現(xiàn)放大？它與二極管有什么區(qū)別呢？5.2.2三極管工作原理與特性集電結(jié)發(fā)射結(jié)NPN型CPNNEB發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基極發(fā)射極集電極PNP型NPPEB基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電區(qū)發(fā)射區(qū)集電極C發(fā)射極基極BETCNPNBETCPNPNPN大多為Si管PNP大多為Ge管晶體管的電流放大原理IEIBRBUBBICUCC輸入電路輸出電路公共端

晶體管具有電流放大作用的外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置NPN管：

UBE>0

UBC<0即VC>VB>VERCBCE共發(fā)射極放大電路PNP管：

UBE<0

UBC>0即VC<VB<VECEB三極管的電流控制原理UBBRBIBICUCCRCNPIEN發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成發(fā)射極電流IE電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子電子流向電源正極形成ICEB正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成IB由于基區(qū)很薄且摻雜濃度小,電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。即：IC>>IB或△IC>>△IB晶體管起電流放大作用，必須滿(mǎn)足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏的條件。3當(dāng)基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起IB的微小變化時(shí)，必定使IC發(fā)生較大的變化。即三極管的基極電流對(duì)集電極電流具有控制作用。1復(fù)合與擴(kuò)散到集電區(qū)的電子數(shù)目滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律三極管特性曲線5.2.3三極管基本放大電路1.共發(fā)射極放大電路——靜態(tài)工作點(diǎn)的基極電流——基極和發(fā)射極之間的電壓——集電極電流——集電極和發(fā)射極之間電壓1)靜態(tài)分析解：當(dāng)選擇的工作點(diǎn)進(jìn)入輸入特性曲線的截止區(qū)或飽和區(qū)時(shí)，都會(huì)使得輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的波形不一致，即失真。截止失真飽和失真2)動(dòng)態(tài)分析共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為輸入電阻和輸出電阻分別為對(duì)于低頻、小功率三極管，認(rèn)為解：①由例5-1已解得的靜態(tài)工作點(diǎn)代入方程

化簡(jiǎn)得

交流負(fù)載線②

3)分壓式偏置放大電路

溫度變化時(shí)，會(huì)使得設(shè)置好的靜態(tài)工作點(diǎn)Q移動(dòng)而引起輸出信號(hào)的失真。其靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程如下

分壓偏置式放大電路的交流通道和微變等效電路2.共基極放大電路輸入信號(hào)是由三極管的發(fā)射極與基極兩端輸入的，再由三極管的集電極與基極兩端獲得輸出信號(hào)，因?yàn)榛鶚O是共同接地端，所以稱(chēng)為共基極放大電路。1）靜態(tài)分析

2）動(dòng)態(tài)分析是三極管的共基電流放大系數(shù)

① 計(jì)算其靜態(tài)工作點(diǎn)如下：②

3、共集電極放大電路

(a)共集電極放大電路的單管放大電路(b)直流通道其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共端是三極管的集電極，所以屬于共集組態(tài)，其輸出是從發(fā)射極引出，因此這種電路又稱(chēng)為射極輸出端。1）靜態(tài)分析

2）動(dòng)態(tài)分析

共集電極放大電路的微變等效電路電壓放大倍數(shù)為放大電路的輸入電阻和輸出電阻分別為電流放大倍數(shù)為解：①靜態(tài)工作點(diǎn)：②

③

三極管三種基本放大電路的比較

5.2.4多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路基本結(jié)構(gòu)輸入級(jí)：與信號(hào)源相連接的第一級(jí)放大電路輸出級(jí)：與負(fù)載相連接的末級(jí)放大電路中間級(jí)：輸出級(jí)與輸入級(jí)之間的放大電路1)直接耦合直接耦合是指各級(jí)放大電路之間通過(guò)導(dǎo)線直接相連。2)阻容耦合阻容耦合是指各單級(jí)放大電路之間通過(guò)隔直電容和電阻連接。3)變壓器耦合

指各級(jí)放大電路之間通過(guò)變壓器耦合傳遞信號(hào)。2.多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析多級(jí)放大電路示意圖輸入電阻：第一級(jí)的輸入電阻輸出電阻：最后一級(jí)的輸出電阻，在計(jì)算多級(jí)放大電路交流參數(shù)時(shí)常采用兩種方法，一是畫(huà)出多級(jí)放大電路的微變等效電路。另一方法是利用基本放大電路的公式，先求出每級(jí)電壓放大倍數(shù)，然后相乘得到總電壓放大倍數(shù)。極解：該兩級(jí)放大電路屬于直接耦合電路。①首先求V1管的靜態(tài)工作點(diǎn)（分壓偏置式共發(fā)射放大電路)下面求V2管的靜態(tài)工作點(diǎn)(共集電極放大電路)

② 欲估算該電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。首先分析第二級(jí)放大電路。

分析第一級(jí)放大電路時(shí)，要考慮第二級(jí)放大電路對(duì)第一級(jí)放大電路的影響，即第二級(jí)放大電路的輸入電阻作為第一級(jí)放大電路的負(fù)載。

作為下一級(jí)放大電路的電源內(nèi)阻多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻，多級(jí)放大電路的輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻，即則電壓放大倍數(shù)為5.2.5差動(dòng)放大電路在多級(jí)放大電路中采用直接耦合存在著兩個(gè)問(wèn)題：一是靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響；二是零點(diǎn)漂移。1.靜態(tài)分析若輸入信號(hào)為零，即時(shí)，放大電路處于靜態(tài)，其直流通道和直流等效電路如下：則兩管的集電極對(duì)地電壓為

當(dāng)電源電壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)，兩管集電極電流和集電極電位同時(shí)發(fā)生變化。輸出電壓仍然為零，從而使得整個(gè)放大電路的零漂得到抑制。2.動(dòng)態(tài)分析1) 差模輸入

放大器的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等、極性相反的信號(hào)，即，這種輸入方式稱(chēng)為差模輸入，兩個(gè)輸入端之間的電壓差為差模輸入電壓，即

則兩管的集電極之間的差模輸出電壓為兩管的集電極電流分別為兩管的集電極電壓分別為

差動(dòng)放大電路兩個(gè)輸出端對(duì)差模信號(hào)所呈現(xiàn)的等效電阻，稱(chēng)為差動(dòng)放大電路的差模輸出電阻，即

差模電壓放大倍數(shù)差動(dòng)放大電路的差模輸入電阻2)共模輸入

放大器的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等、極性相同的信號(hào)則兩管的集電極電壓分別為則兩管的集電極之間的共模輸出電壓為

兩管的集電極電流分別為

解：①差模輸入電壓為V1和V2管的差模輸入電壓分別為

當(dāng)用共模和差模信號(hào)表示兩個(gè)輸入電壓時(shí)，有

共模輸入電壓為②差模輸出電壓5.2.6三極管放大電路的設(shè)計(jì)過(guò)程1.選擇電路形式因要求工作點(diǎn)穩(wěn)定，故選取分壓偏置式放大電路，如圖5-27(a)所示。2.選擇晶體管本節(jié)選取

3DG6B，集電極最大電流集電極-發(fā)射極之間的最大允許反向電壓集電極-基極之間的反向電流如果靜態(tài)電流選在2mA左右，晶體管的輸入電阻按1k的經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)，則基極電流的峰值為集電極電流的峰值為故可根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確認(rèn)取電阻標(biāo)稱(chēng)值4.確定射極電阻根據(jù)工作點(diǎn)穩(wěn)定的條件，一般取V(硅管)考慮到不使輸入信號(hào)因截止產(chǎn)生失真，故取根據(jù)附錄一，取電阻標(biāo)稱(chēng)值，則選擇5.確定電源電壓三極管飽和時(shí)管壓降

國(guó)家規(guī)定電源電壓值須為3的倍數(shù)，則取7.電容耦合電容及旁路電容的取值，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和參考一些電路酌情選擇，在低頻范圍，通常取參閱附錄二，并考慮到電容的耐壓，選取標(biāo)稱(chēng)值。8.校核放大倍數(shù)與靜態(tài)工作點(diǎn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。5.3場(chǎng)效應(yīng)管5.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)5.3.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理與特性5.3.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路5.3.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)過(guò)程5.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)目的

(1) 掌握?qǐng)鲂?yīng)管的輸出特性、轉(zhuǎn)移特性、主要性能參數(shù)及測(cè)試方法。(2) 學(xué)習(xí)場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器的設(shè)計(jì)方法及安裝測(cè)試技術(shù)。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

設(shè)計(jì)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器，其中電源電壓V，場(chǎng)效應(yīng)管自選(參考附錄四)，要求輸入電阻M，電壓放大倍數(shù)，輸出電阻k。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的一種半導(dǎo)體器件，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用最為廣泛，這種場(chǎng)效應(yīng)管又稱(chēng)為金屬－氧化物－半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOS）。按其導(dǎo)電類(lèi)型可將場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為N溝道和P溝道兩種，按其導(dǎo)電溝道的形成過(guò)程可分為耗盡型和增強(qiáng)型兩種。因而就出現(xiàn)了四種不同形式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它們是：5.3.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理與特性N溝道耗盡型N溝道增強(qiáng)型P溝道耗盡型P溝道增強(qiáng)型BDGSN溝道增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號(hào)BG柵極D漏極SiO2P型硅襯底S源極N+N+1.N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

D與S之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián)，無(wú)論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。(1)UGS=0結(jié)構(gòu)示意圖襯底引線BUDSID=0GDSP型硅襯底SiO2柵源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用N+N+(2)0<UGS<UGS(th)

由柵極指向襯底方向的電場(chǎng)使空穴向下移動(dòng),電子向上移動(dòng)。UDSSiO2GDSB結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底N+N+ID=0UGS

在P型襯底表面形成耗盡層。(3)UGS>UGS(th)

柵極下P型半導(dǎo)體表面形成N型導(dǎo)電溝道。

當(dāng)D、S加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流ID。N+N+SiO2GDS耗盡層BP型硅襯底UGSN型導(dǎo)電溝道ID第1章UDS上述討論可知:

UGS愈大，導(dǎo)電溝道愈厚,在UDS電壓作用下,電流ID愈大。即通過(guò)改變電壓UGS的大小可以改變漏極電流ID的大小。

隨著柵極電壓UGS的增加，導(dǎo)電溝道不斷增加的場(chǎng)效管稱(chēng)為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。

場(chǎng)效應(yīng)管只有一種載流子參與導(dǎo)電,故稱(chēng)為單極型晶體管。普通晶體管中空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電稱(chēng)之為雙極型晶體管。N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線跨導(dǎo)

2、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的性能比較

5.3.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

1.共源極場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1) 靜態(tài)分析柵源電壓和漏極電流之間的關(guān)系為2) 動(dòng)態(tài)分析共源極放大電路的微變等效電路2.共漏極場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1) 靜態(tài)分析2) 動(dòng)態(tài)分析共漏極場(chǎng)效應(yīng)管放大電路微變等效電路共源極放大電路和共漏極放大電路性能比較5.3.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)過(guò)程1.選取電路和場(chǎng)效應(yīng)管選擇結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3DJ6F，并采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器電路。2.選取場(chǎng)效應(yīng)管的靜態(tài)工作點(diǎn)依據(jù)Q點(diǎn)一般選在特性曲線范圍的原則，取靜態(tài)工作點(diǎn)Q對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別為，5.4晶閘管5.4.1晶閘管整流電路設(shè)計(jì)5.4.2晶閘管基礎(chǔ)知識(shí)5.4.3晶閘管整流電路5.4.4晶閘管的選擇與保護(hù)5.4.5晶閘管觸發(fā)電路5.4.6單相半控橋式整流電路設(shè)計(jì)過(guò)程5.4.1晶閘管整流電路設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)目的(1)能根據(jù)一定的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)單相半控橋式整流電路，掌握單相半控橋式整流電路的工作原理。(2)掌握晶閘管的特性，能夠根據(jù)相關(guān)參數(shù)選取合適的晶閘管。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求選擇合適的晶閘管和觸發(fā)電路，設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)載為純電阻性的單相半控橋式整流電路，使得負(fù)載上輸出的直流電壓為，直流電流為PNPN

基本結(jié)構(gòu)A—陽(yáng)極AK—陰極G—控制極GKAGK符號(hào)外形5.4.2晶閘管基礎(chǔ)知識(shí)T2T1IGEGREAP2N1P1工作原理分析：P1N1N2P2AGK思考題：晶閘管和二極管、三極管原理的區(qū)別?N1P2N2K+AT1P2GP1P2IAN1N2IKIGN1T2-β2IGβ1β2IG在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，此過(guò)程稱(chēng)觸發(fā)導(dǎo)通。AGK晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件:1.晶閘管陽(yáng)極電路加正向電壓;2.控制極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷?。?章結(jié)論控制極只需加觸發(fā)脈沖即可。晶閘管主要參數(shù)與型號(hào)

(1) 額定正向平均電流環(huán)境溫度小于40℃，標(biāo)準(zhǔn)散熱和全導(dǎo)通條件下，晶閘管陽(yáng)極和陰極間可以連續(xù)通過(guò)的工頻正弦半波電流平均值。(2) 正向阻斷峰值電壓指控制極開(kāi)路，正向阻斷條件下，晶閘管允許重復(fù)加在陽(yáng)極和陰極間正向電壓的峰值。(3) 反向阻斷峰值電壓指控制極開(kāi)路，正向阻斷條件下，晶閘管允許重復(fù)加在陽(yáng)極和陰極間反向電壓的峰值。(4)控制極觸發(fā)電流和觸發(fā)電壓在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽(yáng)極-陰極間加有一定電壓時(shí)，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。(5)通態(tài)平均電壓晶閘管導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極和陰極間電壓的平均值，俗稱(chēng)導(dǎo)通時(shí)的管壓降，一般為1V左右。(6)維持電流在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽(yáng)極正向電流。晶閘管型號(hào)及其含義導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別共九級(jí),用字母A~I表示0.4~1.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)（晶閘管類(lèi)型）P--普通晶閘管K--快速晶閘管S--雙向晶閘管

晶閘管KP普通型如KP5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。1、單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載u

=√2UsinωtuuGu0uTωtωtωtωtuTRcuTu0uG+－+－－+00005.4.3晶閘管整流電路

io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–b2、單相半控橋式整流電路（1）工作原理

T1和D2承受正向電壓。T1控制極加觸發(fā)電壓,則T1和D2導(dǎo)通，電流的通路為T(mén)1、T2晶閘管D1、D2晶體管aRLD2T1b電壓u為正半周時(shí)此時(shí)，T2和D1均承受反向電壓而截止。ttOtO（2）工作波形2tO（3）輸出電壓及電流的平均值5.4.4晶閘管的選擇與保護(hù)硒堆保護(hù)2、晶閘管的保護(hù)阻容保護(hù)CR

利用電容吸收過(guò)壓。其實(shí)質(zhì)就是將造成過(guò)電壓的能量變成電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存到電容中，然后釋放到電阻中消耗掉。RCRC硒堆保護(hù)(硒整流片)CR~RL晶閘管元件的阻容保護(hù)5.4.5晶閘管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)及工作原理1.結(jié)構(gòu)B2第二基極B1N歐姆接觸接觸電阻P發(fā)射極E第一基極PN結(jié)N型硅片(a)示意圖單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號(hào)(b)符號(hào)B2EB12.工作原理UE<

UBB+UD=UP時(shí)PN結(jié)反偏，IE很??；PN結(jié)正向?qū)?IE迅速增加。UE

UP時(shí)

–分壓比(0.5~0.9)UP

–峰點(diǎn)電壓UD–

PN結(jié)正向?qū)▔航礏2B1UBBEUE+_+_RP+_+_等效電路RB1RB2AUBBEUE+_RP+_+_B2B1測(cè)量單結(jié)晶體管的實(shí)驗(yàn)電路由圖可求得2B1B1BBBARRRUU+=3.單結(jié)晶體管的伏安特性UV、IV(谷點(diǎn)電壓、電流):

維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。

UP(峰點(diǎn)電壓)：截止變導(dǎo)單結(jié)管由通所需發(fā)射極電壓。IpIVoIEUEUP峰點(diǎn)電壓UV谷點(diǎn)電壓V負(fù)阻區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)負(fù)阻區(qū)：UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。P1.UE<UP時(shí)單結(jié)管截止；UE>UP時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通，UE<UV時(shí)恢復(fù)截止。單結(jié)晶體管的特點(diǎn)B2EB12.單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓UP與外加固定電壓UBB及分壓比

有關(guān)，外加電壓UBB或分壓比不同，則峰點(diǎn)電壓UP不同。3.不同單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓UV和谷點(diǎn)電流IV都不一樣。谷點(diǎn)電壓大約在2~5V之間。常選用

稍大一些，UV稍小的單結(jié)晶體管，以增大輸出脈沖幅度和移相范圍。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1.振蕩電路單結(jié)晶體管弛張振蕩電路

單結(jié)晶體管弛張振蕩電路利用單結(jié)管的負(fù)阻特性及RC電路的充放電特性組成頻率可調(diào)的振蕩電路。ugR2R1RUucE+C+__+_50100k3000.47FugR2R1RUuCE+C+__+_50100k3000.47F2.振蕩過(guò)程分析設(shè)通電前uC=0。

接通電源U,電容C經(jīng)電阻R充電。電容電壓uC逐漸升高。

當(dāng)uC

UP時(shí),單結(jié)管導(dǎo)通,電容C放電,R1上得到一脈沖電壓。UpUvUp-UVuCtugt電容放電至uC

Uv時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使ug0。(a)(b)注意：R值不能選的太小，否則單結(jié)管不能關(guān)斷，電路亦不能振蕩。upuv(c)電壓波形uCttugOO5.4.6單相半控橋式整流電路設(shè)計(jì)過(guò)程1.選取觸發(fā)電路5.5拓展實(shí)訓(xùn)5.5.1常用電子器件的測(cè)試1.半導(dǎo)體二極管的測(cè)試實(shí)訓(xùn)目的：通過(guò)測(cè)量二極管的正向電阻和反向電阻判斷二極管是否損壞。實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材：數(shù)字萬(wàn)用表1只、普通二極管多個(gè)。1) 選擋R×1檔用于耐壓較低、電流較小的二極管。

R×100或R×1k擋用于測(cè)電流較大的二極管。2)測(cè)量二極管正向電阻黑筆接二極管的正極，紅筆接二極管的負(fù)極。3)測(cè)量二極管反向電阻黑筆接二極管的負(fù)極，紅筆接二極管的正極。4)判斷正向電阻較小，反向電阻較大的管子是好的。正向電阻=反向電阻=0，短路損壞。正向電阻=反向電阻=無(wú)窮大，開(kāi)路損壞。正向電阻接近反向電阻，管子是壞的。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容2.半導(dǎo)體三極管的測(cè)試實(shí)訓(xùn)目的：通過(guò)測(cè)量三極管的壓降判斷三極管的導(dǎo)電類(lèi)型和三個(gè)電極。實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材：萬(wàn)用表1只、普通三極管多個(gè)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1)基極和導(dǎo)電類(lèi)型的判別將檔位調(diào)到二極管/蜂鳴器擋，紅表筆插入電源正極(伏特/歐姆孔)，黑表筆插入電源負(fù)極(COM孔)，假設(shè)被測(cè)三極管任意一個(gè)管腳為基極，用紅表筆(黑表筆)與該管腳相連，黑表筆(紅表筆)分別去測(cè)其他兩個(gè)極，若兩次顯示的值都在0.7V左右，則假設(shè)正確，該二極管為NPN型(PNP型)，否則重新假設(shè)。2) 發(fā)射極和集電極的判別測(cè)兩個(gè)管腳與基極的壓降，較大者為發(fā)射極。3.絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)實(shí)訓(xùn)目的：通過(guò)測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管引腳間的壓降判斷場(chǎng)效應(yīng)管的類(lèi)型和各電極，并判別其好壞，估算其放大能力。

實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材：萬(wàn)用表1只、場(chǎng)效應(yīng)管多個(gè)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1)判別各電極和管型用萬(wàn)用表置于R×100擋，用兩表筆分別測(cè)試任意兩引腳之間的正、反向電阻值。其中一次測(cè)量?jī)梢_的電阻值為數(shù)百歐姆，這時(shí)兩表筆所接的引腳分別為漏極D和源極S，另一個(gè)引腳即柵極G。再用萬(wàn)用表置于R×10k擋測(cè)量漏極D和源極S兩引腳之間的正、反向電阻值。正常時(shí)，正向電阻為2k，反向電阻大于500k。在測(cè)量反向電阻值時(shí)，紅表筆所接引腳不動(dòng)，黑表筆所接引腳脫離引腳后，先于柵極G觸碰一下，再接原引腳，觀察萬(wàn)用表讀數(shù)的變化。若萬(wàn)用表由原來(lái)較大阻值變?yōu)榱?，則此紅表筆所接引腳是源極S，黑表筆所接引腳是漏極D。用黑表筆觸發(fā)柵極G有效，說(shuō)明該管是N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。若萬(wàn)用表仍為較大阻值，則黑表筆接回原引腳不變，改用紅表筆去觸碰柵極G后再接回原引腳，若此時(shí)萬(wàn)用表由原來(lái)較大阻值變?yōu)榱?，則黑表筆所接引腳是源極S，紅表筆所接引腳是漏極D。用紅表筆觸發(fā)柵極G有效，說(shuō)明該管是P溝道場(chǎng)效應(yīng)管。2)判別其好壞用萬(wàn)用表置于R×1k擋或R×10k擋，測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管任意兩引腳的正、反向電阻值。正常時(shí)，除漏極和源極之間的正向電阻值較小外，其他引腳的正反向電阻值均為無(wú)窮大；若測(cè)得兩引腳之間的電阻值接近0，則說(shuō)明該管已被擊穿損壞。另外，可以用觸發(fā)柵極的方法(N溝道場(chǎng)效應(yīng)管用黑表筆觸發(fā)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管用紅表筆觸發(fā))來(lái)判斷場(chǎng)效應(yīng)晶體管是否損壞，若觸發(fā)有效(觸發(fā)柵極后，D、S極之間的正反向電阻均為零)，則可確定該管性能良好。3)估測(cè)其放大能力測(cè)量N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，可用萬(wàn)用表(R×1k擋)的黑表筆接源極S，紅表筆接漏極D，此時(shí)柵極G開(kāi)路，萬(wàn)用表指示電阻值較大；再用手指接觸柵極G，為該極加入人體感應(yīng)信號(hào)。若加入人體感應(yīng)信號(hào)后，萬(wàn)用表指針大幅度地偏轉(zhuǎn)，則說(shuō)明該管具有較強(qiáng)的放大功能；若指針不動(dòng)或偏轉(zhuǎn)幅度不大，則說(shuō)明該管無(wú)放大能力或放大能力較弱。應(yīng)注意此檢測(cè)方法對(duì)少數(shù)內(nèi)置保護(hù)二極管的VMOS大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管不適用。4.普通晶閘管的測(cè)試實(shí)訓(xùn)目的：通過(guò)測(cè)量晶閘管引腳間的電阻值判斷晶閘管各電極和管子好壞，并檢測(cè)其觸發(fā)能力。實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材：萬(wàn)用表1只、普通晶閘管多個(gè)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1)判別各電極將萬(wàn)用表黑表筆接晶閘管任一極，紅表筆依次觸碰另外兩極，若測(cè)量結(jié)果有一次阻值為幾千歐姆，另一次為幾百歐姆，則可判定黑表筆接的是門(mén)極G。在阻值為幾百歐姆的測(cè)量中，紅表筆接的是陰極K，而在阻值為幾千歐姆的測(cè)量中，紅表筆接的是陽(yáng)極A。若兩次測(cè)量的阻值都很大，則說(shuō)明黑表筆接的不是門(mén)極G，應(yīng)用同樣方法改測(cè)其他電極，直到找到三個(gè)電極為止。也可以測(cè)任意兩腳之間的正反向電阻值，若正反向電阻值均接近于無(wú)窮大，則兩極為陽(yáng)極A和陰極K，而另一腳為門(mén)極G。普通晶閘管也可以根據(jù)其封裝形式來(lái)判斷個(gè)電極。2)判斷其好壞用萬(wàn)用表置于R×1k擋測(cè)量普通晶閘管陽(yáng)極A和陰極K之間的正、反向電阻值，正常時(shí)均應(yīng)為無(wú)窮大，若測(cè)得A、K之間的正反向電阻值為零或者阻值較小，則說(shuō)明晶閘管內(nèi)部擊穿短路或漏電。測(cè)量門(mén)極G和陰極K之間的正反向電阻值。若兩次測(cè)量的電阻值均很大或很小，則說(shuō)明該管G、K之間開(kāi)路或短路。若正反向電阻值均相等或接近，則說(shuō)明該晶閘管已失效，其G、K間的PN結(jié)失去了單向?qū)щ娦?。測(cè)量陽(yáng)極A和門(mén)極G之間的正反向電阻值，正常時(shí)，兩個(gè)阻值均應(yīng)為幾百千歐姆或者無(wú)窮大，若正反向電阻值不一樣，說(shuō)明GA之間反向串聯(lián)的兩個(gè)PN結(jié)中一個(gè)已被擊穿短路。3)檢測(cè)觸發(fā)能力對(duì)于工作電流為5A以下的小功率的普通晶閘管，可以用萬(wàn)用表R×1擋測(cè)量。測(cè)量時(shí)黑表筆接陽(yáng)極A，紅表筆接陰極K，此時(shí)表針不動(dòng)，顯示阻值為無(wú)窮大。用鑷子或?qū)Ь€將晶閘管的陽(yáng)極A與門(mén)極短路，相當(dāng)于給G極加上正向觸發(fā)電壓，此時(shí)若電阻值為幾歐姆至幾十歐姆，則表明晶閘管因正向觸發(fā)而導(dǎo)通。再斷開(kāi)A極與G極的連接，即AK極上的表筆不動(dòng)，只將G極的觸發(fā)電壓斷掉，若表指針仍保持在原位置不動(dòng)，則說(shuō)明此晶閘管的觸發(fā)性能良好。對(duì)于工作電流在5A以上的中大功率普通晶閘管，因其通態(tài)壓降、維持電流和門(mén)極觸發(fā)電壓均相對(duì)比較大，萬(wàn)用表R×1擋所提供的電流偏低，晶閘管不能完全導(dǎo)通，故檢測(cè)時(shí)可在黑表筆端串接一只200的可調(diào)電阻和1～3節(jié)1.5V的干電池(視被測(cè)晶閘管的容量而定。對(duì)于100A的晶閘管，應(yīng)用3節(jié)1.5V的干電池)。5.5.2差動(dòng)放大電路性能測(cè)試1.實(shí)訓(xùn)目的(1) 加深對(duì)差動(dòng)放大器性能及特點(diǎn)的理解。(2) 掌握差動(dòng)放大器主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2.實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材±12V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；直流電壓表；晶體三極管3DG6×3，要求T1、T2管特性參數(shù)一致；電阻器、電容器若干。3.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)(1)調(diào)節(jié)放大器零點(diǎn)(2)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)

靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)表2)測(cè)量差模電壓放大倍數(shù)斷