模擬電子技術(shù)（微課版）（附活頁學(xué)習(xí)任務(wù)工單）課件 第1、2章 二極管、三極管及開關(guān)電路；三極管基本放大電路

第1章二極管、三極管及開關(guān)電路《模擬電子技術(shù)》理論學(xué)習(xí)之引言

學(xué)習(xí)電子技術(shù)，從認(rèn)識電子元器件開始。利用半導(dǎo)體材料制成的電子元器件稱為半導(dǎo)體器件。在電子電路中，二極管和三極管是最常見的兩種半導(dǎo)體器件。圖1-1普通二極管的電路符號

二極管只有兩個(gè)電極，其中“+”稱為正極或陽極，用字母“a”表示；“-”稱為負(fù)極或陰極，用字母“k”表示。二極管具有單向?qū)щ娦?，三角形箭頭標(biāo)示了二極管導(dǎo)通時(shí)電流方向?yàn)閍→k，因此在電路中二極管正、負(fù)極是不能接反的，否則二極管發(fā)揮不了作用。根據(jù)用途和特點(diǎn)的不同，二極管有很多種類，其名稱、外觀、電路符號也各有不同。引言

三極管是一種用于放大或開關(guān)電信號的半導(dǎo)體器件，它隨處可見，特別是常在各種集成電路中作為基本單元。三極管有兩種：晶體三極管和場效應(yīng)三極管。晶體三極管簡稱晶體管，也稱為雙極型三極管，因其中的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子均參與導(dǎo)電而得名；場效應(yīng)三極管簡稱場效應(yīng)管，也稱為單極型三極管，其中只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電。未特別說明時(shí)，本書中提及的三極管一般都是指晶體三極管。三極管實(shí)物圖片引言

二極管和三極管的特性使它們在電路中都可以像開關(guān)一樣工作，因此本章主要學(xué)習(xí)二極管、三極管的基本特性及由其組成的開關(guān)電路。圖1-2第1章知識結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容1.1半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路1.2晶體三極管及開關(guān)電路1.3場效應(yīng)管及開關(guān)電路1.1半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路1.1.2二極管的伏安特性1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?.1.3二極管的基本應(yīng)用電路1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦詧D1-3二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

二極管是由一個(gè)PN結(jié)引出兩個(gè)電極再加外殼封裝構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，如圖1-3所示為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，從P區(qū)引出的電極為陽極，從N區(qū)引出的電極為陰極。圖1-4LED的電路符號和單色直插式LED的外觀1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、一個(gè)點(diǎn)亮發(fā)光二極管的實(shí)驗(yàn)正接（正向偏置）反接（反向偏置）導(dǎo)通截止1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、一個(gè)點(diǎn)亮發(fā)光二極管的實(shí)驗(yàn)單向?qū)щ娦哉蚱脤?dǎo)通正接反向偏置截止反接1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（1）本征半導(dǎo)體（a）簡化的半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)（b）硅晶體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)圖1-5半導(dǎo)體晶體的等效結(jié)構(gòu)1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（1）本征半導(dǎo)體③本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的上升或光照的增加而增強(qiáng)，但由于載流子數(shù)量少，因此導(dǎo)電能力整體較弱。本征半導(dǎo)體的性能①本征半導(dǎo)體中有兩種帶電粒子，即自由電子和空穴，它們都是載流子。②本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的，二者數(shù)量總是相等。硅晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體圖1-6雜質(zhì)半導(dǎo)體的等效結(jié)構(gòu)1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的性能①N型半導(dǎo)體中有

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種帶電粒子：雜質(zhì)正離子、自由電子和空穴，其中自由電子是多子，空穴是少子。由于自由電子帶負(fù)電（Negative），因此這種半導(dǎo)體被稱為N型半導(dǎo)體。自由電子通過兩種方式產(chǎn)生：摻雜和熱激發(fā)。N型半導(dǎo)體呈電中性，其中帶電粒子的數(shù)量關(guān)系滿足：自由電子的數(shù)量=雜質(zhì)正離子的數(shù)量+熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴數(shù)量1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的性能②P型半導(dǎo)體中有

3

種帶電粒子：雜質(zhì)負(fù)離子、自由電子和空穴，其中空穴是多子，自由電子是少子。由于空穴帶正電（Positive），因此這種半導(dǎo)體被稱為P型半導(dǎo)體。空穴通過兩種方式產(chǎn)生：摻雜和熱激發(fā)。P型半導(dǎo)體呈電中性，其中帶電粒子的數(shù)量關(guān)系滿足：空穴的數(shù)量=雜質(zhì)負(fù)離子的數(shù)量+熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子數(shù)量1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（3）PN結(jié)圖1-7PN結(jié)的形成

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)會(huì)使空間電荷區(qū)加寬、內(nèi)電場增強(qiáng)，阻礙多子的擴(kuò)散，并促進(jìn)少子的漂移；而少子的漂移運(yùn)動(dòng)會(huì)使空間電荷區(qū)變窄、內(nèi)電場減弱，又促進(jìn)多子的擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互對立又相互聯(lián)系，當(dāng)二者勢均力敵時(shí)，空間電荷區(qū)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，其寬度達(dá)到穩(wěn)定?？臻g電荷區(qū)一般很薄，約為幾微米至幾十微米。1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)正偏電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，PN結(jié)正偏時(shí)：外電場的方向與內(nèi)電場方向相反外電場削弱內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄促進(jìn)了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)抑制了少子的漂移運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散形成正向電流I

F1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)反偏電源負(fù)極接P區(qū)，正極接N區(qū)，PN結(jié)反偏時(shí)：外電場的方向與內(nèi)電場方向相同外電場增強(qiáng)內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變寬促進(jìn)了少子的漂移運(yùn)動(dòng)抑制了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流I

R1.1.1PN結(jié)及單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）單向?qū)щ娦哉蚱脤?dǎo)通反向偏置截止單向?qū)щ娦訮N結(jié)正偏時(shí)：多子運(yùn)動(dòng)形成較大正向電流PN結(jié)反偏時(shí)：少子運(yùn)動(dòng)形成較小反向電流本次課小結(jié)1．本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體：

本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)量少，導(dǎo)電能力差。雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子數(shù)量多，導(dǎo)電能力強(qiáng)，其中N型半導(dǎo)體中的多子是電子，P型半導(dǎo)體中的多子是空穴。本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體都呈電中性。2．PN結(jié)的形成：

當(dāng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少子的漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的交界面兩側(cè)會(huì)形成寬度穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。3．PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?/p>

PN結(jié)正向偏置導(dǎo)通、反向偏置截止的特性稱為單向?qū)щ娦浴?.1.2二極管的伏安特性1、二極管與開關(guān)的對比實(shí)驗(yàn)（a）開關(guān)斷開時(shí)的測量結(jié)果（b）開關(guān)接通時(shí)的測量結(jié)果圖1-9數(shù)字萬用表測試開關(guān)1.1.2二極管的伏安特性1、二極管與開關(guān)的對比實(shí)驗(yàn)圖1-10數(shù)字萬用表測試二極管4007二極管反偏，萬用表顯示測量超出量程二極管電路符號二極管正偏，萬用表顯示測量值705mV1.1.2二極管的伏安特性2、二極管的伏安特性曲線（1）伏安特性測試電路圖1-11二極管伏安特性測試電路1.1.2二極管的伏安特性2、二極管的伏安特性曲線（2）正向特性圖1-12通用的硅二極管的伏安特性曲線OA段：死區(qū)。A點(diǎn)電壓稱為死區(qū)電壓Uth。硅管0.5V，鍺管0.1V。C點(diǎn)以上：損壞區(qū)。二極管因過熱而燒壞。BC段：正向?qū)▍^(qū)。C點(diǎn)電流稱為最大整流電流IF。AB段：微導(dǎo)通區(qū)。B點(diǎn)電壓稱為導(dǎo)通電壓UD。硅管0.7V，鍺管0.2V。1.1.2二極管的伏安特性2、二極管的伏安特性曲線（3）反向特性圖1-12通用的硅二極管的伏安特性曲線OD段：截止區(qū)。D點(diǎn)電壓稱為二極管的最高反向工作電壓URRM，當(dāng)二極管兩端所加的反向電壓小于URRM時(shí)，二極管截止。此時(shí)流過二極管的電流非常小，稱為反向電流IR，硅管10-16~10-9A，鍺管10-8~10-6A。當(dāng)二極管兩端所加的反向電壓大于URRM時(shí)，二極管失去單向?qū)щ娔芰?。EF段：反向擊穿區(qū)。二極管的反向電流急劇增大，兩端的電壓變化很小。二極管發(fā)生擊穿時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓UBR。F點(diǎn)以下：損壞區(qū)。二極管因過熱而燒壞。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（1）理想模型（a）伏安特性曲線（b）導(dǎo)通等效為開關(guān)接通（c）截止等效為開關(guān)斷開圖1-13二極管理想模型的伏安特性曲線及等效電路1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（2）恒壓降模型（a）伏安特性曲線（b）導(dǎo)通等效為恒壓源UD（c）截止等效為開關(guān)斷開圖1-14二極管恒壓降模型的伏安特性曲線及等效電路1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應(yīng)用舉例【例1-1】二極管應(yīng)用電路如圖1-15所示，VD=2V，R=2kΩ。分別用二極管理想模型和硅二極管恒壓降模型求UR和IR的值。圖1-15例1-1二極管應(yīng)用電路【解題思路】第一步：確定一個(gè)零電位點(diǎn)。常常將電源的負(fù)極定義為零電位點(diǎn)。第二步：假設(shè)二極管VD不導(dǎo)通，分別分析其陽極與陰極的電位，若陽極電位高于陰極，則VD導(dǎo)通，否則VD不導(dǎo)通。電路中VD的陽極連接電源正極，電位為2V。當(dāng)二極管不導(dǎo)通時(shí)，電路中沒有電流，電阻R兩端的電位相等，即VD的陰極電位為0，因此VD陽極的電位高于陰極，導(dǎo)通。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應(yīng)用舉例【例1-1】二極管應(yīng)用電路如圖1-15所示，VD=2V，R=2kΩ。分別用二極管理想模型和硅二極管恒壓降模型求UR和IR的值。第三步：用等效模型代替二極管。二極管導(dǎo)通時(shí)在理想模型中用接通的開關(guān)代替，在恒壓降模型中用恒壓源UD代替。注意：VD陽極接電源，因此導(dǎo)通后陽極電位保持2V不變，而陰極電位相應(yīng)發(fā)生變化，因此用理想模型時(shí)，VD陰極的電位為2V；用硅二極管恒壓降模型時(shí)，VD陰極的電位為1.3（=2-0.7）V。結(jié)論：在理想模型中，UR為2V，IR為1mA；在恒壓降模型中，UR為1.3V，IR為0.65mA。圖1-15例1-1二極管應(yīng)用電路【解題思路】1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應(yīng)用舉例【例1-2】二極管應(yīng)用電路如圖1-16所示，試用硅二極管恒壓降模型求UAO的值。【解題思路】圖1-16例1-2二極管應(yīng)用電路第一步：確定兩個(gè)電源的公共端O點(diǎn)為零電位點(diǎn)。第二步：假設(shè)二極管VD不導(dǎo)通，此時(shí)回路中沒有電流，VD陽極電位為-6V，陰極電位為-9V，陽極電位高于陰極電位，因此VD導(dǎo)通。第三步：硅二極管導(dǎo)通后壓降為0.7V。電路中二極管陽極接電源，電位保持-6V不變，因此陰極的電位變?yōu)?6.7V。結(jié)論：UAO的值為-6.7V。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應(yīng)用舉例【例1-3】二極管應(yīng)用電路如圖1-17所示，請用理想模型求流過電阻的電流IR

?！窘忸}思路】圖1-17例1-3二極管應(yīng)用電路第一步：確定兩個(gè)電源的公共端O點(diǎn)為零電位點(diǎn)。第二步：假設(shè)兩只二極管均不導(dǎo)通，回路中沒有電流，二極管VD1陽極電位為9V、陰極電位為0，正偏；VD2陽極與VD1陽極是同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，電位也為9V，陰極電位為-6V，也正偏。這時(shí)候要考慮另外一個(gè)特性，就是壓差大的二極管優(yōu)先導(dǎo)通。因?yàn)閂D2兩端的壓差大，所以優(yōu)先導(dǎo)通。VD2采用理想模型分析，導(dǎo)通后其陽極電位變?yōu)?6V，因此VD1陽極電位也變?yōu)?6V，VD1變?yōu)榉雌?，即沒來得及導(dǎo)通就被截止了。1.1.2二極管的伏安特性3、二極管的等效模型（3）等效模型應(yīng)用舉例第三步：已知電阻的阻值，要求流過電阻的電流IR只需求出電阻上的壓降。電阻上端電位為-6V，下端電位為+9V，兩端電壓為-15V，阻值為3kΩ，因此IR大小為5mA，實(shí)際方向?yàn)閺南碌缴稀＝Y(jié)論：IR=-5mA。【例1-3】二極管應(yīng)用電路如圖1-17所示，請用理想模型求流過電阻的電流IR

?！窘忸}思路】圖1-17例1-3二極管應(yīng)用電路本次課小結(jié)1．二極管的正向特性：

二極管的內(nèi)部是一個(gè)PN結(jié)，其伏安特性是非線性的。當(dāng)外加正向電壓小于Uth時(shí)，二極管工作在死區(qū)，工作電流幾乎為0。當(dāng)外加正向電壓大于UD時(shí)，二極管完全導(dǎo)通，等效為一個(gè)阻值很小的電阻。硅二極管的Uth約為0.5V，UD約為0.7V；鍺二極管的Uth約為0.1V，UD約為0.2V。2．二極管的反向特性與反向擊穿特性：

當(dāng)外加反向電壓小于URM時(shí)，二極管截止，流過的電流很小。當(dāng)外加反向電壓大于UBR時(shí)，二極管具有穩(wěn)壓作用。若流過二極管的反向電流超過IZM，二極管可能被燒毀。3．二極管的等效模型：

采用等效模型代替電路中的二極管可以簡化電路的分析。一般的，當(dāng)外加電壓較大（例如大于UD的10倍以上）時(shí)采用二極管理想模型進(jìn)行分析，當(dāng)外加電壓較小時(shí)采用二極管恒壓降模型進(jìn)行分析，有特殊說明的情況除外。1.1.3二極管的基本應(yīng)用電路1、低電壓穩(wěn)壓電路圖1-18低電壓穩(wěn)壓電路1.1.3二極管的基本應(yīng)用電路2、限幅電路（1）單向限幅電路圖1-19單向限幅電路及輸入輸出波形1.1.3二極管的基本應(yīng)用電路2、限幅電路（2）雙向限幅電路圖1-20雙向限幅電路1.1.3二極管的基本應(yīng)用電路3、開關(guān)電路（1）二極管與門電路圖1-21二極管與門電路【例1-4】一種由二極管構(gòu)成的與門電路如圖1-21所示，VD1和VD2均為硅二極管，當(dāng)輸入信號uA、uB為低電平（0）和高電平（3V）的不同組合時(shí)，求輸出電壓uo

，并分析電路的功能。1.1.3二極管的基本應(yīng)用電路3、開關(guān)電路（2）二極管或門電路圖1-21二極管與門電路本次課小結(jié)1．低電壓穩(wěn)壓電路：

利用二極管導(dǎo)通后兩端壓降幾乎保持不變的特性可以構(gòu)成低電壓穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓值與二極管的個(gè)數(shù)有關(guān)，適用于穩(wěn)壓值不高且對穩(wěn)壓要求不高的場合。2．限幅電路：

單向限幅電路有上限幅電路和下限幅電路兩種。同時(shí)具有上、下限幅功能的電路稱為雙向限幅電路。3．開關(guān)電路：

利用二極管的開關(guān)特性可以構(gòu)成數(shù)字電路中常用的與門電路和或門電路。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)1、幾種常見的二極管（1）常見二極管的電路符號圖1-23常見二極管的外觀及電路符號1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)1、幾種常見的二極管（2）常見二極管的特點(diǎn)1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)

用來表示二極管性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)。二極管的參數(shù)是描述二極管特性的物理量，是反映二極管性能的質(zhì)量指標(biāo)，也是合理選擇和使用二極管的主要依據(jù)。對初學(xué)者而言，必須理解以下幾個(gè)二極管的主要參數(shù)。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)（1）最大正向平均整流電流IF(AV)IF(AV)是指二極管長期連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^二極管時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱、溫度上升，溫度超過容許限度（硅二極管約為140℃，鍺二極管約為90℃）時(shí)就會(huì)使管芯過熱而損壞，所以使用中流過二極管的平均電流不要超過IF(AV)。例如，常用的1N400×系列硅二極管的IF(AV)為1A。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)（2）最高重復(fù)反向電壓URRM

加在二極管兩端的重復(fù)反向電壓高到一定值時(shí)會(huì)將二極管擊穿，使二極管失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證二極管使用時(shí)是安全的，規(guī)定了最高重復(fù)反向電壓URRM，例如1N4001的URRM為50V，1N4007的URRM為1000V。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)2、二極管的主要參數(shù)（3）反向電流IR

是指在規(guī)定的溫度和反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是，反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，若在25℃時(shí)反向電流為250uA，則溫度升高到35℃時(shí)，反向電流將上升到250uA，依此類推，在75℃時(shí)它的反向電流已達(dá)8mA，這不僅失去了單向?qū)щ姷奶匦?，還可能使二極管過熱而損壞。又如2CP10型硅二極管，在25℃時(shí)反向電流僅為5uA，當(dāng)溫度升高到75℃時(shí)，反向電流也不過160℃，故硅二極管與鍺二極管相比在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)3、如何識讀二極管的數(shù)據(jù)手冊（1）如何獲得二極管的數(shù)據(jù)手冊

如果我們知道所要查找元器件的生產(chǎn)廠商，可以直接到該廠商的官網(wǎng)中找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊。

數(shù)據(jù)手冊通常是PDF格式，打開之后看到的第一頁文檔常常如圖1-24所示。圖1-241N4001～1N4007數(shù)據(jù)手冊首頁1.1.4二極管的種類及主要參數(shù)3、如何識讀二極管的數(shù)據(jù)手冊（2）識讀數(shù)據(jù)手冊表1-41N4001~1N4007的主要參數(shù)本次課小結(jié)1．常見二極管的種類：

按照所用材料、管芯結(jié)構(gòu)、用途等的不同，二極管可以分成很多種類，不同種類二極管的工作特點(diǎn)也各不相同。要學(xué)會(huì)識別不同種類二極管的電路符號。2．二極管的主要參數(shù)：

選用二極管時(shí)，主要關(guān)注最大正向平均整流電流IF(AV)、最高重復(fù)反向電壓URRM、反向電流IR等幾個(gè)參數(shù)。3．識讀元器件的數(shù)據(jù)手冊：

通過識讀元器件的數(shù)據(jù)手冊，可以知曉其型號、主要特性、極限參數(shù)和電氣特性等信息。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用LED是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的特殊二極管，其在電路中的符號如圖1-4（a）所示。圖1-4LED的電路符號和單色直插式LED的外觀LED是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的元器件（簡稱電光元器件），其核心是一個(gè)會(huì)發(fā)光的PN結(jié)，它同時(shí)具備兩種電氣性能：一種是單向?qū)щ娦裕硪环N是正向?qū)〞r(shí)會(huì)發(fā)光。LED具有體積小、工作電壓低、亮度高、功耗小、驅(qū)動(dòng)簡單、壽命長、可控性強(qiáng)、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用1、LED的種類（1）按封裝形式分LED的PN結(jié)只有一粒沙子那么大，而在市場上能買到的LED已根據(jù)不同應(yīng)用的需要加了封裝，常用的LED按封裝形式分為以下兩種。①直插式LED（SMT）。直插式LED的外形有圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等，其中以圓形最為常見。常見的圓形直插式LED規(guī)格有φ3、φ5、φ8、φ10，其中數(shù)字代表直插式LED帽身的直徑尺寸，單位是mm。常見直插式LED1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用1、LED的種類（1）按封裝形式分

②貼片式LED（SMD）。常用的貼片式LED封裝規(guī)格有0603、0805、1206，指的是貼片式LED基座PCB的長寬尺寸，如0805是指LED基座PCB的長寬尺寸為2.0×1.25（單位是mm）。常見貼片式LED1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用1、LED的種類（2）按發(fā)光顏色分LED發(fā)出的顏色是由其內(nèi)部晶片（Chip）的材料決定的，材料不同發(fā)光的顏色就不同。LED的發(fā)光顏色有紅、橙、黃、黃綠、純綠、標(biāo)準(zhǔn)綠、藍(lán)綠、藍(lán)色、紫色、白色等。圖1-25三端雙色直插式LED的外形及電路符號

另外，LED可分為單色LED、雙色LED與三色LED等。三端雙色直插式LED的外形及電路符號如圖1-25所示。該LED中包含兩種晶片，因而可以發(fā)出兩種不同的顏色。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用1、LED的種類（3）按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分

按發(fā)光強(qiáng)度分，LED有普通亮度LED（發(fā)光強(qiáng)度<10mcd）、高亮度LED（發(fā)光強(qiáng)度為10～100mcd）和超高亮度LED（發(fā)光強(qiáng)度>100mcd）。高亮度單色LED和超高亮度單色LED使用的半導(dǎo)體材料與普通單色LED不同，所以發(fā)光的強(qiáng)度也不同。通常，高亮度單色LED使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色LED使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色LED使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。

按工作電流分，LED有普通電流LED（工作電流在十幾mA至幾十mA）、低電流LED（工作電流在2mA下）等，低電流LED的亮度與普通LED相同。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用2、LED的主要參數(shù)（1）正向電壓UFUF指通過LED的正向電流為規(guī)定值時(shí)，LED正、負(fù)極之間產(chǎn)生的壓降。LED的UF一般比普通二極管大，不同顏色的LED其UF不同，正常值為1.6V~3.6V。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用2、LED的主要參數(shù)（2）最大工作電流IFM

普通LED在正常工作時(shí)的電流很小，只有10mA~45mA，在正向電壓增加時(shí)，電流會(huì)有很大程度的上升。IFM是指LED長期正常工作所允許通過的最大正向電流。使用中電流不能超過此值，否則LED可能被燒毀。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用2、LED的主要參數(shù)（3）最高重復(fù)反向電壓URRMURRM是指LED在不被擊穿的前提下，所能承受的最大重復(fù)反向電壓。使用中不應(yīng)使LED承受超過URRM的反向電壓，否則LED可能被擊穿。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用3、LED的應(yīng)用LED的供電電源既可以是直流電也可以是交流電。必須注意的是，LED是一種電流控制元器件，應(yīng)用中只要保證其正向工作電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)，它就可以正常發(fā)光。生活中，LED的作用主要是光指示、光發(fā)射和穩(wěn)壓等。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用3、LED的應(yīng)用（1）指示電路圖1-26直流電源指示電路圖1-27交流電源指示電路圖1-28信號指示電路（掃描驅(qū)動(dòng)方式）

指示電路中的LED通常稱為指示燈，在日常工作和生活中給人們提供了很大的方便。指示電路有電源指示電路和信號指示電路兩大類。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用3、LED的應(yīng)用（1）指示電路圖1-26直流電源指示電路【例1-5】圖1-26所示電路中直流電源電壓VD=5V，LED的正向電壓為1.6V，若流過LED的電流范圍為10~45mA，試選擇限流電阻R的電阻值范圍。【解題思路】第一步：電源電壓為5V，LED正偏導(dǎo)通，壓降為1.6V，因此電阻R上的壓降為3.4V。第二步：根據(jù)歐姆定律，分別計(jì)算10mA與45mA兩種情況下的電阻值為結(jié)論：限流電阻R的電阻值選擇范圍為75~340Ω。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用3、LED的應(yīng)用（2）光發(fā)射電路圖1-29光發(fā)射電路

在紅外遙控器、接近開關(guān)、光電耦合器等電路中，紅外LED承擔(dān)光發(fā)射任務(wù)。光發(fā)射電路如圖1-29所示，VT為開關(guān)調(diào)制晶體管，信號源通過VT驅(qū)動(dòng)和調(diào)制LED，使LED向外發(fā)射調(diào)制紅外光。1.1.5發(fā)光二極管及應(yīng)用3、LED的應(yīng)用（3）低電壓穩(wěn)壓電路圖1-30簡單并聯(lián)低電壓穩(wěn)壓電路

發(fā)光二極管也可作為低電壓穩(wěn)壓二極管使用。圖1-30所示為簡單并聯(lián)低電壓穩(wěn)壓電路，利用LED的管壓降可提供約2V的直流穩(wěn)壓輸出，LED同時(shí)還具有電源指示功能。本次課小結(jié)1．LED的種類：

LED的種類繁多，可以按照封裝形式、發(fā)光顏色、發(fā)光強(qiáng)度和工作電流等進(jìn)行分類。2．LED的主要參數(shù)：

主要有正向電壓UF、最大工作電流IFM、最高重復(fù)反向電壓URRM這幾個(gè)參數(shù)。3．LED的應(yīng)用：

LED的用途很多，可用于電源及信號指示電路、光發(fā)射電路及低電壓穩(wěn)壓電路等。1.2晶體三極管及開關(guān)電路1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性1.2.1晶體管及電流放大特性1.2.3晶體管開關(guān)電路1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1.2.1晶體管及電流放大特性

二極管具有開關(guān)特性，另外一種半導(dǎo)體器件也具有開關(guān)特性，那就是半導(dǎo)體三極管。半導(dǎo)體三極管有兩種——晶體三極管和場效應(yīng)三極管。

晶體三極管簡稱晶體管，或BJT，具有開關(guān)特性和放大特性。1.2.1晶體管及電流放大特性1、晶體管的結(jié)構(gòu)與電路符號（a）NPN型晶體管的等效結(jié)構(gòu)

（b）NPN型晶體管的電路符號（c）PNP型晶體管的等效結(jié)構(gòu)

（d）PNP型晶體管的電路符號圖1-31晶體管的結(jié)構(gòu)和電路符號

按照結(jié)構(gòu)的不同，晶體管分為NPN型和PNP型兩大類。晶體管常用符號“VT”表示。1.2.1晶體管及電流放大特性1、晶體管的結(jié)構(gòu)與電路符號

晶體管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：基區(qū)很?。ㄎ⒚讛?shù)量級），摻雜濃度很低；發(fā)射區(qū)與集電區(qū)是同類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體，但前者摻雜濃度高，后者摻雜濃度低且面積更大。由上述特點(diǎn)可見，晶體管并不是兩個(gè)PN結(jié)的簡單組合，也不可以將發(fā)射極和集電極交換使用。1.2.1晶體管及電流放大特性2、晶體管放大的外部偏置條件①外部偏置條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏②NPN管具有放大作用時(shí)的電位關(guān)系：UC>UB>UE③PNP管呢？NPN型三極管PNP型三極管UC＜UB＜UE1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（1）電流分配實(shí)驗(yàn)圖1-32NPN型晶體管的電流分配實(shí)驗(yàn)電路1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（1）電流分配實(shí)驗(yàn)NPN型PNP型分析表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，晶體管三個(gè)電極上的電流滿足1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（1）電流分配實(shí)驗(yàn)NPN型PNP型①IE是三個(gè)電極上的電流中最大的電流。②IB與IC的方向相同，IE的方向與它們相反。圖1-33NPN型晶體管與PNP型晶體管的電流關(guān)系等效模型1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（2）晶體管的電流放大特性

在工作頻率較低的情況下，/β和β的值相近。一般在實(shí)際應(yīng)用中，近似認(rèn)為/β=β。本書以后的闡述中統(tǒng)一用β表示晶體管的共射電流放大系數(shù)，有些書中用hFE表示。1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（2）晶體管的電流放大特性【例1-6】測得工作在放大電路中的某晶體管，其兩個(gè)電極的電流大小和方向如圖1-34所示，請判斷它是NPN型還是PNP型晶體管，求出①腳電流的大小和方向、電流放大系數(shù)β，并分別指出三個(gè)引腳的極性。圖1-34例1-6圖【解題思路】第一步：該晶體管已知的兩個(gè)電極的電流方向不同，因此其中必有一個(gè)是發(fā)射極；由于發(fā)射極電流是三個(gè)電流中最大的，故③腳是發(fā)射極。發(fā)射極電流的方向?yàn)榱鞒鼍w管，因此可以判斷該晶體管的類型為NPN型。第二步：①腳電流大小為③腳電流與②腳電流之差，即6mA，電流方向與②腳相同。第三步：①腳電流比②腳電流大，說明①腳是集電極，②腳是基極。第四步：β為集電極電流與基極電流的比值，即1.2.1晶體管及電流放大特性3、晶體管的電流放大特性（3）值得注意的事項(xiàng)①由于集電極電流IC是由電源電壓VCC提供的，并不是晶體管自身生成的，所以晶體管是一種電流控制器件，體現(xiàn)了小電流控制大電流的能量控制作用。②不同型號的晶體管其β值是不盡相同的，而且同一只晶體管的β值也不是恒定的。由晶體管的數(shù)據(jù)手冊可以看出，在不同的測試條件下，晶體管的β值會(huì)發(fā)生變化，而且β值與晶體管集電極電流大小有關(guān)，所以單靠提高基極電流來獲得預(yù)想的集電極電流并不是總能如愿。③表1-5中第1列數(shù)據(jù)并不滿足式（1-3），表明晶體管并不是任何時(shí)刻都具有電流放大特性。本次課小結(jié)1．晶體管的結(jié)構(gòu)與電路符號：

晶體管是由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的三端有源器件，有三個(gè)電極，分為NPN和PNP兩種類型。在任意時(shí)刻，晶體管上三個(gè)電極的電流關(guān)系滿足IE=IB+IC。2．晶體管放大特性的外部偏置條件：

是

發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。NPN型晶體管應(yīng)滿足UC>UB>UE，PNP型晶體管應(yīng)滿足UE>UB>UC。3．晶體管的電流放大特性：

晶體管基極電流的微小變化控制集電極電流發(fā)生β倍的變化，這就是晶體管的電流放大特性。值得注意的是，只有在滿足放大特性的外部偏置條件下晶體管才具有電流放大特性。晶體管屬于電流控制器件。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性1、晶體管特性曲線測試電路圖1-35NPN型晶體管共射特性曲線測試電路1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性2、晶體管的輸入特性圖1-36NPN型硅晶體管的輸入伏安特性曲線

晶體管的輸入伏安特性是指在極間電壓uCE一定的情況下，輸入電流iB與輸入電壓uBE之間的關(guān)系，用函數(shù)表示為：

硅晶體管的輸入特性曲線與硅二極管的正向特性曲線相似，正常工作狀態(tài)也有截止（0A段）、微導(dǎo)通（AB段）和導(dǎo)通（B點(diǎn)以上）三個(gè)區(qū)1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性2、晶體管的輸入特性圖1-36NPN型硅晶體管的輸入伏安特性曲線（1）發(fā)射結(jié)兩端的壓降uBE幾乎保持PN結(jié)的導(dǎo)通電壓UD不變，硅晶體管約為0.7V，鍺晶體管約為0.2V。發(fā)射結(jié)壓降uBE的值是判斷放大電路中晶體管是否導(dǎo)通的重要依據(jù)之一。（2）輸入電壓uBE的微小增大，將引起輸入電流iB較大的線性增大，即輸入電壓uBE控制輸入電流iB隨之線性變化。這一控制作用是利用晶體管的電流放大特性實(shí)現(xiàn)放大的關(guān)鍵。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的輸出伏安特性是指在輸入電流iB一定時(shí)，晶體管的輸出電流iC與極間電圧uCE之間的關(guān)系，用函數(shù)表示為：

對于每一個(gè)確定的iB，iC與uCE的關(guān)系都可以畫成一條曲線，所以輸出伏安特性曲線由一簇曲線構(gòu)成1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個(gè)區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（1）截止區(qū)（CutoffRegion），指iB=0以下的陰影區(qū)域。當(dāng)滿足集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)零偏或反偏（發(fā)射結(jié)還沒有導(dǎo)通）時(shí)，晶體管工作在截止區(qū)，這與晶體管輸入特性曲線中的截止區(qū)是對應(yīng)的。此時(shí)iB

=0，iC并不等于0，而是有微小的穿透電流ICEO（在分析電路時(shí)，這個(gè)電流往往忽略不計(jì)）。由于晶體管截止時(shí)各極電流均很小（接近或等于0），因此其B、C、E三個(gè)電極均近似于開路。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個(gè)區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（2）放大區(qū)（ActiveRegion），指iB>0且uCE>

uBE的區(qū)域。當(dāng)滿足集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)正偏（發(fā)射結(jié)壓降uBE增大使發(fā)射結(jié)導(dǎo)通）時(shí)，晶體管從截止區(qū)進(jìn)入放大區(qū)。放大區(qū)中的曲線幾乎與橫軸平行（略有上翹），說明工作在放大區(qū)的晶體管，其集電極電流iC幾乎由基極電流iB決定（iC=βiB），而與uCE無關(guān)，這體現(xiàn)了晶體管的恒流特性。各曲線之間的間隔幾乎相等，說明當(dāng)iB有微小變化時(shí)，iC以固定的比例同步發(fā)生較大的變化，這體現(xiàn)了晶體管具有電流放大的作用。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個(gè)區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（3）飽和區(qū)（SaturationRegion），指iB>0且uCE≤uBE的區(qū)域。進(jìn)入飽和區(qū)后晶體管的iC不再隨著iB的增大而線性增加（iC＜βiB），而與uCE有關(guān)。進(jìn)入深度飽和狀態(tài)時(shí)晶體管的uCE稱為晶體管的飽和壓降，用UCE(sat)表示。小功率硅晶體管的UCE(sat)約為0.3V，小功率鍺晶體管的UCE(sat)約為0.1V。工作在飽和狀態(tài)的晶體管，其C、E之間等效為開關(guān)接通。值得注意的是，由于工作在飽和狀態(tài)的晶體管的uCE<uBE即此時(shí)uC<uB，說明此時(shí)不僅發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏了。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性圖1-37NPN型硅晶體管的共射輸出伏安特性曲線

晶體管的共射輸出伏安特性曲線可分為四個(gè)區(qū)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)：（4）擊穿區(qū)（BreakdownRegion），指極間電壓uCE增大到某一值時(shí)iC急劇增加，特性曲線迅速上翹的區(qū)域，工作時(shí)應(yīng)避免晶體管被擊穿。因此，通常情況下認(rèn)為晶體管只有三種正常工作區(qū)。1.2.2晶體管的輸入與輸出伏安特性3、晶體管的輸出特性【例1-7】在某晶體管放大電路中，測得晶體管三個(gè)電極的電位如圖1-38所示，請判斷該晶體管的類型及三個(gè)引腳的極性。圖1-38例1-7圖【解題思路】第一步：先找差值（0.7V或0.2V）。由于是晶體管放大電路，因此電路中晶體管應(yīng)工作在放大狀態(tài)，滿足發(fā)射結(jié)正偏，即發(fā)射結(jié)壓降約為0.7V（硅晶體管）或0.2V（鍺晶體管）。找到②腳和③腳之間的差值為0.7V，說明是硅晶體管。由此可判斷②腳和③腳之間是發(fā)射結(jié)，故①腳是集電極。第二步：比較電位。集電極的電位是三個(gè)電極中最大的，根據(jù)晶體管放大時(shí)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的特點(diǎn)，NPN型晶體管滿足UC>UB>UE，PNP型晶體管滿足UE>UB>UC，因此該晶體管為NPN型。第三步：判斷極性。NPN型晶體管的引腳電位關(guān)系滿足UC>UB>UE，可知③腳是基極，②腳是發(fā)射極。結(jié)論：該晶體管的類型是NPN型，三個(gè)引腳的極性分別是①腳為集電極、②腳為發(fā)射極、③腳為基極。本次課小結(jié)1．晶體管的輸入特性：

晶體管的輸入特性類似于PN結(jié)的正向特性，當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓uBE小于死區(qū)電壓Uth時(shí)，晶體管截止。當(dāng)uBE大于導(dǎo)通電壓uD時(shí)，晶體管完全導(dǎo)通，此時(shí)iB隨著uBE的變化而急劇線性變化。2．晶體管的輸出特性：

晶體管的正常工作分為截止、飽和、放大三種狀態(tài)，晶體管工作在哪種狀態(tài)取決于外部偏置條件。當(dāng)工作在放大狀態(tài)時(shí)，晶體管具有電流放大特性。當(dāng)工作在截止?fàn)顟B(tài)或飽和狀態(tài)時(shí)，晶體管具有開關(guān)特性。1.2.3晶體管開關(guān)電路1、晶體管的開關(guān)特性（a）輕觸開關(guān)（外形及電路符號）（b）晶體管等效為開關(guān)圖1-39輕觸開關(guān)和晶體管等效為開關(guān)

晶體管可看成一個(gè)開關(guān)，其C極和E極是開關(guān)的兩個(gè)觸點(diǎn)，B極是開關(guān)的按鈕。由晶體管的輸出特性可知，當(dāng)工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，晶體管各極電流均很?。ń咏虻扔?），因此C、E間等效為開關(guān)斷開。當(dāng)工作在飽和狀態(tài)時(shí)，UCE的值很?。承┣闆r下可近似為0），因此C、E間等效為開關(guān)接通。利用晶體管的開關(guān)特性可以構(gòu)成開關(guān)電路。1.2.3晶體管開關(guān)電路2、晶體管開關(guān)電路的分析（1）電路的組成圖1-40NPN型晶體管開關(guān)電路

輸入信號ui常為開關(guān)量，只有兩種狀態(tài)（低電平和高電平），近似于開關(guān)按鈕的兩種狀態(tài)（松開和按下）

晶體管的兩種工作狀態(tài)（截止?fàn)顟B(tài)或飽和狀態(tài)），對應(yīng)著開關(guān)觸點(diǎn)的兩種狀態(tài)（斷開和接通）1.2.3晶體管開關(guān)電路2、晶體管開關(guān)電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關(guān)電路

當(dāng)輸入信號ui為低電平（例如0V）時(shí)，晶體管的發(fā)射結(jié)零偏，晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)，因此C、E間等效為開關(guān)斷開。1.2.3晶體管開關(guān)電路2、晶體管開關(guān)電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關(guān)電路

當(dāng)ui為高電平（例如接近電源電壓VCC）時(shí)，晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，晶體管導(dǎo)通。假設(shè)晶體管工作在放大狀態(tài)（uBE=UD），再根據(jù)KVL列出輸入、輸出回路電壓方程求解iB、iC和uCE。輸入回路電壓方程輸出回路電壓方程

最后通過分析uCE的值判斷晶體管的工作狀態(tài)：若求解得的uCE大于uBE，說明uC>uBE，即集電結(jié)反偏，晶體管處于放大狀態(tài)；若求得的uCE小于uBE，說明晶體管已進(jìn)入飽和狀態(tài)，C、E之間等效為開關(guān)接通。1.2.3晶體管開關(guān)電路2、晶體管開關(guān)電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關(guān)電路

【例1-8】在圖1-40所示電路中，若VCC=5V，Rb=20kΩ，Rc=1kΩ，VT為硅晶體管，β=100，UCE(sat)=0.3V。請分析ui=3.6V時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)。若將Rb改為100kΩ，晶體管的狀態(tài)如何？【解題思路】第一步：VT為硅晶體管，所以uBE=0.7V。第二步：當(dāng)ui=3.6V時(shí)，將數(shù)據(jù)代入式（1-7），可得1.2.3晶體管開關(guān)電路2、晶體管開關(guān)電路的分析（2）電路的分析圖1-40NPN型晶體管開關(guān)電路

【例1-8】在圖1-40所示電路中，若VCC=5V，Rb=20kΩ，Rc=1kΩ，VT為硅晶體管，β=100，UCE(sat)=0.3V。請分析ui=3.6V時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)。若將Rb改為100kΩ，晶體管的狀態(tài)如何？【解題思路】第三步：將ui的值代入式（1-8），可得：

uCE=5V-14.5mA×1kΩ=5V-14.5V=﹣9.5V<0.7V因此晶體管工作在飽和狀態(tài)。第四步：將Rb改為100kΩ，則：晶體管工作在放大狀態(tài)。1.2.3晶體管開關(guān)電路2、晶體管開關(guān)電路的分析（3）值得注意的事項(xiàng)

由例1-8可知，在輸入高電平信號時(shí)，若電路中基極電阻Rb的值偏大，晶體管將不能進(jìn)入飽和狀態(tài)，從而不具有良好的開關(guān)特性。晶體管開關(guān)電路中改變其他相關(guān)參數(shù)也可能導(dǎo)致這一現(xiàn)象，但VCC為電源電壓，

Rc為集電極電阻，ui為輸入信號，這三者的值一般不能隨意改變，因此基極電阻Rb的取值應(yīng)確保輸入為高電平時(shí)，晶體管工作在飽和狀態(tài)。1.2.3晶體管開關(guān)電路3、晶體管開關(guān)電路的應(yīng)用（1）晶體管非門電路圖1-41晶體管非門電路及輸入與輸出波形

非門電路是一種常用的數(shù)字電路，能實(shí)現(xiàn)邏輯“非”的功能，其輸出信號的狀態(tài)始終與輸入信號相反。非門電路又稱非電路、反相器、倒相器、邏輯否定電路等。1.2.3晶體管開關(guān)電路3、晶體管開關(guān)電路的應(yīng)用（2）晶體管LED驅(qū)動(dòng)電路圖1-42NPN型晶體管LED驅(qū)動(dòng)電路及等效電路

由于點(diǎn)亮LED需要一定的驅(qū)動(dòng)電流（典型電流值為10mA），當(dāng)信號源驅(qū)動(dòng)電流的能力不夠時(shí)，LED不能正常點(diǎn)亮，因此不能直接將ui加在LED上。利用晶體管的電流放大特性，可以提高信號源的驅(qū)動(dòng)靈敏度。1.2.3晶體管開關(guān)電路3、晶體管開關(guān)電路的應(yīng)用（2）晶體管LED驅(qū)動(dòng)電路圖1-43PNP型晶體管LED驅(qū)動(dòng)電路PNP型晶體管驅(qū)動(dòng)LED電路在ui為高電平時(shí)等效為開關(guān)斷開，而在ui為低電平時(shí)等效為開關(guān)導(dǎo)通，被稱為低電平驅(qū)動(dòng)電路1.2.3晶體管開關(guān)電路3、晶體管開關(guān)電路的應(yīng)用（3）晶體管振蕩電路圖1-44晶體管振蕩電路

利用晶體管的開關(guān)特性構(gòu)成的振蕩電路左右對稱，左、右電路分別由一只NPN型晶體管、一只電容和兩只電阻組成。本次課小結(jié)1．晶體管的開關(guān)特性：

當(dāng)工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，晶體管的iB=0、iC≈0，此時(shí)晶體管的C、E間等效為開關(guān)斷開；當(dāng)工作在飽和狀態(tài)時(shí)，晶體管的uCE近似等于飽和壓降uCE(sat)，此時(shí)晶體管的C、E間等效為開關(guān)接通。2．晶體管開關(guān)電路的分析與應(yīng)用：

晶體管開關(guān)電路中的晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，分析電路時(shí)也常以晶體管截止和飽和這兩種情況進(jìn)行。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)是表征晶體管放大能力的重要參數(shù)，常用的是共發(fā)射極電流放大系數(shù)β。β值通常介于20與200之間，具體值可通過查閱對應(yīng)型號的數(shù)據(jù)手冊來獲取。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（2）極間反向電流極間反向電流是表征晶體管熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)，有以下兩種。①集電極與基極之間的反向電流ICBO：表示發(fā)射極開路時(shí)，流過集電結(jié)的反向飽和電流。②集電極與發(fā)射極之間的穿透電流ICEO：表示基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的電流，ICBO=（1+β）ICEO。ICBO和ICEO都由少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成，所以對溫度非常敏感，其值越小，受溫度的影響越小，說明晶體管的熱穩(wěn)定性越好。小功率硅晶體管的ICEO在幾微安以下，小功率鍺晶體管的ICBO在幾十微安以上。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（3）極限參數(shù)極限參數(shù)是為了確保晶體管安全工作，對其電壓、電流和功率損耗所加的限制。①集電極最大允許電流ICM。當(dāng)iC過大時(shí)，β值將下降。ICM是指晶體管的β值下降到正常值的2/3時(shí)所對應(yīng)的集電極電流。當(dāng)集電極電流超過ICM時(shí)，晶體管不一定會(huì)燒壞，但β值將顯著下降，導(dǎo)致放大能力變差。②反向擊穿電壓U(BR)CBO、U(BR)CEO、U(BR)EBO。U(BR)CBO為發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極間的擊穿電壓；U(BR)CEO為基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極間的擊穿電壓。U(BR)EBO為集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極間的擊穿電壓。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（3）極限參數(shù)③集電極最大允許功率損耗PCM。由于PCM=iCuCE，而晶體管在放大狀態(tài)下集電結(jié)反偏，所以晶體管的損耗功率主要為集電結(jié)損耗，它會(huì)使集電結(jié)溫度升高、晶體管發(fā)熱。當(dāng)損耗功率超過PCM時(shí)，晶體管性能會(huì)變壞，甚至被燒毀。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇1、晶體管的主要參數(shù)（3）極限參數(shù)根據(jù)給定的極限參數(shù)，可以在輸出特性曲線上畫出晶體管的安全工作區(qū)。圖1-45晶體管的安全工作區(qū)1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇2、溫度對晶體管參數(shù)的影響

溫度主要影響發(fā)射結(jié)壓降UBE、電流放大系數(shù)β和極間反向電流ICBO。溫度每升高1℃，UBE減小2~2.5mV、β增大0.5%~1%；溫度每升高10℃，ICBO約增大一倍。1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇3、晶體管的種類與選擇圖1-46常見的晶體管封裝1.2.4晶體管的主要參數(shù)及選擇3、晶體管的種類與選擇本次課小結(jié)1．晶體管的主要參數(shù)：

電流放大系數(shù)反映了晶體管放大電流的能力。選用晶體管時(shí)，一般希望極間反向電流盡量小些。極限參數(shù)是確保晶體管安全穩(wěn)定工作的“紅線”。2．溫度對晶體管參數(shù)的影響：

當(dāng)溫度升高時(shí)，晶體管的UBE減小、β增大、ICBO增大。硅晶體管的熱穩(wěn)定性好，應(yīng)用更廣泛。1.3場效應(yīng)管及開關(guān)電路1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性1、場效應(yīng)管的種類圖1-47場效應(yīng)管的種類1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（1）N溝道增強(qiáng)型MOSFET及其工作特性（a）結(jié)構(gòu)

（b）電路符號1（c）電路符號2圖1-48N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)和電路符號1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（1）N溝道增強(qiáng)型MOSFET及其工作特性圖1-49某型號N溝道增強(qiáng)型MOSFET的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（1）N溝道增強(qiáng)型MOSFET及其工作特性N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作特性與NPN型晶體管相似，也可分為四個(gè)區(qū)。①截止區(qū)，指uGS<UGS(th)且uDS>0的區(qū)域。此時(shí)MOSFET中無導(dǎo)電溝道，iD≈0，D、S間等效為開關(guān)斷開。②恒流區(qū)，指uGS≥UGS(th)且uDS>uGS的區(qū)域。此時(shí)MOSFET中導(dǎo)電溝道已形成，iD隨著的變化而線性變化，D、S間等效為一個(gè)受uGS控制的恒流源。③可變電阻區(qū)，指uGS≥UGS(th)且uDS≤uGS的區(qū)域。

uDS

=

uGS－UGS(th)是恒流區(qū)與可變電阻區(qū)的分界點(diǎn)。在可變電阻區(qū)內(nèi)，D、S間等效為一個(gè)受uGS控制的可變電阻。當(dāng)uDS很小時(shí)，D、S間等效為開關(guān)接通。④擊穿區(qū)，指輸出特性曲線開始上翹的區(qū)域。隨著uDS的不斷增大，PN結(jié)因承受太大的反向電壓而擊穿，

iD急劇增加。應(yīng)避免MOSFET工作在此區(qū)域。1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（1）N溝道增強(qiáng)型MOSFET及其工作特性【例1-9】測得兩只N溝道增強(qiáng)型MOSFET的開啟電壓和各極電位如表1-7所示，試分析其工作狀態(tài)?！窘忸}思路】第一步：理清每種工作狀態(tài)的特點(diǎn)。對于N溝道增強(qiáng)型MOSFET，其開啟電壓UGS(th)＞0，各個(gè)區(qū)的工作條件如下。截止區(qū)：uGS<UGS(th)且uDS>0。恒流區(qū)：uGS≥UGS(th)且uDS>uGS

?？勺冸娮鑵^(qū)：uGS≥UGS(th)且uDS≤uGS

。第二步：分析Q1。由于UGS=6V>UGS(th)，且UDS=8V>UGS，因此Q1工作在恒流區(qū)。第三步：分析Q2。由于UGS=3V>UGS(th)，且UDS=0.5V<UGS，因此Q2工作在可變電阻區(qū)。1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（2）PMOS管與NMOS管的區(qū)別圖1-50P溝道增強(qiáng)型MOSFET的電路符號P溝道MOSFET簡稱為PMOS管，它工作時(shí)漏極電流的方向?yàn)榱鞒鯬MOS管的方向，因此為了能正常工作，PMOS管外加的uDS和uGS必須是負(fù)值。1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（3）耗盡型MOSFET與增強(qiáng)型MOSFET的區(qū)別（a）NMOS管的結(jié)構(gòu)（b）NMOS管的電路符號（c）PMOS管的電路符號圖1-51耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)（以NMOS管為例）和電路符號1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（3）耗盡型MOSFET與增強(qiáng)型MOSFET的區(qū)別圖1-52N溝道耗盡型MOSFET的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（4）JFET屬于耗盡型圖1-53JFET的結(jié)構(gòu)（以N溝道JFET為例）和電路符號1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性2、場效應(yīng)管的工作特性（5）各種場效應(yīng)管的比較1.3.1場效應(yīng)管的種類及特性3、場效應(yīng)管與晶體管的對比本次課小結(jié)1．場效應(yīng)管及其種類：

場效應(yīng)管屬于單極型三極管，分為JFET和MOSFET兩大類，每類都有兩種溝道類型，而MOSFET又分為增強(qiáng)型和耗盡型（JFET屬耗盡型），故共有6種類型。2．場效應(yīng)管的特性：

場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，即利用uGS的微小變化控制iD的變化。場效應(yīng)管中uDS的極性取決于溝道類型，N溝道為正、P溝道為負(fù)。不同類型的場效應(yīng)管對uGS的極性要求不同，增強(qiáng)型MOSFET的uGS要求與uDS同極性，耗盡型MOSFET的uGS則可為正、零或負(fù)，JFET的uGS與uDS極性相反。場效應(yīng)管的控制原理雖然與晶體管有所不同，但也具有放大特性和開關(guān)特性。1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路1、場效應(yīng)管的開關(guān)特性圖1-54場效應(yīng)管的開關(guān)特性

場效應(yīng)管的開關(guān)特性體現(xiàn)在D和S等效為開關(guān)的觸點(diǎn)，而G等效為開關(guān)的按鈕。當(dāng)FET工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，D、S間等效為開關(guān)斷開。當(dāng)FET工作在可變電阻狀態(tài)時(shí)，D、S間等效為開關(guān)接通。1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路2、場效應(yīng)管開關(guān)電路的分析（1）電路的組成圖1-55常用的增強(qiáng)型NMOS開關(guān)電路1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路2、場效應(yīng)管開關(guān)電路的分析（2）電路的分析圖1-55常用的增強(qiáng)型NMOS開關(guān)電路

輸入信號ui決定了NMOS的工作狀態(tài)（截止區(qū)或可變電阻區(qū)），兩者之間的關(guān)系近似于開關(guān)按鈕狀態(tài)的不同（松開和按下），對應(yīng)著觸點(diǎn)的不同狀態(tài)（斷開和接通）。1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路3、場效應(yīng)管開關(guān)電路的應(yīng)用（1）NMOS非門電路圖1-56增強(qiáng)型NMOS非門電路及輸入與輸出波形1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路3、場效應(yīng)管開關(guān)電路的應(yīng)用（2）NMOS驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路圖1-57增強(qiáng)型NMOS管驅(qū)動(dòng)電燈泡的電路1.3.2場效應(yīng)管開關(guān)電路3、場效應(yīng)管開關(guān)電路的應(yīng)用（3）CMOS電路圖1-58CMOS非門電路本次課小結(jié)1．場效應(yīng)管的開關(guān)特性：

當(dāng)工作在截止區(qū)時(shí)，場效應(yīng)管的iD≈0，其D、S間等效為開關(guān)斷開；當(dāng)工作在可變電阻區(qū)且RON很小時(shí)，場效應(yīng)管的D、S間等效為開關(guān)接通。2．場效應(yīng)管開關(guān)電路的分析與應(yīng)用：

在場效應(yīng)管開關(guān)電路中，場效應(yīng)管往往工作在開關(guān)狀態(tài)，分析電路時(shí)也常以這兩種情況進(jìn)行。第2章三極管基本放大電路《模擬電子技術(shù)》理論學(xué)習(xí)之引言

擴(kuò)音系統(tǒng)的組成如圖2-1所示，麥克風(fēng)（也稱為話筒）采集聲音信號，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號。功放機(jī)將電信號放大到一定的強(qiáng)度。放大后的電信號由音箱里的揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的聲音播放出來，從而實(shí)現(xiàn)了聲音的放大。圖2-1擴(kuò)音系統(tǒng)的組成

擴(kuò)音系統(tǒng)的核心是功放機(jī)，而功放機(jī)的核心是放大電路。放大電路是使用最廣泛、也是最基本的電子電路之一，用來將微弱的電信號（變化的電壓或者電流）進(jìn)行不失真的放大。引言

根據(jù)放大電路輸入回路與輸出回路公共端的不同，晶體管基本放大電路有三種形式（也稱為組態(tài)）：共射、共集和共基，場效應(yīng)管基本放大電路也有三種形式：共源、共漏和共柵。圖2-2第2章知識結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容2.1共射放大電路2.2共集放大電路與共基放大電路2.3場效應(yīng)管基本放大電路2.1共射放大電路2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2.1.1共射基本放大電路及其直流通路2.1.3共射基本放大電路的放大作用2.1.4靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形的影響2.1.5共射分壓式放大電路及其靜態(tài)分析2.1.6放大電路的動(dòng)態(tài)分析2.1.1共射基本放大電路及其直流通路1、放大電路的組成與基本要求（1）放大電路的組成

共射基本放大電路是一種結(jié)構(gòu)最簡單的放大電路。一般來講，一個(gè)完整的放大電路由直流電源、信號源、放大電路（狹義）與負(fù)載四部分組成。圖2-3放大電路的組成框圖直流電源給放大電路提供工作時(shí)所需的能量信號源提供需要被放大的信號放大電路是指以放大器件為核心外加合適偏置的電路負(fù)載是接收放大電路輸出信號的元件或電路2.1.1共射基本放大電路及其直流通路1、放大電路的組成與基本要求（2）放大電路的基本要求要實(shí)現(xiàn)放大作用，放大電路必須滿足以下幾個(gè)條件：①

有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)②

信號能進(jìn)得去③

信號能出得來④

信號被不失真地放大2.1.1共射基本放大電路及其直流通路1、放大電路的組成與基本要求（3）晶體管放大電路的三種形式

根據(jù)放大電路輸入回路與輸出回路公共端的不同，晶體管基本放大電路有三種形式。共射圖2-5晶體管放大電路的三種基本形式共集共基2.1.1共射基本放大電路及其直流通路2、共射基本放大電路的組成（a）共射特性曲線測試電路（b）共射特性曲線測試電路簡化電路（c）單電源供電電路（d）常見的共射基本放大電路組成圖2-6NPN型晶體管共射基本放大電路2.1.1共射基本放大電路及其直流通路2、共射基本放大電路的組成地輸出信號uo從晶體管的集電極經(jīng)耦合電容C2加在負(fù)載RL上輸入信號ui通過耦合電容C1加載到晶體管的基極+VCC通過電阻Rc使VT的集電結(jié)反偏，并給VT的集電極提供合適的偏置電流+VCC通過電阻Rb

給VT的發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，并給VT的基極提供合適的偏置電流直流電源+VCC，電壓一般為（幾~幾十）伏2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路（1）靜態(tài)與直流通路

靜態(tài)時(shí)，在直流電源作用下，直流電流流經(jīng)的通路稱為直流通路。畫直流通路的原則是：應(yīng)將電路中的電容視為開路，電感視為短路，其他元器件不變。

當(dāng)輸入信號ui

=0時(shí)，電路中只有直流電源提供的直流電壓信號，因此電路中各處的電壓、電流都是不變的直流量，此時(shí)電路的狀態(tài)稱為直流狀態(tài)或靜止工作狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路（2）電路的直流通路圖2-7共射基本放大電路的直流通路共射基本放大電路2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路（3）例題分析第二步：分析是否滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏？【例2-1】圖2-8中所示電路是否具有放大作用？圖2-8電路一圖2-9電路一的直流通路直流電源電壓為-VCC，發(fā)射結(jié)反偏，因此電路不具有放大作用。【解題思路】第一步：繪制電路的直流通路。2.1.1共射基本放大電路及其直流通路3、共射基本放大電路的直流通路

由于電容被視為開路，晶體管的基極相當(dāng)于開路，發(fā)射結(jié)零偏，因此電路不具有放大作用。（3）例題分析【例2-1】圖2-8中所示電路是否具有放大作用？【解題思路】圖2-8電路二第一步：繪制電路的直流通路。圖2-9電路二的直流通路第二步：分析是否滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏？本次課小結(jié)1．放大電路的組成與基本要求：

放大電路一般由直流電源、信號源、俠義的放大電路、負(fù)載四個(gè)部分組成。放大電路需要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，信號能進(jìn)得去、出得來，并不失真地放大。晶體管基本放大電路有共射、共集和共基三種形式。2．共射基本放大電路的組成：

電路由晶體管、直流電源、兩只電阻、兩只電容組成，其中晶體管起電流放大作用，直流電源提供能量，電阻起偏置作用，電容起耦合作用。3．共射基本放大電路的直流通路：

共射基本放大電路的直流通路中，直流電源通過兩只偏置電阻使發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，晶體管工作在放大區(qū)。2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析1、放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

靜態(tài)時(shí)，晶體管各處的電壓與電流都是不變的直流量，即具有固定的IB、UBE、IC、UCE值，它們分別在輸入特性曲線和輸出特性曲線上對應(yīng)著一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。圖2-10輸入特性曲線和輸出特性曲線上的Q點(diǎn)2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)圖2-7共射基本放大電路的直流通路支路1為輸入回路，其方程：支路2為輸出回路，其方程：支路1支路2根據(jù)KVL列出輸入、輸出回路電壓方程求解靜態(tài)工作點(diǎn)的方法，稱為工程估算法。2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)工程估算法應(yīng)用總結(jié)：

由于晶體管的UBE可視為已知量（硅管的UBE約0.7V，鍺管的UBE約0.2V)，并且工作在放大狀態(tài)的晶體管滿足IC=βIB。利用以上兩個(gè)方程及兩個(gè)已知條件，可求解IB、UBE和IC、UCE。值得注意的是，若求解得的UCE值大于UBE值，說明UC>UB，因此晶體管是處于放大狀態(tài)的。若UCE值小于UBE值甚至小于0，說明晶體管已進(jìn)于飽和狀態(tài)，此時(shí)IC不再是IB的β倍關(guān)系，而UCE用飽和壓降UCE(sat)代替，則集電極電流：2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)【例2-2】某共射基本放大電路的直流通路如圖2-7所示，已知晶體管為小功率硅管，β=40，VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc

=3.9kΩ。試估算該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。如果偏置電阻Rb=100kΩ，靜態(tài)工作點(diǎn)又如何？【解題思路】第一步：先假設(shè)晶體管工作在放大狀態(tài)，硅管的UBE為0.7V。說明假設(shè)成立，晶體管處于放大狀態(tài)圖2-7共射基本放大電路的直流通路2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2、工程估算法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)【例2-2】某共射基本放大電路的直流通路如圖2-7所示，已知晶體管為小功率硅管，β=40，VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc

=3.9kΩ。試估算該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。如果偏置電阻Rb=100kΩ，靜態(tài)工作點(diǎn)又如何？【解題思路】第二步：將Rb=100kΩ代入式（2-1）和式（2-2）可求得靜態(tài)工作點(diǎn)。說明晶體管已進(jìn)于飽和狀態(tài)圖2-7共射基本放大電路的直流通路2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析3、圖解法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

圖解法是在晶體管的特性曲線上通過作圖來分析放大電路的方法，既可以用來分析靜態(tài)，也可以用來分析動(dòng)態(tài)。IB

=40μAuCE

0iC

iBuBE0導(dǎo)通電壓UDQ40μA第一步：根據(jù)式（2-1）求解IB，并在輸出特性曲線簇中找到IB對應(yīng)的那條曲線。圖2-10輸入特性曲線和輸出特性曲線上的Q點(diǎn)2.1.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析3、圖解法分析共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)第二步：在輸出特性坐標(biāo)系上繪制直流負(fù)載線。具體做法是將輸出回路方程變形為：uCE

0iC

MN直流負(fù)載線