劳动出版社精品课件 《电子电路基础（第四版）》 A052999电子电路基础（第四版）第一章

第一章 二极管和三极管,半导体器件是构成电子电路的主要元器件，其基本功能是按预定的要求来控制电压或电流，二极管和三极管是最基本的半导体器件。,电路板上的二极管和三极管,§11 二极管,1. 了解二极管的结构、符号、特性曲线和主要参数。 2. 掌握二极管的单向导电性。 3. 了解几种常用二极管的特性和典型应用。 4. 能用万用表判别二极管的极性和质量好坏。 5. 能利用相关资料查阅二极管的参数。,学习目标,自然界的物质按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三大类。硅(Si)和锗(Ge)是最常用的半导体材料。纯净的半导体称为本征半导体，如果在本征半导体中掺入其他元素，则称为杂质半导体。 半导体的导电能力受温度、光照和掺入杂质等多种因素影响。,一、半导体的导电特性,1. 热敏特性 温度升高时，大多数半导体的导电能力显著增强；温度下降时，这些半导体的导电能力显著下降，这就是半导体的热敏特性。利用半导体的热敏特性可制成热敏电阻、温度传感器等热敏元件。,热敏元件示例 a)热敏电阻 b)温度传感器,2. 光敏特性 光照越强，其导电能力越强，这就是半导体的光敏特性。 利用半导体的光敏特性可制成光敏电阻、光敏传感器、光电二极管、光电三极管、光电池等光敏元件。,光敏元件示例 a)光敏电阻 b)光敏传感器 c)光电池,3. 掺杂特性 在本征半导体中掺入微量合适的杂质元素，可使半导体的导电能力显著增强。按掺入的杂质元素不同，可制成N型和P型两种杂质半导体。,采用掺杂工艺，使硅或锗晶体的一边形成P型半导体区，另一边形成N型半导体区，在它们的交界面就会形成PN结。从P区引出的电极为正极，从N区引出的电极为负极。,二、二极管的结构和符号,二极管的结构,1. 二极管的结构,不同封装形式的二极管 a)金属封装 b)塑料封装 c)玻璃封装 d)贴片式封装,2. 二极管的符号 二极管的文字符号为V或VD。,二极管的图形符号,三、二极管的单向导电性,二极管单向导电性实验 a)原理图 b)实物图,开关置于位置1时，指示灯亮，表明二极管导通；开关置于位置2时，指示灯不亮，表明二极管不导通(截止)。,() 二极管加正向电压时导通 二极管正极电位高于负极电位，称为正向偏置(简称正偏)。 () 二极管加反向电压时截止 二极管正极电位低于负极电位，称为反向偏置(简称反偏)。 这就是二极管的单向导电性。,加在二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系称为二极管的伏安特性。,四、二极管的伏安特性曲线,用晶体管特性图示仪测试二极管伏安特性曲线 a)晶体管特性图示仪 b)二极管正向特性曲线 c)二极管反向特性曲线,. 正向特性 () 死区 当正向电压很小时，二极管呈现的电阻很大，基本处于截止状态，这个区域称为正向特性的“死区”。一般硅二极管的“死区”电压约为0.5V，锗二极管的约为0.2V。 () 正向导通区 正向电压略微增加，电流就会增加很多，这个区域称为正向导通区。一般硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。,二极管伏安特性曲线,2. 反向特性 () 反向截止区 外加反向电压在较大范围内变化而反向电流很小且基本恒定的区域，称为反向截止区，这个反向电流称为二极管反向饱和电流，也称漏电流。,() 反向击穿区 当加到二极管两端的反向电压超过某一特定数值时，反向电流突然猛增，这一现象称为反向击穿，所对应的电压称为反向击穿电压。 二极管属于非线性器件。,1. 二极管的主要参数,五、二极管的参数和型号,普通二极管的主要参数,查阅二极管参数和选管时应注意: () 不同类型的二极管，其参数内容和参数值是不同的，即使是同一型号的管子，它们的参数值也存在很大差异。此外，当使用条件与测试条件不同时，参数值也会发生变化。 () 当设备中的二极管损坏时，最好换上同型号的新管。 如果实在没有同型号管，可选用三项主要参数IFM、URM、IR满足要求的其他型号的二极管。代用管的最大整流电流和最高反向工作电压两项极限参数不得低于原管。 () 硅管与锗管在特性上存在差异，一般不宜互相替换。,2. 二极管的型号,国产二极管的型号命名方法,国产二极管的型号命名方法,1. 二极管的识别,六、二极管的识别和检测,几种常见二极管的正、负极识别,几种常见二极管的正、负极识别,2. 用万用表检测二极管,万用表电阻挡等效电路,用指针式万用表检测二极管 a)测二极管正向电阻,用指针式万用表检测二极管 b)测二极管反向电阻,用数字式万用表检测二极管 a)正向测量 b)反向测量,. 整流二极管,七、常用二极管,整流二极管的主要功能是将交流电转换成脉动直流电。,单相半波整流电路 a)原理电路 b)理论波形 c) uL实测波形,在输入电压为单相正弦波时，负载R上得到的只有正弦波的半个波，故称为单相半波整流电路。负载R上的半波脉动直流电压平均值可按下式估算: UL 0.45U2,2. 稳压二极管,稳压二极管的正向特性与普通二极管相似，但它的反向击穿特性很陡。当流过稳压管的电流在很大范围内变化时，稳压管两端电压几乎不变。如果把击穿电流的大小通过电阻限制在一定范围内，稳压管即可长时间在反向击穿状态下稳定工作。稳压二极管的击穿电压值就是它的稳压值。,稳压二极管 a)外形 b)图形符号 c)伏安特性曲线,3. 发光二极管(LED),发光二极管是一种将电能转换成光能的半导体器件，常用LED表示。 发光二极管根据所用材料不同，可以发出红、绿、黄、蓝、橙等不同颜色的光。,发光二极管 a)普通发光二极管外形 b)图形符号 c)双色发光二极管,发光二极管常用做显示器件，除单个使用外，也可制成七段式数码管或点阵显示器，显示数字或图形符号。,LED数码管和信号灯 a)七段式数码管外形 b)七段式数码管电路 c)LED信号灯,检测发光二极管可以将万用表置于“R×10k”挡测量其正反向电阻，当测得正向电阻小于50k，反向电阻大于200k时均为正常。如果用MF368型指针式万用表测量，由于该表“R×1”“R×1k”挡都是使用3V电池，所以可以用这几个挡测量。若二极管发光，则二极管是好的，并且与黑表笔相接的是发光二极管的正极。用数字式万用表测量时，可将发光二极管的两只管脚分别插入hFE插座中NPN挡的C、E检测孔，若二极管发光，在NPN挡插入C孔的管脚是正极；若二极管插入后不发光，对调管脚后再插入仍不发光，说明二极管已坏。,4. 光电二极管,光电二极管又称光敏二极管。它的基本结构也是一个PN结，但是它的PN结接触面积较大，可以通过管壳上的窗口接受入射光。,光电二极管及其应用 a)光电二极管外形 b)图形符号 c)光电池,光电二极管工作在反偏状态，当无光照时，反向电流很小，称为暗电流； 当有光照时，反向电流迅速增大，可达几十微安，称为光电流。光电流不仅与入射光的强度有关，也与入射光的波长有关。光电二极管用途很广，一般常用做传感器的光敏元件，在光电输入机上作为光电读出器件。如果制成受光面积大的光电二极管，则可成为一种能源，称为光电池。,图示为远红外线遥控电路示意图。,远红外线遥控电路示意图 a)发射电路 b)接收电路,. 变容二极管,变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管。当给变容二极管加上反向电压时，其结电容会随反向电压的大小而变化，其特性相当于一个可以通过电压控制的自动微调电容器。,变容二极管 a)外形 b)图形符号 c)CU特性曲线,§12 三极管,. 了解三极管的结构、类型和符号。 . 理解三极管的放大条件、特性曲线和主要参数。 . 能用万用表判别三极管的极性和质量好坏。 . 能利用相关资料查阅三极管的参数。,学习目标,三极管(又称晶体管) 是由两个PN结构成的具有三个电极的半导体器件，在电路中主要作为放大和开关元件。,部分三极管外形,三极管有两个PN结，对应的三个半导体区分别为发射区、基区和集电区，从三个区引出的三个电极分别为发射极、基极和集电极，分别用E、B、C或e、b、c表示。发射区与基区之间的PN结称为发射结，集电区与基区之间的PN结称为集电结。,一、三极管的结构和类型,1. 三极管的结构,按两个PN结的组合方式不同，三极管分为NPN型和PNP型两大类。,三极管结构示意图及图形符号 a）NPN型 b）PNP型,按照三极管导电类型不同，可以分为NPN型和PNP型。 按照半导体材料不同，可以分为硅管和锗管。 按照工作频率不同，可以分为高频管(工作频率不低于3MHz) 和低频管(工作频率低于3MHz)。 按照功率不同，可以分为小功率管(耗散功率小于1W) 和大功率管(耗散功率不小于1W)。 按照用途不同，可以分为普通三极管、开关三极管等。,2. 三极管的类型,二、三极管的电流放大作用,发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压，这就是三极管电流放大的外部条件。,NPN型三极管放大电路,PNP型三极管放大电路,三极管实验电路,较小的基极电流变化，就可引起较大的集电极电流变化，这就是三极管的电流放大作用。 三极管集电极电流IC与相应的基极电流IB之比，称为三极管的直流电流放大系数(= c B )。,三极管的电流放大作用,的大小反映了三极管放大电流的能力。必须强调的是，这种电流放大能力实质是IB对IC的控制能力。 以发射极作为输入电路和输出电路的公共端(基极为输入端、集电极为输出端)，称为共发射极电路。此外，还有共集电极电路和共基极电路。,三极管电路的三种基本连接方式 a)共发射极接法 b)共集电极接法 c)共基极接法,三、三极管的伏安特性曲线,1. 输入特性曲线 输入特性曲线是指在UCE一定的条件下，加在三极管基极和发射极之间的电压UBE和基极电流IB之间的关系曲线。 只有当发射结的电压UBE大于开启电压(硅管约为0.5V，锗管约为0.1V) 时，才产生基极电流。,三极管3DG6输入特性曲线,2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指在IB一定的条件下，三极管集电极与发射极之间电压UCE与集电极电流IC之间的关系曲线。 输出特性曲线可以分为截止区、放大区和饱和区三个区域，对应着三极管截止、放大和饱和三种不同工作状态。,三极管3DG6输出特性曲线,三极管输出特性曲线的三个区域,四、三极管的主要参数,. 共射电流放大系数 () 共射直流电流放大系数 (有时用hFE表示）。 () 共射交流电流放大系数(有时用hfe表示)。 同一三极管在相同工作条件下， 。,2. 极间反向饱和电流 () 集电极基极反向饱和电流ICBO ICBO是指发射极开路时集电结的反向饱和电流。在常温下一般小功率硅管的ICBO在1A左右。,() 集电极发射极反向饱和电流ICEO ICEO是指基极开路时集电极与发射极之间的穿透电流。ICBO和ICEO的关系为 CEO(1)CBO 考虑到穿透电流的影响，三极管在放大区时集电极电流为 CBCEO 当温度升高时，ICBO增加很快，ICEO增加更快，造成IC显著增加。可见ICEO大的三极管温度稳定性差，因此，在选管时要求ICEO越小越好。,3. 共射特征频率 T是指三极管的值下降到1时所对应的信号频率。当工作频率T时，三极管便失去了放大能力。,. 极限参数 () 集电极最大允许电流ICM 一般规定值下降到其正常值的2/3时的集电极电流为集电极最大允许电流。当集电极电流超过ICM 时，三极管的放大能力将明显下降。 () 集电极发射极反向击穿电压U(BR)CEO U(BR)CEO是指基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。在使用三极管时，其集电极电源电压应低于此值。,() 集电极最大允许耗散功率PCM 根据三极管允许的最高温度和散热条件来规定最大允许耗散功率PCM 。一定要使三极管实际耗散功率小于最大允许耗散功率PCM，即 PCM ICUCE,五、三极管的型号,国产三极管的型号命名方法,六、三极管的识别和检测,1. 三极管的识别,三极管封装形式与管脚排列