晶体管放大电路与应用

BC结:
S9013
e bc
电子技术及应用
（2）三极管的偏置
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：发射结正偏，集电结反偏
电子技术及应用
（3）三极管的电流分配关系
（1）发射区向基区注入电子
形成发射极电流IE
（2）电子在基区的扩散与复合
形成基区复合电流IBN
（3）集电区收集扩散到集电结边缘的电子
发光二极管图片
七彩发光二极管
电子技术及应用
光电二极管图片
电子技术及应用
（1）结构与符号
二极管是单个PN结构成的器件,也具有单向导电性。
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（2）伏安特性
门限电压 (开启电压) ： Uon 0.5V(硅) 0.1V(锗)
导通压降： UVD VD≈ 0.6~0.8V(硅) VD≈0.1 ~ 0.3V(锗)
电子技术及应用
例：某三极管放大电路，测得各管脚电流分别为 I1=0.06mA，I2＝3mA，I3＝3.06mA，判断管脚类型， 求解α，β
解：I3>I2>I1 3－E，2－C，1－B α＝IC/IE=I2/I1=0.98 β=IC/IB=I2/I1=50
电子技术及应用
如何用数字万用表测量三极管的β值？
像测普通二极管一样，正向电阻应为10K左右，无 光照射时，反向电阻应为∞，然后让光电二极管 见光，光线越强反向电阻应越小。光线特强时反 向电阻可降到1K以下。这样的管子就是好的。若 正反向电阻都是∞或零，说明管子是坏的。 （2）电压测量法：把万用表（指针式）接在直流 1V左右的挡位。红表笔接光电二极管正极，黑表 笔接负极，在阳光或白炽灯照射下，其电压与光 照强度成正比，一般可达0.2~0.4V。
UBiblioteka Baidub = ui－E
(1) Uab = ui－E≥0.7时，ui/V
即ui≥2.7V，D导通， 5
uo＝2.7V
-5
(2) Uab = ui－E<0.7时，uO /V
即ui < 2.7V，D截止， 2.7
uo＝ui
-5
a b
ωt ωt
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4.特殊二极管
（1）稳压二极管 稳压二极管是一种特殊的硅材料二极管，由于在一 定的条件下能起到稳定电压的作用，故称稳压管， 常用于基准电压、保护、限幅和电平转换电路中。
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第1章 晶体管放大电路与应用
1.1 应用示例
电子技术及应用
常见扩音器
有线扩音器：功率8W左右，覆盖范围在100米以内，音色要求高 无线扩音器：功率在35W～100W之间，传输距离较远
电子技术及应用
扩音器原理图
话筒为声电换能设备，将声音信号转换为微弱的电信号； 晶体管小信号放大器将此电信号放大，再通过晶体管功率放大 器向扬声器提供较大的输出功率；扬声器为电声换能设备，将 放大后的电信号转换为较强的声音信号。
1、直观判断 (1)若两引脚长短不同，则引脚较长的为正极 (2)若管座上有凸点标记，则凸点处的引脚为正极。 (3)透过其外表观察内部触片的大小来辨别，小的一侧
引脚为正极。
2、测量观察 发光二极管的正向工作电压一般为1.5v～1.8v，正
向电阻小于50kΩ，反向电阻为∞。因此可以 采用数字万用表二极管档或指针式万用表欧姆档检测。
形成了电流ICN
形成了反向饱和电流ICBO
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希望：发射区的电子尽 可能多的到集电极。即 尽可能减少复合。因此 决定了三极管的结构。 ----内部条件
可见，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电， 故称为双极型三极管。或 BJT （Bipolar Junction Transistor）
（a）外形图
（b）符号
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稳压电路
I
+
Uo = UZ
UI
-
R
IZ +
+
DZ
-UZ
UO
RL
-
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax
Izmax
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（2）发光二极管
显示屏专用发光管
食人鱼LED
电子技术及应用
阴极（负极） 阳极（正极）
双色LED
三色LED
电子技术及应用
发光二极管的识别
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IE = IB +IC
IC IB
IE (1 )IB
β:共发射极电流放大系数
IC IE IB
共基极电流放大系数α
电子技术及应用
说明：
IC
I B
IC
I E
IC 变化很大范围β不变不区分交直流放大系数
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结 论 IC受IB控制，BJT是一个电流控制型器件,具有电流放大的作用
uD
－
iD
UD
反向
（b）等效电路
电子技术及应用
（2）二极管的应用电路
整流电路
ui为交流信号，D为理想二极管
Uab = ui
+
｛ui > 0时， D导通，uo=ui ui < 0时， D截止，uo=0
ui
-
ui
o
ωt
uO o
ωt
ab
D
+
R uO
-
电子技术及应用
限幅电路
D为硅管 ui＝5sinωtV，E＝2V
+
• 发射区是重掺杂，其浓度最高N+
• 集电区面积比发射区大，两区 面积不对称，所以不可互换。
管芯结构剖面图
——三极管具有放大作用的内部条件
电子技术及应用
※ 按工作频率分为低频管和高频管， ※ 按耗散功率大小分为小功率管和大功率管， ※ 按用途分为放大管、开关管和功率管， ※ 按所用的半导体材料分为硅管和锗管等。
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第1章 晶体管放大电路与应用
1.3 三极管及其放大电路
电子技术及应用 1、三极管
贴片 大功率三极管
电子技术及应用 三极管是具有放大作用的半导体器件
1947年在美国的贝尔实验室诞生
W.Shockley 肖克利 、 J.Bardeen 巴丁 W. Brattain 布拉顿
世界上第一只三极管
2.发光二极管的发光亮度和通过它的工作电流有关， 一般LED的工作电流在十几mA，而低电流LED的工作电流在
2mA以下（亮度与普通发光管相同）。 3.由于LED的正向伏安曲线较陡，故在应用时，必须串接限流
电阻，以免烧坏管子。 在直流电路中，限流电阻R可用下式估算: R=(U-UVD)/I
电子技术及应用
三极管放大的概念
ui
放
大
电
t
路
电子技术及应用
频率不变
ui
幅度改变
不失真线性放大
t
电子技术及应用
（1）结构与符号 三极管按结构可分为NPN型和PNP型两类。
符号：箭头表示发射结（Je）正偏时发射极电流的实际方向， P→N
电子技术及应用
电子技术及应用
• 基区很薄，一般在几个微米至 几十个微米，且掺杂浓度最低
目前生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型， 其中硅管的使用率远大于锗管。
电子技术及应用
如何判断三极管的三个管脚 e, b ,c ?
9０１３ ９０１８
S9013 S9013
ebc
电子技术及应用
如何用数字万用表二极管挡判断三极管的好坏？ BE结:
N集电区
P基 区
S9013
N发射区 e b c
电子技术及应用
电子技术及应用
电信号→光信号 电子空穴复合时，会散发出能量，由磷、砷、镓等化
合物半导体制成的PN结以光的形式释放出这些能量。 发光二极管：LED，属于光电子器件，正偏
电子技术及应用
注意!!
1. 发光二极管能够发光，条件是其偏置是正偏而且在达到一 定的电压 （一般在正向工电压UVD在1.4～3V。在 I=10mA 时测得。
＃自由电子与空穴都是 可以移动的载流子；
＃自由电子带负电
＃空穴带正电
2.载流子：可移动的带电粒子
复合
电子技术及应用
Four outer electrons around the nucleus
本征半导体动画
electron hole
bonds
Pure Semicoductor
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（4）杂质半导体
电子技术及应用
（5） PN结的形成
浓度差
多子扩散运动
动
空间电荷区
态
平
内电场
衡
少子漂移运动
电子技术及应用
PN结的形成的动态演示
空间电 荷区
++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - -
内电场
电子技术及应用
（2）PN结的单向导电性原理
1、正向偏置
P加电源‘＋’、 N加电源 ‘－’ ※外电场削弱内电场， 从而促进多子的扩散， 抑制少子的漂移。
（3）光电（光敏）二极管
普通的光电二极管
电子技术及应用 2CU系列
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Isat
光信号→电信号 半导体材料受到光照时，会产生电子空穴对，光照越
强，受激产生的电子空穴对的数量越多。 光敏二极管：又称光电二极管，属于光电子器件，反偏
电子技术及应用
光电二极管的检测 （1）电阻测量法：用万用表R×100或R×1K挡。
N型半导体(Negative)
掺入五价元素（杂质） →杂质电离→ 形成一个自 由电子和不能移动的正离子 N型半导体：施主杂质 自由电子——多数载流子 空穴——少数载流子
电子技术及应用
P型半导体(Positive)
掺入三价元素B（杂质） →杂质电离→ 形成一个 空穴和不能移动的负离子 P型半导体： 空穴——多数载流子 自由电子——少数载流子
重要特性：热敏特性 光敏特性
掺杂特性
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（2）半导体的共价键结构 半导体结构
硅的原子核的最外层有4个电子，又叫价电子； 受原子核的束缚力最小。
电子技术及应用
硅和锗原子按一定的规则整齐的排列
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
共价键：相邻原子之间通过共有价电子的形式而结合起来 价电子公有化运动，价电子不同于自由电子，不能导电。 共价键中的价电子不同于自由电子，不能导电。
∴ PN结具有单向导电性。
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2、半导体二极管
二极管的种类
按实际用途:
普通二极管 变容二极管
发光二极管 光电二极管 稳压二极管
按制作工艺:
点触型
面结型
平面型
阳极 阴极 引线 引线
P N P 型支持衬底
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普通二极管图片
螺栓式
贴片整流二极管
1N4007
1N4148
大功率二极管
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※PN结中以多子的扩散 电流为主，方向P→N， 称为正向电流。
※正向电流较大，PN结 呈现较小电阻，称PN结 正向导通。
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PN结正向偏置的动态演示
电子技术及应用
2、反向偏置
P－‘－’、 N－ ‘＋’ ※外电场加强内电场， 从而抑制多子的扩散， 促进少子的漂移。
※PN结中以少子的漂移 电流为主，方向N→P， 称为反向电流 Isat。
※反向电流较小，PN结 呈现较大电阻，称PN结 反向截止。
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PN结反向偏置的动态演示
电子技术及应用
结论
PN
• PN结正偏时， 耗尽层变窄具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻； PN结导通（仍有由本征激发引起的很小的反向漂移电流）。
• PN结反偏时， • 耗尽层加宽仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。 • PN结截止
取0.7v 取0.2v
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反向饱和电流 Isat ≈ 0 nA量级 (硅) μA量级(锗)
反向击穿特性:
反向电压高到一定程度, 反向电流急剧增大,而结电压(-UBR)几乎保持不变。
击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿。
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（3）主要参数 1、最大整流电流 IF：最大正向平均电流
2、最高反向工作电压 UR： UR 1 UBR 2
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（3）本征半导体、空穴及其导电作用
1.本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体
当温度升高或受到光照时
本征激发→价电子得到足 够的能量→成为自由电子 →同时原来共价键中流下 一个空位——空穴。
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（3）本征半导体、空穴及其导电作用
＃本征激发产生自由电 子与空穴成对出现；
S9013
hFE
e bc
3、反向电流 IR：越小越好
4、最高工作频率 fM ：取决于结电容
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3.二极管基本应用电路
（1）等效电路模型
理想模型
I（mA）
U（V）
O
+ uD － iD
正向 反向
（a） U-I 特性
（b）等效电路
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恒压降模型
I（mA）
正向
+
U（V） O UD=0.7硅
（a） U-I特性
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第1章 晶体管放大电路与应用
1.2 二极管及其应用电路
电子技术及应用
1、半导体的基本知识
（1）半导体材料
定义：半导体是指导电性能介于导体（conductor）和
绝缘体（insulator）之间的一种物质。
材料： 元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）
化合物半导体：砷化镓（GaAs） 目前最常用的半导体材料是硅和锗。
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放大器应用举例1 扩音器
phone 话筒
前 置T放ransistor ampli功fier率放 大器三极管放大电路大器
Loud speaker 扬声器
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放大器应用举例2
电子音乐门铃
电路主要由一块音乐集 成块, 三极管放大器和 一只喇叭构成 三极管可以放大音乐门 铃声
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