第一章半導體的基礎知識

第一節半導體二極管

教學目的：1、了解半導體材料

2、知道PN結的特性

3、了解晶體二極管的結構和工作原理

4、掌握基本二極管電路的分析方法

教學重點：1、PN結導電特性

2、二極管的導電特性及主要參數

教學難點：1、PN結導電特性

2、二極管伏安特性

教學方法與手段：1、教師講授與學生練習、實驗實訓相結合。

2、板書與多媒體課件相結合。

課時計劃：4課時

一、本征半導體

純凈的半導體稱為本征半導體。

1）半導體的特性

按導電能力物質劃分為:導體、絕緣體、半導體。

半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間。

半導體的導電特性：有熱敏性、光敏性和摻雜性。

本征激發：我們把在熱或光的作用下,本征半導體中產生電子空穴對的現

象，稱為本征激發，又稱為熱激發。本征激發產生了電子-空穴對。

二、雜質半導體

1）N型半導體

在純凈的半導體硅（或褚）中摻入微量五價元素（如磷）后，就可成為

N型半導體，在這種半導體中啟由電子數遠大于空穴數，導電以電子為主，故

此類半導體亦稱電子型半導體。

自由電子一多數載流子（簡稱多子），空穴一少數載流子（簡稱少子）

G④OQQQ

?oO

G④OOOQ

?④OoO

仇④?0QQ

OO

?。

N型半導體P型半導體

2）P型半導體

在硅（或褚）的晶體內摻入少量三價元素雜質，如硼（或錮）等，就構

成了P型半導體，在這種半導體中，自由電子數遠小于空穴數，導電以

空穴為主，故此類半導體亦稱為空穴型半導體。

三、PN結

1）PN結的形成

在一塊完整的晶片上，通過一定的摻雜工藝,一邊形成P型半導體,另一

邊形成N型半導體。在交界面兩側形成一個帶異性電荷的離子層,稱為空

間電荷區,并產生內電場，其方向是從N區指向P區內電場的建立阻礙了

多數載流子的擴散運動，隨著內電場的加強，多子的擴散運動逐步減弱，直至

停止，使交界面形成一個穩定的特殊的薄層，即PN結。因為在空間電荷區

內多數載流子已擴散到對方并復合掉了，或者說消耗盡了，因此空間電荷區

又稱為耗盡層。

PN結合因多子濃度差多子的擴散空間電荷區

形成內電場阻止多子擴散，促使少子漂移。

①0aP區-空間電荷區AN區

O))G一O

。0QJ④?張0O

OG一O?

°oJ④*

。O0oG0O?

°°Q④,④0。?

<----內電場萬向

載流子的擴散運動

PN結及其內電場

2)PN結的單向導電特性

偏置電壓：在PN結兩端外加電壓,稱為給PN結以偏置電壓。

(1)PN結正向偏置

正向偏置：給PN結加正向偏置電壓，即P區接電源正極,N區接電源負極,

此時稱PN結為正向偏置(簡稱正偏)，此時PN結處于正向導通狀態。

空間電荷區

->1變窄

?②，

O

P雷N

G

八v1內電場

外電場一

—E>R

如上圖所示。由于外加電場與內電場的方向相反，因而削弱了內電場,

使PN結變窄，促進了多子的擴散運動。形成了較大的正向電流。

(2)PN結反向偏置

反向偏置：給PN結加反向偏置電壓，即N區接電源正極,P區接電源負極,

稱PN結反向偏置(簡稱反偏)。只有少數載流子形成的很微弱的電流，稱為

反向電流。

空間電荷區

O一O變O寬④一④①

POOO④G罌N

OOO④④

——內電場

----外電訪

ER

------1I—

如上圖所示。由于外加電場與內電場的方向一致，因而加強了內電場,

使PN結加寬，阻礙了多子的擴散運動。在外電場的作用下，應當指出，少數

載流子是由于熱激發產生的，因而PN結的反向電流受溫度影響很大。結

論：PN結具有單向導電性。即加正向電壓時導通，加反向電壓時截止。

四、半導體二極管

一)、二極管的結構

二極管的結構外形及在電路中的文字符號如圖4.7所示，

(a)結構；(b)符號；(c)外形

在圖所示電路符號中，箭頭指向為正向導通電流方向。

類型：

(1)按材料分:有硅、諸二極管和碑化錢二極管等。

(2)按結構分:有點接觸型、面接觸型二極管、平面型二極管。

(3)按用途分:有整流、穩壓、開關、發光、光電等二極管。

(4)按封裝形式分:有塑封及金屬封等二極管。

(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二極管。

二)、二極管的伏安特性

二極管伏安特性曲線

若以電壓為橫坐標,電流為縱坐標，用作圖法把電壓、電流的對應值用

平滑的曲線連接起來，就構成二極管的伏安特性曲線，如上圖所示(圖中虛

線為褚管的伏安特性，實線為硅管的伏安特性)。下面對二極管伏安特性

曲線加以說明。

1.正向特性：二極管兩端加正向電壓時，就產生正向電流，當正向電壓較小

時,正向電流極小(幾乎為零)，這一部分稱為死區相應的A(A。點的電壓

稱為死區電壓或門檻電壓(也稱閾值電壓。如上圖中OA(OA')段。

死區電壓：硅管約為0.5V,諸管約為0.1V

當正向電壓超過門檻電壓時，正向電流就會急劇地增大，二極管呈現很小

電阻而處于導通狀態。正向導通壓降：硅管的正向導通壓降約為

0.6?0.7V,褚管約為0.2?0.3V。如圖4.8中AB(AB)段。二極管正向導通

時,要特別注意它的正向電流不能超過最大值，否則將燒壞PN結。

2.反向特性：二極管兩端加上反向電壓時，在開始很大范圍內，二極管相當

于非常大的電阻,反向電流很小，且不隨反向電壓而變化。此時的電流稱之

為反向飽和電流IR,見上圖中0C(0C)段。

3、二極管的擊穿特性

反向擊穿：二極管反向電壓加到一定數值時，反向電流急劇增大，這種現

象稱為反向擊穿。此時對應的電壓稱為反向擊穿電壓，用UBR表示，如C'

6)段。

三)、二極管的主要參數

1.最大整流電流IF

2.最大反向工作電壓URM

本課小結：

1.PN結是組成半導體二極管和其他有源器件的重要環節。

2.當PN結加正向電壓時正向偏置時的情況，加反向電壓時反向偏置

的情況。

3.PN結具有單向導電性。

4、二極管的重要特性是單向導電性。

5、二極管的主要參數有最大整流電流、最大反向電壓和最大反向電

流。

練習題與作業題：

1、思考題：PN結在什么情況下正偏？什么情況下反偏？

2、作業題：PN結為什么具有單向導電性?

3、《電子技術基礎》教材P201-50

第二節半導體三極管

教學目的：了解半導體三極管結構、輸入輸出特性曲線、主要參數。

教學重點：了解半導體三極管結構、輸入輸出特性曲線、主要參數。

教學難點：輸入輸出特性曲線、電流放大作用。

教學方法與手段：教師講授與學生練習、實驗實訓相結合；板書與多媒體

課件相結合。

課時計劃：4課時

一.晶體三極管的結構

結構組成：由兩個PN結、3個雜質半導體區域和三個電極組成，雜

質半導體有P、N型兩種。

三個區：基區---很薄。一般僅有1微米至幾十微米厚.

發射區--發射區濃度很高。

集電區--集電結截面積大于發射結截面積。

兩個PN結：發射結--為發射區與基區之間的PN結。

集電結--為集電區與基區之間的PN結。

三個電極：發射極e、基極b和集電極c;分別從這三個區引出的電

極。

三個區組成形式：有NPN型和PNP型兩種。結構和符號如圖5.1.1

所示。

NPN型晶體三極管的結構圖及表示符號PNP型

三極管種類：

按基片材料分--硅管，目前國內生產硅管多為NPN型（3D系

歹I」）；

諸管，目前國內生產褚管多為PNP型（3A系列）。

按頻率特性分一高頻管和低頻管。

按功率大小分---大功率管、中功率管和小功率管等。

按組成形式分--有NPN型和PNP型兩種。實際應用中采用NPN

型三極管較多。

PNP型和NPN型三極管表示符號的區別是發射極的箭頭方向不

同，這個箭頭方向表示發射結加正向偏置時的電流方向。

二、電流放大原理

（1）產生放大作用的條件

內部：a）發射區雜質濃度＞＞基區＞＞集電區

b）基區很薄

外部：發射結正偏，集電結反偏

（2）三極管內部載流子的傳輸過程

a）發射區向基區注入電子，形成發射極電流iE

b）電子在基區中的擴散與復合，形成基極電流iB

c）集電區收集擴散過來的電子，形成集電極電流Ic

（3）電流分配關系：

N'

—>P

11j11N-

°BBV/E

1）發射區向基區發射電子的過程

2）電子在基區的擴散和復合過程

3）電子被集電區收集的過程

三極管的電流放大作用：

實驗表明Ic比IB大數十至數百倍，因而有。1B雖然很小，但對Ic有控

制作用，Ic隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電

流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是

三極管的電流放大作用。當ICBO可以忽略時，上式可簡化為把集電極電

流的變化量與基極電流的變化量之比定義為三極管的共發射極交流電流放

大系數B,其表達式為：

Ic^L

三、晶體三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是指各電極間電壓和電流之間的關系曲線。

三極管特性曲線的測試電路

（-）輸入特性曲線

三極管的輸入特性曲線如圖下圖所示。

十4B-004（）-8UBEN

測量三極管特性的實驗電路三極管的輸入特性曲線

1.當UCE=0時

從輸入端看進去,相當于兩個PN結并聯且正向偏置,此時的特性

曲線類似于二極管的正向伏安特性曲線。

2.當UCE“V時

圖中可見，的曲線比UCE=0V時的曲線稍向右移

移動。但當UCE22V后,曲線基本重合。

（二）輸出特性曲線

（1）放大區：發射極正向偏置，集電結反向偏置。

=P^B

（2）截止區：發射結反向偏置，集電結反向偏置o

iB<0,ic?0

（3）飽和區：發射結正向偏置，集電結正向偏置。

,飽和區100uA

80nA

放60口A

大40uA

區20uA

截止區

,々=0

6912/V

四、晶體三極管的主要參數

1、三極管為共發射極接法

靜態（直流）電流放大系數萬：三極管為共發射極接法，在集電極-發射

極電壓UCE一定的條件下，由基極直流電流IB所引起的集電極直流電流

與基極電流之比，稱為共發射極靜態（直流）電流放大系數，記作：

下=-1CEO工上

1BIB

動態（交流）電流放大系數B：當集電極電壓UCE為定值時，集電極電流

變化量Ale與基極電流變化量之比，即：

Me

△IB

(二)極間反向截止電流

1、發射極開路，集電極-基極反向截止電流ICBO0

2、基極開路，集電極-發射極反向截止電流IcEOoIcEO是當三極管基

極開路而集電結反偏和發射結正偏時的集電極電流。也叫穿透電流。

ICEO=(1+0)ICBO，他們均隨溫度的上升而增大。

(三)極限參數

L集電極最大允許電流1CM：當ic超過一定數值時0下降，0下降到正常

值的2/3時所對應的Ie值為1CM,當Ic>IcM時，可導致三極管損壞。

2、集電極最大耗散功率PCM集電極最大耗散功率是指三極管正常工作時

最大允許消耗的功率。致擊穿，施加在集電極一發射極之間允許的最高

反向電壓。U(BR)CEO為發射極開路時集電結不致擊穿，施加在集電極一基

極之間允許的最高反向電壓。U(BR)EBO為集電極開路時發射結不致擊穿，

施加在發射極一基極之間允許的最高反向電壓。使用中取：

UCE4(RU(BR)CEO

本課小結

1,三極管有硅管和褚管兩種，硅管和褚管均有NPN型和PNP型兩類。

2.為使三極管具有放大作用，必須滿足的加電原則。

3.三極管放大作用的主要公式：

(1)IE=IC+1B(2)【B(3)"B

4.三極管的特性曲線：是指各電極間電壓和電流之間的關系曲線。

5.三極管的三種工作狀態：1）放大；2）截止；3）飽和

6.三極管的極限參數：1）集電極最大允許電流1CM；

2）集電極最大耗散功率PCM

3）反向擊穿電壓U（BR）CEO

練習與作業：《電子技術基礎》教材、、

P211-61-71-8.1-9.l-10o

第三節場效應管

教學目的：1、了解場效應管的結構。

2、掌握場效應管的工作原理。

教學重點：絕緣柵型場效應管的工作原理。

教學難點：絕緣柵型場效應管的工作原理。

教學方法與手段：1、教師講授與學生練習相結合。

2、板書與多媒體課件相結合。

課時計劃：3課時。

一'場效應管的特點及分類。

1、特點

場效應管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件，

工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是單極型器件。FET因其制造

工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優點，得到了廣泛應

用。

2、分類

溝道

增強型p

絕緣柵場效應管＜rt溝道

溝道

FET分類:I耗盡型F

I溝道

結型場效應管溝道

r心溝道

od

片片口

付萬:g

0<

0b

0

S襯底b

二'絕緣柵場效應管的結構及工作原理

1、結構

絕緣柵型場效應管(MetalOxideSemiconductorFET),簡稱

MOSFET,分為：增強型：N溝道、P溝道

耗盡型:N溝道、P溝道

1.N溝道增強型MOS管

(1)結構

4個電極：漏極D,

源極S,柵極G和襯底B。

(2)工作原理

①柵源電壓UGS的控制作用

當UGS=OV時，漏源之間相當兩個背靠背的二極管，在d、s之間加

上電壓也不會形成電流，即管子截止。當UGS>0V時一縱向電場T將靠

近柵極下方的空穴向下排斥T耗盡層。再增加UGS-縱向電場T-將P區

少子電子聚集到P區表面一形成導電溝道，如果此時加有漏源電壓，就

可以形成漏極電流id。

定義：

開啟電壓(UT)——剛剛產生溝道所需的

柵源電壓UGS0

N溝道增強型MOS管的基本特性：

UGS<UT,管子截止，

UGS>UT,管子導通。

UGS越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓UDS作用下，漏極電流ID越

②漏源電壓UDS對漏極電流id的控制作用

當UGS>UT,且固定為某T直時，來分析漏源電

壓VDS對漏極電流ID的影響。(設UT=2V,UGS=4V)

==

(a)UdsO時,id0o

(b)UdsT—idT；

同時溝道靠漏區變窄。

(c)當Uds增加到使Ugd=UT時,

溝道靠漏區夾斷，稱為預夾斷。

(d)Uds再增加，預夾斷區

加長，Uds增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，id基本不變。

(3)特性曲線

①輸出特性曲線：

四個區：

可變電阻區(預夾斷前)。

恒流區也稱飽和區(預夾斷后)。

夾斷區(截止區)。

擊穿區。

②轉移特性曲線：

可根據輸出特性曲線作出移特性曲線。

例：作UDS=10V的一條轉移特性曲線:

一個重要參數一一跨導gm：

gm=io/UGSuos=const（單位mS）

gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。

在轉移特性曲線上，gm為的曲線的斜率。

在輸出特性曲線上也可求出gmo

2、N溝道耗盡型MOSFET

在柵極下方的Si02層中摻入了大量的金屬正離子。所以當uGS=0時,

這些正離子已經感應出反型層，形成了溝道。

特點：

當UGS=O時，就有溝道，加入UDS,就有iDo

當UGS>0時，溝道增寬，iD進一步增加。

N溝道耗盡型MOSFET的特性曲線

輸出特性曲線轉移特性曲線

村底b

三、P溝道耗盡型MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導電

的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型

和PNP型一樣。

4.MOS管的主要參數

1)開啟電壓UT

(2)夾斷電壓UP

(3)跨導gm：gm=\D/UGSUDs=const

(4)直流輸入電阻RGS——柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有

sio2絕緣層，輸入電阻可達109?1015。

三、結型場效應管的結構與工作原理(同學們自已分析)

本課小結：

1、FET分為JFET和MOSFET兩種。

2、工作時只有一種載流子參與導電，因此稱為單極性晶體管。

3、FET是一種電壓控制電流型器件。改變其柵源電壓就可以改變其漏極

電流。

4、FET的特性可用轉移特性曲線和輸出特性曲線來描述。其性能可以用

一系列參數來表征。

本課小結：1、場效管有兩種，結型與絕緣柵型。

2、絕緣柵型場效應管的結構與工作原理。

3、絕緣柵型場效應管的特點及參數。

練習與作業：《電子技術基礎》教材P211-11.1-12.1-13

第二章整流與濾波電路

教學目的：了解整流、濾波、穩壓的工作原理。

教學重點：單相橋整流電路工作原理、電容濾波、二極管穩壓電路。

教學難點：單相橋式整流電路。

教學方法與手段：教師講授與學生練習、實驗實訓相結合；板書與多媒

體課件相結合。

課時計劃：3課時

第一節單相整流電路

整流電路：利用具有單向導電性能的整流元件如二極管等，將交流電轉換

成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數可分為

單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波

整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。

一、半波整流電路

上圖是單相半波整流電路。它是最簡單的整流電路，由整流變壓器開、

整流元件D(晶體二極管)及負載電阻RL組成。

2、工作原理

當U2為正半周時，二極管D承受正向電壓而導通，此時有電流流過負

載，并且和二極管上的電流相等，即i0=ido忽略二極管的電壓降，則負

載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即Uo=U2,輸出電壓u。的波形

與U2相同。

當U2為負半周時，二極管D承受反向電壓而截止。此時負載上無電流流

過，輸出電壓Uo=0,變壓器副邊電壓U2全部加在二極管D上。

3、負載兩端電壓、流過負載的電流及二極管兩端最高反相電壓與流過二

單相半波整流電壓的平均值為：

1兀L

U。=—\>I2Usin^j((yz)=—1/=0.45(7

2〃o2兀22

流過負載電阻&的電流平均值為：

0.45

0工區

&RL

流經二極管的電流平均值與負載電流平均值相等，即：

ZD=ZO=0.45-^

二極管截止時承受的最高反向電壓為的的最大值，即:

“RM=U2M=6U2

例有一單相半波整流電路，如圖5-2(a)所示。已知負

載電阻時=750。，變壓器副邊電壓。2=20V,試求U。、I。,

并選用二極管。

解

UQ=0.45。2=0.45x20=9(V)

U9

=j=——=0.012(A)=12(mA)

750

/D=/。=12(3)

°DRM=V2t/2=V2x20=28.2(V)

查半導體手冊，二極管可選用2Ap4,其最大整流電流為

16mA,最高反向工作電壓為50V。為了使用安全，二極管的反

向工作峰值電壓要選得比UDRM大一倍左右。

二、單相橋式整流電路

由四個二極管接成電橋的形式構成的。

1、工作原理

U2為正半周時，a點電位高于b點電位，二極管Di、D3承受正向電壓

而導通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：a-Di-RL

-D3tb。

a

?

+J.+

凡仇0

U2為負半周時，b點電位高于a點電位，二極管D2、D4承受正向電壓

而導通，Di、D3承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：b-D2TRL

-DLa。

>

3、負載兩端電壓、流過負載的電流及二極管兩端最高反相電壓與流過二

單相全波整流電壓的平均值為：

極方

Uosin&d（初）=2交U2=094

乃0冗

流過負載電阻&的電流平均值為：

1。="=。9幺

RLRL

流經每個二極管的電流平均值為負載電流的一半,

即：

每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為“2的

最大值，即：

URM=U2M=2

整流變壓器副邊電壓有效值為：

U-,=2=1.11。。

-0.90

整流變壓器副邊電流有效值為：

，2=5=1.11幺=111/。

RLRL

由以上計算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。

例：試設計一臺輸出電壓為24V,輸出電流為1A的直流電

源，電路形式可采用半波整流或全波整流，試確定兩種電路形式

的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應的整流二極管。

解：（1）當采用半波整流電路時，變壓器副邊繞組電壓有

效值為：

U2=幺=二=53.3V

?0.450.45

整流二極管承受的最高反向電壓為：

URM=同2=L41X53.3=75.2V

流過整流二極管的平均電流為：

‘D=/<>=1A

因此可選用2czi2B整流二極管，其最大整流電流為3A,

最高反向工作電壓為200V。

（2）當采用橋式整流電路時，變壓器副邊繞組

電壓有效值為：

jr_Uo_24

Uo===26./V

-0.90.9

整流二極管承受的最高反向電壓為：

0KM=V2t72=1.41x26.7=37.6V

流過整流二極管的平均電流為：

ZD=1/O=0.5A

因此可選用四只2CZ11A整流二極管，其最大整

流電流為1A,最高反向工作電壓為100V。

三、單相全波整流電路的工作原理由同學們自行分析

本課小結：L介紹了整流的概念。

2、了解了單相半波整流電路的結構及工作原理。

3、掌握了單相橋式整流電路的結構及工作原理。

4、整流電路的有關計算。

練習與作業：《電子技術基礎》教材P352-2、2-1、2-3、2-4、2-5、

2-60

第二節濾波電路

教學目的：了解濾波常用的元件及工作原理。

教學重點：單相橋整流電路電容濾波電路。

教學難點單相橋式整流電路電容濾波電路。

教學方法與手段：教師講授與學生練習相結合；板書與多媒體課件相結

合。

課時計劃：3課時

濾波的概念：整流電路可以將交流電轉換為直流電，但脈動較大，在某些

應用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。但許多電子設備

需要平穩的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流

成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能

組成：電容器與負載并聯，是一個最簡單的濾波器。

原理：假設電路接通時恰恰在的由負到正過零的時刻，這時二

極管D開始導通，電源畋在向負載&供電的同時又對電容C

充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓“c緊隨輸入電壓

“2按正弦規律上升至刈的最大值。然后的繼續按正弦規律下

降，且“2<〃c，使二極管D截止，而電容C則對負載電阻

出按指數規律放電。氣降至的大于"C時，二極管又導通，電

容。再次充電……。這樣循環下去，的周期性變化，電容C

周而復始地進行充電和放電，使輸出電壓脈動減小，如圖9-4

(b)所示。電容C放電的快慢取決于時間常數)

的大小，時間常數越大，電容C放電越慢，輸出電壓人就越

平坦，平均值也越高。

單相半波整流電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電

容濾波電路的輸出電壓在負載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較

差，只迄?4U。

Q.9U0

o

橋式整流電容濾波電路的工作原理與半波相似，只不過是一個周期充放

一般常用如下經驗公式估算電容濾波時的輸出電壓平均值。

隹半波：uo=u2

全波：Uo=1.2C/2

為了獲得較平滑的輸出電壓，一般要求之2(10?15)」-，即：

CDC

r=/?LC>(3~5)y

式中7為交流電壓的周期。濾波電容C一般選擇體積小，容量大的電

解電容器。應注意，普通電解電容器有正、負極性，使用時正極必須接高

電位端，如果接反會造成電解電容器的損壞。

加入濾波電容以后，二極管導通時間縮短，且在短時間內承受較大的

沖擊電流('c+i。)，為了保證二極管的安全，選管時應放寬裕量。

單相半波整流、電容濾波電路中，二極管承受的反向電壓為

?DR=?c+?2,當負載開路時，承受的反向電壓為最高，為：

URM—2叵1]2

例：設計一單相橋式整流、電容濾波電路。要求輸出電壓

U0=48V,已知負載電阻號-=100。，交流電源頻率為50Hz,試選

擇整流二極管和濾波電容器。

解：流過整流二極管的平均電流：

黃

——I--------=—x=0.24A=240mA

2°2RL2100

變壓器副邊電壓有效值：

U48c

UJrr=--o=——=4710V

1.21.2

整流二極管承受的最高反向電壓：

URM=V2t/2=1.41x40=56.4y

因此可選擇2CZ1IB作整流二極管，其最大整流電流為1A,最

高反向工作電壓為200V。

T()02

取T=RLC=5X3=5X-^-=0.05S,貝I」：

C=—=^^=5()0X10-6F=500nF

RL100

5.電感濾泄

電感濾波適用于負載電流較大的場合。它的缺點是制做復雜、體積大、

笨重且存在電磁干擾。

(a)LC濾波電路(b)CLC濾波電路(c)CRC濾波電路

LC、CLCII型濾波電路適用于負載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的

場合。在負載較輕時，經常采用電阻替代笨重的電感，構成CRCTI型濾波

電路，同樣可以獲得脈動很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和

功率損耗，故只適用于負載電流較小的場合。

本課小結：L濾波元件有兩種，電容與電感，電容與負載并聯，電

感與負載串聯。

2、整流電路帶電容濾波之后的有關計算。

練習與作業：《電子技術基礎》教材P362-7、2-8、2-9、2-11

(2)二極管應用電路

教學目的：了解硅穩壓二極管的結構及特性曲線。

教學重點：簡單硅穩壓管穩壓電路的工作原理。

教學難點簡單硅穩壓管穩壓電路的工作原理。

教學方法與手段：教師講授與學生練習相結合；板書與多媒體課件相結

合。學生實驗實訓相結合。

課時計劃：3課時

一、艇被極邕陰極

°-——°

穩壓管是一種用特殊工藝制造的半導體二極管，穩壓管的穩定電壓就是

反向擊穿電壓。穩壓管的穩壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電

壓變化。

穩壓管的主要參數：

(1)穩定電壓Uz0反向擊穿后穩定工作的電壓。

(2)穩定電流Izo工作電壓等于穩定電壓時的電流。

(3)動態電阻rZo穩定工作范圍內，管子兩端電壓的變化量與相應電流

的變化量之比。即：rz=AUz/AIz

(4)額定功率Pz和最大穩定電流IZM。額定功率Pz是在穩壓管允許結

溫下的最大功率損耗。最大穩定電流IZM是指穩壓管允許通過的最大電

流。它們之間的關系是：

Pz=UzIzM

/+UR一

O->--1I-----?-----

+R，zY+

RL

9DzSUz\]U0

穩壓二極管正常工作電壓為：反向擊穿電壓。

工作原理：

輸入電壓Ui波動時會引起輸出電壓Uo波動。如Ui升高將引起隨之升

高，導致穩壓管的電流Iz急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅

速增大，從而使U。基本上保持不變。反之，當Ui減小時，UR相應減

小，仍可保持U。基本不變。

當負載電流Io發生變化引起輸出電壓Uo發生變化時，同樣會引起Iz的相

應變化，使得U。保持基本穩定。如當I。增大時，I和UR均會隨之增大使

得U。下降，這將導致Iz急劇減小，使I仍維持原有數值保持UR不變，

使得U。得到穩定。力

三、發光二極管就

力

陽極。-----囹——°陰極

LEDE

AD

-1=]~||---------

(a)(b)

當發光二極管的PN結加上正向電壓時，電子與空穴復合過程以光的形

式放出能量。

不同材料制成的發光二極管會發出不同顏色的光。

發光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5?3V）、反應快、體積

小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導體器件，常用于信號

指示、數字和字符顯示。

心

四、陽建3極管——o陰極

光電二極管的正常工作電壓為：反向電壓。

光電二極管的又稱為光敏二極管，其工作原理恰好與發光二極管相

反。當光線照射到光電二極管的PN結時，能激發更多的電子，使之產生

更多的電子空穴對，從而提高了少數載流子的濃度。在PN結兩端加反向

電壓時反向電流會增加，所產生反向電流的大小與光的照度成正比，所以

光電二極管正常工作時所加的電壓為反向電壓。為使光線能照射到PN結

上，在光電二極管的管殼上設有一個小的通光窗口。

本課小結：L穩壓二極管的特性曲線及參數。

2、簡單硅穩壓管的穩壓電路的工作原理。

3、發光二極管與光電二極管的工作原理。

練習與作業:《電子技術基礎》教材P362-12、2-13、2-14、2-

15、2-16

第三章低頻小信號放大電路

第一節放大器概述

教學目的：了解放大的概念、對放大器的基本要求

教學重點：對放大器的基本要求。

教學難點放大器的輸入、輸出。

教學方法與手段：教師講授與學生練習相結合；板書與多媒體課件相結

合。

課時計劃：1課時

一、放大的概念

將微弱的電信號進行有限的放大得到所需要的信號。

放大器的方框圖如下：

輸入放大器輸出

放大器滿足的兩個條件：

1、輸出信號的功率大于輸入信號的功率。

2、輸出信號的波形與輸入信號的波形相同。

二、對放大器的要求

1、要有足夠的放大倍數。

2、要具有一定寬度的通頻帶。

3、非線性失真要小。

4、工作要穩定。

三、放大器的輸入。

輸出輸入

對輸入信號的要求：輸入電流不能過大，電壓不能過高，功率不能太

大，輸入信號的幅度要限制在一定的范圍內。

四、放大器的輸出

輸出輸入

對放大器輸出端的要求：由放大器輸出給下一級電路的電流、電壓、

功率都不能超過規定值。

本課小結：1、放大器的概念及組成放大器的條件。

2、對放大器的基本要求。

3、對放大器輸入、輸出端的要求。

第二節三極管基本放大電路

教學目的：基本放大電路的組成。

教學重點：基本放大電路的組成及各元件的作用。

教學難點基本放大電路各元件的作用。

教學方法與手段：教師講授與學生練習、實驗實訓相結合；板書與多媒

體課件相結合。

課時計劃：6課時

放大的實質：用較小的信號去控制較大的信號。

晶體管放大元件，用基極電流控制集電極電流。

(1)VoiBic

(2)電源Ucc和UBBO使晶體管的發射結正偏，集電結反偏，晶體管處

在放大狀態，同時也是放大電路的能量來源，提供電流iB和ic。Ucc一般

在幾伏到十幾伏之間。

(3)偏置電阻RB0用來調節基極偏置電流IB，使晶體管有一個合適的工

作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。

(4)集電極負載電阻Rc.將集電極電流ic的變化轉換為電壓的變化，

以獲得電壓放大，一般為幾千歐。

(5)電容G、C2o用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放

大電路和信號源及負載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的

電壓損失，CkC2應選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用

二、放大器中電流電壓符號使用規定

1、用大寫字母帶大寫下標表直流分量，如IB、VCO

2、用小寫字母帶小寫下標表交流分量，如ib、vc.

3、用小寫字母帶大寫下標表直流分量與交流分量的疊加，即總量。如iB.

4、用大寫字母加小寫下標表示交流分量的有效值。如Vi、Voo

三、放大器的靜態工作點

1、靜態工作點的概念

靜態是指無交流信號輸入時，電路的工作狀態。電路中由于電源的存

在。產生了一組直流分量。如下圖所示。

Ui=O

由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點，用

Q表示，所以稱為靜態工作點。

Uc

2、放大器設置靜態工作點的目的。

1)、放大器沒有靜態工作點的情況。

動態——uiHO時電路的工作狀態。

放大器沒有設置靜態工作點產生了波形失真。

2）、放大器設置靜態工作點的目的是保證信號不失真

放大器由于設置了靜態工作點，保證了信號在整個周期放大器都處于放

大狀態，保證了信號不失真。

四、放大原理

在放大電路中，設輸入信號電壓ui從基極與發射極輸入，被輸出的信號

從集電極與發射極輸出。變化的Ui產生了變化的ib,使各點的波形都產生

了相應的變化。它們的變化作用如下圖所示。

從上圖可知，輸出信號與輸入信號反相。這是基本放大器的重要特

點。

五、直流通路與交流通路

1、直流通路：直流信號流經的路徑。

直流通路的畫法：將交流電源短路，電容開路。

3、交流通路：交流信號流經的路徑。

交流通路的畫法：將電容短路，直流電源對地短路。經整理如下圖所

六、基本放大電路的分析方法

（一）、放大器的常用指標

1、放大倍數

1）、電壓放大倍數AvAv=Vo/Vi

2）、電流放大倍數AiAi=Io/Ii

3）、功率放大倍數ApAp=P0/Pi

2、放大器的增益

1）、功率增益Gp=lgAp=10lg（P0/Pi）dB

2）、電壓增益Gv=20lgAv

3）、電流增益Gi=20lgA

3、輸入電阻和輸出電阻、

1）、輸入電阻：從放大器的輸入端看進去的交流等效電阻。

放大器的輸入電阻越大越好，越大對信號源的影響越小。

2）、輸出電阻：從放大器的輸出端看進去的交流等效電阻。

放大器的輸出電阻越小越好，越小對負載越好。

4、通頻帶

放大器的通頻帶是指放大器的幅頻特性曲線的上限截止與下限截止頻

率之間的頻率范圍。放大器的通頻帶不能太寬，也不能太窄。太寬干擾

信號易進，太窄會丟失信號。

（二）、放大器的估算法

1、靜態工作點的估算（由直流通路估算）

例1:計算下圖所示電路的靜態工作點。

已知：VCC=12V,RC=4KQ,Rb=300KQ邛=37.5

Rs鳳UO

解：畫出直流通路如下圖所示

IBRB+UBE=Vcc

IB=(Vcc-UBE)/Rb*Vcc/RB=12/300=30uA

Ic=piB=40x37.5=1.5mA

IcRc+UCE=Vcc

UCE=VCC-ICRC=12-1.5X4=6V

2、輸入電阻和輸出電阻的估算

(1)、三極管輸入電阻rbe的估算公式

26(mV)

&=300+(1+

/EQ(mA)

(2)、放大器的輸入電阻ri和輸出電阻ro的估算

ri=Rb岸*rbe

ro~Rc

3、放大器放大倍數的估算(由交流通路估算)

Ui=ii(Rb幽?ibrbe

,

v0=-ic(Rc/KL)=icRL

ic邛ib

Vo=-icRL=-pibRL

,,

Av=v0/vi=(-pibRL)/ibRL=-pR'i

例：圖示電路，已知Ucc=12V,/?B=300kQ,

&=3kQ,/?L=3kQ,&=3kQ,4=50,試求：

(1)RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍

數A?；

(2)輸入電阻用和輸出電阻凡；

(3)輸出端開路時的源電壓放大倍數A,="。

解：先求靜態工作點

=3-皿必='=40UA

BQRBRB300

IQQ=々BQ=50x0.04=2mA

°CEQ=UQQ—1CQRc=12-2x3=6V

再求三極管的動態輸入電阻

26(mV)

=300+(1+夕)2amV)=3()()+(i+5o)=963Q?0.963kQ

/EQ(mA)2(mA)

(1)心接入時的電壓放大倍數4為:

“3x3

QD，50x----

4=-絲=3±1=-78

小0.963

&斷開時的電壓放大倍數人為：

;俄c50x3

----=-----=-130

rbe0.963

(2)輸入電阻尺為:

Rj=RBH%=300//0.963?0.96kQ

輸出電阻凡為:

R°=Rc=3k。

(3).=U%=—U上U=—R=’]x(-156)=—39

UsUs5&+&3+1

本課小結：L了解放大器中電流、電壓符號使用規定.

2、放大器的靜態工作點的概念、靜態工作點的作用.

3、靜態工作點、輸入、輸出電阻、放大倍數的估算.

4、放大器的分析方法.

練習與作業:《電子技術基礎》教材P603-1、3-2、3-3、3-4、3-9、3-

10.

第二節具有穩定工作點的放大電路

教學目的：1、分壓式偏置電路的結構及工作原理。

2、分壓式偏置電路靜態工作點、電壓放大倍數、輸入、輸出

電阻的計算。

教學重點：L分壓式偏置電路穩定靜態工作點的原理。

2、靜態工作點的計算

教學難點：L靜態工作點的計算。

2、分壓式偏置電路穩定靜態工作點的原理。

教學方法與手段：教師講授與學生練習相結合；板書與多媒體課件相結

合。

課時計劃：2課時

一、分壓式偏置電路的結構及工作原理

一）電路結構

二）、工作原理

溫度對靜態工作點的影響

UBE減小

溫度升/CBO增大7c增大

￡增大

溫度

d-/cfftfUE(=/ERE)t-UBE(=UB-IERE)I-/B,

/cH---------------------------------------------1

在該電路中與Re并聯的電容Ce是提供交流信號的通道，減少信號的損

耗，使放大器的交流信號放大能力不致因Re而降低。

二、靜態工作點的計算

靜態工作點的計算如下：

U=—V

&B1+?B2

UB-°BEQ

1CQb，EQ=

RE

1CQ

，BQ=

P

UCEQ=Ucc—1CQ(Rc+RE)

三、電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻的計算

畫出放大器的交流通路如下所示:

+b

e

5小□M

M

Au

小e

&-RB1〃RB2"rbe

R。

例：圖示電路（接在），已知6CC=12V,/?Bl=20kQ,/?B2=10kQ,

AC=3kQ,/?E=2kQ,/?L=3kQ邛=50。試估算靜態工作點，并求電壓

放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。

解：（1）用估算法計算靜態工作點

若小二…

4-0.7

=1.65mA