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本课件从半导体的导电特性讲起，说明本征半导体与杂质半导体的导电机理，介绍 PN 结的单向导电性与二极管、整流滤波电路的工作原理，进而讲解晶体管的结构、特性曲线与放大电路的组成、静态与动态分析方法。
本页为模拟电子技术基础章首页，列出本章主要小节与内容框架。
本章围绕上述小节依次展开讲解。
10.1.1本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。
例如：提纯后的硅和锗材料(四价元素）硅单晶体中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。
SiSiSiSi价电子本征半导体的导电机理空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。
自由电子失去一个电子变为正离子
10.1.2 N型半导体和P型半导体1.N型半导体掺入五价元素SiSiSiSip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。
在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
10.1.2 N型半导体和P型半导体2.P型半导体掺入三价元素SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。
2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。
3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。
abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。
（a.电子电流、b.空穴电流）ba
10.2 PN结及其单向导电性10.2.1PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型区N型区内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。
扩散的结果使空间电荷区变宽。
扩散和漂移达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。
－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－空间电荷区，即PN结（耗尽层）
10.2.2 PN结的特性1. PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场I内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。
PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+
PN结变宽2. PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。
IP接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
–+PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。
10.3二极管按材料分硅管锗管按结构分点接触型面接触型按用途分普通管整流管……PN阳极阴极半导体二极管符号
10.3.1伏安特性硅管0.5V锗管0.1V反向击穿电压U(BR)导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。
外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单向导电性。
正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数。
10.3.2主要参数1.最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
2.反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。
3.反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。
反向电流大，说明管子的单向导电性差，温度越高反向电流越大。
硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大
二极管的单向导电性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。
2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。
3.外加反向电压大于反向击穿电压时，二极管被击穿，失去单向导电性。
4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。
二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。
若V阳>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。
uDO10.4.1单相半波整流电路2.工作原理u正半周，Va>Vb，二极管D导通
3.工作波形u负半周，Va< Vb，二极管D截止。
1.电路结构–++–aTrDuoubRLiou tOuoO
4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM
10.4.2单相桥式整流电路2.工作原理u正半周，Va>Vb，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。
3.工作波形uD2uD41.电路结构 －uouD t tRLuiouo1234ab+–+– －u
13.1.2单相桥式整流电路2.工作原理3.工作波形uD2uD41.电路结构RLuiouo1234ab+–+–u正半周，Va>Vb，二极管1、3导通，2、4截止。
u负半周，Va<Vb，二极管2、4导通，1、3截止。
4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM
10.5晶体管晶体管的结构示意图和表示符号(a)NPN型晶体管
(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP型晶体管CE发射区集电区基区集电结发射结NNP基极发射极集电极BCE发射区集电区基区P发射结P集电结N集电极发射极基极B10.5.1基本结构
10. 5. 2电流分配和放大原理1.三极管放大的外部条件BECNNP发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：NPN发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VBEBRBECRC
晶体管电流放大的实验电路 设EC=6V，改变可变电阻RB,则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化，测量结果如下表：2.各电极电流关系及电流放大作用mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100
晶体管电流测量数据IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论: (1)IE=IB+IC符合基尔霍夫定律 (2)IC IB
实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。
+UBE ICIEIBCTEB +UCE (a) NPN型晶体管
+UBE IBIEICCTEB +UCE 电流方向和发射结与集电结的极性(4)要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。
(b) PNP型晶体管
3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略。
发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。
进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，在外电场作用下基区价电子受激发而不断补充复合的空穴，形成电流IBE，多数扩散到集电结。
发射区的自由电子进入基区后大部分向集电结运动，在外电场的作用下被拉入集电区，形成ICE。
集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。
3.三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO IBEICE与IBE之比称为共发射极静态电流放大系数集－射极穿透电流,温度 ICEO (常用公式)若IB=0,则IC ICEO
10.5.3特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。
为什么要研究特性曲线：(1)直观地分析管子的工作状态(2)合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路mA AVVICECIBRB+UBE +UCE EBCEB3DG100
2.输出特性共发射极电路ICEC=UCCIBRB+UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 µA80µA60 µA40 µA20 µAO3 6 9 1242.31.5321IB=03DG100晶体管的输出特性曲线在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性曲线是一组曲线。
2.输出特性晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区3DG100晶体管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100 µA80µA60 µA40 µA20 µAO3 6 9 1242.31.5321IB=0(1)放大区在放大区IC= IB，也称为线性区，具有恒流特性。
在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。
对NPN型管而言,应使UBE> 0,UBC<0，此时，UCE>UBE。
IC/mAUCE/V100 µA80µA60 µA40 µA20 µAO3 6 9 1242.31.5321IB=0(2)截止区NPN型硅管，UBE<0.5V时,已开始截止
为可靠截止,常使UBE 0。
截止时,集电结也处于反向偏置(UBC<0),此时：IC 0,UCE UCC。
IB= 0的曲线以下的区域称为截止区。
IC/mAUCE/V100 µA80µA60 µA40 µA20 µAO3 6 9 1242.31.5321IB=0(3)饱和区在饱和区， IB≠IC，发射结正向偏置，集电结正偏。
此时，硅管UCE 0.3V，锗管UCE 0.1V。
当UCE<UBE时，集电结处于正向偏置(UBC> 0)，晶体管工作于饱和状态。
晶体管三种工作状态的电压和电流(a)放大+UBE> 0 ICIB+UCE UBC< 0+(b)截止IC 0IB= 0+UCE UCC UBC< 0++UBE 0 (c)饱和+UBE>0 IB+UCE 0 UBC> 0+饱和时，UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，电阻很小
截止时，IC 0，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，电阻很大。
即晶体管有放大作用外，还有开关作用。
00.10.5 0.10.6 ~ 0.7 0.2 ~ 0.30.3 0.10.7 0.3硅管(NPN)锗管(PNP)可靠截止开始截止UBE/VUBE/VUCE/VUBE/V截止放大饱和工作状态管型晶体管结电压的典型值10.5.4主要参数表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。
10.5.4主要参数1.电流放大系数有， 直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，注意：和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值接近。
常用晶体管的 值在20 ~ 200之间。
例：在UCE= 6 V时，在Q1点IB=40 A,IC=1.5mA
在以后的计算中，一般作近似处理： =。
IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC/mA1234UCE/V9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得
2.集-基极反向截止电流ICBOICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。
温度 ICBO ICBO A+–EC3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO AICEOIB=0+–ICEO受温度的影响大。
温度 ICEO ，所以IC也相应增加。
三极管的温度特性较差。
4.集电极最大允许电流ICM5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。
当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。
手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。
6.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。
ICUCE=PC PCM硅管允许结温约为150 C，锗管约为70 90 C。
ICMU(BR)CEO由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEOPCM安全工作区
晶体管T--放大元件,iC= iB。
要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。
基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。
共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE 10.6共发射极放大电路
集电极电源EC--为电路提供能量。
并保证集电结反偏。
集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。
耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使交流信号顺利输入、输出。
信号源共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE负载
单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE
1.电压放大倍数Au2.输入电阻ri3.输出电阻ro
直流电源总电压或总电流交流分量静态值名称电压电动势平均值瞬时值有效值瞬时值IB(AV)iBIbibIB基极电流IC(AV)iCIcicIC集电极电流IE(AV)iEIeieIE发射极电流UCE(AV)uCEUceuceUCE集—射极电压UBE(AV)uBEUbeubeUBE基—射极电压UCCEC集电极电源UBBEB基极
10.7.1用放大电路的直流通路确定静态值1.直流通路估算IB根据电流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC当UBE<<UCC时，由KVL:UCC=IBRB+UBE由KVL:UCC=ICRC+UCE所以UCE=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB
10.7.2用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：1.用估算法确定IB优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。
2.由输出特性确定IC和UCEUCE= UCC–ICRC直流负载线方程+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB
UCE/VIC/mAO11.2.2用图解法确定静态值 直流负载线斜率ICUCEUCCUCE=UCC–ICRC直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点
10.8.1图解法DC1.交流负载线交流负载线直流负载线交流负载线反映动态时电流iC和电压uCE的变化关系。
交流负载线斜率 ´iC/mA4321O3691215B80 AA60 A40 A20 AuCE/VQUcc
2.图解分析QuCE/VttiB/ AIBtiC/mAICiB/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQiCQ1Q2ibuiuo由uO和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大电路的电压放大倍数。
3.非线性失真如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。
若Q设置过高：晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。
Q2uO适当减小基极电流可消除失真。
若Q设置过低：晶体管进入截止区工作，造成截止失真。
适当增加基极电流可消除失真。
uiuOtiB/ AiB/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。
3.非线性失真
当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。
1.晶体管的微变等效电路 UBE IB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。
11.3.2微变等效电路法(1)输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。
(2)输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。
晶体管的输出电阻输出特性输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。
晶体管的电流放大系数晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic= ib等效代替，即由 来确定ic和ib之间的关系。
一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。
ibicicBCEib ib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶体管的微变等效电路rbeBEC晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。
晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic= ib等效代替。
2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。
ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii
分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。
微变等效电路2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。
3.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。
负载电阻愈小，放大倍数愈小。
式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。
4.放大电路输入电阻的计算定义：输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。
+-信号源Au放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。
电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。
放大电路信号源+-+-
5.放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。
+_RLro+_定义：输出电阻是动态电阻，与负载无关。
输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。
电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。
RSRL+_Au放大电路+_
10.9静态工作点的稳定合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。
但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。
前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。
iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。
当温度升高使IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。
结论：当温度升高时，IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。
分压式偏置电路1.稳定Q点的原理基极电位基本恒定，不随温度变化。
1.稳定Q点的原理VB集电极电流基本恒定，不随温度变化。
从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。
但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。
而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。
在估算时一般选取：I2= (5 ~10)IB，VB= (5 ~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。
参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–
2.静态工作点的计算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–
3.动态分析对交流：旁路电容CE将RE短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。
如果去掉CE，Au，ri，ro？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–
RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE，Au，ri，ro?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE
无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri提高ro不变
RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS时
解:(1)由直流通路求静态工作点。
直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB
(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。
RS微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RE1
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