資源簡介

(共54張PPT)
二、初識模擬電路
第三章 電子控制技術的信號處理
知識點講解
半導體 純凈的半導體硅、鍺的晶體，叫做半導體。每個原子與相鄰的四個原子之間通過共價鍵結合。
知識點講解
半導體導電 由于熱運動，半導體中電子掙脫束縛，稱為自由電子，帶負電，留下的空位叫空穴，帶正電。它們共同參與導電，成為載流子。
（1）溫度越高，半導體的電阻越小。
（2）相同條件下，鍺的導電性比硅要好。
半導體二極管
陽極
陰極
陰極
半導體二極又稱晶體二極管,簡稱二極管
由一個PN結加上引線及管殼構成.
PN結具有單向導電性。
檢波、整流、開關、穩壓等
半導體二極管
概念
特性
作用
知識點講解
PN結
利用摻雜工藝在一塊晶體的兩邊分別形成P型和N型半導體
知識點講解
PN結正向偏置
PN結外加正向電壓（P區接高電勢，N區接低電勢）時，外電場與耗盡層電場方向相反，相互抵消，耗盡層變窄。當電壓足夠大時，外電場完全抵消內電場，耗盡層消失，此時，PN結正向導通。
導通電壓
硅管 0.6-0.7V
鍺管 0.2-0.3V
發光二極管1.6V以上
知識點講解
PN結反向偏置
PN結外加反向電壓（P區接低電勢，N區接高電勢）時，外電場與耗盡層電場方向相同，相互加強，耗盡層變寬。電壓越大，耗盡層越寬，自由載流子越難通過耗盡層。此時PN結反向截止。
單向導電性
P
N
二極管的工作原理--- 單向導電性
知識點講解
二極管根據不同功能，可分為整流二極管，穩壓二極管，光敏二極管，發光二極管(LED)等。對應符號如下。
光敏二極管和穩壓二極管工作時需加反偏電壓。
普通二極管
光敏二極管
發光二極管
穩壓二極管
知識點講解
二極管實物圖
普通二極管 穩壓二極管 發光二極管 光敏二極管
負極色環 長的引腳是正極
知識點講解
知識點講解
二極管是最常用的電子元件之一，它最大的特性就是單向導電性。
理想二極管：正向導通時，兩端電壓(導通壓降)為零；反向截止時，相當于斷開。
實際二極管正向導通壓降：硅管 0.7V
鍺管 0.3V
18年4月選考11.【加試題】如圖所示的兩個電路，下列關于流過電阻R1、R2電流方向的判斷中正確的是（ ）
A.由a到b,由c到d B.由a到b,由d 到c
C.由b到a,由c到d D.由b到a,由d 到c
A
例題
例題
B
例題
B
例題
例題
例題
下列關于二極管的說法正確的是（ ）
A.硅二極管的正向導通壓降約為0.7V
B.紅光LED與藍光LED發光時的正向壓降相等
C.使用萬用表合適的電阻檔可以較準確測出二極管的正向電阻，即在電路導通時的電阻
D.通常二極管的外殼上由極性標注環，由標注的這一側引腳為陽極
A
PN結
經過特殊的工藝加工，將P型半導體和N型半導體緊密的結合在一起，則在兩種半導體的交界處會出現一個特殊的接觸面，稱為PN結。
三極管組成
半導體三極管的核心是兩個緊靠著的PN結。兩個PN結將半導體基片分成三個區域：發射區、基區和集電區。由這三個區各引出一個電極，分別稱為發射極、基極和集電極，用字母E、B、C表示。通常將發射極與基極之間的PN結稱為發射結；集電極與基極之間的PN結稱為集電結。
管腳識別
大功率三極管，外殼作為第三根引腳。
電流流向
由于半導體基片材料不同，三極管可分為PNP和NPN型兩類。由圖可見，兩種符號的區別在于發射極的箭頭方向不同。實際上發射極箭頭方向就是發射結正向偏置電流的方向。
Ie
Ib
Ic
Ic
Ib
Ie
Ic
Ib
Ie
Ic
Ib
Ie
三極管電流放大
三極管的電流放大并不是指其自身能把小電流變成大電流，它僅僅是起著一種控制作用，控制著電路中的電源，使其按確定的比例向三極管提供lb,lc和le三個電流。
截止狀態：細管水壓很小，不足以打開閥門。
放大狀態：細管水流越大，閥門開啟越大，粗管水流越大
——以小控大，以弱控強
飽和狀態：當閥門開到一定程度，細管水流增大，粗管水流不再增大
粗管子內裝有閥門，閥門的開度由細管子中的水壓控制，水流類比電流，水壓類比電壓
三極管工作狀態
1.截止區
Ib=0以下的區域稱為截止區。Ib=0,即在死區電壓之內，Ube很小，故發射結為反偏，集電結也為反偏。無論Uce怎么變化，Ic都很小，趨于0,Uce≈Vcc。此時集電極與發射極相當于一只斷開的開關。
2.放大區
指輸出特性曲線之間間距接近相等，且互相平行的區域。發射結正偏，集電結反偏。在這一區間，基極電流有微小的變化，Ic將按比例發生較大的變化，即Ic=β*Ib。當Uce大于1V左右以后，無論Uce怎樣變化，Ic幾乎不變，這說明三極管具有恒流特性。
三極管工作狀態
3.飽和區
三極管工作在這個區域時，Uce很小，且Uce三極管電流放大
由實驗可知：
Ic=β*Ib
Ie=Ib+Ic
即發射極電流等于基極電流和集電極電流之和，無論是NPN還是PNP。
總結：
（1）三極管是電流控制型元件，”以小控大”。
（2）三極管的放大作用，需要一定的外部工作條件，即必須保證三極管發射結加正向電壓（正偏），集電結加反向電壓（反偏）。NPN三個電極上的電位分布為Vc>Vb>Ve。PNP三個電極上的電位分布為Vc三極管電流放大
綜合以上情況可以得出結論:要使三極管起電流放大作用，必須保證發射結加正向偏置電壓，集電結加反向偏置電壓。
正偏：P區電位高于N區電位
反偏：P區電位低于N區電位
三極管練習
例題3、某三極管電路中，測得三極管的CBE三個引腳電位分別是6V,3.7V, 3V,則該三極管工作狀態是（ ）。
A.截止 B.飽和 C.放大 D.不確定
C
三極管練習
例題3改編：某放大電路中，測得三極管的三個引腳①②③電位分別是3.7V,6V,3V,則該三極管引腳對應正確的是（ ）。
A. ①C②B③E B. ①B②C③E C. ①E②B③C D.不確定
再改編：某放大電路中，測得三極管的三個引腳①②③電位分別是6V,6.7V, 3V,則該三極管引腳對應正確的是（ ）。
A. ①C②B③E B. ①B②C③E C. ①B②E③C D.不確定
B
C
歸納：一審題，找放大；二排序，定基極;三特殊，0.7V
三極管練習
例題4、某工作電路中三極管的三個引腳如圖所示，VXY=6V,VXZ=0.7V,則XYZ的引腳分別是（ ）。
A.ebc B.cbe C.ceb D.ecb
Z
Y
X
【解析】
假設X點位“0”電位，則VY=-6V,VZ=-0.7V
D
即：Vx>VZ>VY
0.7V
Vc＞ Vb ＞ Ve
【思考】若假設Y或者Z點為參考點，結果是否會發生變化？
練習鞏固
-9V
-2.3V
-2V
12v
-0.7v
0v
3.3V
3.7V
3V
（1）判斷三極管處于什么狀態？
截止
截止
飽和
練習鞏固
-1V
-1.7V
-5V
0.3V
1V
-3V
-2V
-2.7V
-2.2V
飽和
放大
截止
練習鞏固
5.05mA
5mA
80mA
2mA
(3)判斷三極管的型號及電流大小和方向
0.05mA
82mA
NPN型
PNP型
三極管NPN 型
Ie
Ib
Ic
NPN 三極管要想能夠工作，必須集電極接高電平，發射極接低電平，即 Uc＞Ue。若三極管接反，即 Ue＞Uc，則三極管不工作，三極管截止不導通，電流不能通過三極管。
三極管工作狀態——截止狀態
Va=0
三極管的三種工作狀態
截止狀態下：Ib 太小（Ib≈0），頂不動閥門，閥門的關閉導致水被困在上面的水管中不能流動（Ic=0；Ie=0）。
放大狀態下：Ib 增大，頂開閥門，水會從上面 Ic 通過打開的閥門流下，和小電流Ib 匯入到下管（發射極），Ie=Ic+Ib。這樣就實現小電流（Ib）控制大電流（Ic）的功能，故名“放大”，放大倍數為β，Ic=β Ib。所以：Ie＞Ic＞Ib。
飽和狀態下：Ib 繼續增大，閥門開到最大，由于管徑的限制，水流趨向于恒定，此時，Ic 不會再受 Ib 的控制，Ib 的增大已無法影響 Ic。
三極管的截止、放大和飽和——PNP 型
Ic
Ib
Ie
PNP 三極管要想能夠工作，必須集電極接低電平，發射極接高電平，即 Uc＜Ue。若三極管接反，即 Ue＜Uc，則三極管不工作，三極管截止不導通，電流不能通過三極管。
三極管工作狀態——截止狀態
Va=0
三極管的三種工作狀態
截止狀態下：Ib 太?。↖b≈0），頂不動閥門，閥門的關閉導致水被困在發射極的水管中不能流動
放大狀態下：Ib 增大，頂開閥門，水會從上面 Ie 通過打開的閥門流下，分流為小電流 Ib 和大電流 Ic，即Ie=Ic+Ib。這樣就實現小電流（Ib）控制大電流（Ic）的功能，故名“放大”，放大倍數為β，即Ic=βIb。所以：Ie＞Ic＞Ib。
飽和狀態下：Ib 繼續增大，閥門開到最大，由于管徑的限制，水流趨向于恒定，此時，Ic 不會再受 Ib 的控制，Ib 的增大已無法影響 Ic。
三極管的電位分析一個解題技巧
A
A
對于NPN而言，當信號電位A點電位較高時，三極管趨于飽和狀態，此時，變小，反之，當信號電位A點電位較低時，三極管趨于截止狀態，此時，變大。
對于PNP而言，當信號電位A點電位較低時，三極管趨于飽和狀態，此時，變小，反之，當信號電位A點電位較高時，三極管趨于截止狀態，此時，變大。
三極管電位判定和狀態判定依據有哪些？
1、在確定有電（導通）的情況下，根據基極和集電極電位比較，來得出放大還是飽和
2、當NPN集電極接在Vcc時，該NPN不可能飽和
當PNP集電極接在負極時，該PNP不可能飽和
3、導線相連，沒有電阻或者用電器串聯，則導線處電位處處相等，一般默認為電位不變，常見的有 鎖住信號電位（基極沒有串電阻時）
4、根據基極電阻或電流變化，觀察集電極電流有沒有跟著變化，若有則為放大狀態，反之則為飽和狀態
5、硅管導通情況下，大于0.7V時，三極管為放大狀態，于0.7V時，三極管為飽和狀態。
三極管拓展提升
比較三種電路：
Vcc
V1
Rg
Rp
Rc
Vi
Uo
Vcc
V2
Rg
Rp
Rc
Rb
Vi
Uo
Vb隨Ue變化
Rb隔離發射結電位
發射結鉗位Vi
Vcc
V2
Rg
Rp
Re
Rb
Vi
集電結永不正偏
決不會飽和
一定會飽和嗎？
Vi=Vb=0.7V
若基極和發射極有元器件，又如何？
練習鞏固
D
練習鞏固
已知該電路的三極管工作在放大狀態
如何調大Ic？
1.增大Vcc
2.增大β
3.增大Rb
4.增大Rp
謝 謝！
三極管工作狀態——截止狀態
調節 Rp 為 0，則 a 點電勢為 0，a 點與 e 極的電勢差為 0，所以 b 點與 e 極的電勢差也為 0，即Ube=Ub-Ue=0，發射結處于零偏狀態，發射結不導通，e 區的負電荷不會定向移動到 b 區，b 極 和 e 極之間沒有電流。由于 Uc＞0，所以 b 極和 c 極之間也沒有電流，此時三極管處于截止狀態。此時Ic=0，Ib=0，Ie=0。
若 Ub＜Ue，則 Ube＜0，發射結反偏，發射結不導通，三極管截止。此時集電結反偏。
若調節 Rp，使 Ub＞Ue，但 Ub-Ue＜0.7V（硅管的導通電壓），發射結處于正偏狀態，但不導通，三極管截止。此時集電結反偏。
截止狀態：發射結反偏（零偏），集電結反偏
發射結雖然正偏，但Ube小于導通電壓，集電結反偏
三極管工作狀態——放大狀態
調大 Rp，則 a 點電勢升高，當 b 點電勢升高到大概0.7v 時，即 b 點與 e 極的電勢差為 0.7v，即 Ube=Ub-Ue=0.7v，發射結正偏導通，發射區的負電荷在 be間電場的作用下從 e 區定向移動到 b 區。由于在截止狀態下，c 極電勢為 5V，故 c 極與 b 極之間的電場使移動到 b 區的負電荷大部分向 c 極移動，形成 c 極電流 Ic，也有極少一部分負電荷向 b 極移動，形成 b極電流。故 Ic＞0，Ib＞0。由于 Ic 和 Ib 都是 e 區電荷移動所產生的，故 Ie=Ib+Ic＞0。由于三極管內部結構的緣故，此時 Ib 和 Ic 具有一定的倍數關系，因此用 Ic=βIb 來表示。故稱此狀態下的三極管處于放大狀態。
三極管工作狀態——放大狀態
綜上，當加在三極管發射結的電壓 Ube 大于 PN 結的導通電壓，并處于某一恰當的值時，發射結正偏，集電結反偏，此時有 Ic=βIb，稱 Ib 對 Ic 有控制作用，也可以說 Ic 對 Ib 有放大作用，也就是說三極管具有電流放大作用。
在放大狀態下繼續調大 Rp，則 a 點電勢繼續升高，a 點與 e 極的電勢差也會增大，而發射結導通后的壓降 Ube 恒為 0.7v 不變，故 R2 兩端電勢差就會增大，流過 R2 的電流變大，即 Ib 變大，而 Ic=βIb 也會跟著變大，R3 兩端的電勢差也會變大，而 c 極電壓會不斷變小。發射極和集電極之間電壓差 Uce=Uc-Ue將變小，在整個過程中，始終滿足 0.3v＜Uce＜Vcc。
由于 Ic 流過 R3 使 R3 兩端產生電勢差，c 極電勢 Uc 降低，又由于三極管剛從截止狀態進入導通狀態，Ic 還不是很大，故 Uc 不會降低很多，此時三極電勢滿足 Uc＞Ub＞Ue，故發射結正偏，集電結反偏。
三極管工作狀態——飽和狀態
在放大狀態，c 極電勢 Uc 隨著 Ic 的增大而變小，但由于 c 極電勢一定要大于 e 極電勢，故 c 極電勢不會一直下降，當 c 極和 e 極之間的電勢差 Uce=Uc-Ue≤0.3v 時，c 極電勢就不會再降低，此時 R3 兩端的電勢差不會變化，流過 R3 的電流 Ic 也不再變化并達到最大值，此時稱三極管進入飽和導通狀態。在飽和導通狀態下，如果繼續增大 a 點電勢，Ib 會繼續升高，而 Ic 已經達到最大值將保持不變，故飽和狀態下 Ic≠β Ib，其計算特征滿足 Ic＜β Ib。由于 Ic 和 Ib 依然是 e 區電荷移動所產生的，故Ie=Ib+Ic 依舊成立。同時由于 Ube=0.7v，Uce≤0.3v，所以三極電勢為 Ub＞Uc＞Ue，此時發射結正偏，集電結正偏。集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態。
三極管工作狀態——截止狀態
調節 Rp 為 0，則 a 點電勢為 5V（Vcc），e 極與 a 點的電勢差為 0，所以 e 極與 b 點的電勢差也為0，即 Ueb=Ue-Ub=0，發射結處于零偏狀態，發射結不導通，e 區的正電荷不會定向移動到 b區， e 極和 b 極之間沒有電流，c 極和 b 極之間也沒有電流，此時三極管處于截止狀態。此時 Ic=0，Ib=0，Ie=0。
若 Ub＞Ue，則 Ube＞0，發射結反偏，發射結不導通，三極管截止。此時集電結反偏。
若調節 Rp，使 Ub＜Ue，但 Ue-Ub＜0.7V（硅管的導通電壓），發射結處于正偏狀態，但不導通，三極管截止。此時集電結反偏。
三極管工作狀態——放大狀態
調大 Rp，則 a 點電勢降低，當e 極與 b 點的電勢差為 0.7v，即 Ueb=Ue-Ub=0.7v，發射結正偏導通，發射區的在電荷在 eb 間電場的作用下從 e 區定向移動到 b 區。由于在之前的截止狀態下 R3 上沒有電流，故 c 極電勢為 0V，故 b 極與 c 極之間的電場使移動到 b 區的正電荷大部分向 c 極移動，形成 c 極電流 Ic，也有極少一部分負電荷向 b 極移動，形成 b 極電流。故 Ic＞0，Ib＞0。由于 Ic 和 Ib 都是 e 區電荷移動所產生的，故 Ie=Ib+Ic＞0。由于三極管內部結構的緣故，此時 Ib 和 Ic 具有一定的倍數關系，因此用 Ic=βIb來表示。故稱此狀態下的三極管處于放大狀態。
三極管工作狀態——放大狀態
綜上，當加在三極管發射結的電壓 Ueb 大于 PN 結的導通電壓，并處于某一恰當的值時，發射結正偏，集電結反偏，此時有 Ic=βIb，稱 Ib 對 Ic 有控制作用，也可以說 Ic 對 Ib 有放大作用，也就是說三極管具有電流放大作用。
在放大狀態下繼續調大 Rp，則 a 點電勢繼續降低，a 點與 e 極的電勢差也會增大，而發射結導通后的壓降 Ube 恒為 0.7v 不變，故 R2 兩端電勢差就會增大，流過 R2 的電流變大，即 Ib 變大，而 Ic=βIb 也會跟著變大，R3 兩端的電勢差也會變大，而 c 極電壓會不斷升高。發射極和集電極之間電壓差 Uec=Ue-Uc將變小，在整個過程中，始終滿足 0.3v＜Uec＜Vcc。
由于 Ic 流過 R3 使 R3 兩端產生電勢差，c 極電勢 Uc 升高，又由于三極管剛從截止狀態進入導通狀態，Ic 還不是很大，故 Uc 不會升高很多，此時三極電勢滿足 Uc＜Ub＜Ue，故發射結正偏，集電結反偏。
三極管工作狀態——飽和狀態
在放大狀態，c 極電勢 Uc 隨著 Ic 的增大而變大，但由于 c 極電勢一定要小于 e 極電勢，故 c 極電勢
不會一直升高，當 c 極和 e 極之間的電勢差 Uec=Ue-Uc≤0.3v 時，c 極電勢就不會再升高，此時 R3 兩端的電勢差不會變化，流過 R3 的電流 Ic 也不再變化并達到最大值，此時稱三極管進入飽和導通狀態。在飽和導通狀態下，如果繼續降低 a 點電勢，Ib 會繼續升高，而 Ic 已經達到最大值將保持不變，故飽和狀態下 Ic≠β Ib，其計算特征滿足 Ic＜β Ib。由于 Ic 和 Ib 依然是 e 區電荷移動所產生的，故
Ie=Ib+Ic 依舊成立。同時由于 Ueb=0.7v，Uec≤0.3v，所以三極電勢為 Ub＜Uc＜Ue，此時發射結正偏，
集電結正偏。

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