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二、初识模拟电路
第三章 电子控制技术的信号处理
知识点讲解
半导体 纯净的半导体硅、锗的晶体，叫做半导体。每个原子与相邻的四个原子之间通过共价键结合。
知识点讲解
半导体导电 由于热运动，半导体中电子挣脱束缚，称为自由电子，带负电，留下的空位叫空穴，带正电。它们共同参与导电，成为载流子。
（1）温度越高，半导体的电阻越小。
（2）相同条件下，锗的导电性比硅要好。
半导体二极管
阳极
阴极
阴极
半导体二极又称晶体二极管,简称二极管
由一个PN结加上引线及管壳构成.
PN结具有单向导电性。
检波、整流、开关、稳压等
半导体二极管
概念
特性
作用
知识点讲解
PN结
利用掺杂工艺在一块晶体的两边分别形成P型和N型半导体
知识点讲解
PN结正向偏置
PN结外加正向电压（P区接高电势，N区接低电势）时，外电场与耗尽层电场方向相反，相互抵消，耗尽层变窄。当电压足够大时，外电场完全抵消内电场，耗尽层消失，此时，PN结正向导通。
导通电压
硅管 0.6-0.7V
锗管 0.2-0.3V
发光二极管1.6V以上
知识点讲解
PN结反向偏置
PN结外加反向电压（P区接低电势，N区接高电势）时，外电场与耗尽层电场方向相同，相互加强，耗尽层变宽。电压越大，耗尽层越宽，自由载流子越难通过耗尽层。此时PN结反向截止。
单向导电性
P
N
二极管的工作原理--- 单向导电性
知识点讲解
二极管根据不同功能，可分为整流二极管，稳压二极管，光敏二极管，发光二极管(LED)等。对应符号如下。
光敏二极管和稳压二极管工作时需加反偏电压。
普通二极管
光敏二极管
发光二极管
稳压二极管
知识点讲解
二极管实物图
普通二极管 稳压二极管 发光二极管 光敏二极管
负极色环 长的引脚是正极
知识点讲解
知识点讲解
二极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电性。
理想二极管：正向导通时，两端电压(导通压降)为零；反向截止时，相当于断开。
实际二极管正向导通压降：硅管 0.7V
锗管 0.3V
18年4月选考11.【加试题】如图所示的两个电路，下列关于流过电阻R1、R2电流方向的判断中正确的是（ ）
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
例题
例题
B
例题
B
例题
例题
例题
下列关于二极管的说法正确的是（ ）
A.硅二极管的正向导通压降约为0.7V
B.红光LED与蓝光LED发光时的正向压降相等
C.使用万用表合适的电阻档可以较准确测出二极管的正向电阻，即在电路导通时的电阻
D.通常二极管的外壳上由极性标注环，由标注的这一侧引脚为阳极
A
PN结
经过特殊的工艺加工，将P型半导体和N型半导体紧密的结合在一起，则在两种半导体的交界处会出现一个特殊的接触面，称为PN结。
三极管组成
半导体三极管的核心是两个紧靠着的PN结。两个PN结将半导体基片分成三个区域：发射区、基区和集电区。由这三个区各引出一个电极，分别称为发射极、基极和集电极，用字母E、B、C表示。通常将发射极与基极之间的PN结称为发射结；集电极与基极之间的PN结称为集电结。
管脚识别
大功率三极管，外壳作为第三根引脚。
电流流向
由于半导体基片材料不同，三极管可分为PNP和NPN型两类。由图可见，两种符号的区别在于发射极的箭头方向不同。实际上发射极箭头方向就是发射结正向偏置电流的方向。
Ie
Ib
Ic
Ic
Ib
Ie
Ic
Ib
Ie
Ic
Ib
Ie
三极管电流放大
三极管的电流放大并不是指其自身能把小电流变成大电流，它仅仅是起着一种控制作用，控制着电路中的电源，使其按确定的比例向三极管提供lb,lc和le三个电流。
截止状态：细管水压很小，不足以打开阀门。
放大状态：细管水流越大，阀门开启越大，粗管水流越大
——以小控大，以弱控强
饱和状态：当阀门开到一定程度，细管水流增大，粗管水流不再增大
粗管子内装有阀门，阀门的开度由细管子中的水压控制，水流类比电流，水压类比电压
三极管工作状态
1.截止区
Ib=0以下的区域称为截止区。Ib=0,即在死区电压之内，Ube很小，故发射结为反偏，集电结也为反偏。无论Uce怎么变化，Ic都很小，趋于0,Uce≈Vcc。此时集电极与发射极相当于一只断开的开关。
2.放大区
指输出特性曲线之间间距接近相等，且互相平行的区域。发射结正偏，集电结反偏。在这一区间，基极电流有微小的变化，Ic将按比例发生较大的变化，即Ic=β*Ib。当Uce大于1V左右以后，无论Uce怎样变化，Ic几乎不变，这说明三极管具有恒流特性。
三极管工作状态
3.饱和区
三极管工作在这个区域时，Uce很小，且Uce三极管电流放大
由实验可知：
Ic=β*Ib
Ie=Ib+Ic
即发射极电流等于基极电流和集电极电流之和，无论是NPN还是PNP。
总结：
（1）三极管是电流控制型元件，”以小控大”。
（2）三极管的放大作用，需要一定的外部工作条件，即必须保证三极管发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。NPN三个电极上的电位分布为Vc>Vb>Ve。PNP三个电极上的电位分布为Vc三极管电流放大
综合以上情况可以得出结论:要使三极管起电流放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。
正偏：P区电位高于N区电位
反偏：P区电位低于N区电位
三极管练习
例题3、某三极管电路中，测得三极管的CBE三个引脚电位分别是6V,3.7V, 3V,则该三极管工作状态是（ ）。
A.截止 B.饱和 C.放大 D.不确定
C
三极管练习
例题3改编：某放大电路中，测得三极管的三个引脚①②③电位分别是3.7V,6V,3V,则该三极管引脚对应正确的是（ ）。
A. ①C②B③E B. ①B②C③E C. ①E②B③C D.不确定
再改编：某放大电路中，测得三极管的三个引脚①②③电位分别是6V,6.7V, 3V,则该三极管引脚对应正确的是（ ）。
A. ①C②B③E B. ①B②C③E C. ①B②E③C D.不确定
B
C
归纳：一审题，找放大；二排序，定基极;三特殊，0.7V
三极管练习
例题4、某工作电路中三极管的三个引脚如图所示，VXY=6V,VXZ=0.7V,则XYZ的引脚分别是（ ）。
A.ebc B.cbe C.ceb D.ecb
Z
Y
X
【解析】
假设X点位“0”电位，则VY=-6V,VZ=-0.7V
D
即：Vx>VZ>VY
0.7V
Vc＞ Vb ＞ Ve
【思考】若假设Y或者Z点为参考点，结果是否会发生变化？
练习巩固
-9V
-2.3V
-2V
12v
-0.7v
0v
3.3V
3.7V
3V
（1）判断三极管处于什么状态？
截止
截止
饱和
练习巩固
-1V
-1.7V
-5V
0.3V
1V
-3V
-2V
-2.7V
-2.2V
饱和
放大
截止
练习巩固
5.05mA
5mA
80mA
2mA
(3)判断三极管的型号及电流大小和方向
0.05mA
82mA
NPN型
PNP型
三极管NPN 型
Ie
Ib
Ic
NPN 三极管要想能够工作，必须集电极接高电平，发射极接低电平，即 Uc＞Ue。若三极管接反，即 Ue＞Uc，则三极管不工作，三极管截止不导通，电流不能通过三极管。
三极管工作状态——截止状态
Va=0
三极管的三种工作状态
截止状态下：Ib 太小（Ib≈0），顶不动阀门，阀门的关闭导致水被困在上面的水管中不能流动（Ic=0；Ie=0）。
放大状态下：Ib 增大，顶开阀门，水会从上面 Ic 通过打开的阀门流下，和小电流Ib 汇入到下管（发射极），Ie=Ic+Ib。这样就实现小电流（Ib）控制大电流（Ic）的功能，故名“放大”，放大倍数为β，Ic=β Ib。所以：Ie＞Ic＞Ib。
饱和状态下：Ib 继续增大，阀门开到最大，由于管径的限制，水流趋向于恒定，此时，Ic 不会再受 Ib 的控制，Ib 的增大已无法影响 Ic。
三极管的截止、放大和饱和——PNP 型
Ic
Ib
Ie
PNP 三极管要想能够工作，必须集电极接低电平，发射极接高电平，即 Uc＜Ue。若三极管接反，即 Ue＜Uc，则三极管不工作，三极管截止不导通，电流不能通过三极管。
三极管工作状态——截止状态
Va=0
三极管的三种工作状态
截止状态下：Ib 太小（Ib≈0），顶不动阀门，阀门的关闭导致水被困在发射极的水管中不能流动
放大状态下：Ib 增大，顶开阀门，水会从上面 Ie 通过打开的阀门流下，分流为小电流 Ib 和大电流 Ic，即Ie=Ic+Ib。这样就实现小电流（Ib）控制大电流（Ic）的功能，故名“放大”，放大倍数为β，即Ic=βIb。所以：Ie＞Ic＞Ib。
饱和状态下：Ib 继续增大，阀门开到最大，由于管径的限制，水流趋向于恒定，此时，Ic 不会再受 Ib 的控制，Ib 的增大已无法影响 Ic。
三极管的电位分析一个解题技巧
A
A
对于NPN而言，当信号电位A点电位较高时，三极管趋于饱和状态，此时，变小，反之，当信号电位A点电位较低时，三极管趋于截止状态，此时，变大。
对于PNP而言，当信号电位A点电位较低时，三极管趋于饱和状态，此时，变小，反之，当信号电位A点电位较高时，三极管趋于截止状态，此时，变大。
三极管电位判定和状态判定依据有哪些？
1、在确定有电（导通）的情况下，根据基极和集电极电位比较，来得出放大还是饱和
2、当NPN集电极接在Vcc时，该NPN不可能饱和
当PNP集电极接在负极时，该PNP不可能饱和
3、导线相连，没有电阻或者用电器串联，则导线处电位处处相等，一般默认为电位不变，常见的有 锁住信号电位（基极没有串电阻时）
4、根据基极电阻或电流变化，观察集电极电流有没有跟着变化，若有则为放大状态，反之则为饱和状态
5、硅管导通情况下，大于0.7V时，三极管为放大状态，于0.7V时，三极管为饱和状态。
三极管拓展提升
比较三种电路：
Vcc
V1
Rg
Rp
Rc
Vi
Uo
Vcc
V2
Rg
Rp
Rc
Rb
Vi
Uo
Vb随Ue变化
Rb隔离发射结电位
发射结钳位Vi
Vcc
V2
Rg
Rp
Re
Rb
Vi
集电结永不正偏
决不会饱和
一定会饱和吗？
Vi=Vb=0.7V
若基极和发射极有元器件，又如何？
练习巩固
D
练习巩固
已知该电路的三极管工作在放大状态
如何调大Ic？
1.增大Vcc
2.增大β
3.增大Rb
4.增大Rp
谢 谢！
三极管工作状态——截止状态
调节 Rp 为 0，则 a 点电势为 0，a 点与 e 极的电势差为 0，所以 b 点与 e 极的电势差也为 0，即Ube=Ub-Ue=0，发射结处于零偏状态，发射结不导通，e 区的负电荷不会定向移动到 b 区，b 极 和 e 极之间没有电流。由于 Uc＞0，所以 b 极和 c 极之间也没有电流，此时三极管处于截止状态。此时Ic=0，Ib=0，Ie=0。
若 Ub＜Ue，则 Ube＜0，发射结反偏，发射结不导通，三极管截止。此时集电结反偏。
若调节 Rp，使 Ub＞Ue，但 Ub-Ue＜0.7V（硅管的导通电压），发射结处于正偏状态，但不导通，三极管截止。此时集电结反偏。
截止状态：发射结反偏（零偏），集电结反偏
发射结虽然正偏，但Ube小于导通电压，集电结反偏
三极管工作状态——放大状态
调大 Rp，则 a 点电势升高，当 b 点电势升高到大概0.7v 时，即 b 点与 e 极的电势差为 0.7v，即 Ube=Ub-Ue=0.7v，发射结正偏导通，发射区的负电荷在 be间电场的作用下从 e 区定向移动到 b 区。由于在截止状态下，c 极电势为 5V，故 c 极与 b 极之间的电场使移动到 b 区的负电荷大部分向 c 极移动，形成 c 极电流 Ic，也有极少一部分负电荷向 b 极移动，形成 b极电流。故 Ic＞0，Ib＞0。由于 Ic 和 Ib 都是 e 区电荷移动所产生的，故 Ie=Ib+Ic＞0。由于三极管内部结构的缘故，此时 Ib 和 Ic 具有一定的倍数关系，因此用 Ic=βIb 来表示。故称此状态下的三极管处于放大状态。
三极管工作状态——放大状态
综上，当加在三极管发射结的电压 Ube 大于 PN 结的导通电压，并处于某一恰当的值时，发射结正偏，集电结反偏，此时有 Ic=βIb，称 Ib 对 Ic 有控制作用，也可以说 Ic 对 Ib 有放大作用，也就是说三极管具有电流放大作用。
在放大状态下继续调大 Rp，则 a 点电势继续升高，a 点与 e 极的电势差也会增大，而发射结导通后的压降 Ube 恒为 0.7v 不变，故 R2 两端电势差就会增大，流过 R2 的电流变大，即 Ib 变大，而 Ic=βIb 也会跟着变大，R3 两端的电势差也会变大，而 c 极电压会不断变小。发射极和集电极之间电压差 Uce=Uc-Ue将变小，在整个过程中，始终满足 0.3v＜Uce＜Vcc。
由于 Ic 流过 R3 使 R3 两端产生电势差，c 极电势 Uc 降低，又由于三极管刚从截止状态进入导通状态，Ic 还不是很大，故 Uc 不会降低很多，此时三极电势满足 Uc＞Ub＞Ue，故发射结正偏，集电结反偏。
三极管工作状态——饱和状态
在放大状态，c 极电势 Uc 随着 Ic 的增大而变小，但由于 c 极电势一定要大于 e 极电势，故 c 极电势不会一直下降，当 c 极和 e 极之间的电势差 Uce=Uc-Ue≤0.3v 时，c 极电势就不会再降低，此时 R3 两端的电势差不会变化，流过 R3 的电流 Ic 也不再变化并达到最大值，此时称三极管进入饱和导通状态。在饱和导通状态下，如果继续增大 a 点电势，Ib 会继续升高，而 Ic 已经达到最大值将保持不变，故饱和状态下 Ic≠β Ib，其计算特征满足 Ic＜β Ib。由于 Ic 和 Ib 依然是 e 区电荷移动所产生的，故Ie=Ib+Ic 依旧成立。同时由于 Ube=0.7v，Uce≤0.3v，所以三极电势为 Ub＞Uc＞Ue，此时发射结正偏，集电结正偏。集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。
三极管工作状态——截止状态
调节 Rp 为 0，则 a 点电势为 5V（Vcc），e 极与 a 点的电势差为 0，所以 e 极与 b 点的电势差也为0，即 Ueb=Ue-Ub=0，发射结处于零偏状态，发射结不导通，e 区的正电荷不会定向移动到 b区， e 极和 b 极之间没有电流，c 极和 b 极之间也没有电流，此时三极管处于截止状态。此时 Ic=0，Ib=0，Ie=0。
若 Ub＞Ue，则 Ube＞0，发射结反偏，发射结不导通，三极管截止。此时集电结反偏。
若调节 Rp，使 Ub＜Ue，但 Ue-Ub＜0.7V（硅管的导通电压），发射结处于正偏状态，但不导通，三极管截止。此时集电结反偏。
三极管工作状态——放大状态
调大 Rp，则 a 点电势降低，当e 极与 b 点的电势差为 0.7v，即 Ueb=Ue-Ub=0.7v，发射结正偏导通，发射区的在电荷在 eb 间电场的作用下从 e 区定向移动到 b 区。由于在之前的截止状态下 R3 上没有电流，故 c 极电势为 0V，故 b 极与 c 极之间的电场使移动到 b 区的正电荷大部分向 c 极移动，形成 c 极电流 Ic，也有极少一部分负电荷向 b 极移动，形成 b 极电流。故 Ic＞0，Ib＞0。由于 Ic 和 Ib 都是 e 区电荷移动所产生的，故 Ie=Ib+Ic＞0。由于三极管内部结构的缘故，此时 Ib 和 Ic 具有一定的倍数关系，因此用 Ic=βIb来表示。故称此状态下的三极管处于放大状态。
三极管工作状态——放大状态
综上，当加在三极管发射结的电压 Ueb 大于 PN 结的导通电压，并处于某一恰当的值时，发射结正偏，集电结反偏，此时有 Ic=βIb，称 Ib 对 Ic 有控制作用，也可以说 Ic 对 Ib 有放大作用，也就是说三极管具有电流放大作用。
在放大状态下继续调大 Rp，则 a 点电势继续降低，a 点与 e 极的电势差也会增大，而发射结导通后的压降 Ube 恒为 0.7v 不变，故 R2 两端电势差就会增大，流过 R2 的电流变大，即 Ib 变大，而 Ic=βIb 也会跟着变大，R3 两端的电势差也会变大，而 c 极电压会不断升高。发射极和集电极之间电压差 Uec=Ue-Uc将变小，在整个过程中，始终满足 0.3v＜Uec＜Vcc。
由于 Ic 流过 R3 使 R3 两端产生电势差，c 极电势 Uc 升高，又由于三极管刚从截止状态进入导通状态，Ic 还不是很大，故 Uc 不会升高很多，此时三极电势满足 Uc＜Ub＜Ue，故发射结正偏，集电结反偏。
三极管工作状态——饱和状态
在放大状态，c 极电势 Uc 随着 Ic 的增大而变大，但由于 c 极电势一定要小于 e 极电势，故 c 极电势
不会一直升高，当 c 极和 e 极之间的电势差 Uec=Ue-Uc≤0.3v 时，c 极电势就不会再升高，此时 R3 两端的电势差不会变化，流过 R3 的电流 Ic 也不再变化并达到最大值，此时称三极管进入饱和导通状态。在饱和导通状态下，如果继续降低 a 点电势，Ib 会继续升高，而 Ic 已经达到最大值将保持不变，故饱和状态下 Ic≠β Ib，其计算特征满足 Ic＜β Ib。由于 Ic 和 Ib 依然是 e 区电荷移动所产生的，故
Ie=Ib+Ic 依旧成立。同时由于 Ueb=0.7v，Uec≤0.3v，所以三极电势为 Ub＜Uc＜Ue，此时发射结正偏，
集电结正偏。

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