【正文】 URIUU??????? 36 ? 第四章 常用半導體器件原理 36 ［例 ］穩(wěn)壓二極管電路如圖所示，穩(wěn)定電壓 UZ = 6 V。 它的電路符號如圖所示 。 圖示出了光電二極管的電路符號 ， 其中 ， 受光照區(qū)的電極為前級 ， 不受光照區(qū)的電極為后級 。 當發(fā)光二極管正偏時 ， 注入到 N區(qū)和 P區(qū)的載流子被復合時 ， 會發(fā)出可見光和不可見光 。 導通電壓和反向擊穿電壓均比 PN結低。 于是可以根據(jù) ui的波形得到 uo的波形 ， 如圖 (b) 所示 ， 傳輸特性則如圖 (c) 所示 。 輸出電壓 uo的正極與 ui的正極通過 D1相連 ， 它們的負極通過 D2相連 ， 所以 uo = ui；當 ui 0時 ， D1和 D2上加的是反向電壓 ， 處于截止狀態(tài) ，而 D3和 D4上加的是正向電壓 ， 處于導通狀態(tài) 。 R L D 1 ? ? u i ? ? uo t u i 0 t u o 0 ( a ) ( b ) D 3 D 4 D 2 ( c ) u o u i 0 1 ? 1 ? 46 ? 第四章 常用半導體器件原理 46 ［例 ］分析圖示電路的輸出電壓 uo的波形和傳輸特性。為了實現(xiàn)精密全波整流，可以利用集成運放加法器，將半波整流的輸出與原輸入電壓加權相加。 ui R uo1 R D1 D2 R R ? 2 R uo ? ? A1 ? ? A2 ? 49 ? 第四章 常用半導體器件原理 49 二 、 限幅電路 ［例 ］二極管限幅電路如圖 (a) 所示，其中二極管 D的導通電壓 UD(on) = V，交流電阻 rD ? 0。 于是可以根據(jù) ui的波形得到 uo的波形 ， 如圖 (c) 所示 ， 該電路把 ui超出 V的部分削去后進行輸出 ， 是 上限幅 電路 。 當 ui V時 ， D1導通 ， uo = V；當 ui V時 ， D1截止 ， 支路等效為開路 ， uo = ui。 綜合 uo的波形如圖 (c) 所示 ， 該電路把 ui超出 ? V的部分削去后進行輸出 ， 完成 雙向限幅 。 ? 54 ? 第四章 常用半導體器件原理 54 圖中 ， 當 V ui V時 ， 二極管 D1和 D2都截止 ，ui直接輸入 A / D；當 ui V時 ， D1導通 ， D2截止 ， A / D的輸入電壓被限制在 V；當 ui V時 ， D1截止 ， D2導通 ， A / D的輸入電壓被限制在 V。 ui ( a ) R1 uo 5 k 圖 4 .3 .1 9 穩(wěn)壓二極管限幅 ? ? A ? UZ t ui (V ) 0 ( b ) 2 ? 2 t uo (V ) 0 ( c ) 5 ? 5 DZ1 DZ 2 1 k R2 ? 56 ? 第四章 常用半導體器件原理 56 解：當 | ui | 1 V時 ， DZ1和 DZ2都處于截止狀態(tài) ， 其支路相當于開路 ， 電路是電壓放大倍數(shù)為 5的反相比例放大器 ， uo = 5ui， uo最大變化到 ? 5 V；當 | ui | 1 V時 ， DZ1和 DZ2一個導通 ， 另一個擊穿 ， 此時反饋電流主要流過穩(wěn)壓二極管支路 ，uo穩(wěn)定在 ? 5 V。仍然認為 DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓為 UZ，而導通電壓 UD(on) 近似為零。 R E ui2 uo t ui1 ( a ) D1 ui1 D2 t ui2 0 t uo 0 ( b ) 0 ? 59 ? 第四章 常用半導體器件原理 59 解：因為 ui1和 ui2均小于 E， 所以 D1和 D2至少有一個處于導通狀態(tài) 。 R E u i2 u o t u i1 0 ( a ) D 1 u i1 D 2 t u i2 0 t u o 0 ( b ) 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 ? 60 ? 第四章 常用半導體器件原理 60 u i u o1 D uo C ( a ) ? ? A 1 A 2 u i , u o t 0 u o u i ( b ) u G V ? ? A 2 四 、 峰值檢波電路 ［例 ］分析圖 示 峰值檢波電路的工作原理。 電路中場效應管 V用作復位開關 ， 當復位信號 uG到來時直接對 C放電 ， 重新進行峰值檢波 。 晶體管電流方程： TUueIiiBESCE ??? 68 ? 第四章 常用半導體器件原理 68 晶體管的近似伏安特性和簡化直流模型 0 uCE iC I III II 0 uBE iB III I ， II UC E ( s a t ) UB E ( on) IB UB E ( on) b c e BI?I UB E ( on) b c e b c e II III UC E ( s a t ) 近似伏安特性 簡化直流模型 I—— 放大區(qū) II—— 飽和區(qū) III—— 截止區(qū) ? 69 ? 第四章 常用半導體器件原理 69 直流偏置下晶體管的工作狀態(tài)分析 實際應用需要使晶體管處于放大狀態(tài) 、 飽和狀態(tài)或截止狀態(tài) ， 從而實現(xiàn)不同的功能 。 如果集電結反偏 ，則晶體管處于放大狀態(tài) ， 這時 UBE = UBE(on) 。 ? 70 ? 第四章 常用半導體器件原理 70 4 k 6 0 k R C R B U O U I U CC I B I C I E V 1 2 V ［例 ］晶體管直流偏置電路如圖所示，已知晶體管的 UBE(on) = V，? = 50。 ? 71 ? 第四章 常用半導體器件原理 71 2 k R C U CC 2 0 0 k R B 2 k R E I B I C I E V ? 1 2 V ［例 ］晶體管直流偏置電路如圖所示，已知晶體管的 UBE(on) = V，? = 50。 ? 72 ? 第四章 常用半導體器件原理 72 晶體管應用電路舉例 一 、 對數(shù)和反對數(shù)運算電路 晶體管的電流方程 圖中 ， UO = UBE = UTln(IC / IS)， 又 IC = UI / R， 所以 這樣就實現(xiàn)了對數(shù)運算 。 解：圖中晶體管是 PNP型 ， UBE(on) = UB UE = (UCC IBRB) IERE = UCC IBRB (1+?)IBRE = V， 得到 IB = ?A 0，所以晶體管處于放大或飽和狀態(tài) 。 解：晶體管三個極電流的正方向如圖中所示 。 再由這三個極電流和外電路計算 UCE和 UCB； 3． 如果第 2步判斷集電結正偏 ， 則晶體管處于飽和狀態(tài) 。 確定直流偏置下晶體管工作狀態(tài)的基本步驟： 1． 根據(jù)外電路電源極性判斷發(fā)射結是正偏還是反偏 。 ? 62 ? 第四章 常用半導體器件原理 62 一 、 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 電子注入電流 IEN， 空穴注入電流 IEP 二 、 基區(qū)中自由電子邊擴散 邊復合 基區(qū)復合電流 IBN 三 、 集電區(qū)收集自由電子 收集電流 ICN 反向飽和電流 ICBO 晶體管的工作原理 e N P N? ICN IEN IBN ICBO IEP b c IB IC IE RB UBB RC UCC ( a ) e P N P? ICP IEP IBP ICBO IEN b c IB IC IE RB UBB RC UCC ( b ) ? 63 ? 第四章 常用半導體器件原理 63 e N P N? ICN IEN IBN ICBO IEP b c IB IC IE RB UBB RC UCC ( a ) e P N P? ICP IEP IBP ICBO IEN b c IB IC IE RB UBB RC UCC ( b ) 晶體管三個極電流與內部載流子電流的關系： CNBNENENEPE IIIIII ?????C B OBNEPC B OBNB IIIIII ?????C B OCNC III ??? 64 ? 第四章 常用半導體器件原理 64 共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)： 共基極直流電流放大倍數(shù)： 換算關系： C BOBC BOCBNCNIIIIII?????EC BOCENCNIIIII ???????????????? 1ENENENCNENCNBNCNIIIIIIII???????????? 1BNBNBNCNBNCNENCNIIIIIIII晶體管的放大能力參數(shù) ? 65 ? 第四章 常用半導體器件原理 65 晶體管的極電流關系 CEB III ??BC II ??BE )1( II ???EC II ??EB )1( II ???BCE III ???描述： ? 描述： b c e b c e IB IC IE IB IC IE ? 66 ? 第四章 常用半導體器件原理 66 晶體管的伏安特性 一 、 輸出特性 0 5 10 15 20 uCE ( V ) iC ( m A ) IB ? 0 30 ? A 20 ? A 10 ? A IB ? 40 ? A 臨界飽和線 放 大 區(qū) 飽和區(qū) 截止區(qū) 1 2 3 4 放大區(qū) (發(fā)射結正偏 ， 集電結反偏 ) 共發(fā)射極交流電流放大倍數(shù)： 共基極交流電流放大倍數(shù)： 近似關系： 恒流輸出 和 基調效應 飽和區(qū) (發(fā)射結正偏 ， 集電結正偏 ) 飽和壓降 uCE(sat) 截止區(qū) (發(fā)射結反偏 ， 集電結反偏 ) 極電流絕對值很小 BCii????EC