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第一篇　电阻电路
　第1章　基本概念和基本规律
　　1.1　复习笔记
　　1.2　课后习题详解
　　1.3　名校考研真题详解
　第2章　电路分析的基本方法
　　2.1　复习笔记
　　2.2　课后习题详解
　　2.3　名校考研真题详解
　第3章　电路定理
　　3.1　复习笔记
　　3.2　课后习题详解
　　3.3　名校考研真题详解
　第4章　非线性电阻电路分析
　　4.1　复习笔记
　　4.2　课后习题详解
　　4.3　名校考研真题详解
第二篇　动态电路
　第5章　动态电路的时域分析
　　5.1　复习笔记
　　5.2　课后习题详解
　　5.3　名校考研真题详解
　第6章　动态电路的复频域分析
　　6.1　复习笔记
　　6.2　课后习题详解
　　6.3　名校考研真题详解
　第7章　动态电路的状态变量分析
　　7.1　复习笔记
　　7.2　课后习题详解
　　7.3　名校考研真题详解
第三篇　稳态电路
　第8章　正弦稳态电路分析
　　8.1　复习笔记
　　8.2　课后习题详解
　　8.3　名校考研真题详解
　第9章　三相电路
　　9.1　复习笔记
　　9.2　课后习题详解
　　9.3　名校考研真题详解
　第10章　非正弦周期稳态电路分析
　　10.1　复习笔记
　　10.2　课后习题详解
　　10.3　名校考研真题详解
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在伏安特性曲线上二极管工作的四个区为?
正向电压截止区：0V——0.7V.正向电压导通区：0.7V——无穷.反向电压截止区：0V—— -反向耐压.反向电压击穿区：-反向耐压 至 -无穷.
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与《在伏安特性曲线上二极管工作的四个区为?》相关的作业问题
正向截止区、正向导通区、反向截止区、正向击穿区.二极管在数字电路中起作用：钳位、门.
1) 先解释下什么叫做线性元件?某一个金属导体,在温度没有显著变化时,电阻是不变的,它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线,具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件.2） 什么是非线性元件?实验表明,除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用.也就是说,在这些情况
用低频是便于测量数据.测量二极管特性曲线用三角波是因为波形是线性变化的,也是便于测量.如果用正弦波的话,就是非线性变化了.而用方波根本就测试不了二极管的伏安特性.
切线斜率就是内阻r.与电流轴焦点是短路电流,就为E/
二极管的伏安特性曲线通常是横坐标是电压、纵坐标是电流,即　I－－U曲线.在这条曲线上某点处的切线的斜率,表示在该状态下二极管的电导（即电阻的倒数）.所以,二极管的电阻等于曲线某点切线斜率的倒数.在不同状态,对应不同的电阻值.
在二极管回路串联一个小电阻,如一欧的,测量其电压输入到示波器.然后去二极管两端的电压输入到示波器.将示波器调到XY工作模式就行了.具体的电流坐标比例关系将随你取的取样电阻的大小不同而有所不同.若为一欧,就为1：1,不用换算了
反二极管的反向曲线在某一段是基本平坦的,只是电压很小的时候和电压超过反向耐压后,都不是线性的了,如图所示：
把我画的灯泡工作线画到你的灯泡的伏安特性曲线上,会有一个交点,这一点即为灯泡实际的工作点,交点处对应的即是工作电流,电压.P=UI
作出电源的外特性曲线，与U轴交点坐标8V，与I轴交点坐标2A则两图线交点，即为该元件接在电源上的工作状态&& 由图I=1A设将两个元件并连接在该电源上时，通过每个元件的电流为I，电压为U，则& U=E-2Ir将U=E-2Ir的图线作出元件的伏安特性曲线上，交点即为元件的工作状态由图读出U=
有动态电阻和静态电阻之分,动态电阻等于伏安特性曲线上某点的切线斜率,静态电阻等于该点电压比电流.
不知道你是中学生还是大学生.能告诉我吗?想测量冷态电阻,需要注意1、不能让灯丝变热,或者就是说要在灯丝变热以前完成测量2、最好不要超过它的额定电压测量方法：1、测量设备：额定电压（U0）的电源、小电珠、滑动变阻器、开关、万用表、示波器；2、电路：将电源、小电珠、滑动变阻器、开关串联,用示波器测量变阻器上的电压波形,万用
在要添加曲线的那张图上右击 新建一个图层就可以了
伏安特性曲线,横坐标是电压,纵坐标是电流.用示波器的特别扫描方式来实现.下面是我画的图,也请批评指正.示波器的用法比较特殊,A测量二极管的电压.&B测量电流,这个电流是负值（B通道要将极性颠倒过来）.扫描方式选&B/A.函数波形可选锯齿波.我这里用的三角波代替也是一样的.下面是示波器图
加在稳压管上的反相电压一定要超过其稳压值,稳压管才能处在其稳压工作区,未达到其稳压工作区的电压,对稳压管来说是工作在截止区,这时在稳压管两端的电压是随外加电压而变化的,只有当外加电压达到稳压管的工作电压时,稳压管才起到稳压作用.理想的稳压管的工作区是一根垂直的直线,即在不同电流状态下,其稳压的值不变,但实际的稳压管的稳
测量晶体二极管、三极管的特性曲线用的是特性示波器,入JT-I、QT-2等,但它们的原理都是一样的.测量二极管伏安特性是在二极管上加以正向电压和反向电压,二极管对施加的检测电压的值通过示波器的垂直放大电路的放大后加到示波管的垂直极板,水平放大电路将扫描电压加到示波管的水平极板进行扫描,由此在示波管上可以进行二极管的正向特
首先应该知道稳压二极管的最大稳定电流,[如果不知道应该以固定电压按10毫安来计算限流电阻]在固定电压的情况下.要先计算电阻的限制电流,即固定电压减去稳定电压来计算.计算出来的电阻值要加!0--20%的保险系数,再根据电阻流过的电流计算电阻的功率.加20%--50%的功率余量.这样电阻和稳压二极管就不会因过功率,过流烧毁
1.B 2.C 3.C 4.A、D 5.A 6.A、B；B、B；A、A 7.A、C.E、F、G、H 8.D、A；C、B 9.C 10,A 11.D 12,C 13,D 14.A
一个定值电阻保证管子上流过的正向电流不至于太大烧坏管子,一个可调电阻调节二极管上的压降,这样才能测得一系列的电流电压值,才能话出曲线来.你一个定值电阻,管子压降不变电流不变也只能确定一个点.只一个可调电阻,如果调解电阻接入电路电阻阻值为0,在比较高的电源电压下,管子就很容易烧坏.
正常的,在未到反向击穿时漏电流是很小的.可到后你就会知一下会变的很大的了.这时可要注意加压的了哟. 再问： 那图该怎么画呢？ 再答： 1，电路：电源、开关、滑动变阻器、电流表、二极管、保护电阻串联连接，二极管上并联电压表。 2，建立坐标系：横轴为电压，纵轴为电流。 3，打开开关接通电路，调节滑动变阻器，对电压及对应的电我的图书馆
&&&&&& 第一章 半导体几极管、二极管和 MOS管
教学安排与教学要求
（一）教学安排
本章共 6 学时：录像 4 学时，面授 2 学时。具体安排如下：
1、录像内容
( 1 ) 绪论、半导体二极管
&( 2 ) 半导体二极管、晶体三极管
&( 3 ) 品体三极管
( 4 ) 绝缘栅场效应管（ MOS 管）
2、面授内容
( 1 ) 二极管、三极管、 MOS 管的主要参数，选用方法和使用注意事项；
( 2 ) 特殊二极管及其应用
（二）教学要求
1、重点掌握的内容
( l ) 半导体二极管单向导电的原理，伏安特性曲线，开关应用时开关条件和开关状态下的特点，选用方法。
( 2 ) 晶体三极管的原理，输入特性和输出特性，截止、放大、饱和三种工作状态，每种工作状态的条件及相应的等效电路。三极管的选用方法。
&& &&( 3 ) MOS 管的工作原理，开关应用时开关条件和开关状态下的特点， MOS 管的使用特点。
&&2、一般掌握的内容
( l ) 半导体的两种载流子，扩散和漂移的概念， PN 结形成的原因， PN 结外加正向电压或反向电压时的导电性能。
( 2 ) 二极管的主要参数，几种常用的特殊二极管，它们的工作原理和特点。
(3 ) 三极管的主要参数β、α、ICBO和ICEO的物理意义，它们之间的关系及其对三极管性能的影响，三个极限工作区的意义和划分。
（4 ) 增强型 MOS 针的输出特性和转移特性，三种工作状态的区域划分，各自的工作特点。M OS 管的主要参数。
3、一般了解的内容
( 1 ) 二极管的极间电容效应和开关时问，常用二极管的类型、型号，特殊二极管的主要参数。
( 2 ) 三极管内部载流子运动过程，三极管的开关时间，三极管的类型、型号。 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
（3）耗尽型MOS管的工作原理、特性曲线、主要参数、MOS管的开关时间。
&重点和难点的分析
一、半导体的基本知识
（一）PN结的形成
通过一定的工艺，在同一个半导体硅片上形成两个互相接触的 P 型区和 N 型区，它们的交界面处则形成 PN 结。
P 型半导体的多数载流子是空穴， N 型半导体的多数载流子是自由电子，因为两者浓度差异而引起的载流子定向运动称为扩散。交界面两侧的多子扩散到对方后很快复合而消失，在交界面处留下不能移动的离子 — 空间电荷，这一区域称为空间电荷区，又称为耗尽层，如图 l 所示。由于空问电荷区的出现．正负电荷形成一个内电场．它将阻止多子继续扩散，同时又促使少子漂移。扩散使空间电荷区加宽，漂移使空问电荷区变窄。两种运动同时进行着，当扩散流强度等于漂移流强度时， PN 结达到动态平衡，空间电荷区也就达到了稳定状态。
&&&&&&&&&&&& 图一
（二）PN 结的单向导电性
当 PN 结的 P 区接电源正极，N 区接电源负极，外加正向电压时，PN结内多子扩散电流形成较人的正向电流，PN 结的导通电阻很小，称其处于导通状态；相反，外加反向电压时，PN 结内少子漂移电流形成很微弱的反向电流，儿乎为零。PN 结相当于一个非常大的电阻，称其处于截止状态。PN 结这种外加正间电压导通，外加反向电压截止的性能称为单向导电特性。
【 &例 l &】 PN 结内部存在内电场，若将 P 区端和 N 区端用导线连接，是否有电流流通？为什么？
答：当川导线连接 PN 结的两端时，没有电流流通。 PN 结在没有外加电压的条件下，扩散电流和漂移电流大小相等．方向相反，处于动态平衡状态，所以流过交界面的静态电流为零。因此导线上也不会有电流流通。也就是说，PN结内电场形成的电位差，主要用来抵消由于浓度差形成的多子扩散电流，从而保持 P 区和 N 区的电中性。（这里忽略了导线与半导体接触电位差的影响）。
【 说 明 】 本思考题主要是帮助同学们熟悉内电场的作用。
&二、半导体二极管
（一）二极管伏安特性曲线的特点
图 2 是硅二极管的伏安特性曲线，现以该曲线为例，分析其各部分的特点：
& &&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图二
大，它的数值基本不变，所以又称为反向饱和电流，用IS表示。但是，少数载流子受温度影响大，当外界温度升高时，IS会显著增大。
3．击穿特性（u≤UBR 的区域）
二极管发生电击穿，|u|稍有增加，|i|急剧增大，曲线几乎和纵轴平行，u≈UBR。只要反向电流不超过最大允许值，PN 结不会损坏，当反向电压去掉后， PN 结仍保持原来的性能。
【& 例 2& 】 图 3 ( a )是二极管电路，图（b）是二极管正向伏安特性。试求：&&&&&&&&&&&&&&&&&&
( 1 ) ull = 1V 时，iD1 = ？二极管压降 UD1= ?
( 2 ) u I2=2V 时，iD2 = ？UD2= ？
( 3 ) uI增加了一倍，iD2 是否比 iD1 增加一倍？为什么？
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&图三
解：假设二极管导通，电流为iD，由电路图可知
uD= uI - iD R&&&&&&& &( l )
从外电路看, uD 和iD之间是线性关系；而二极管两端电压和电流是非线性关系，故实际的电压和电流值必然在上述两种关系曲线的交点上。
&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&图四
（1）根据式1 可知，当uI =1V 时，若iD= 0，则 uD = 1V
若uD = 0V ，iD= uI/R=2mA ，故可在坐标图中求得A点和B点，连接AB直线称为作负载线。负载线与特性曲线交点 Ql 称为工作点，见图4。由图可知
iD1 = 1.3mA ,
uD1 = 0 . 3V
（2）当 uI =2V时，可作负载线 CD, 求出工作点Q2，可得
iD2 = 3 . 5mA &&&&&&&uD2 = 0 . 4V
(3) 从所求结果可知，当 ul 增大一倍时, iD2要比iD1大一倍多。这是因为二极管正向特性按指数规律上升，外加电压增大一倍，电流的增加要大于一倍。
【 说 明 】本题帮助同学熟悉二机管的炸线性特性以及在特性曲线上作负载线的方法。
【& 例 3& 】 图 5 ( a ) ( b )分别是二极管电路。若二极管特性曲线如图 2 所示，已知 uI =10sin50πt 时。试画出输出uO1 和uO2 的波形。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图五
解：根据二极管特性曲线，当外加正向电压较大时，二极管导通，内阻很小，其阻值可以忽略，而且 UD≈0 . 7V；而当外加电压uI＜0 . 7V时，iD很小，故可近似认为和加反向电压一样，iD≈0。
(1) 图（a）电路中，当 uI & 0 . 7V 时， D 导通，
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&& 图六 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图七
当uI ≥UD+5V时，D1 导通，D2截止
uO2 = UD+5≈5.7V
根据以上分析结果，画出输入和输出波形图如图6所示。
【 说 明 】 本题用来熟悉二机管电路的分析方法。
（二）二极管开关特性的应用
由于半导体二极管具有单向导电特性，当外加正向电压时，管子导通；当外加反向电压时，管子截止。因此，可以把二极管当当作受外加电压控制的开关。
1、开关应用的等效电路模型
图7是最简单的二极管开关电路，uSS为外加电压，D为开关二极管，R为限流电阻。
我们分几种情况进行分析：
( l ) 当外加电压uSS和电阻R 很小时，二极管的开启UON电压和导通电阻不能忽略，二极管伏安特性可近似为图8所示折线，其开关状态的等效电路模型如图8（a )所示。图中
rON = 为二极管导通电阻．UON为开启电压，开关 K 当uSS≥UON时闭合，当uSS＜UON 时断开。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图八
（ 2 ）当外加电压uSS较大，但二极管导通电压不能忽略．而R〉〉rON时，管子导通电阻可以忽略，二极管伏安特性和等效电路可近似图8 (b) 所示。当uSS＜0.7V 时，iD=0，相当于开关K断开；当uSS≥0 . 7V 时，uD≈0.7V。相当于开关 K 闭合。在数子电路中，会经常采用这种等效模型。
&( 3 ）当uSS和 R 都很大，二极管的导通压降和导通电阻均可忽略时，一般认为是理想二极管，它的伏安特性和等效电路模型如图8（c）所示。
2、常用的二极管开关条件和特点
在数字电路中，一般认为满足图8 (b) 所示模型的条件，因此硅二极管开关条件和开关状态下的特点如表（一）所示。
【& 例 4 &】 二极管开关电路如图9所示。若二极管导通时UD =0.7V , rON = 0，试求， uA 和 uB 在0V 和 5V 两种电压中变化时，三个二极管的工作状态如何变化？对应的输出电压 uO是多少伏?
（表 一） 二极管开关条件和特点
&&&&&&&&&&&&&&&&& 图九
解: 因为 RL阻值较大，负载电流很小，可以忽略它的分流作用对电路的影响，下面分几种情况来分析估算。
（1）当 uA = uB = 0V 时；三个二极管都处于正向偏置下，D1、D2和 D3 都处于导通状态。故
这时 D2承受反向偏置电压处于截止状态，故 uB不影响uP的电位。又因 D3 受正向偏置，所以
uO = uP 一UD3 = 0V
同理．当uA = 5V、uB = 0V，D1截止、D2和 D3导通，uP = 0.7V ，uO = 0V
由上述分析可知，该电路在不同输入状态下，输出电压的数值和二极管工作状态如表& （二）所示。可见该电路只有输入均为高电平时，输出为高电平，否则输出低电平。
【 说 明 】本题训练二极管作开关应用时，电路的估算方法。
（三）二极管的电容效应
二极管两端的外加电压发生变化时，PN 结中的电荷量也将随之变化，它说明二极管具有一定的电容效应。通常把二极管的电容效应分成两部分讨论，即势垒电容和扩散电容。 &&&&&&&&&&&&&&&1、势垒电容 CB
势垒电容是由于 PN 结中存在空间电荷而形成的，又称为结电容，一般用 CB表示。
表（二） 例 4 状态表
PN 结的交界面处存在不能移动的正、负离子，它们具有一定的电荷量，形成空间电荷区。当二极管外加正向电压时，空间电荷区变窄，电荷量减少；当二极管外加反向电压时，空间电荷区变宽，电荷量增多。因此，二极管外加电压变化时， PN 结的空间电荷量将随之改变，如同电容器的充、放电过程一样。由此等效的电容量即为势垒电容。理论和实验证明，势垒电容的大小可用下式表示。
&&&&& （2）
式中ε为半导体材料的介电常数，S 为结面积，L为耗尽层宽度。由于耗尽层宽度是随外加电压的方向和大小不同而变化的，所以势垒电容的大小也随外加电压的变化而改变。它们的关系可用图10所示的曲线表示。
2、扩散电容 CD
扩散电容是由于多数载流子在扩散过程中毛．任电荷的积累而形成的，一般用CD表示。
二极管外加正向电压时，无论是 P 区还是N 区的多数载流子都要向对方区扩散。多子克服内电场的阻力扩散到对方区域后，并不是立即与该区的多子复合而消失，而是在一定的路程内继续扩散，逐渐复合。所以在一定范田内存储一定数量电荷，并按浓度梯度递减的规律分布。
由于实际二极管的PN结大多是不对称的，P区渗杂浓度大于 N 区渗杂浓度，所以存储电荷主要表现在弱掺杂的 N 型区，即 P 区的多子空穴扩散到 N 型区后形成的存储电菏
&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&& &&&图十&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图十一
图11是 N 区空穴的浓度分布曲线。曲线 1 表示在外加某个正向电压下，N 区中空穴浓度Pn分布曲线。可见．在 P 区和 N 区的交界处（x= 0）的空穴浓度最高，随着与交界面的距离了的增大空穴浓度逐渐降低，最后趋向于 N 区热平衡子浓度PnO。曲线下包含的面积正比于存储电荷L量Q。
当正向电压增大时，多子扩散运动增强，在 N 区空穴浓度也增高，如图 1 1中曲线 2 所示。所以 N 区存储电荷址也增多了，图中斜线部分的面积则与增加的电荷量△Q 相对应。相反，如果外加正向电压减小，则在 N 区存储电荷址减少。总之，在正向电压下由于P 区多子的扩散，N 型区中存储了一定量空穴正电荷Q 。为了保持 N 型区的电中性，必须从阴极外电路流入电子，其电荷总量为-Q 。这样，+Q 和-Q 如同电容器两个极板上的电荷，在外加正向电压变化时，好象电容器充放电一样，存储电荷量随之改变，这就是扩散电容的效应。PN结反偏时，多子扩散很微弱，扩散电容的作用可以忽略。
综上所述， PN 结的等效总电容Ci 应当是势垒电容CB与扩散电容CD之和，即
Ci = CB+CD&&&&&&& ( 3 )
一般来说，当二极管外加正向电压时，扩散电存起主要作用；当二极管外加反向电压时，势垒电容起主要作用。通常CB和CD的值约为几皮法～几十皮法。
由于二极管的电容效应，不仅影响其开关时间，而且当信号频率很高时，二极管将失去单向导电性，不能再作开关使用，所以二极管都有最高工作频率的限制。
三、晶体三极管
（一）三极管的结构特点和电流分配
1、结构特点
图 11 (a) 是 NPN 硅三极管的结构示意图，它由三个区：发射区、基区和集电区，两个结：发射结、集电结，三个引出电极：发射极、基极和集电极组成。
它的内部结构有以下特征：
（1）发射区掺杂浓度高，因而多数载流子的浓度很高；
（2）基区做得很薄，通常只有几微米到几十微米，而且掺杂浓度很低，因此多子浓度很低；
（3）集电区掺杂也较低，它的多子浓度低于发射区，所以集电极和发射极不能互换使用。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图十一
2、电流分配
要使三极管正常工作在放大状态，三个电极间必须外加合适的电源电压，即：
（1）发射结外加正向电压，又称为正向偏置，且UBE＞0.5V
（2）集电结外加反向电压，又称为反向偏置，且 UBC＜0V。
图1 1 ( b ) 是三极管外加合适的电源电压后，各极电流分配示意图。
A 、发射极电流IE
发射区向基区发射自由电子，形成发射极电流IE，其中大部分被集电区收集，形成集电极收集电流ICN，少部分在基区形成基极复合电流IBN，故
&&&&&&&&&&& （4）
&B、基极电流 IB
基极电流IB包含基极复合电流IBN和集电区少子漂移到基区形成的基极反向饱和电流ICBO。前者由基极流入，后者由基极流出，故
&&&&&&&&&&&&& (5 )
&C、集电极电流IC
集电极电流IC包含集电极收集电流ICN 和基极反向饱和电流ICBO，两者方向都是由集电极流入，故
&&&&&&&&&& （6）
&D、共发射极电流放大系数β
三极管制成后，只要工作在放大状态，它的集电极收集电流和墓极复含电流的比值是一个常数，即
&&&&&&&&&&&&&&& (7 )
而且β值约为几十至几百之间。
从上述公式可以得到下面重要关系式
其中，ICEO=（1+β）ICBO，称为穿透电流。它的数值一般很小，通常可以忽略其影响。这时，三极管集电极电流和发射极电流只受基极电流控制。当改变基极电流的大小时，若其变化量为△IB，则集电极电流和发射极电流都产生较大的变化，它们分别为
&&&&&&&& &&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&（9）
因为俘远远大于 1 ，所以二极管具有电流放大作用。在共发射极电路中，一般它还其有电压放大作用。
（二）三极管共发射极输出特性
图12 ( a )是硅三极管共发射极的输出特性曲线。由输出特性可以了解三极管以下性能：
1、当 uBE ＜0.5V 时，IB≤0，三极管处于截止状态。因此,IB = 0的一条曲线以下部分称为截止区。此时，三极管各极电流基本上等于零。
严格地讲，IB = 0，集电极电流 iC并不为零，iC 近似等于穿透电流ICEO。硅三极管穿透电流非常小，约小于一微安，锗三极管约为几十～几百微安。穿透电流受温度影响较大，所以 ICEO大的管子温度稳定性差。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图十二
2、 当 uBE ≥0 . 5V , uBC＜0V 时，三极管工作在放大状态。此时，IC≈βIB，△iC =β△IB，所以集电极电流受基极电流控制，而与 uCE无关。曲线近似水平的直线。这部分称为放大区。
在特性曲线放大区，可以根据 △IB 对应的 △iC值求出共射电流放大系数β值和共基电流放大系数α值。
&3、当 uBE ≈0 . 7V、uBC＞0。 V 时，集电极电流iC不再受基极电流 IB的控制，三极管进入饱和状态。输出特性靠近纵轴的上升部分，对应不同的IB值的各条曲线几乎重叠在一起，这一区域称为饱和区。
在饱和区三极管失去了放大作用，uCE =UCES ≤0.3V , iC的值主要由外电路决定。
&4、非安全工作区
为了确保二极管安全工作，一般规定了一些极限参数，有集电极最大允许电流 ICM、集电极击穿电压 U (BR)）和集电极最大允许功耗PCM。特性曲线中，超过上述极限参数的区域称为非安全工作区，包括：过流区、过压区和过损耗区，见图 l 2 (b)。三极管正常工作时不应进入非安全工作区。
【& 例 5 &】 某三极管特性曲线如图 13 ( a ) 所示。已知ICM = 40mA , U（BR）CEO≥5OV , PCM = 400mW，试标出曲线的放大区，截止区和饱和区，过压区、过流区和过损耗区，并估算UCE = 15V、IC = 15mA 时管子的β值和α值。
解：在图 13 中，按照已知参数可以在输出特性上分别注明各区的范围。因为 PCM = iC
·uCE ，可以假设一个 iC 值，求出对应的uCE 值，确定特性中的一个点，这样逐点描出过损耗区的范围，见图 13 (b)。
在对应UCE = 15V、IC＝ 15mA 的 Q 点，取 △IB＝200μA，求得 △iC ＝ l0mA ，故
【& 说 明& 】本题用来熟悉三极管的输出特性，又叫利用特性曲线求解β、α的方法。
（三）三极管的开关状态和等效电路
在数字电路中，三极管经常被当作开关使用。管子截止状态和饱和状态是开关工作时的两种稳态，而放大状态是管子从一种稳态向另一种稳态过渡的状态。
&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图十三
1、三极管开关条件和开关状态下的特点
表 3 列出了 NPN 硅三极管开关条件和开关状态下的特点。
表（三） 三极管开关条件和特点
2、开关状态下等效电路
图 14 为三极管三种工作状态下的等效电路。
图 14 (a) 是三极管截止状态下的等效电路。iB = 0，iC = 0，故c - e 之间如同断开的开关。
图 14 (b) 是三极管放大状态下的等效电路。iB＞0, b -e 之间等效为一个可变电阻rbe，其值和工作电流大小有关；c -e 间相当于受 iB控制的电流源，即iC ＝βiB 。
图 14 (c) 是三极管饱和后的等效电路。& iB ≥IBS = ,& b-e 之间电压为 uBE ≈0 . 7V , c-e 之间电压为 UCES ≤0 . 3V ，相当于闭合的开关。
【& 例 6 &】 图 15 是三极管开关电路。若三极管导通电压为 0 . 5V，饱和时 UBE= 0 . 7V , UCES = 0 . 3V ，试求：
&( 1 ) uI分别为 0 . 3V 和 10V 时，三极管的工作状态，对应的 uO =？
（2）三极管刚刚进入饱和或刚刚进入截止区时对应的uI值各是多少伏了
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图十四
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&& 图十五
解： ( l ) 当 uI = 0.3V 时，假设三极管已经截止，根据截止三极管的特点，可画出输入等效电路如图16（a）所示。可以求得
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图十六
故三极管已截止的假设成立。根据iB = 0、iC = 0的特点，可求出
uO = VCC = 12V
当 uI =10V时，假设三极管已饱和，根据饱和三极管的特点可画出输入等效电路如图 16 ( b ) 所示。可以求得
&&&&&&&&&&&&
可见， iB ＞IBS，二极管已饱和的假设成立。根据饱和三极管的特点可求出
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
( 2 ) 根据三极管的开关条件，管子进入截止状态必须满足下面的不等式：
&&&&&&&&&&&&&&&
可见，uI =4 . 5V 时，三极管刚刚进入截止状态。
根据三极管开关条件，管子进入饱和状态必须满足下列不等式
可见，uI = 7 . 1V 时，三极管刚刚进入饱和工作状态。
【 说 明 】 本题用来熟悉三机管的开关条件和开关状态下的工作特点，帮助掌握分析开关电路的方法
（四） PNP 型三极管的特点
PNP 型三极管和 NPN 型三极管在结构特点和工作原理方面基本上是相同的。只是由于它的三个区掺杂情况与 NPN 管不同，所以在外加电压、电流方向等方面存在着差别。因为 PNP 型锗三极管较多，故这里以锗管为例介绍 PNP 型三极管的特点。
1、内部结构和外加电压
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图十七
PNP 型三极管发射区和集电区是 P 型半导体，基区是 N 型半导体，如图17 (a )所示。它的发射区多数载流子（空穴）浓度很高，集电区空穴浓度较低，基区做得很薄、而且多子（自由电子）浓度很低。
为了保证三极管工作在放大状态，要求发射结正向偏置，集电结反向偏置。因此，外加电压的方向与 NPN 管相反，即 uBE＜ 0V , uBC＞0V，电源 VCC 和 VBB 的正极接发射极，负极分别接集电极和基极，见图17。
在外加电压作用下，发射区向基区发射空穴，形成射极电流IE ，其方向与空穴运动方向相同，即由发射极流入三极管。基极电流IB主要由外电路补充基区复合掉的自由电子形成的，故其方向是由管子流出基极；集电极电流IC主要由收集的空穴流组成，其方向也是由管子流出集电极。可见，IE、IB和IC的方向正好与 NPN 管相反，所以 PNP 三极管的符号如图17 (b) 所示，发射极的箭头方向指向基极和集电极。由图中可以看出，IE、IB和IC 规定的正方向与实际方向相同，而uBE和uBC规定的正方向与实际方向相反，故 uBE 和 uCE 为负值。
2 、PNP 管的伏安特性
图18 是 PNP 锗管 3AX31 的输入特性和输出特性。注意两个特性曲线横座标uBE 和 uCE为负值。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图十八
由图18输入特性曲线可以看到，PNP 型锗管基极导通电压uBE约为一0.1V。三极管工作在放大状态时uBE约为一0.2V。从输出特性曲线可知，当管子截止时，iB = 0，但iC值还较大，它近似等于穿透电流 ICEO，约为几十微安。当管子饱和时，饱和管压降较小，uCES 约为-0.1V。它与 NPN 型硅三极管相比，不仅电压、电流方向不同，而且导通电压数值较小。利用这些特点可以实现特殊要求的电路，另外也可以在电路中区分出 PNP 型锗管。
【 &例7& 】已知由 PNP 管组成的开关电路如图19 所示。若导通电压uBE = -0.1V ，饱和时 uCES = 0.1V, 试问：uI分别为0V、-2V 和-5V 时，管子的工作状态，对应的uO各是多少伏？
解： ( 1 ) 当 uI = 0V 时，uBE = 0V 大于导通电压-0 . 1V ，故管子截止，iC = 0。故
uO = VCC = - 10V
&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&图十九
( 2 ) 当 uI = - 2V 时，uBE＜一 0 . 1V，可见管子已导通。假设三极管已进入饱和状态，可知
&&&&&&&&&&&& &&&&&&&
&&&&&&&&&& &&&&&&&&&
由于iB＜IBS，所以原来假设三极管饱和是不对的．三极管一定工作在放大状态，故
&&&&&&&&&&&& &&&
（3）当 uI = - 5V 时，根据前面分析，可以求出基极电流为
&&&&&&&&&&&&&
可见 iB ＞IBS，三极管已经饱和．故
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
【 说 明 】本题用来熟悉 PNP 锗管的性能，了解这种电路的估算方法。
【 例 &8 】 测得工作在放大电路中三极管各电极的电位如图20 所示。分别判断它们是 NPN 管，还是 PNP 管，是硅管还是锗管，并标出 e、b、c
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图二十
解：因为三极管工作在放大状态下，硅管uBE ≈0. 7V ，锗管|uBE|≈0 . 2V，另外NPN 管 uBE＞0V，UBC＜0V；PNP 管uBE ＜0V , uBC ＞0。所以，根据给出的管脚电压，按上述特点可以区分出各管的管型，画出对应的三极管符号如图 21所示。
由图可知：管 a 是 NPN 硅管，管 b 是 NPN 锗管，管 d是 PNP 硅管，管 d 是 PNP 锗管。e、b、c标在图中。
【 说 明 】本题练习根据管脚电压判断管型的方法。
四、绝缘栅场效应管（ MOS 管）
由于本课主要使用增强型 MOS 管，这里以增强型管为例进行分析辅导。
（一）增强型 MOS 管的结构和工作原理
图22 ( a ) ( b ) 分别画出 N 沟道和 P 沟道增强型 MOS 管的结构示意图以及正常 工作时外电路连接形式。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&图二十一
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图二十二
1、NMOS 管
当 uGS＜UTN 时，管子内部漏源极之间没有形成导电沟道，尽管uDS＞0V，漏极电流 iD = 0，管子处于截止状态。
当 uGS＞UTN时，管子内部漏源之间形成导电沟道，在外加电源VDD 作用下，有漏极电流产生（即iD＞0），其方向是以漏极经过导电沟道流向源极，如图22 ( a ) 所示。
2、PMOS 管
当 uGS＞UTP（负值）时，漏源之间没有形成导电沟道，漏极电流 iD = 0，管子处于截止状态。
当 uGS＞UTP（负值）时，漏源之间形成导电沟道，在外加电源的作用下，有漏极电流产生（即而iD＞0 )，其方向是从源极经过导电沟道流向漏极，如图22 ( b ) 所示。
（二）增强型 MOS 管的特性曲线
图23 ( a ) ( b )分别画出 NMOS 、PMOS管的输出特性和转移特性。图中规定 iD 的正方向是从漏极经过沟道流向源极，uDS 和 uGS 的正方向是指漏极（D）和栅极（G）到源极（S）的电压。
&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图二十三
1、 NMOS 管
曲线中 iD 、 uGS 、 uDS 、 UTN均为正值。从转移特性可知，当 uGS＜UTN 时 iD = 0，管子截止，当uGS＞UTN 时，iD＞0，管子导通。
从输出特性可知，当 uGS＞UTN，且uDS 较小时，管子工作在可变电阻区。这时改变uGS 可以控制导电沟道的宽窄。从而改变管子的导通电阻值。uGS愈大，沟道愈宽，管子导通电阻愈小，曲线愈陡，在同样的漏源电压下，电流iD值愈大。在数字电路中，MOS 管作开关应用时，管子导通多是工作在可变电阻区。因此，外加信号uGS愈大，管子导通电阻愈小，管压降愈小，S～D 之间更接近于闭合的开关。
当uGS＞UTN且uDS 较大时，管子工作在恒流区。由于这时管子的导电沟道靠近漏极一端出现了预夹断现象，增大uDS只改变沟道的夹断长度，而不改变漏极电流的大小，所以iD 只由uGS的大小决定。对应不同的 uGS，特性曲线近似是一组平行横轴的直线。一般称它为恒流区，也称饱和区。
当 uDS继续加大而趋近一定限度时，和晶体三极管一样，NMOS 管也会击穿。所以输出特性中这一区域称为击穿区。使用 NMOS 管时，外加电压不应超过管子的击穿电压。 &&&&
2 . PMOS 管
曲线中 iD 、 uGS 、 uDS 、 UTN均为负值。在连接 PMOS 管外电路时，一定要注意它的电流和电压的方向，尤其外加电源不应接错，否则会损坏器件。
关于PMOS管的转移特性和输出特性的分析，除去电压、电流万向与 NMOS 管不同之外，其它基本相同，这里不再赘述。
（三） MOS 管的开关应用和等效电路
1、开关条件和开关状态下的特点
NMOS 和 PMOS 管的并关条件和开关状态下的特点如表 4 所示。
表（四）MOS管开关条件和特点
2、MOS 管开关应用时的等效电路
图24 表示 MOS 管截止和导通时的等效电路。
( l ) 当 NMOS 管uGS＜UTN或 PMOS 管uGS＞UTN 时，图中开关 K 断开，iD = 0。因此，G 、D 、S 三极间断开，D～S 之间相当于断开的开关。
( 2) 当 NMOS 管 uGS≥UTN或PMOS 管uGS≤ UTN时，图中开关 K 闭合，管子导通，D～S 之间相当于闭合的开关，导通电阻rDS(On) 约为几百欧姆。 &&&&&&&&
3、MOS 管的主要特点
( 1 ) MOS 管是一种电压控制器件，改变输入电压 uGS，可以改变管子的工作状态。
（2 ) MOS管栅极与其它各极之间有一层绝缘性能很好的SiO2隔开，所以输入电阻&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
很大，静态情况下输入端几乎不取电流。但是输入端栅极有电容，其值可达几皮法，影响开关速度，而且栅极感应电荷不易泄放，容易引起栅极击穿。
&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图二十四
(3 ) MOS 管利用一种极性的载流子导电，故有单极型三极管之称。它与双极型二极管比，具有噪声小、温度稳定性好的优点。
(4 ) MOS 管结构对称，漏极和源极可以互换使用，不影响其性能指标，因此应用时比较灵活、方便。
【& 例 &9& 】图25是 PMOS 反相器电路，己知UTP = - 4V , 导通电阻 ro n = 500Ω，
试问：uI分别为0V 和-10V 时的uO值是多少？
&&&&&&&&& &图二十五
可见，该电路输入低电平时，输出高电平；输入高电平时，输出低电平，具有反相功能。
【& 说 明 &】本题用来熟悉 PMOS 管的开关特性，训练 MOS 电路的估算方法。
【& 例10 &】若图 25 中，电源电压不变而将PMOS 管改为NMOS管,UTN = 4V ,
&ro n =500Ω，试问电路仍保持反相功能，连接形式如何变化？当uI分别为0V和-10V时， uO值各是多少？
解: 因为NMOS管要求 uDS、uGS为正电压条件才能导通，故应将-10V 电源接在源极，而漏极通过电阻RD接地，衬底应接在源极一边，栅极作输入端，漏极作输出端。电路连线见图26所示。
当uI = 0V 时，uGS ＝ 10V ＞UTN，NMOS 管通，导通电阻 rON = 500Ω
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图二十六
NMOS 管截止, iD = 0,
故 &&&&&&&&&&&&&&&uO = 0V
可见，uI为高电平时，uO为低电平；uO为低电平时，uI为高电平，电路具有反相功能。
【& 说 明 &】本题用来熟悉 PMOS管和NMOS管外接电路连接形式的不同，另外在只负电源电压条件下，NMOS管的使用方法。
【 例 1 1 &】图 26为 CMOS 反相器电路，若 NMOS 管和PMOS 管的性能同前例，试求：
① uI为 0V 和 l0V 时对应的 uO。
② 若将 PMOS 管改为 I0kΩ的电阻，uO值是多少？
③ 比较上面两种电路的性能
（1） 该电路由性能对称的 NMOS 管和 PMOS 管组成，即|UT| = 4V , ro n = 500V
当uI = 0时，uGSN＜UTN , NMOS 管截止，UGSP = -l0V ＜UTP, PMOS 管导通。因为iDN = 0，故
&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图二十七
管导通，UGSP = 0V＞UTP，PMOS管截止。因为 iDP = 0 , 故
&( 2 ) 若将 PMOS 管改为 RD = I0kΩ，可求出：
当 uI = 0V 时，NMOS 管截止，iDN = 0，故
当 uI = l0V 时，NMOS 管导通， ro n = 500V，故
&&&&&&&&&&&&&&&
(3 ) 比较上述两种电路；两者均能在输入低电平时，输出高电平；输入高电平时，输出低电平，实现反相器的功能。但前者给出低电平为0V，而后者为 0 . 48V，所以 CMOS 电路跳变幅度几乎和电源电压相等，它的电源利用率较高。另外，它在稳态时总有一个管子截止，静态电流为零，所以它比后者静态功耗低。第三在输出高电平时，PMOS 管导通电阻比 RD 小很多，所以开关时间也比后者短。
[转]&[转]&
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