作者：姜燕,李雪,薛慧君
出版社：中国铁道出版社有限公司
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电子技术基础试读：
前言
PREFACE本书是根据教育部高等学校工科《电子技术基础课程教学基本要求》，参照电子信息类模拟电路和数字电路课程的课程标准编写的。本书将原来的“模拟电路”和“数字电路”两门课程的内容整合起来，将理论计算和推理性的知识内容进行压缩，加大实训内容，形成新的课程体系，并将课程体系的内容重点放在培养学生对电子技术的应用能力上。在编写的过程中，考虑到职业院校电子信息类专业所面向的职业岗位在电子技术
方面的能力要求主要集中于对电子技术基本概念的了解和常用电子电路应用的掌握，对电子技术理论的相关计算、推理的掌握要求相对较低，因此课程体系的内容设置是在保证基本概念、基本原理和基本分析方法有一定了解的前提下，尽可能地使学生对电子电路的特性、应用有更多掌握，以适应今后职业岗位的需要。
本书分为上、下两篇，共11章。上篇为模拟电路部分，共4章，主要内容包括半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器、正弦波振荡电路；下篇为数字电路部分，共7章，主要内容包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路、脉冲产生和整形电路、数/模和模/数转换器、半导体存储器和可编程逻辑器件。
本书由姜燕、李雪、薛慧君任主编，冯建平、刘彤、王艳春、朝克图任副主编，秦海东、王青、张淑萍、卢建丽、吴威参与编写。
本书的编者是来自于内蒙古商贸职业学院、内蒙古电子信息职业技术学院的一线教师。参与完成书中理论知识编写工作的有内蒙古商贸职业学院的姜燕、李雪、冯建平、刘彤和王艳春；书中各章的实训部分由内蒙古商贸职业学院的姜燕、朝克图和内蒙古电子信息职业技术学院的薛慧君共同完成。另外，内蒙古商贸职业学院的王青、张淑萍，呼和浩特市赛罕区人民法院网络管理中心的秦海东，内蒙古自治区公安厅的吴威和内蒙古自治区人民检察院呼和浩特铁路运输分院的卢建丽也参与了实训部分电路图的绘制及校稿工作。在实训案例的收集和书稿的编写过程中，承蒙中兴通讯研发部、华为终端硬件工程部、内蒙古金名计算机系统集成股份有限公司的大力支持，在此一并表示感谢！
限于编者的水平，书中的疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。编 者2017年8月绪论
电子技术最早应用于通信及广播领域，随着科学技术的迅猛发展，电子技术的应用日益广泛，它已经渗透到工业、农业、科技和国防等各个领域，比如宇宙航行、人造卫星、广播电视、电子计算机、自动控制、电子医疗设备以及和人们生活息息相关的家用电器、手机等电子娱乐设备。20世纪下半叶迅速发展起来的激光、光纤、光盘存储等技术及其与电子技术结合形成的光电子技术已经成为信息社会的重要技术基础。在进入21世纪的信息时代后，电子技术作为信息技术发展的基础之一，随着微电子技术、光电子技术和其他高新技术的进步而飞速发展，其应用领域更加广泛。
绪论部分主要介绍电子技术的基本概念及电子技术的特点及研究方法，为学好这门课奠定基础。
1.电子技术的基本概念（1）电子技术：电子技术是根据电子学原理，运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管等）对电能进行变换和控制的技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。
电子电路是组成电子设备的基本单元，由电阻器（简称“电阻”）、电容器（简称“电容”）、电感器（简称“电感”）等电子元件组成，具有某种特定功能。（2）模拟信号与数字信号：在人们的生活环境中，存在着电、光、声、磁、力等各种形式的信号，在电子电路中信号以电的形式作为信息的载体。由于目前电信号的处理技术比较成熟，因此在通信、测量、自动控制以及日常生活等各个领域遇到非电信号的处理问题时需要将待处理的非电信号先变成电信号，然后经过处理后再还原为非电信号。
电子技术中处理的电信号根据其不同的特点可以分为两大类，即模拟信号和数字信号。模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，即时间和幅值上都连续的信号。此类信号在一定动态范围内幅值可取任意值，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值。图0-1（a）为模拟信号的波形图。
数字信号是指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的时间和幅值均为离散值，而且幅值只可以取有限个值。图0-1（b）为数字信号的波形图。图0-1 模拟信号及数字信号的波形图
由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多。在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或者说，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。（3）模拟电路与数字电路：根据电路所处理的信号，可以将电子电路分为两类，即模拟电路与数字电路。
模拟电路是指处理模拟信号的电路，其研究重点是信号在处理过程中的波形变化以及器件和电路对信号波形的影响，主要采用电路分析的方法。
数字电路是指用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，又称数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。
随着电子技术的不断发展，数字电路的应用越来越广泛，已在很多领域取代了模拟电路。其主要原因是数字电路工作速度高、精度高，更容易做到微型化，比较容易采用各类算法进行编程，使得其应用比较广泛，而且数字电路还可以采用嵌入式纠错系统。
尽管电子技术已经进入数字时代，但模拟技术仍然有一定的发展。随着数字技术的进步，对高精度、高速度、高频率、低功耗模拟产品的需求越来越大，模拟产品正沿着继续提高性能的方向前进。而且，与数字技术结合的混合器件则将是模拟产品的另外一个发展方向。很多现代电子系统都包含模拟电路与数字电路两种电路，其性能相比单纯的模拟电路系统或数字电路系统更为优越。因此，数字电子技术的发展同时也为模拟电子技术的发展带来了更为广泛的空间，可以预计未来的电路系统将是模拟电路与数字电路共存的系统。（4）分立元件电路与集成电路：
分立元件电路是指将单个的电子电路元器件连接起来组成的电路，由于分立元件在实现复杂的电路或系统时必须将许多元器件连接在一起，因此势必会造成元器件数量多，体积、质量和功耗都将增大。
集成电路是采用一定的制造工艺将所有元器件都制作在一小块硅片上形成的电路。其优点是成本低、体积小、质量小、功耗低、可靠性高且便于维修，因此集成电路的发展速度很快，应用范围也较广。
在模拟电路与数字电路中，目前大都使用的是集成电路器件，分立元件电路在很多场合都已被集成电路取代。在数字电路中，分立元件电路几乎被淘汰，而在模拟电路中，由于信号形式多样，功能要求的多样性，以及集成电路的制造技术等原因，因此在模拟电路的大功率、超高频类型的电路中，分立元件电路仍然具有一定的应用价值。
常见的模拟集成电路有集成运算放大器、集成功率放大器、模拟乘法器、锁相环等；常见的数字集成电路有门电路、触发器、编码器、译码器、计数器等。
本书中在模拟电路的分析中主要介绍分立元件电路，数字电路的介绍主要针对集成电路的应用，使读者掌握电路的基本概念和应用，为后续课程的学习打下坚实的基础。
2.电子技术的特点及研究方法
电子技术的发展经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路四个时代。新的电子器件的出现使得电子电路发生了很大的变化，但电路理论及其分析方法已经比较成熟，因此，在学习时要注重掌握基本理论及其应用，这对于设计和分析新的电路是非常有益的。
电子技术由于涉及的电路非常多，按功能一般可以分为信号产生电路、信号放大电路、信号存储电路、信号运算与处理电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路和电源电路几类。在学习的过程中要注意从不同功能的角度去学习、研究、掌握，并且搞清楚整个电子系统各个功能电路之间的连接和互相影响，这样有助于电子电路的学习。
还有一个需要注意的问题是，由于元器件和电路的性能随着电子技术的发展越来越好，同样的电路系统可以采用不同的元器件和功能电路实现，这样就要求设计者进行综合考虑，从而提高系统的性能，降低成本。上篇模拟电路第1章半导体器件
学习目标
•了解半导体的基础知识；掌握半导体器件的核心部分PN结。
•掌握二极管的结构、符号、伏安特性与等效电路，二极管的温度特性及主要参数；掌握二极管的应用。
•掌握三极管的结构、符号、类型及应用，理解三极管的电流放大作用，了解三极管的主要参数。
•掌握常用电子产品的使用与测量方法。
•掌握万用表的使用方法。1.1 半导体基础知识
自然界的物质按照其导电能力的由强到弱依次可分为导体、半导体和绝缘体3类。物质的导电性能取决于其原子结构，原子结构由低价元素组成的物质其导电性能较好，如银、铜、铝等金属材料，它们的特点是最外层电子容易摆脱原子核的束缚成为自由电子，可以在外电场的作用下定向移动产生电流，称之为导体；而原子结构由高价元素组成的物质其导电性能较差，如橡胶，它们的特点是最外层电子很难挣脱原子核的束缚成为自由电子产生移动，从而产生电流，称之为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）。
半导体之所以在现代科学技术中得到广泛的应用，不在于它的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是因为它具有下面两个物理性质。
1.半导体的导电性能很容易改变（1）热敏特性：半导体的导电性能会随外界温度的变化发生显著的变化；（2）光敏特性：半导体的导电性能随外界光照强度的变化发生显著的变化；（3）掺杂特性：半导体的电导率可随加入的杂质发生显著的变化。
2.半导体导电性能的改变是可以控制的
通过温度变化、光照变化和掺杂改变半导体导电性能的过程，可以人为地加以控制，使它按照人们预期的要求来变化，从而使半导体在现代电子技术领域中得到广泛的应用。1.1.1 本征半导体
将纯净的半导体经过一定工艺过程制成的单晶体，称为本征半导体。
常用的半导体材料有硅和锗，它们都是四价元素，最外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核的束缚成为自由电子，也不像绝缘体被原子核束缚得很紧，内部几乎没有自由电子，所以半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
本征半导体中的四价元素是靠共价键结合成分子的。图1-1所示为本征半导体硅和锗晶体的共价键结构平面示意图。
共价键上的某些电子受外界因素的激发后会挣脱共价键束缚，成为带负电荷的自由电子。在电场力的作用下，自由电子逆着电场方向做定向运动，形成电子电流。这时，半导体具有一定的导电能力，一般自由电子的数量较少，因此半导体的导电能力很弱。
共价键上的电子挣脱共价键束缚成为自由电子的同时，在原来的位置上留下一个空位，称为空穴。空穴出现后，对邻近原子共价键上的电子有吸引作用。如果邻近共价键的电子进来填补，则其共价键又会产生新的空穴，再吸引其他的电子来填补。
所以，半导体中存在两种载流子：电子和空穴。电子带负电荷，空穴带正电荷。自由电子和空穴是电量相等、性质相反的载流子。图1-1 共价键结构平面示意图
在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子-空穴对。自由电子和空穴两种载流子的浓度是相等的。常温下，载流子很少，导电能力很弱。当温度升高或光照增强时，激发出的电子-空穴对数目增加，半导体的导电性能将增强。利用本征半导体的这种特性，可以制成热敏器件和光敏器件，例如热敏电阻和光敏电阻等。
本征半导体常温下很弱的导电能力，以及其对于光和热的敏感，决定了不能直接使用这种材料制造半导体器件。实际的器件材料是采用在本征半导体中掺入微量杂质形成的杂质半导体。1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入微量杂质形成杂质半导体后，其导电性能将发生显著变化，并受所掺杂质的类型及浓度的控制，使半导体获得重要的用途。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。
1.N型半导体
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的五价元素，如磷（P）。掺入的杂质并不改变本征半导体硅（或锗）的晶体结构，只是半导体晶格点阵中的某些硅（或锗）原子被磷原子所取代。五价元素的4个价电子与硅（或锗）原子组成共价键后，将多余1个价电子。如图1-2所示，这一多余的价电子不受共价键的束缚，只需获得较小的能量便能挣脱原子核的束缚而成为自由电子，于是半导体中的自由电子的数量便增加，导致这类杂质半导体中的自由电子数大于空穴数。自由电子导电成为此类杂质半导体的主要导电方式，故称为电子型半导体，简称N型半导体。
在N型半导体中，电子成为多数载流子（简称“多子”），空穴为少数载流子（简称“少子”）。由于杂质原子可以提供电子，故称为施主原子。N型半导体主要靠自由电子导电，在本征半导体中掺入的杂质越多，所产生的自由电子数也越多，杂质半导体的导电能力就越强。
2.P型半导体
在本征半导体中掺入微量的三价元素，如硼（B），杂质原子取代晶体中某些晶格上的硅（或锗）原子，三价元素的3个价电子与周围4个原子组成共价键时，缺少1个电子而产生了空位，如图1-3所示。由于邻近的硅（或锗）原子的价电子很容易来填补这个空位，于是在该项价电子的原位上就产生了1个空穴，而三价元素却因多得了1个电子而成为负离子。
在此类半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目，导电是以空穴载流子为主，故称为空穴型半导体，简称P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子，主要靠空穴导电。与N型半导体相同，掺入的杂质越多，空穴的浓度越高，导电能力就越强。因杂质原子中的空位吸收电子，故称为受主原子。图1-2 N型半导体的晶体结构图1-3 P型半导体的晶体结构1.1.3 PN结及其单向导电性
本征半导体掺杂后形成P型半导体和N型半导体，虽然导电能力大大增强，但一般并不能直接用来制作半导体器件。各种半导体器件的核心结构是在一块半导体的一端掺入三价元素形成P型半导体，另一端掺入五价元素形成N型半导体，于是在它们的交界处，就形成了一个PN结。PN结是许多半导体器件的重要组成部分。
1.PN结的形成
单个的P型半导体或N型半导体内部虽然有空穴或自由电子，但整体是电中性的，不带电。人们利用特殊的掺杂工艺，在一块晶片的两边分别形成N型和P型半导体。在室温下，P型半导体内每一个受主杂质将产生一个空穴，同时形成一个负离子；N型半导体内每一个施主杂质将产生一个自由电子，同时形成一个正离子。在两块半导体的交界处，由于扩散运动和漂移运动的作用，会形成PN结。扩散运动和漂移运动分别具体描述如下：（1）扩散运动：由于P区内空穴为多子，N区内自由电子为多子，两区间空穴和自由电子存在较大的浓度差，导致空穴越过交界面由P区向N区运动，自由电子由N区向P区运动，如图1-4所示。
扩散运动的结果导致进入对方区域后，多子的身份变为少子，很快被复合掉，同时在两区的交界处留下了不能移动的正负离子，形成了一个正负离子区，即空间电荷区，如图1-5所示。在交界面两边的正负电荷间由于存在电场（内建电场，简称“内电场”），电场方向由N区指向P区，它所产生的电位差使N区的电位高于P区的电位。同时，这个电场的存在可阻止两区多子的扩散运动，因此空间电荷区又称耗尽区、势垒区或位垒区。图1-4 扩散运动图1-5 PN结的空间电荷区（2）漂移运动：在内电场的作用下，N区的少子空穴向P区运动，同时P区的少子自由电子向N区运动。
由以上分析可知，扩散运动和漂移运动的方向相反。由扩散运动形成的电流称为扩散电流，由漂移运动形成的电流称为漂移电流，两种电流方向相反。漂移电流由于是由本征激发所产生的少子形成的，所以当温度一定时，其大小是一个定值。当两种电流相等时就会达到一种动态平衡，使得势垒区的宽度也随之确定。PN结指的就是势垒区，其宽度通常比较薄，为数十微米。
2.PN结的单向导电性（1）PN结外加正向电压（PN结导通）。电源电压通过限流电阻加在半导体的两端，在其正极接P、负极接N，即“正正相接，负负相连”，这样的接法称为外加正向电压，又称正向偏置，简称“正偏”，如图1-6所示。
由图1-6可见，PN结在外电场的作用中，带正电的空穴由P区向N区运动，带负电的自由电子由N区向P区运动，这将使势垒区的部分正、负离子被中和，导致势垒区变窄，势垒降低，有利于多子的扩散运动，却不利于少子的漂移运动，扩散电流增强，漂移电流则可忽略。所以，PN结在外加正向电压时是导通的。（2）PN结外加反向电压（PN结截止）。如果将外部电压的负极接到PN结的P端，正极接到N端，即“正负相接，负正相连”，这样的接法称为外加反向电压，又称反向偏置，简称“反偏”，如图1-7所示。外加反向电压时，PN结在外电场的作用下，P区的空穴将离开势垒区向电源负极运动，N区的自由电子也将离开势垒区向电源正极移动，于是导致势垒区中正、负离子增多，势垒区展宽，势垒增高，扩散电流很快减到零，漂移电流则基本不受外电场的影响而改变。所以，当PN结反向偏置时，PN结基本是不导通的。图1-6 PN结外加正向电压图1-7 PN结外加反向电压
综上所述，PN结具有单向导电性，即正向偏置时导通，反向偏置时截止。1.2 晶体二极管1.2.1 晶体二极管的结构、符号、类型
一个PN结加上相应的电极引线并用金属、玻璃或塑料的管壳封装起来（集成电路则不单独封装），就构成了晶体二极管，简称“二极管”。从P区引出的电极引线称为阳极，N区引出的电极引线称为阴极。常见的二极管结构示意图如图1-8（a）、（b）、（c）所示，图形符号如图1-8（d）所示。图1-8 常见的二极管结构示意图及图形符号
二极管按照用途的不同可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管及开关二极管等；按照制作材料的不同可分为硅二极管和锗二极管。
按照二极管封闭管芯结构的不同可将其分为点接触型、面接触型和平面型。点接触型二极管PN结接触面小，适宜在高频电路、开关电路及检波电路等小电流状况下使用，其结构如图1-8（a）所示；面接触型二极管PN结接触面大、载流量大，适宜在工频大电流整流电路中使用，其结构如图1-8（b）所示；平面型二极管由于其PN结面积可大可小，常用于集成电路制造工艺及高频整流和开关电路中，其结构如图1-8（c）所示。按用途可分为普通二极管、稳压二极管、发光二极管、变容二极管等，通常所说的二极管是指普通二极管。1.2.2 晶体二极管的伏安特性与等效电路
1.伏安特性
在二极管的阳极和阴极两端加上不同极性和不同数值的电压，同时测量二极管的电流值，再通过逐点描绘或晶体管图示仪直接描绘，可以得到二极管的伏安特性曲线。由于二极管的核心是PN结，因此其导电性能在理论上也应该和PN结的导电性能相似，即正向导通、反向截止。而实际中，由于受二极管引线及封闭管壳的体电阻、表面漏电流等因素的影响，实测二极管的伏安特性与PN结的伏安特性存在差异。图1-9所示为硅二极管的伏安特性曲线。
可以看出，当二极管正向偏置时，如果外加电压不足以克服PN结内电场对载流子运动的阻挡作用时，二极管呈现的电阻较大，正向on电流几乎为0，定义该电压值为二极管的死区电压U 。锗和硅二极管的死区电压分别为0.3V和0.7V。
然而，当二极管反向偏置时，如果反向电压在一定的范围内增大，反向电流极微小且基本保持不变；当反向电压增大到一定值时，二极管出现反向击穿的现象。图1-9 硅二极管的伏安特性曲线
2.等效电路
由于电路分析是以线性原理为基础的，而二极管是非线性元器件，所以在分析二极管电路时会比较不方便。工程上，常用等效电路（或电路模型）来代替电子元器件，从而在一定范围内简化计算，并导出实际应用中电子元器件的性能。下面介绍二极管的两种等效模型，即伏安特性曲线折线化和微变等效电路模型。
由于计算分析二极管的伏安特性曲线不方便，所以在一定的条件下，可以用折线替代曲线，实现二极管伏安特性曲线的折线化。
根据折线化的伏安特性曲线所模拟的电路称为伏安特性曲线折线化等效电路，如图1-10所示。图1-10 二极管的等效电路
由图1-10（a）可知，二极管导通时的正向压降为零；截止时，反向电流为零，这样的情况称为理想二极管。
由图1-10（b）可知，在这样的情况下，二极管导通时的正向压ononon降为一个常量U ，对于硅管U =0.7V，锗管U =0.3V；截止时，on反向电流为零。因而等效电路是理想二极管串联电压源U 。
由图1-10（c）可知，在这样的情况下，如果二极管的正向电压onDU大于U ，通过二极管的电流与电压成正比，比例系数为1/r ；截on止时，反向电流为零。因而等效电路是理想二极管串联电压源U 和DD电阻r ，且r =ΔU/ΔI。该模型又称二极管微变等效电路模型。1.2.3 晶体二极管的温度特性
由PN结的热敏特性可知，二极管的伏安特性对温度也很敏感。由实验测得，二极管的正向特性曲线将向纵轴移动，死区电压有所减小，反向饱和电流则增大，反向击穿电压也将减小，如图1-11所示。图1-11 二极管伏安特性随温度的改变1.2.4 晶体二极管的主要参数
二极管的参数是二极管电性能的指标，是正确选用二极管的依据，一般可以从器件手册中查到，也可以从特性曲线上求出，或直接测量。二极管的主要参数有：
1.最大整流电流I F
指二极管长期工作时允许流过的正向平均电流的最大值。这是二极管的重要参数，使用中若超过此值可能烧坏二极管。
2.反向工作峰值电压U R
指二极管工作时允许外加反向电压的最大值。通常规定，反向工作峰值电压约为其击穿电压的一半。
3.反向峰值电流I R
指在室温下二极管两端加反向工作峰值电压时的反向电流值。其值越小表示二极管的单向导电性能越好。由于此参数在二极管温度升高时会急剧增加，因此二极管在高温运行时应特别注意。
4.最高工作频率f M
指二极管工作时的上限频率。超过此值，二极管将不能很好地实现单向导电性。
二极管的主要参数可以从半导体器件手册中查到，但由于制造工艺的不同，参数的分散性也较大，手册中给出的只是参考范围中的值。选用器件时，既要了解其意义和数值，同时又必须要弄清楚各参数的测试条件，以防在使用时由于操作不当损坏二极管。1.2.5 晶体二极管的应用
1.限幅电路
利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可组成限幅电路，以此来限制输出电压的幅度。根据二极管是与负载支路串联还是并联，限幅电路可以分为两种：串联限幅和并联限幅。二极管限幅电路可用作保护电路，也可用来产生数字信号中的恒幅波等。二极管限幅电路及波形图如图1-12所示。图1-12 二极管限幅电路及波形图
2.整流电路
利用二极管的单向导电性可以将交流信号变换成单向脉动的信号，这一过程称为整流。二极管整流电路及波形图如图1-13所示。
3.与门电路
利用二极管通、断的开关特性，可以组成实现“与”逻辑函数关系的电路，该电路称为与门电路。二极管与门电路如图1-14所示。图1-13 二极管整流电路及波形图图1-14 二极管与门电路1.3 晶体三极管
晶体三极管（简称“晶体管”或“三极管”）由于其作为导电的载流子有空穴（带正电）及自由电子（带负电），因此又称双极型三极管（BJT），由两个靠得很近的且背对背排列的PN结组成，根据排列方式的不同可以分为PNP型三极管和NPN型三极管两种类型。1.3.1 晶体三极管的结构、符号、类型及应用
通过一定的制作工艺使3层半导体形成2个PN结，自3层半导体上各引出1个电极，然后用管壳封装，就构成了组成各种电子电路的核心半导体器件——三极管。3个电极分别称为发射极（e）、基极（b）、集电极（c）。3个电极对应的每层半导体分别称为发射区、基区和集电区，如图1-15所示。图1-15 三极管结构
图1-15所示集电区与基区间的PN结称为集电结，发射区与基区间的PN结称为发射结。
对于NPN型和PNP型三极管的图形符号如图1-16所示，两种类型的三极管其图形符号差别仅在于发射结箭头的方向上，可根据其箭头的指向来区分PNP型和NPN型三极管的图形符号。图1-16 三极管的图形符号
三极管除了按其结构可分为NPN型和PNP型外，还可按照制造材料分为锗管与硅管；按照功率大小分为小功率管、中功率管和大功率管；按照工作频率的高低分为高频管和低频管；按照用途的不同分为放大管和开关管等。常见三极管如图1-17所示。图1-17 常见三极管
三极管在工作时，发射结和集电结可以加不同的偏置电压，这样其工作状态便有4种，如表1-1所示。表1-1 三极管的工作状态
三极管的应用主要可分为两方面：一是利用其饱和、截止两个状态使其作为一个可以控制的无触点开关；二是利用其放大状态，用作放大器。1.3.2 晶体三极管的电流放大作用
利用三极管的放大状态可以对模拟信号进行放大的作用。通常从传感器获得的模拟信号都是比较微弱的，只有经过放大后才能进一步处理，或者使之具有足够的能量来驱动执行机构，以此来完成特殊的工作。放大电路的核心器件是三极管，三极管要想实现电流的放大作用不仅与三极管内部PN结的特殊结构有关，还与其外部条件有关。下面就对三极管实现电流放大作用的内因、外部条件以及三极管的电流分配关系和电流放大系数分别介绍。
1.三极管实现电流放大作用的内因（1）发射区半导体的掺杂浓度远高于基区半导体的掺杂浓度，且发射结面积较小；（2）发射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体，但发射区的掺杂浓度要高于集电区的掺杂浓度，且集电结的面积要比发射结的面积大，便于收集电子；（3）联系发射结和集电结两个PN结的基区非常薄，且掺杂浓度很低。
2.三极管实现电流放大作用的外部条件
三极管要实现电流放大作用的外部条件是使其发射结为正向偏置，集电结为反向偏置。
3.三极管的电流分配关系和电流放大系数C
假设三极管中流过集电极、基极及发射极的电流分别为I 、I BE 、I ，那么它们三者之间的关系为ECBI =I +I （1-1）
令称为三极管的直流电流放大倍数。它是描述三极管基极电流对集电极电流控制能力大小的物理量。大的三极管，其基极对集电极电流的控制能力就大。通常，一个三极管的是由其结构来决定的。
4.三极管在电路中的3种接法
在电路中，三极管3个电极中的2个电极可以作为输入端，2个电极可以作为输出端，这样必然会有一个电极是公共电极。采用不同的电极作为公共电极就形成了三极管在电路中的3种接法，称为3种组态，如图1-18所示。图1-18 三极管的3种组态
发射极作为公共电极，称为共发射极接法（CE）；基极作为公共电极，称为共基接法（CB）；集电极作为公共电极，称为共集电极接法（CC）。1.3.3 晶体三极管的主要参数
1.主要性能参数（1）共发射极组态电流放大系数β。通过前面的分析可知，如果交流输入信号为零，则三极管各极之间的电压和电流都是直流量，此CB时集电极电流I 与基极电流I 之间的比值称为共射直流放大系数。C
当共发射极放大电路有交流信号输入时，集电极电流I 与基极B电流I 也都会引起变化，两电流变化量的比称为共发射极组态电流放大系数β。
电流放大系数β是用来衡量共发射极组态中电流放大作用的。由于制造工艺的不同，同一型号的三极管其β值也是不同的。常用的小功率三极管，β值一般为20～100。如果β值太小，则会使得三极管的电流放大作用很小；如果β值过大，三极管的工作稳定性就会变差，所以一般选用β值介于40～80之间的三极管比较合适。（2）反向饱和电流：CBOCBO
①集电极和基极之间的反向饱和电流I 。I 是指发射极开路时集电极和基极之间由于集电区和基区中的少数载流子漂移运动所CBO形成的反向饱和电流，该值受温度的影响很大。I 越小，意味着CBO三极管的温度稳定性越高。硅管的I 比锗管要小。CEOCEO
②集电极和发射极之间的穿透电流I 。I 是指基极开路时，集电极流到发射极的电流，又称穿透电流。穿透电流的大小受温度影响较大，穿透电流小的三极管热稳定性较好。
2.极限参数CM（1）集电极最大允许电流I 。集电极电流增大到某一值时，β值会降低。而当β下降到正常值的2/3时的集电极电流称为集电极最大CMCM允许电流I 。虽然集电极电流IC超过I 时，三极管不一定损坏，但此时β的值已经降低，在使用过程中要注意到这一问题。（BR）CEO（BR）（2）集电极和发射极之间的反向击穿电压U 。U CEO 是基极开路状态下，加在集电极与发射极之间的最高允许电压。CE（BR）CEOCEO如果集电极与发射极间的电压U 超过U ，I 会突然增大，导致集电结反向击穿损坏。CMCM（3）集电极最大允许耗散功率P 。P 是指集电极上允许损C耗功率的最大值。集电极电流I 通过集电结时会产生损耗，从而导CCM致三极管发热甚至造成损坏。使用时应当保证P ；P ，否则有可能导致三极管烧坏。
3.温度对三极管参数的影响
由于半导体的热敏特性导致PN结的参数受温度影响较大，所以三极管几乎所有的参数都会受温度的影响而改变，温度对以下3个参数的影响最大：（1）对β的影响。三极管的β随温度的升高而增大，温度每上升1℃，β值增大0.5％～1％。CEOCEO（2）对反向饱和电流I 的影响。I 随温度上升会急剧增加。CEOCEO温度每上升10℃，I 将增加一倍。由于硅管的I 很小，因此温CEO度对硅管的I 影响不大。be（3）对发射结电压u 的影响。和二极管的正向特性一样，温度be每上升1℃，u 将下降2～2.5mV。Cbe
综上所述，随着温度的上升，β值将增大，i 也将增大，u 将下降，这对三极管的放大作用非常不利，因此在使用过程中应采取相应的措施克服温度对三极管的影响。1.4 场效应晶体管
由于三极管的输入阻抗低，所以，对信号源的影响较大。为了提高三极管的输入阻抗，发明了利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流变化的半导体器件，称为场效应晶体管（简称“场效应管”）。
由于场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的变化，因此，场效应管在电路中几乎不会从信号源吸收电流。由于场712效应管属于压控元件，其输入阻抗非常大，可达10 ～10 Ω，故对信号源的影响较小。
由于场效应管参与导电的载流子只有一种，因此，场效应管又称单极型器件。1.4.1 场效应管的结构和类型
场效应管根据结构的不同可以分为结型（JFET）和绝缘栅型（MOSFET）两类。JFET是利用半导体内部的电场效应进行工作的，所以又称体内场效应器件；而MOSFET是利用半导体表面的电场效应进行工作，所以又称表面场效应器件。不管是结型还是绝缘栅型场效应管都可以分为N沟道和P沟道。下面就针对结型和绝缘栅型场效应管的结构进行简单介绍。
1.结型场效应管的结构和类型
结型场效应管可以分为N沟道和P沟道两种类型，N沟道结型场效应管的图形符号和结构示意图如图1-19所示。图1-19 N沟道结型场效应管的图形符号和结构示意图
由图1-19可见，N沟道结型场效应管是在一块N型半导体上面制作两个高掺杂的P区，并将它们连在一起。从P区的连接点引出的电极称为栅极，用字母g表示；从N型半导体两端引出的两个电极分别称为栅极和漏极，用字母s和d表示。由于栅极和漏极之间的导电沟道是由N型半导体组成的，因此称为N沟道结型场效应管。由于栅极是P型半导体，栅极和沟道交界处PN结箭头的方向是由P指向N的，所以N沟道结型场效应管符号中的箭头也是由栅极指向N沟道。
根据相同的制作方法可以制作出P沟道结型场效应管，其图形符号和结构示意图如图1-20所示。图1-20 P沟道结型场效应管的图形符号和结构示意图
2.绝缘栅型场效应管的结构和类型
绝缘栅型场效应管也可以分为N沟道和P沟道两种类型，每种类型又可以分为增强型和耗尽型，所以绝缘栅型场效应管可以有4种类型，即N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型、P沟道耗尽型。下面以P沟道绝缘栅型场效应管为例介绍绝缘栅型场效应管的结构。
以一块P型半导体为衬底，利用扩散工艺在P型半导体上制作两个N型半导体区域，分别从N型半导体的区域引出两个电极作为源极2和漏极，在衬底上面制作一层SiO 绝缘层，再在绝缘层上制作一层金属铝，从金属铝上面引出的电极为栅极，即构成绝缘栅型场效应管。P沟道绝缘栅型场效应管结构如图1-21所示。
由于这种类型的场效应管在栅极与源极、栅极与漏极之间均采用2了SiO 作为绝缘隔离层，所以也可以称为绝缘栅型场效应管，又称MOS管。MOS管的图形符号如图1-22所示。
图1-22所示增强型和耗尽型场效应管的主要差别在于，当栅极与源极之间的电压为零时，如果场效应管不存在导电沟道，则属于增强型；如果存在导电沟道，则为耗尽型。图1-21 P沟道绝缘栅型场效应管结构图1-22 MOS管的图形符号1.4.2 场效应管的主要参数
1.直流参数gs（th）dsd（1）开启电压U ：当U 为常量时，使i 大于零所需的最
gs小|u |的值。gs（off）dsd（2）夹断电压U ：当U 为常量时，使I 等于零所需的gs最大|u |的值。（3）饱和漏极电流：属于耗尽型场效应管的参数，用来描述在gsU 等于零的情况下，场效应管产生预夹断时的电流值。
2.交流参数mgs（1）低频跨导g ：用来表示栅极和源极之间的电压u 对漏极d电流i 控制作用的大小。
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