电工学秦曾煌电子技术剖析.pptx

《电工学秦曾煌电子技术剖析.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工学秦曾煌电子技术剖析.pptx（77页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、(14-1)第十四章 二极管和三极管 14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结及其单向导电性 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 晶体管 14.6 光电器件第1页/共77页(14-2)导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性导体、半导体和绝缘体第2页/共77页(14-3) 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如： 当

2、受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 - 热敏特性、光敏特性。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变 - 掺杂特性。第3页/共77页(14-4) 本征半导体一、本征半导体的结构GeSi 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗(Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。第4页/共77页(14-5)本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：第5页/共77页(14-6

3、)硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子第6页/共77页(14-7) 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 共价键形成后，每个原子最外层电子是八个，构成比较稳定的结构。 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4第7页/共77页(14-8)二、本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚，本征半导体中没有可以自由运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。在常

4、温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1.载流子、自由电子和空穴第8页/共77页(14-9)+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子第9页/共77页(14-10)2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4 在其它力的作用下，空穴可吸引附近的电子来填补，其结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可认为空穴是载流子。 本征半导体中存在数量相等的两种载流子：自由电子和空穴。自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动第10页/共77页(14-11) 温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强，温度是影响

5、半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。第11页/共77页(14-12) N 型半导体和P 型半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子的浓度大大增加。P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。第12页/共77页(14-13)一、N 型半导体+4+5+4+4多余电子磷原子在硅或锗晶体中掺入少量的，

6、晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。第13页/共77页(14-14)N 型半导体中的载流子是什么？1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.本征半导体中成对产生的自由电子和空穴。 因掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 第14页/共77页(14-15)二、P 型半导体在硅或锗晶体中掺

7、入少量，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空位。这个空位可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空位硼原子P 型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。空穴第15页/共77页(14-16)三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体+N 型半导体 杂质型半导体中多子和少子的移动都可形成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要是多子，受温度影响较小。 一般近似认为多子与杂质浓度相等。第16页/共77页(14-17) 课堂练习 第17页/共77页(14-18)PN

8、 结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和 N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。14.2 PN 结及其单向导电性结及其单向导电性第18页/共77页(14-19)P型半导体N型半导体+扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动就越强，而漂移的结果使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。第19页/共77页(14-20)P型半导体N型半导体+扩散运动内电场E漂移运动 当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡时，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。第20页/共77页(14-21)+空间电荷区N 型区P

9、型区电位VV0第21页/共77页(14-22)1.空间电荷区中几乎没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N区中的自由电子（都是多子）向对方运动（扩散运 动）。3.P 区中的自由电子和N 区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:第22页/共77页(14-23)PN结的单向导电性 PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P 区加正电压、N 区加负电压。 PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负电压、N 区加正电压。第23页/共77页(14-24)一、PN 结加正向电压内电场外电场变薄PN+RE+_ 内电场被削弱，多子扩散加强，能够形成较大的

10、正向电流。第24页/共77页(14-25)二、PN 结加反向电压+内电场外电场变厚NP+_RE 内电场被加强，多子扩散受到抑制，少子漂移加强，但因少子数量有限，只能形成较小的反向电流。第25页/共77页(14-26)总结： 1、加正向电压时，PN结处于导通状态，呈低电阻，正向电流较大。 2、加反向电压时，PN结处于截止状态，呈高电阻， 反向电流很小。PN 结具有单向导电性第26页/共77页(14-27)14.3 二极管发光 稳压 整流检波 开关第27页/共77页(14-28)第28页/共77页(14-29)一、基本结构：PN 结加上管壳和引线。第29页/共77页(14-30)UI反向击穿电压U

11、(BR)导通压降正向特性反向特性死区电压PN+PN+ 反向电流在一定电压范围内保持常数。 二、伏安特性：非线性第30页/共77页(14-31)三、主要参数1. 最大整流电流 IOM二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2. 反向工作峰值电压URWM保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压U(BR)的一半或三分之二。点接触型D 管为数十伏，面接触型D管可达数百伏。通常二极管击穿时，其反向电流剧增，单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。第31页/共77页(14-32)3. 反向峰值电流 IRM指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流越大，说明二极管的单向导电性

12、越差。反向电流受温度影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小（ V阴 导通 V阳 0 导通 UD VB故：DA优先导通 DB截止若：DA导通压降为0.3V则：VY = 2.7V解：P12：例DA-12VVAVBVYDBR第37页/共77页(14-38)已知：管子为锗管，VA = 3V，VB = 0V。导通压降为0.3V，试求：VY = ?方法：先判二极管谁优先导通， 导通后二极管起嵌位作用 两端压降为定值。因：VA VB故： DB 优先导通 DA截止若： DB导通压降为0.3V则：VY = 0.3V解：P12：例DAVAVBDBVY+12VR第38页/共77页(14-39)V sin18

13、itu t 第39页/共77页(14-40)UI反向击穿电压U(BR)导通压降死区电压PN+PN+ 反向电流在一定电压范围内保持常数。 伏安特性：非线性第40页/共77页(14-41)UI 理想二极管：正向导通 - 管压降为零 反向截止 - 相当于断开导通压降死区电压第41页/共77页(14-42)符号 UZIZIZM UZ IZ伏安特性 稳压管正常工作时，需加反向电压，工作于反向击穿区。使用时要加限流电阻_+UIO14.4 稳压二极管曲线越陡电压越稳第42页/共77页(14-43)(1) 稳定电压 UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2) 电压温度系数 U 环境温度每变化1C

14、引起稳压值变化的百分数。(3) 动态电阻ZZZ UIr(4) 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM(5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。稳压二极管的主要参数:第43页/共77页(14-44)已知：Uz = 12V，IZM = 18mA，R = 1.6K。 试求：Iz = ? 限流电阻 R 的阻值是否合适？解：Iz = ( 20 Uz ) / R = ( 20-12 ) / 1.6x103 = 5mA因：IZ IC ，称为饱和区第62页/共77页(14-63)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A0 此

15、区域中 ：IB=0, IC=ICEO UBE UBE ，IC = IB , 且 IC = IB+ UBE 0 CT E ICIEIB+UCEB - UBC IC+IEB+ UBE 0 CT E - UBC 0+ BBII/CCCCIUR0CEU第65页/共77页(14-66)(3) 截止区：发射结反偏，集电结反偏。 UBE 死区电压，IB=0 ， IC=ICEO 0 IC = 0IB = 0+UCE UCCIEB+ UBE 0 CT E - UBC 0+ 第66页/共77页(14-67) = 50， USC = 12V, RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V 时，晶

16、体管工作于哪 个区？解：当USB =-2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=0T 管工作于截止区 第67页/共77页(14-68)T 管工作于放大区ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBE解：USB =2V时：A19700.72BBESBBRUUICmaxBCIIImAmA0.950.01950mAmax2612CSCCRUIIC最大饱和电流：第68页/共77页(14-69)解：USB =5V时:ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBET 管工作于饱和区，因IC 和IB 已不是 倍的关系A61700.75BBESBBRUUICmaxBIImAmA

17、3.050.06150mAmax2612CSCCRUIIC最大饱和电流：第69页/共77页(14-70)三、主要参数 前述电路中，三极管的发射极是输入和输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：BCII_ 工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：BIIC1. 电流放大倍数和 _第70页/共77页(14-71)ICBOA+ECAICEOIB=0+第71页/共77页(14-72)4.集电极最大允许电流ICM 集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分

18、之二时的集电极电流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 基极开路时，加在集-射极之间的最大允许电压，称为集-射极反向击穿电压。手册上给出的数值是25C的值。温度上升时，其值将降低。第72页/共77页(14-73)6. 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：PC =ICUCE 必定导致结温 上升，所以PC 有限制。PCPCMICMU(BR)CEO安全工作区ICUCE0ICUCE=PCM第73页/共77页(14-74)现测得放大电路中两晶体管各管脚电位如下： a：V1 = 12V，V2 = 3.7V，V3 = 3V； b：V1 = -6V，V2 = -2.1V，V3 = -1.9V 试判别各管的管脚、类型、材料。解：方法：先确定 b、e 、c 脚 , 然后确定材料、类型a：脚2 = b 脚 脚3 = e 脚 脚1 = c 脚 硅管, NPN管b： 脚2 = b 脚 脚3 = e 脚 脚1 = c 脚 锗管, PNP管PNP管NPN管+第74页/共77页(14-75)14.6 光电器件 发光二极管 光电二极管 光电晶体管 有兴趣的同学自学！第75页/共77页(1-76)结结 束束 第76页/共77页(14-77)感谢您的观看！第77页/共77页