电工与电子技术第一章 常用半导体器件

模拟部分数字部分模拟电子技术第一章常用半导体器件第二章基本放大电路第三章集成运算放大器及其应用第四章直流稳压电源第一章常用半导体器件第一节PN结及其单向导电性第二节半导体二极管第三节特殊二极管第四节晶体管例题返回作业第一节PN结及其单向导电性半导体基本知识PN结一、半导体的导电特点1.半导体材料物质分为导体、半导体、绝缘体，半导体是4价元素。半导体材料的特点：•半导体的导电能力受光和热影响T°↑导电能力↑光照↑导电能力↑•纯净的半导体掺入杂质导电性会大大增强。+4纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。本征半导体中的载流子自由电子(－)空穴（+）2.本征半导体空穴与电子成对出现并可以复合。*空穴的移动3.杂质半导体•N型半导体掺五价元素，如磷，自由电子数多于空穴数，自由电子数是多子。•P型半导体掺三价元素，如硼，空穴数多于自由电子数，空穴是多子。4．扩散电流与漂移电流载流子由于浓度差异而形成运动所产生的电流叫扩散电流。在电场作用下，载流子定向运动而形成的电流叫漂移电流。1.PN结的形成二、PN结扩散运动空间电荷区削弱内电场漂移运动内电场动态平衡－－－－－－－－－－－－－－－－P内电场电荷区空间扩散运动漂移运动N外电场方向与内电场方向相反空间电荷区(耗尽层)变薄扩散＞漂移导通电流很大,呈低阻态2.PN结的单向导电性－－－－－－－－－－－－－－－－PN内电场外电场•加正向电压（正偏）P（+）N（－）外电场与内电场相同耗尽层加厚漂移＞扩散形成反向电流IR，很小。呈高阻态N－－－－－－－－－－－－－－－－P内电场外电场•加反向电压（反偏）P（－）N（+）PN结正偏，导通；PN结反偏，截止第二节半导体二极管半导体二极管的伏安特性半导体二极管的主要参数一、半导体二极管的伏安特性+P区－－阳极N区－－阴极阳极阴极1.正向特性死区电压硅管0.5V锗管0.1V正向导通电压硅管0.7V锗管0.3Vi(mA)u(V)反向击穿电压死区GeSi2.反向特性反向饱和电流很小，可视为开路，反向电压过高，电流急增，二极管发生击穿。导通电压VD二、半导体二极管的主要参数1.最大整流电流IF二极管允许通过的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压URM保证二极管不被击穿允许加的最大反向电压。3.最大反向饱和电流IR室温下，二极管加最高反向电压时的反向电流，与温度有关。例：如图，当E＝5V时，IV＝5mA，则E=10V，IV＝（）Ａ.Ｉ＝１０mAＢ.Ｉ１０mAＣ.Ｉ＜１０mAＤ.不确定EVDIVB例：如图，E＝5V，二极管正向压降忽略不计，画出uo波形。EVDuiuO10ui(V)ωtuiEVD截止uo=EuiEVD导通uo=ui5uOωt5利用二极管的单向导电性可对输出信号起限幅作用。例：二极管组成电路如图，设二极管导通电压为0.3V，试求输出电压UF。+3VUF－12VR0VVD1VD230－12VVD1率先导通，UF＝3－0.3＝2.7VVD2截止解：第三节特殊二极管稳压管稳压管是一种特殊的二极管，具有稳定电压的作用。稳压管工作于反向击穿区。特点：电流变化大，电压变化小。一、稳压原理稳压管：１）加正向电压时同二极管２）加反向电压时使其击穿后稳压i(mA)u(V)反向击穿电压VS１．稳定电压UZ正常工作下，稳压管两端电压。同一型号的稳压管分散性较大。２．稳定电流IZ正常工作下的参考电流。大小由限流电阻决定。３．动态电阻rZrZ=△U/△IrZ越小，稳压效果越好。二、稳压管参数例：如图，已知UZ=10V，负载电压UL（）（Ａ）5Ｖ（Ｂ）10Ｖ（Ｃ）15Ｖ（Ｄ）20Ｖ４．温度系数αu温度改变1°，稳压值改变的百分比。其值可正，可负。AVS20V15KΩ5KΩUL例：已知ui=6sinωt，UZ=3V，画输出波形。稳压管的工作条件（１）必须工作在反向击穿状态（２）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不超过允许范围。VSuiuO6ui(V)ωt3uOωt3第四节晶体管晶体管的基本结构和类型晶体管的电流分配和放大原理晶体管的特性曲线晶体管的主要参数温度对晶体管的影响一、晶体管的基本结构和类型基区集电区发射区基极集电极发射极集电结发射结NPN型VTPNP型特点：发射区参杂浓度很大，基区薄且浓度低，集电结面积大。VT二、晶体管的电流分配和放大原理１．放大条件（１）内部特点决定发射区产生大量载流子基区传送载流子集电区收集载流子（２）外部条件发射结正偏，集电结反偏UUUNPNEBCUUUPNPEBCIEICIBRBRCEBECNNP发射区电子发射结正偏利于发射区发射电子基区集电结反偏利于集电区收集电子集电区2.电流分配IBRBEBICRCECIIICBEIE基极电流很小的变化，将引起集电极电流一个很大的变化。IIBCIIBC直流放大系数交流放大系数1.输入特性曲线三、三极管特性曲线IB＝f(UBE)︳UCE=常数IB(μA)UBE(V)UCE=0UCE≥1发射结、集电结正偏，两个二极管正向并联。0UCE集电结反偏，IB减小UCE1IB变化很小，与UCE=1曲线重合。1UCE2．输出特性曲线常数ICECB)U(If饱和区截止区放大区截止区IB≈0，IC≈0，UBE≤0发射结反偏，集电结反偏。放大区IC＝βIB发射结正偏，集电结反偏。饱和区UCE≤UBE，发射结、集电结正偏。IC(mA)UCE(V)IB＝0IB＝20IB＝40IB＝60IB＝80五、温度对晶体管的影响1.温度对ICEO、ICBO的影响ICEO、ICBO随温度上升急剧增加，温度每升高10°，ICBO约增加一倍。温度对锗管的影响比较大。2.温度对β的影响温度增加，β随之增加。3.温度对UBE的影响温度增加，UBE随之减少。例：由三极管各管脚电位判定三极管属性（1）A:1VB：0.3VC:3V（2）A:－0.2VB:0VC:－3V如何区分硅管和锗管如何区分NPN、PNP管如何区分三个极UUUNPNEBCUUUPNPEBCA.︱UBE︳≈0.2V(锗管）︱UBE︳≈0.7V(硅管）B.步骤：1.区分硅管、锗管，并确定C极（以相近两个电极的电压差为依据，UBE硅＝0.7／UBE锗＝0.2～0.3）2.区分NPN、PNP管（NPN：UC最高，PNP：UC最低）3.区分三极（NPN：UCUBUEPNP：UCUBUE）解：（1）硅管、NPN管A：基极；B:发射极；C:集电极（2）锗管、PNP管A:基极；B:发射极；C:集电极