電子電路中常用的元件

1、常用半導(dǎo)體元件第 5章5.1 二極管5.1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體 純凈的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。載流子 自由運動的帶電粒子。共價鍵 相鄰原子共有價電子所形成的束縛。+4+4+4+4硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)Si284Ge28184簡化模型+4慣性核硅(鍺)的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內(nèi)移動1、本征激發(fā)：2、復(fù) 合： 自由電子和空穴在運動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。3、漂 移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運動。 在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。

2、兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內(nèi))的運動4、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征IIPINI = IP + IN+ 電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電 在外電場的作用下，自由電子逆著電場方向定向運動形成電子電流IN ?？昭樦妶龇较蛞苿樱纬煽昭娏鱅P 。 結(jié)論:.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn), 且數(shù)量少； . 半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電； . 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度、光照等外 界條件有關(guān)。5、 摻雜半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體中由于載流子數(shù)量極少，導(dǎo)電能力很弱。如果有控制、有選擇地?fù)饺胛⒘康挠杏秒s質(zhì)（某種元素），將使其導(dǎo)電能力大大增強，成為具

3、有特定導(dǎo)電性能的雜質(zhì)半導(dǎo)體。（1）N 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入五價元 素磷。N 型磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù) 電子數(shù)+5+4+4+4+4+4正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子N 型半導(dǎo)體的簡化圖示P 型硼原子空穴空穴 多子電子 少子載流子數(shù) 空穴數(shù)（2）P 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入三價元 素硼。+4+4+4+4+4+3P型半導(dǎo)體的簡化圖示多數(shù)載流子少數(shù)載流子負(fù)離子5.1.2 PN結(jié)一、PN結(jié)的形成（一）載流子的濃度差引起多子的擴散（二） 復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū)(耗盡層) 空間電荷區(qū)特點:無載流子、阻止擴散進行、利于少子的漂移。（三）擴散和漂移達到動態(tài)平衡擴散電流

4、 等于漂移電流， 總電流 I = 0。內(nèi)電場擴散運動：漂移運動：由濃度差引起的載流子運動。載流子在電場力作用下引起的運動。（一）加正向電壓(正向偏置)導(dǎo)通P 區(qū)N 區(qū)內(nèi)電場+ UR外電場外電場使多子向 PN 結(jié)移動,中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。 I限流電阻擴散運動加強形成正向電流 I 。I = I多子 I少子 I多子（二）加反向電壓(反向偏置)截止P 區(qū)N 區(qū) +UR內(nèi)電場外電場外電場使少子背離 PN 結(jié)移動， 空間電荷區(qū)變寬。IPN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大; 反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運動加強形成反向電流 II = I少子 0二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.1.

5、3 二極管的結(jié)構(gòu)與伏安特性一、二極管的結(jié)構(gòu)1. 構(gòu)成：PN結(jié) + 引線 + 管殼 = 二極管 (Diode)2. 分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點接觸型面接觸型點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線 面接觸型N型鍺PN結(jié) 正極引線鋁合金小球底座金銻合金平面型正極引線負(fù)極引線集成電路中平面型pNP型支持襯底二、二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性Uth死區(qū)電壓iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(鍺管)U UthiD 急劇上升0 U Uth 反向特性U (BR)反向擊穿U（BR) U 0 iD 0.1 A(硅) 幾十A (鍺)U U（BR）反向電流

6、急劇增大(反向擊穿)擊穿電壓反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因： 齊納擊穿：反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。 PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)。 PN結(jié)燒毀。1. IOM 最大整流電流（最大正向平均電流）2. URM 最高反向工作電壓，為U(BR) / 2 3. IRM 最大反向電流（二極管加最大反向電壓時的 電流，越小單向?qū)щ娦栽胶茫┤?二極管的主要參數(shù)四、 二極管電路的分析理想二極管特性uDiD符號及等效模型SS正偏導(dǎo)通，uD= 0 ; 反偏截止， iD= 0例 二極管構(gòu)成“門”電路，設(shè) D1、D2 均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓

7、 UA、UB 為低電壓 0 V 和高電壓 5 V 的不同組合時，求輸出電壓 UF 的值。0 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0 V0 V5 V正偏導(dǎo)通反偏截止0 V5 V0 V反偏截止正偏導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通5 VFR3 kW12 VD1D2BAUAUBUFR3 kW12 VVDDD1D2BAF輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBD1D20 V0 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0 V0 V5 V正偏導(dǎo)通反偏截止0 V5 V0 V反偏截止正偏導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通5 V（一） 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。I/mAUZ /VOUZIZIZM+ 正向 +反向UZIZ符

8、號工作條件：反向擊穿五、特殊二極管 1.穩(wěn)壓二極管的伏安特性2. 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓 UZ 流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。(2)穩(wěn)定電流 IZ 越大穩(wěn)壓效果越好，小于 Imin 時不穩(wěn)壓。(3)最大工作電流 IZMP ZM = UZ IZM(5) 動態(tài)電阻 rZrZ = UZ / IZ 越小穩(wěn)壓效果越好。(4) 最大耗散功率 PZM(二）發(fā)光二極管 LED (Light Emitting Diode)1. 符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十 mA， 導(dǎo)通電壓 (1 2) V2. 主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：I FM ，U(BR) ，IR光學(xué)參數(shù)：峰值波長 P，亮度 L，

9、光通量 發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型： 普通不可見光：紅外光，點陣 LED符號七段 LED每字段是一只發(fā)光二極管 低電平驅(qū)動（三） 數(shù)碼管1. 共陽極abcdefg 高電平驅(qū)動2. 共陰極abcdefgaebcfgdcomcom5.2 晶體管5.2.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)晶體管（三極管）是最重要的一種半導(dǎo)體器件。部分三極管的外型一、結(jié)構(gòu)N型硅BECN型硅P型硅（a） 平面型二氧化硅保護膜N型鍺ECBPP（b）合金型銦球銦球三層半導(dǎo)體材料構(gòu)成NPN型、PNP型NNP發(fā)射極 E基極 B集電極 C發(fā)射結(jié)集電結(jié) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型ECB各區(qū)主要

10、作用及結(jié)構(gòu)特點：發(fā)射區(qū)：作用：發(fā)射載流子 特點：摻雜濃度高基區(qū)：作用：傳輸載流子 特點：薄、摻雜濃度低集電區(qū)：作用：接收載流子 特點：面積大PPNEBC按材料分： 硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分： NPN、 PNP按使用頻率分： 低頻管、高頻管按功率分：小功率管 1 WECBPNP 型二、類型5.2.2 電流分配和電流放大作用一、晶體管放大的條件1.內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大2.外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏二、晶體管的電流分 配和放大作用實驗電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A電路條件: ECEB 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏mAmAICECIBIERBEBCEB3D

11、G6A1.測量結(jié)果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/ IB5050535558IC/ IB50606070(1)符合KCL定律(2) IC和IE比IB大得多(3) IB 很小的變化可以引起 IC很大的變化。 即：基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是晶體管的放大作用。2.晶體管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律(1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子， 形成發(fā)射極電流 IE。I CE多數(shù)向 BC 結(jié)方向擴散形成 ICE。IE少數(shù)與空穴復(fù)合，形成 IBE 。I B

12、E基區(qū)空穴來源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)I CBOIBIBE IB + ICBO即：IB = IBE ICBO (3) 集電區(qū)收集擴散過來的載流子形成集電極電流 ICICI C = ICE + ICBO (2)電子到達基區(qū)后(基區(qū)空穴運動因濃度低而忽略)3. 晶體管的電流分配關(guān)系 當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBO(直流電流放大倍數(shù)）總結(jié)： 1.晶體管在發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置的條件下具有電流放大作用。 2.晶體管的電流放大作用，實質(zhì)上是基極電流對集電極電流

13、的控制作用。5.2.3 特性曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCECiBIERB+uBE+uCEEBCEBiC+iBRB+uBEEB+O特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)導(dǎo)通電壓 UBESi 管: (0.6 0.8) VGe管: (0.2 0.3) V取 0.7 V取 0.2 VEB+RB二、輸出特性 1.調(diào)整RB使基極電流為某一數(shù)值。 2.基極電流不變，調(diào)整EC測量集電極電流和uCE 電壓。輸出特性曲線50 A40 A30 A10 AIB = 020 AuCE /VO 2 4 6 8 4321iC / mAmAICECIBRBEBCEB3DG6A

14、RCV+uCEiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0條件：兩個結(jié)反偏2. 放大區(qū)：3. 飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u BE 0條件：兩個結(jié)正偏特點：I C IB臨界飽和時： uCE = uBE深度飽和時：0.3 V (硅管)U CE為：0.1 V (鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏特點：水平、等間隔ICEO輸出特性曲線一、共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 00 2 4 6 8 4321一

15、般為幾十 幾百Q(mào)二、極間反向飽和電流CB極間反向飽和電流 ICBO，CE極間反向飽和電流 ICEO。5.2.4 主要參數(shù)1.直流電流放大系數(shù)2.交流電流放大系數(shù)三、極限參數(shù)1. ICM 集電極最大允許電流，超過時 值明顯降低。U(BR)CBO 發(fā)射極開路時 C、B極間反向擊穿電壓。2. PCM 集電極最大允許功率損耗PC = iC uCE。3. U(BR)CEO 基極開路時 C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO 集電極極開路時 E、B極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全 工 作 區(qū) 小 結(jié)第 5 章一、半

16、導(dǎo)體1. 兩種載流子自由電子空穴N 型 (多電子)P 型 (多空穴)2. 兩種半導(dǎo)體二、PN結(jié)單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，反偏截止。三、二極管1. 特性 單向?qū)щ娬螂娮栊?理想為 0)，反向電阻大()。2. 主要參數(shù)正向 最大整流電流 IOM反向 最大反向工作電壓 URM(超過則擊穿)最大反向電流 IRM (受溫度影響)四、晶體管1. 三種工作狀態(tài) 放大：條件：兩個結(jié)均正偏條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏飽和：I C IB截止： IB = 0 IC 0條件：兩個結(jié)均反偏 使用時要注意選擇 PCM、 ICM 、 U(BR)CEO， 應(yīng)保證： PC PC ICM C U(BR)CEO VCC2. 安全工作區(qū)附錄：半導(dǎo)體器件的命名方式第一部分?jǐn)?shù)字電極數(shù)2 二極管