晶體管及其應用-演示文稿課件

電子技術電子管晶體管集成電路1電子技術分：模擬電子技術，數(shù)字電子技術。模擬電子技術研究模擬電路，數(shù)字電子技術研究數(shù)子電路。模擬信號是指在時間和數(shù)值上都連續(xù)的信號。數(shù)字信號是指在時間和數(shù)值上都不連續(xù)的信號，即所謂離散的。tt2第7章晶體管及其應用7.2晶體二極管及其應用7.3晶體三極管及基本放大電路7.4晶閘管簡介7.1PN結及其單向導電性3

學習電子技術，就是要掌握常用半導體器件的原理、特性，以及由這些器件所組成的電子電路的分析方法。二極管與晶體管是最常用的半導體器件，而PN結是構成各種半導體器件的基礎。7.1

PN結及其單向導電性什么是半導體?半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。

例如：硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物都是半導體。半導體的導電能力在不同的條件下有很大的差別。4半導體的導電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強5一、本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子6

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭囟扔撸w中產生的自由電子便愈多。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。7本征半導體的導電機理

當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流:

(1)自由電子作定向運動電子電流

(2)價電子遞補空穴空穴電流注意：

(1)本征半導體中載流子數(shù)目極少,其導電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對地產生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數(shù)目。8二、N型半導體和P型半導體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。

在N

型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。9

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體。摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。101.在雜質半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba11三、PN結的形成

PN結是通過特殊的半導體制造技術，在一塊半導體基片上摻入不同的雜質，使其一邊為N型半導體，另一邊為P型半導體，其交界面便形成了PN結。P型半導體N型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－PN結也稱空間電荷區(qū)、或耗盡層、或內電場、或阻擋層。12PN結的形成多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬。擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)13四、PN結的單向導電性1.PN結加正向電壓（正向偏置）PN結變窄P接正、N接負外電場IF內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–14PN結變寬2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態(tài)。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－157.2晶體二極管及其應用A基本結構(a)點接觸型(b)面接觸型

結面積小、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。7.2.1晶體二極管16陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型二極管的結構示意圖陰極陽極(

d

)符號D17B伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內保持常數(shù)。18C主要參數(shù)1.最大整流電流

IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向工作峰值電壓URM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半。二極管擊穿后單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。19二極管的單向導電性1.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負）時，二極管處于正向導通狀態(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正）時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。4.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。20二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若V陽<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。21電路如圖，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–22兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–23ui>8V，二極管導通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關、元件保護、溫度補償?shù)取i18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––247.2.2穩(wěn)壓二極管1.符號穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，由于它與適當阻值的電阻配合后能起穩(wěn)壓作用，故稱穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿狀態(tài)，當反向電壓撤去后，管子還是正常的，稱可逆性擊穿。+—齊納擊穿25UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。UIO263.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(5)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(2)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(4)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。指穩(wěn)壓管保持穩(wěn)定電壓時的工作電流。274.穩(wěn)壓電路

Ui=UR+UO=UR+UZ=IRR+UZ

若Ui增加，則UO有增加的趨勢，即UZ會增加,IZ會大大增加，使IRR大大增加，則限制了UO的增加，維持不變，反之亦然。若負載增加，其穩(wěn)壓原理一樣。

UOUiIZRDZUZIR28例：右圖所示電路，UZ=8V，IZM=18mA，US=20V，問R=500Ω是否合適，應為多少？

解：I==24mA＞18mA不適合。R≥=667Ω

RUS-UZ=20-850020-818US=20VRUZ=8V297.2.3發(fā)光二極管有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾~幾十mA。所發(fā)出光的顏色由半導體中所摻雜質決定,常見的紅、黃、綠色摻入了磷砷化鎵和磷化鎵。符號307.2.4光電二極管光電二極管是利用PN結的光敏特性,將接收到的光的變化轉變?yōu)殡娏鞯淖兓７聪螂娏麟S光照強度的增加而上升。IU照度增加符號光電二極管317.2.5變容二極管(不講)

32光電晶體管(不講)普通晶體管是用基極電流IZ的大小來控制集電極電流，而光電晶體管是用入射光照度的強弱來控制集電極電流的。符號CE光電耦合器33光電耦合電路(不講)UO+5VUR1R2R3T3435直流電源中的整流電路7.2.6晶體二極管的基本應用電路36小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩(wěn)壓37整流電路的作用:

將交流電壓轉變?yōu)槊}動的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時可把二極管當作理想元件處理：

二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。整流原理：

利用二極管的單向導電性A整流電路38uDO1單相半波整流電路(2).工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導通；(3).工作波形

u負半周，Va<Vb，二極管D截止。(1).電路結構–++–aTrDuou2bRLiou2tOuoOu1+–39(4).參數(shù)計算1)整流電壓平均值Uo2)整流電流平均值Io3)流過每管電流平均值ID4)每管承受的最高反向電壓UDRM5)變壓器副邊電流有效值I40(5).整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時應滿足：

IOM

ID，URWMUDRM

412單相橋式整流電路(2).工作原理u2

正半周，Va>Vb，二極管D1、D3

導通，D2、D4

截止。(3).工作波形uD2uD4(1).電路結構－uouDttRLu2iouo1234ab+–+–－u242u2負半周，Va<Vb，二極管D2、D4導通，D1、D3

截止。3.工作波形uD1uD3－uouDttRLu2iouo1234ab+–+–+u2－43(4).參數(shù)計算1)整流電壓平均值Uo2)整流電流平均值Io3)流過每管電流平均值ID444)每管承受的最高反向電壓UDRM5)變壓器副邊電流有效值I45例1：單相橋式整流電路，已知交流電網電壓為220V，負載電阻RL=50，負載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。取46

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U2

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。47例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時負載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u2+_RLD2D4D1D3解：當D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導通，負載中有電流過，負載電壓uo=u；負半周時，D1和D3截止，負載中無電流通過，負載兩端無電壓，uo=0。

uo

u2

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo48

如果D2或D4接反則正半周時，二極管D1、D4或D2、D3導通，電流經D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u2+_RLD2D4D1D3493三相橋式整流電路（不講）2.工作原理在每一瞬間共陰極組中陽極電位最高的二極管導通；共陽極組中陰極電位最低的二極管導通。1.電路D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––o三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形共陽極組共陰極組50在t1~

t2

期間共陰極組中a點電位最高，D1導通；共陽極組中b點電位最低，D4導通。負載兩端的電壓為線電壓uab。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t951在t2~

t3

期間共陰極組中a點電位最高，D1導通；共陽極組中c點電位最低，D6導通。負載兩端的電壓為線電壓uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo52在t3~

t4

期間共陰極組中b點電位最高，D3導通；共陽極組中c點電位最低，D6導通。負載兩端的電壓為線電壓ubC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo53在t4~

t5

期間共陰極組中b點電位最高，D3導通；共陽極組中a點電位最低，D2導通。負載兩端的電壓為線電壓uba。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo54t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo結論：

在一個周期中，每個二極管只有三分之一的時間導通（導通角為120°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––

o變壓器副邊電壓負載電壓負載兩端的電壓為線電壓。uouaubuC2553.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM56B

濾波電路

交流電壓經整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負載RL并聯(lián)(或將電感與負載RL串聯(lián))。常用濾波電路由電容、電感及電阻元件等組成。57a電容濾波器

1.電路結構2.工作原理

u>uC時，二極管導通，電源在給負載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO584.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間常數(shù)RLC有關。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當負載RL開路時，UO

為了得到比較平直的輸出電壓59(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結論

采用電容濾波時，輸出電壓受負載變化影響較大，即帶負載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時電流很大選管時一般取：

IOM=2ID

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導通時間越短iD

的峰值電流越大。iDtuotOO60例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CZ52BIOM=100mAUDRM=50V

61例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器62b電感電容濾波電路（LC濾波）1.電路結構L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對直流分量:XL=0，L相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負載上得到比較平滑的直流電壓。當流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產生自感電勢阻礙電流的變化,使負載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。63c形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。64C簡單的穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網電壓、負載及環(huán)境溫度的變化無關。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內阻很小的電壓源。其內阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。65穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設UI一定，負載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調壓穩(wěn)壓電路66UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設負載RL一定，UI變化UO

基本不變IRRIZIR+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz673.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負載變動不大的場合。68D

集成穩(wěn)壓電路單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調電壓輸出正電壓78XX輸出負電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調）692.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝703.性能特點（7800、7900系列）輸出電流超過1.5A（加散熱器）不需要外接元件內部有過熱保護內部有過流保護調整管設有安全工作區(qū)保護輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9