模擬電子技術(shù)教學課件-常用半導體器件

課件制作:曾令琴模擬電子技術(shù)2024/8/31目錄第一單元常用半導體器件第三單元集成運算放大器第二單元低頻小信號放大電路第四單元集成運算放大器地應(yīng)用第五單元直流穩(wěn)壓電源第六單元模擬電子技術(shù)應(yīng)用與實踐2024/8/31模擬電子技術(shù)—緒論專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程專業(yè)承前啟后適用電氣類,電信類各專業(yè)課程定位課程特點非線復(fù)雜工程2024/8/31模擬電子技術(shù)課程學要點課程體系:分立為基礎(chǔ),集成為重點各種類型分立元件放大電路地分析靜態(tài)分析法:確定放大電路地靜態(tài)工作點;動態(tài)分析法:找出放大電路地能指標。采用"動靜分離"小信號條件下把非線電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫€電路（三極管用其線模型等效核心思想2024/8/31模擬電子技術(shù)課程學要點課程體系:分立為基礎(chǔ),集成為重點集成運放線及非線電路地分析線電路采用虛短與虛斷兩個重要概念分析;非線電路仍有虛斷,無論輸入如何輸出只有兩種狀態(tài)"虛短"與"虛斷"虛短與虛斷兩重要概念地應(yīng)用;閉環(huán)與開環(huán)兩種電路形式地特點及應(yīng)用場合核心思想2024/8/31課前預(yù)不可或缺,預(yù)能夠讓妳了解課堂要學知識地難易程度,做好重點聽講地心理準備,有目地,有意識地專心把不易理解地問題搞清楚。"抓住課堂":認真聽講,往往有事半功倍地學效果。有些問題自學時很費解,但是課堂上經(jīng)老師教學會豁然開朗。及時復(fù)是科學地學方法,也是鞏固課堂所學知識地重要環(huán)節(jié)。提倡復(fù)同學之間地互學與流,鼓勵學生提高自學能力。模擬電子技術(shù)課程學要求學要求:預(yù)+認真+復(fù)+用心用心才能成就2024/8/31第一單元常用半導體器件目錄Bandantijichuzhishi半導體基礎(chǔ)知識Bandantierjiguan半導體二極管Teshuerjiguan特殊二極管Shuangjixingbandantisanjiguan雙極型半導體三極管Danjixingbandantisanjiguan單極型半導體三極管Jingzhaguan晶閘管2024/8/31學要點了解本征半導體,P型半導體,N型半導體及PN結(jié);掌握二極管地伏安特及分類用途;理解三極管地電流放大原理,掌握其輸入與輸出特;理解與區(qū)分雙極型,單極型三極管地控制原理;了解晶閘管地結(jié)構(gòu)組成及特;初步掌握工程技術(shù)員必需具備地分析電子電路地基本理論,基本知識與基本技能。2024/8/31一.一半導體基礎(chǔ)知識物質(zhì)結(jié)構(gòu)＝原子核＋核外電子導體最外層電子數(shù)一~三個,距原子核較遠,常溫下導體內(nèi)有大量地自由電子,因此,導電能力強。典型導體材料有銀,銅,鋁等。絕緣體最外層電子數(shù)六~八個,距原子核較近而束縛力極強,內(nèi)部幾乎沒有自由電子,因而不導電。典型絕緣體材料有橡膠,云母,陶瓷等。半導體最外層電子數(shù)通常四個,導電能介于導體與絕緣體之間,具有光敏,熱敏與摻雜。典型地半導體材料有硅,鍺,硒等。2024/8/31一.一.一半導體地獨特能一光敏二三熱敏摻雜半導體受光照后,其導電能力增大很多。溫度上升時,半導體導電能力大大增強。半導體摻入少量雜質(zhì)元素后,半導體導電能力極大地增強。金屬導體地電導率一般在一零五s/量級;塑料,云母等絕緣體地電導率通常是一零-二二～一零-一四s/量級;半導體地電導率是一零-九～一零二s/量級。半導體地導電能力雖然介于導體與絕緣體之間,但半導體地應(yīng)用卻極其廣泛,這是由半導體地獨特能決定地。2024/8/31一.一.二本征半導體最常用地半導體為硅(Si)與鍺(Ge)。它們地同特征是四價元素,即每個原子最外層電子數(shù)為四個。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子與鍺原子地簡化模型圖Si+四Ge+四因為原子呈電,所以簡化模型圖地原子核只用帶圈地+四符號表示即可.2024/8/31一.一.二本征半導體天然地硅與鍺是不能制作成半導體器件地。它們需要先經(jīng)過高度提純,形成晶格結(jié)構(gòu)完全對稱地本征半導體。實際上半導體地晶格結(jié)構(gòu)是三維地。價鍵結(jié)構(gòu)所謂本征半導體,是指經(jīng)過高度提純工藝,達到晶格結(jié)構(gòu)完全對稱,并具有價鍵結(jié)構(gòu)地單晶體。2024/8/31一.一.二本征半導體從價鍵晶格結(jié)構(gòu)來看,每個原子外層都具有八個價電子。但價電子是相鄰原子用,所以穩(wěn)定并不能象絕緣體那樣好。受光照與溫度上升地影響,價鍵價電子地熱運動加劇,一些價電子會掙脫價鍵地束縛游離到空間成為自由電子。B enzhengjifa本征激發(fā)在游離走地價電子原位上留下一個不能移動地空位,稱為空穴。本征激發(fā)地結(jié)果,使半導體內(nèi)部自由電子載流子產(chǎn)生。失掉電子地原子變成帶正電地離子。由于價鍵是定域地,這些帶正電地離子不會移動,即不能參與導電。2024/8/31一.一.二本征半導體此時整個晶體帶電嗎？為什么？受光照或溫度上升影響,價鍵其它一些價電子直接跳空穴,使失電子地原子重新恢復(fù)電。價電子填補空穴地復(fù)合運動,使本征半導體形成一種不同于本征激發(fā)下地電荷遷移—空穴載流子。Fuhe復(fù)合歸納:本征半導體在熱激發(fā)下同時出現(xiàn)兩種載流子,在一定溫度下兩種載流子地數(shù)量相等,符號相反,稱為電子空穴對。2024/8/31可以在此處插入視頻一.一.二本征半導體2024/8/31一.一.二本征半導體自由電子載流子運動可以形容為沒有固定位置地順向移動。空穴載流子運動可形容為有位置地依次向前移位好比空位依次向后移動。在外界電場作用下,帶正電地空穴將順著電場力地方向運動,帶負電地自由電子則逆電場力方向運動,其總量就是電流。顯然電子空穴對地數(shù)量取決于溫度。2024/8/31一.一.三半導體地導電機理半導體內(nèi)部形成電流地載流子總是有兩種,這正是半導體與金屬導體在導電機理上地本質(zhì)區(qū)別。金屬導體內(nèi)形成電流地載流子是自由電子。2024/8/31一.一.四雜質(zhì)半導體本征半導體地導電能力很低。但若在本征半導體摻入某種元素地微量雜質(zhì),則半導體地導電能則會極大地增強。五價元素磷(P)P摻入磷雜質(zhì)地硅半導體晶格,電子地數(shù)量大大增加,因此自由電子成為這種摻雜半導體導電地主流,稱為多子。室溫下,本征硅地磷雜質(zhì)等于一零-六數(shù)量級時,電子載流子地數(shù)目將增加幾十萬倍。摻入五價元素地雜質(zhì)半導體稱為電子型半導體,也叫做N型半導體。N型半導體地多子是自由電子,少子是空穴,不能移動地離子帶正電。2024/8/31一.一.四雜質(zhì)半導體摻入三價元素地雜質(zhì)半導體,由于空穴載流子地數(shù)量大大于自由電子載流子地數(shù)量而稱為空穴型半導體,也叫做P型半導體。P型半導體地多子是空穴,少子是自由電子,不能移動地離子帶負電。通常雜質(zhì)半導體地多子地數(shù)量可達到少子數(shù)量地一零一零倍或更多,因此,摻雜半導體要比本征半導體地導電能力增強幾十萬倍。三價元素硼(B)2024/8/31一.一.四雜質(zhì)半導體多子由摻雜生成,多子形成地電流稱擴散電流;少子由熱激發(fā)產(chǎn)生,少子形成地電流叫做漂移電流。多子地數(shù)量取決于雜質(zhì)濃度,少子地數(shù)量取決于溫度。摻入雜質(zhì)后雖然可形成N型半導體與P型半導體,但整個晶體并沒有失電子與得電子而仍呈電。多子與少子數(shù)量電jieduanguina階段歸納2024/8/31一.一.四雜質(zhì)半導體xiangxianglianlian想想,練練自由電子導電與空穴導電地區(qū)別有何不同？空穴載流子是否由自由電子填補空穴地運動形成地？何謂雜質(zhì)半導體地多子？少子？多子地數(shù)量取決于什么？少子地數(shù)量又取決于什么？P型半導體地多數(shù)載流子是空穴,其數(shù)量大大于自由電子載流子,這是否意味著P型半導體一定帶正電?練題一練題二練題三2024/8/31一.一.五PN結(jié)地形成雜質(zhì)半導體地導電能力雖然極強,但它們并不能稱為半導體器件。在電子技術(shù),PN結(jié)是所有半導體器件地"元概念"與技術(shù)起始點?？梢栽诖颂幉迦胍曨l2024/8/31一.一.五PN結(jié)地形成PienjiezhengxiangpianzhiPN結(jié)正向偏置可以在此處插入視頻2024/8/31一.一.五PN結(jié)地形成PienjiefanxiangpianzhiPN結(jié)反向偏置可以在此處插入視頻2024/8/31一.一.五PN結(jié)地形成PienjiedexingzhiPN結(jié)地質(zhì)PN結(jié)正向偏置時,內(nèi)電場被削弱,對擴散電流呈現(xiàn)地電阻幾乎為零,因此PN結(jié)導通,擴散電流形成。PN結(jié)反向偏置時內(nèi)電場被增強,阻擋層加厚,對擴散電流呈現(xiàn)地電阻趨于無窮大,擴散電流被阻斷。PN結(jié)正向偏置時導通,反向偏置時阻斷地質(zhì),稱為PN結(jié)地單向?qū)щ姟Ｕ蛱胤聪蛱貑蜗驅(qū)щ?024/8/31一.一.六PN結(jié)地反向擊穿問題PN結(jié)反向電壓較高時,在強電場作用下,自由電子碰撞價電子使其脫離價鍵束縛成為自由電子,這些自由電子再去碰撞其它價電子┅從而出現(xiàn)反向電流驟升地現(xiàn)象。PN結(jié)高摻雜時,反向電壓形成地較強電場把價鍵地價電子強行拉出成為自由電子,使反向電流驟升地效應(yīng)。雪崩擊穿與齊納擊穿都屬于電擊穿,過程可逆。但電擊穿若不加限制,極易轉(zhuǎn)化為PN結(jié)地熱擊穿,熱擊穿可致使PN結(jié)永久損壞。雪崩擊穿齊納擊穿熱擊穿反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。2024/8/31一.一半導體基礎(chǔ)知識練題二練題三練題一何謂本征半導體？什么是"本征激發(fā)"？什么是"復(fù)合"？何謂PN結(jié)？PN結(jié)具有什么特？半導體具有哪些獨特能？在導電機理上,半導體與金屬導體有何區(qū)別？練題四電擊穿與熱擊穿有何不同？試述雪崩擊穿與齊納擊穿地特點。xiangxianglianlian想想,練練硅高頻檢波管開關(guān)管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管2024/8/31一.二半導體二極管把PN結(jié)用管殼封裝,然后在P區(qū)與N區(qū)分別向外引出一個電極,即可構(gòu)成一個二極管。二極管是電子技術(shù)最基本地半導體器件之一。電子工程實際,二極管地應(yīng)用非常廣泛,利用二極管可以對變電流行整流,限幅,還可以實現(xiàn)電路地鉗位作用或者用于電子開關(guān)。一二三二.面接觸型2024/8/31外殼金屬觸絲N型鍺片正極引線負極引線PN結(jié)一.二.一二極管地結(jié)構(gòu)類型一.點接觸型三.面型點接觸型二極管特點正向特與反向特相對較差,不能使用于大電流與整流。但是,點接觸型二極管構(gòu)造簡單價格便宜,其PN結(jié)地靜電容量小,因此適用于高頻電路地檢波,脈沖電路及計算機地開關(guān)元件。一二三二.面接觸型2024/8/31一.二.一二極管地結(jié)構(gòu)類型一.點接觸型三.面型面接觸型二極管特點面接觸型二極管地PN結(jié)面積較大,允許通過較大地電流(幾安到幾十安),主要用于把流電變換成直流電地整流電路,也可以用于大電流開關(guān)元件。負極引線底座金銻合金PN結(jié)鋁合金小球正極引線一二三二.面接觸型2024/8/31一.二.一二極管地結(jié)構(gòu)類型一.點接觸型三.面型面型二極管特點因表面被二氧化硅氧化膜覆蓋,所以穩(wěn)定好且壽命較長。不僅能通過較大地電流而在電路起整流作用,而且能穩(wěn)定可靠,還可用于電子開關(guān),脈沖電路以及高頻電路。負極引線P型硅二氧化硅層PN結(jié)正極引線2024/8/31合金型二極管肖特基型二極管鍵型賽二極管外延型二極管除上述三大類,另外還有普通二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管一.二.一二極管地結(jié)構(gòu)類型各類二極管地電路圖符號2024/8/31死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)二極管地伏安特呈非線,特曲線上大致可分為四個區(qū):當外加正向電壓較低時,由于外電場還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴散運動地阻力,故正向電流很小,幾乎為零。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。外加正向電壓超過死區(qū)電壓（硅管零.五V,鍺管零.一V）時,內(nèi)電場大大削弱,正向電流迅速增長,二極管入正向?qū)▍^(qū)。當二極管兩端加反向電壓時,將有很小地,由少子漂移運動形成地反向飽與電流通過二極管,由于反向飽與電流很小可以忽略不計,因此這一段范圍可稱為反向截止區(qū)。外加反向電壓超過反向擊穿電壓UBR時,反向電流突然增大,二極管失去單向?qū)щ?入反向擊穿區(qū)。一.二.二二極管地伏安特2024/8/31一最大耗散功率Pmax指通過二極管地電流與加在二極管兩端電壓地乘積。最大耗散功率是二極管不能承受地最高溫度地極限值。超過此值,二極管將燒損。二最大整流電流IDM:指二極管長期使用時,允許通過二極管地最大正向均電流值。三最高反向工作電壓URM:指二極管長期安全運行時所能承受地最大反向電壓值。手冊上一般取擊穿電壓地一半作為最高反向工作電壓值。四反向電流IR:指二極管未擊穿時地反向電流。IR值越小,二極管地單向?qū)щ娫胶?。反向電流隨溫度地變化而變化顯著,這一點要特別加以注意。五最大工作頻率fM:此值由PN結(jié)地結(jié)電容大小決定。若二極管地工作頻率超過該值,則二極管地單向?qū)щ妼⒆儾?。?二.三二極管地主要技術(shù)參數(shù)2024/8/31整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路將流電變成單方向脈動直流電地過程稱為整流。二極管半波整流電路T二二零V~RLVDIN四零零一u二ωt零uoωt零二極管全波整流電路T二二零V~RLVD一VD二二極管橋式整流電路VD四T二二零V~RLVD一VD二VD三橋式整流電路簡化圖T二二零V~RL一.二.四二極管地應(yīng)用實現(xiàn)了半波整流實現(xiàn)了全波整流鉗位電路2024/8/31整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路當圖輸入端A點電位低于V＋時,二極管VD正偏導通,若忽略二極管地管壓降,則輸出端F地數(shù)值被鉗位在A電位;當輸入端A點電位較V＋高時,二極管則處于反偏不能導通,此時電阻R上無電流通過,輸出端F地電位就被鉗制在V+電位。一.二.四二極管地應(yīng)用限幅電路2024/8/31整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路圖示為二極管雙向限幅電路。已知:圖二極管均為硅管,試畫出輸出電壓uo地波形。例設(shè)導通時其管壓降二極管VD一導通,VD二截止,輸出電壓維持在VD＝零.七V地導通電壓值不變;當ui<－零.七V時,VD二導通,VD一截止,輸出電壓維持在－零.七V不變。除此兩段時間外,輸入電壓均小于±零.七V,兩個二極管均為截止狀態(tài),所以輸出,輸入相等?？梢?該電路地二極管在電路起著限幅作用。電路輸出電壓波形:由圖示電路與輸入電路電壓地波形圖可看出:當輸入電壓ui>＋零.七V時,分析一.二.四二極管地應(yīng)用開關(guān)電路2024/8/31整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路二極管正向?qū)〞r相當一個閉合地電子開關(guān)二極管反向阻斷時相當一個斷開地電子開關(guān)一.二.四二極管地應(yīng)用2024/8/31穩(wěn)壓管正常工作時是在二極管伏安特上地反向齊納擊穿區(qū),故而稱為齊納二極管。由于穩(wěn)壓二極管地反向擊穿可逆,因此工作時不會發(fā)生"熱擊穿"。穩(wěn)壓管又叫做齊納二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管一.二.五特殊二極管VDZ實物圖圖符號及文字符號穩(wěn)壓二極管通常是一種特殊地面接觸型二極管,其反向擊穿可逆。伏安特如圖示:正向特與普通二極管相似反向特更加陡峭ΔIZΔUZ2024/8/31一.二.五特殊二極管wenyaeruiguan穩(wěn)壓二極管在反向擊穿區(qū),穩(wěn)壓二極管地反向電壓幾乎不隨反向電流地變化而變化,這一點正是穩(wěn)壓二極管地顯著特。2024/8/31一.二.五特殊二極管電源電壓為使二極管正常工作,電源電壓需要大于穩(wěn)壓管地穩(wěn)壓值。管子材料穩(wěn)壓管都是硅管,穩(wěn)定地電壓值至少應(yīng)在三V以上。正向電壓穩(wěn)壓管正常工作時,其正向電壓降地數(shù)值為零.六~零.七V.極判別使用時仔細分辨穩(wěn)壓管地正,負極。正常工作區(qū)穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū),應(yīng)反向接入電路。限流電阻為保證穩(wěn)壓管地正常工作,需要在電路加裝限流分壓電阻。使用穩(wěn)壓二極管時應(yīng)該注意地事項wenyaeruiguan穩(wěn)壓二極管2024/8/31一.二.五特殊二極管圖示為二極管穩(wěn)壓電路。已知輸入電壓ui=二零sinωtV,VDZ一地穩(wěn)壓值為六V,DZ二地穩(wěn)壓值是八V,兩管地正向壓降均為零.七V,試畫出輸出電壓uo地波形。解首先畫出輸入電壓ui地波形。例ui正向時,VDZ一正偏,VDZ二反偏,輸出穩(wěn)壓值UZ＝零.七+八=八.七V,即ui≥八.七V時電壓穩(wěn)定在八.七V不變;ui反向時,VDZ二正偏,VDZ一反偏,輸出穩(wěn)壓值UZ＝六.七V,即ui<六.七V時輸出穩(wěn)定在反向六.七V,其余輸出與輸入相同。即:2024/8/31一.二.五特殊二極管發(fā)光二極管通常由鎵與砷或磷地化合物制成。當電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光,在電路及儀器作為指示燈,或者組成文字或數(shù)字顯示。發(fā)光二極管通常簡稱為LED穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管2024/8/31一.二.五特殊二極管Faguangeruiguan發(fā)光二極管發(fā)光管地核心部分與普通二極管一樣是PN結(jié),在PN結(jié)注入地少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余地能量以光地形式釋放出來,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。數(shù)字電路,發(fā)光管常用來作為數(shù)碼及圖形顯示地七段式或陣列器件。發(fā)光管正常工作時應(yīng)正向偏置,因其屬于功率型器件,因此死區(qū)電壓較普通二極管高很多,其正偏工作電壓最少也要在一.三V以上。2024/8/31光電二極管廣泛應(yīng)用于各種遙控系統(tǒng),光電開關(guān),光探測器,以及以光電轉(zhuǎn)換地各種自動控制儀器,觸發(fā)器,光電耦合,編碼器,特識別,過程控制,激光接收等方面,在機電一體化時代,光電管已成為必不可少地電子元件。光電二極管作為傳感元件穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管一.二.五特殊二極管2024/8/31一.二.五特殊二極管guangdianeruiguan光電二極管光電二極管也稱光敏二極管,是將光信號變成電信號地光電傳感器件,其核心部分也是一個PN結(jié)。光電二極管PN結(jié)地結(jié)面積較小,結(jié)深很淺,一般小于一個微米。普通二極管在反向電壓下處于截止狀態(tài),只能流過微弱地反向電流,而光電二極管設(shè)計與制作時,有意增大PN結(jié)地結(jié)面積,并在管殼上開一個能射入光線地"窗口",用有機玻璃透鏡行封閉,以便接收射入透鏡地入射光。光電二極管地正常工作狀態(tài)是反向偏置。在反向電壓下,無光照時,反向電流極其微弱,稱為暗電流;有光照射時,攜帶能量地光子入PN結(jié),把能量傳給價鍵上地束縛電子,使部分價電子掙脫價鍵地束縛,產(chǎn)生由電子空穴對構(gòu)成地光電流。有光照時,光電流可迅速增大到幾十微安,其強度與光照強度成正比。2024/8/31小功率地變?nèi)荻O管通常采用玻璃封裝,塑料封裝或表面封裝形式,功率較大地變?nèi)荻O管多采用金屬封裝。變?nèi)荻O管通常用于高頻調(diào)諧,通信等電路作可變電容器使用。變?nèi)荻O管又稱可變電抗二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管一.二.五特殊二極管2024/8/31Bianrongeruiguan變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管是一種利用PN結(jié)地勢壘電容與其反向偏置電壓地依賴關(guān)系及原理制成地二極管,所用材料多為硅或砷化鎵單晶,并采用外延工藝技術(shù),其結(jié)構(gòu)如圖所示:小功率地變?nèi)荻O管通常采用玻璃封裝,塑料封裝或表面封裝形式,功率較大地變?nèi)荻O管多采用金屬封裝。變?nèi)荻O管通常用于高頻調(diào)諧,通信等電路作可變電容器使用。變?nèi)荻O管正常工作時應(yīng)反向偏置。反偏時,N型半導體內(nèi)地電子被引向正極,P型半導體內(nèi)地空穴被引向負極,形成既沒有電子也沒有空穴地耗盡層,該耗盡層地寬度隨著反偏電壓而變化,反向偏壓增大,耗盡層寬度增大,二極管地電容量C則減少,當反向偏壓減小時,耗盡層寬度變窄,二極管地電容量C變大,從而達到改變壓控變?nèi)萜鹘Y(jié)容量C地目地。一.二.五特殊二極管2024/8/31激光二極管是在發(fā)光二極管地PN結(jié)間安置一層具有光活地半導體,構(gòu)成一個光諧振腔,工作時正向偏置,可發(fā)射出激光。激光二極管地應(yīng)用非常廣泛,在計算機地光盤驅(qū)動器上,激光打印機地打印頭,激光唱機,激光影碟機都有激光二極管地應(yīng)用。激光二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管一.二.五特殊二極管2024/8/31一.二.五特殊二極管xiangxianglianlian想想,練練練題二練題三練題一兩只穩(wěn)壓管地穩(wěn)定電壓分別為六V與八V,正向?qū)妷簽榱?七V。試問:(一)若將它們串聯(lián)相接,可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？(二)若將它們并聯(lián)相接,又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？右圖電路,發(fā)光二極管導通電壓UD＝一.五V,正向電流在五~一五mA時才能正常工作。試問圖R地取值范圍又是多少？利用穩(wěn)壓管或普通二極管地正向壓降,是否也可穩(wěn)壓？2024/8/31NNP三極管是組成各種電子電路地核心器件。三極管地產(chǎn)生使PN結(jié)地應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)地飛躍。一.三.一BJT地結(jié)構(gòu)組成NPN型基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極e集電極c基極bPPNPNP型三個鋁電極兩個PN結(jié)三個分區(qū)一.三雙極型半導體三極管BJT2024/8/31兩種系列圖符號目前內(nèi)生產(chǎn)地雙極型硅晶體管多為NPN型（三D系列）,鍺晶體管多為PNP型（三A系列）,按頻率高低有高頻管,低頻管之別;根據(jù)功率大小可分為大,,小功率管。大功率低頻三極管小功率高頻三極管功率低頻三極管注意:圖箭頭方向為發(fā)射極電流地方向。NPN型三極管圖符號ecbPNP型三極管圖符號ecb一.三雙極型半導體三極管BJT2024/8/31內(nèi)部條件晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極（一）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高,以便有足夠地載流子供"發(fā)射"。（二）為減少載流子在基區(qū)地復(fù)合機會,基區(qū)應(yīng)做得很薄,一般為幾個微米,且摻雜濃度極低。（三）為了順利收集邊緣載流子,集電區(qū)體積較大,且摻雜濃度界于發(fā)射極與基極之間?？梢?雙極型三極管并非是兩個PN結(jié)地簡單組合,而是利用一定地摻雜工藝制作而成。因此,絕不能用兩個二極管來代替,使用時也決不允許把發(fā)射極與集電極接反。一.三.二BJT地電流放大作用2024/8/31內(nèi)部條件外部條件NNPUBBRB＋－（一）發(fā)射結(jié)需要"正向偏置",以利于發(fā)射區(qū)電子地擴散,擴散電流即發(fā)射極電流ie,擴散電子地極少量與基區(qū)空穴復(fù)合,形成基極電流ib,多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴散。UCCRC＋－（二）集電結(jié)需要"反向偏置",以利于收集擴散到集電結(jié)邊緣地多數(shù)擴散電子,收集到集電區(qū)地電子形成集電極電流ic。IEICIB整個過程,發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射地電子數(shù)等于基區(qū)復(fù)合掉地電子與集電區(qū)收集地電子數(shù)之與,即:IE=IB+IC一.三.二BJT地電流放大作用2024/8/31shuangjixingsanjiguan雙極型三極管可以在此處插入視頻一.三.二BJT地電流放大作用2024/8/31gedianjidianliu各電極電流發(fā)射極電流IE是雙極型晶體管電流地總量。數(shù)值上等于基極電流IB與集電極電流IC之與。發(fā)射極電流IE基極電流IB是BJT輸入地微弱信號電流,對BJT地放大起能量控制作用?；鶚O電流IB集電極電流IC是BJT放大后地電流,受基極小電流IB地控制。集電極電流IC微小地基極電流IB可以控制較大地集電極電流IC,且有IC=βIB,故雙極型三極管BJT屬于電流控制型器件。一.三.二BJT地電流放大作用2024/8/31huiguyuzongjie回顧與總結(jié)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子地過程由于發(fā)射結(jié)處正偏,發(fā)射區(qū)地多數(shù)載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū),并不斷從電源補充電子,形成發(fā)射極電流IE。電子在基區(qū)地復(fù)合地過程由于基區(qū)很薄,從發(fā)射極擴散過來地電子只有很少一部分與基區(qū)地空穴相復(fù)合形成基極電流IB,剩下地絕大部分電子則都擴散到了集電結(jié)邊緣。集電區(qū)收集電子地過程集電結(jié)由于反偏,可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣地電子拉入集電區(qū),從而形成較大地集電極電流IC。結(jié)論只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜,基區(qū)摻雜濃度很低,集電區(qū)地摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間,且基區(qū)做得很薄地內(nèi)部條件,再加上晶體管地發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏地外部條件,三極管就具有了放大電流地能力。一.三.二BJT地電流放大作用2024/8/31輸入特輸入特就是三極管地基極小電流IB隨基射極之間電壓UBE變化地關(guān)系。以發(fā)射極放大電路為例行說明。UCE=零VUBE/VIB/A零UCE=零VUBBUCCRC++RB令UBB從零開始增加IBIE=IBUBE令UCC=零UCE=零時地輸入特曲線UCE=零時一.三.三BJT地外部特2024/8/31輸入特繼續(xù)增大UCC,使UCE=一V以上地多個值UCE=零.五VUCE=零VUBE/VIB/A零UBBUCCRC++RB令UBB重新從零開始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=零.五VUCE=一VUCE=零.五VUCE=零.五V地特曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=一V令UBB重新從零開始增加UCE=一VUCE=一V地特曲線UCE>一V地特曲線UCE>一V之后地所有輸入特幾乎都與UCE=一V地特相同,曲線基本不再變化。實用BJT地UCE值一般都超過一V,所以其輸入特通常采用UCE=一V時地曲線。從特曲線可看出,BJT地輸入特與二極管地正向特非常相似。一.三.三BJT地外部特2024/8/31一.三.三BJT地外部特輸出特IB不變時,輸出回路地電流IC與管子輸出端電壓UCE之間地關(guān)系曲線稱為輸出特。先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從零增大,觀察毫安表IC地變化并記錄下來。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根據(jù)記錄可給出IC隨UCE變化地伏安特曲線,此曲線就是晶體管地輸出特曲線。IBUCE/VIC/mA零2024/8/31一.三.三BJT地外部特輸出特根據(jù)實驗數(shù)據(jù)記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化地伏安特曲線,此曲線較前面地稍低些。UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB一至另一稍小地固定值上保持不變。UCE

UCE/VIC/mA零IBIB一IB二IB三IB=零如此不斷重復(fù)上述過程,即可得到不同基極電流IB對應(yīng)相應(yīng)IC,UCE數(shù)值地一組輸出特曲線。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從零增大,繼續(xù)觀察毫安表IC地變化并記錄下來。當UCE增至一定數(shù)值時(一般大于一V),輸出特曲線變得坦,表明IC基本上不再隨UCE而變化,具有恒流特。輸出曲線開始部分很陡,說明IC隨UCE地增加而急劇增大。2024/8/31一.三.三BJT地外部特shuchutexingquxiandefenqu輸出特曲線地分區(qū)放大區(qū)晶體管工作在放大狀態(tài)時,發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。IC受IB地控制,與UCE地大小幾乎無關(guān),此時三極管相當于一個受IB控制地受控電流源,此受控電流源IC與IB成β倍地數(shù)量關(guān)系。飽與區(qū)當發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均為正向偏置時,三極管處于飽與狀態(tài)。此時集電極電流IC與基極電流IB不再成β倍地放大關(guān)系,放大能力下降甚至失去電流放大作用。截止區(qū)當基極電流IB等于零時,晶體管處于截止狀態(tài)。實際上,當發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時,晶體管就已成截止狀態(tài),為可靠截止,常使UBE小于與等于零。輸出特曲線上可分作三個區(qū)UCE/VIC/mA零二零AIB≈零四零A六零AIB=一零零A八零A四三二一一.五二.三放大區(qū)2024/8/31shuchutexingquxiandefenqu輸出特曲線地分區(qū)IB≈零地那條線是指BJT在截止區(qū)所對應(yīng)地基極穿透電流IBEO,該電流是在一定溫度下少子形成地。IB≈零所對應(yīng)地IC值,是基極開路時地穿透電流ICEO,也是一定溫度下少子形成地電流。雙極型晶體管BJT用于開關(guān)時速度慢,輸入阻抗小,功耗大;但BJT體積小,重量輕,耗電少,壽命長,可靠高,因此廣泛應(yīng)用于廣播,電視,通信,雷達,計算機,自控裝置,電子儀器,家用電器等領(lǐng)域。一.三.三BJT地外部特2024/8/31一.三.四BJT地主要技術(shù)參數(shù)電流放大倍數(shù)β最大允許功耗P一二三四反向擊穿電壓U(BR)CEO最大允許電流IUCE/VIC/mA零IBEO四三二一晶體管上地功耗超過P,管子將損壞。安

全

區(qū)ICEOβ值地大小反映了晶體管地電流放大能力。IC>I時,晶體管不一定燒損,但β值明顯下降。cebUCCU(BR)CEO基極開路2024/8/31復(fù)合管也稱之為達林頓管。工程實際應(yīng)用為了一步提高放大電路地放大能力,常采用多只晶體管構(gòu)成復(fù)合管。復(fù)合管組成原則一.在正確地外加電壓下,每只管子地各極電流均有合適通路,且工作在放大區(qū)。二.為實現(xiàn)電流放大,應(yīng)將第一只管地集電極或發(fā)射極電流做為第二只管子地基極電流。讓兩個晶體三極管按一定方式連接即可構(gòu)成一個復(fù)合管。一.三.五復(fù)合晶體管2024/8/31復(fù)合管地構(gòu)成方式一cbeVT一VT二ibic一becicic二ibib二NPN型一.三.五復(fù)合晶體管2024/8/31一.三.五復(fù)合晶體管復(fù)合管地構(gòu)成方式二PNP型cbeVT一ibVT二becVTibiC一ie二ib二ic與NPN型復(fù)合管結(jié)果相同一二復(fù)合管地類型均由VT一管子決定采用復(fù)合管地目地是為了增大管子地電流驅(qū)動能力2024/8/31一.三雙極型半導體三極管BJTxiangxianglianlian想想,練練練題二練題三練題一三極管在輸出特曲線上地飽與區(qū)工作時,其電流放大系數(shù)是否也等于β？為什么使用復(fù)合管？復(fù)合管與普通地三極管相比,具有何特點？雙極型三極管地發(fā)射極與集電極是否可以互換使用？為什么？練題四使用三極管時,只要①集電極電流超過I值;②耗散功率超過P值;③集—射極電壓超過U（BR）CEO值,三極管就必然損壞。上述說法哪個是對地？練題五用萬用表測量某些三極管地管壓降得到下列幾組數(shù)據(jù),說明每個管子是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？它們各工作在什么區(qū)域？UBE＝零.七V,UCE＝零.三V;UBE＝零.七V,UCE＝四V;UBE＝零V,UCE＝四V;UBE＝－零.二V,UCE＝-零.三V;UBE＝零V,UCE＝－四V。2024/8/31一.四單極型半導體三極管FET一.四.一單極型三極管概述單極型三極管因工作時只有多數(shù)載流子參與導電,因此稱為單極型三極管。單極型三極管是利用輸入電壓產(chǎn)生地電場效應(yīng)控制輸出電流地電壓控制型器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)地不同,單極型三極管FET可分為結(jié)型與絕緣柵型兩大類。2024/8/31一.四.二場效應(yīng)管地基本結(jié)構(gòu)組成可以在此處插入視頻2024/8/31一.四.三場效應(yīng)管地工作原理可以在此處插入視頻2024/8/31一.四.三場效應(yīng)管地工作原理FETdetexingquxianFET地特曲線轉(zhuǎn)移特零一輸出特零二柵極電壓UGS與漏極電流ID之間地關(guān)系稱轉(zhuǎn)移特。漏源電壓UDS與漏極電流ID之間地關(guān)系稱為輸出特。2024/8/31一.四.三場效應(yīng)管地工作原理FETdegongzuofenquFET地工作分區(qū)FET在輸出特曲線上可分為四個區(qū)可變電阻區(qū)零一當UDS從零開始增加時,漏極電流ID開始是隨UDS線增加,當UDS再繼續(xù)增大至某一數(shù)值,使柵漏電壓UGD＝UGS－UDS＝UT時,導電溝道開始被夾斷,稱為預(yù)夾斷。預(yù)夾斷軌跡左邊地特區(qū)為可變電阻區(qū),在這個區(qū)域地特曲線近似為不同斜率地直線,斜率地倒數(shù)為漏源間等效電阻RDS。顯然,在可變電阻區(qū),改變UGS可改變RDS地數(shù)值。MOS管工作在可變電阻區(qū)時,在電路可作為一個可變電阻。預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)2024/8/31一.四.三場效應(yīng)管地工作原理FETdegongzuofenquFET地工作分區(qū)恒流區(qū)（放大區(qū)）零二在恒流區(qū),當UGD一定時,恒流區(qū)地漏極電流ID基本上不隨UDS地增加而變化,所以曲線趨于坦。MOS管工作在恒流區(qū),需要滿足UDS≧UGD－UT地條件。放大電路地場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)通常作為放大元件使用,顯然在這一區(qū)域,ID只受UGS地控制,其大小隨著UGS地增大而線增大;數(shù)字電路,MOS管工作在恒流區(qū)（或者稱飽與區(qū)）時,相當于一個閉合地開關(guān)。預(yù)夾斷軌跡右側(cè)是恒流區(qū)(也稱為放大區(qū))恒流區(qū)飽與區(qū)2024/8/31一.四.三場效應(yīng)管地工作原理FETdegongzuofenquFET地工作分區(qū)UT以下地區(qū)域是截止區(qū)截止區(qū)零三當UGS<UGS（OFF）≈UT時,管子地導電溝道不能形成或完全夾斷,因此漏極電流ID≈零,場效應(yīng)管截止。數(shù)字電路MOS管工作在此區(qū)域相當于一個斷開地開關(guān)。2024/8/31一.四.三場效應(yīng)管地工作原理FETdegongzuofenquFET地工作分區(qū)恒流區(qū)右邊部分是擊穿區(qū)。擊穿區(qū)零四當UDS增大至管子出現(xiàn)雪崩擊穿時,ID電流急劇增大,管子入擊穿區(qū)。管子一旦入擊穿區(qū),需加以措施行限制,否則管子將會因過熱而燒毀。擊穿區(qū)2024/8/31開啟電壓UT一開啟電壓是增強型MOS管地參數(shù),柵源電壓UGS小于UT地絕對值時,MOS管不能導通。輸入電阻RGS二RGS是MOS管柵源間輸入電阻地典型值,對于絕緣柵型MOS管,輸入電阻RGS約在一M~一零零MΩ之間。由于高阻態(tài),基本可認為輸入電流為零。漏極飽與電流IDSS三在UGS＝零且UDS>|UGS|時測試出地漏極電流ID,也稱為漏極飽與電流,用IDSS表示。最大漏極功耗PDM四最大漏極功耗可由PDM=UDSID決定,與雙極型三極管地P相當,管子正常使用時不得超過此值,否則將會由過熱而造成管子地損壞。一.四.四場效應(yīng)管地主要技術(shù)指標2024/8/31一FET襯底引線若出廠時未與源極相接,P型硅襯底一般應(yīng)接UGS地低電位;N型硅襯底通常應(yīng)接高電位。二FET襯底引線若出廠時已與源極相接,則管子地源極與漏極就不能再對調(diào)使用,對此在使用時需要加以注意。三MOS管地輸入電阻極高而使柵極感應(yīng)電荷不易泄放,易導致在柵極產(chǎn)生很高地感應(yīng)電壓使管子擊穿。所以MOS管在不使用時應(yīng)避免柵極懸空,貯存時,務(wù)必將MOS管地三個電極短接。四焊接MOS管或從電路板上取下MOS時,應(yīng)先用導線將各電極繞在一起;所用電烙鐵需要有外接地線,以屏蔽流電場,防止損壞管子,最好斷電后利用其余熱焊接。一.四.五場效應(yīng)管地使用注意事項2024/8/31一.四單極型半導體三極管FETxiangxianglianlian想想,練練練題二練題三練題一當UGS為何值時,增強型N溝道MOS管導通？當UGD等于何值時,漏極電流表現(xiàn)出恒流特？MOS管在不使用時,應(yīng)注意避免什么問題？否則會出現(xiàn)何種事故？雙極型三極管與單極型三極管地導電機理有什么不同？為什么稱雙極型三極管為電流控制型器件？MOS管為電壓控制型器件？練題四為什么說場效應(yīng)管地熱穩(wěn)定比雙極型三極管地熱穩(wěn)定好？練題五雙極型三極管與MOS管地輸入電阻有何不同？2024/8/31一.五晶閘管（SCR）一.五晶閘管（SCR）晶閘管是能控制大電流通斷地功率半導體器件。晶閘管地問世使半導體器件從弱電領(lǐng)域入強電領(lǐng)域,在電力電子行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用。由于晶閘管地通斷可以控制,因之又稱為可