電工學(xué)(第六版)第十四章.ppt

1、2020年7月15日，第112周：第16課：復(fù)習(xí)第17周：考試(閉卷)上課時間：周一上午1、2節(jié)課，周三上午1、2節(jié)課(雙周)實驗班：周三上午1、2節(jié)課(單周)BJ0903周三上午3、4節(jié)課(單周)，課程表，2020年7月15日，2， 成績評定說明：總成績=正常作業(yè)*20%班級成績*20%期末考試*60%聯(lián)系方式：電氣工程學(xué)院：盧立典E_mail:測試成績，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，電子技術(shù)由模擬電子區(qū)別：處理后的信號不同。 模擬電子技術(shù)處理模擬信號。用數(shù)字電子技術(shù)處理數(shù)字信號。模擬信號：隨時間連續(xù)變化的信號。信號在時間和數(shù)值上不斷變化。1.模擬信號，2。數(shù)字信號信號在時間和

2、數(shù)值上是不連續(xù)的，即離散的。例如，跳躍信號具有短的持續(xù)時間。電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使其“普及”和廣泛使用！廣播通訊：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)：路由器、自動柜員機(jī)交換機(jī)、收發(fā)器、現(xiàn)代工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)械加工、數(shù)控機(jī)床運輸：飛機(jī)、火車、輪船、汽車軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)控醫(yī)學(xué)：刀、CT、b超、b超。音頻、攝像機(jī)、照相機(jī)、電子表)、電子玩具、各種警報器、安全系統(tǒng)以及電子技術(shù)的發(fā)展在很大程度上反映在部件的發(fā)展上。從電子管半導(dǎo)體集成電路，電子管在1904年問世，電子管、晶體管和集成電路的比較，半導(dǎo)體元件的發(fā)展，貝爾實驗室在1947年制

3、造了第一個晶體管，集成電路在1958年，大規(guī)模集成電路在1969年和超大規(guī)模集成電路在1975年，第一個集成電路只有四個晶體管，而在1997年有四十億個晶體管在一個集成電路中。一些科學(xué)家預(yù)測，這種整合將以10倍/6年的速度增加，并在2015年或2020年達(dá)到飽和。學(xué)習(xí)電子技術(shù)課程，我們應(yīng)該時刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！1958年9月12日，在得克薩斯儀器公司的實驗室里，第一個晶體管的發(fā)明者(貝爾實驗室的約翰巴丁、威廉斯科克利和沃爾特布拉頓)和第一個集成電路的發(fā)明者(蒂的杰克基爾)實現(xiàn)了在半導(dǎo)體材料上集成電子器件的想法。42年后，他在2000年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎?！八鼮楝F(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。他們

4、在1947年11月底發(fā)明了晶體管，并在12月16日正式宣布了晶體管的誕生。他獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎。貝恩于1972年第二次獲得諾貝爾物理學(xué)獎。幾個值得紀(jì)念的科學(xué)家！1.電子電路中信號的分類數(shù)字信號：離散性，模擬信號：連續(xù)性。大多數(shù)物理量是模擬信號。模擬電路模擬電路是處理模擬信號的電路。最基本的處理是信號放大，有不同功能和性能的放大電路。其他模擬電路大多基于放大電路。任何時刻的任何值都是有意義的，組成電子信息系統(tǒng)，模擬電子電路，數(shù)字電子電路(系統(tǒng))，傳感器接收器，隔離，濾波，放大，運算，轉(zhuǎn)換，比較，功率放大器，學(xué)習(xí)本課程的要求：掌握基本概念，基本電路和基本分析方法。基本概念：概念不變，

5、應(yīng)用靈活，“10，000基本電路：組成原理不變，具體電路多種多樣。基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因此有不同的分析方法。基本實驗技能。通過學(xué)習(xí)常用電子元件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析與設(shè)計，使學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)的基本知識、基本理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。第14章二極管和晶體管，14.3半導(dǎo)體二極管，14.4齊納二極管，14.5晶體管，14.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，14.6光電器件，第14章二極管和晶體管。本章要求：1 .了解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、晶體管的電流分布和電流放大；其次，了解二極管、穩(wěn)壓器和晶體管的基本結(jié)

6、構(gòu)、工作原理和特性曲線，了解主要參數(shù)的意義；第三，將分析包含二極管的電路。該裝置是非線性的，特性是分散的，鋼筋混凝土的值是有誤差的，所以在工程中允許有一定的誤差，并采用合理的估算方法。在對電路進(jìn)行分析和計算時，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過度考察精確值。對于部件，要注重特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確的使用方法，不要過多地考察它們的內(nèi)在機(jī)理。討論設(shè)備的目的是應(yīng)用。學(xué)會從工程的角度分析問題，即根據(jù)實際情況，合理地近似裝置的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件，從而用簡單的分析方法獲得實際的結(jié)果。導(dǎo)體和絕緣體之間具有導(dǎo)電性的物質(zhì)叫做半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是具有純晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。1.什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？導(dǎo)體如

7、鐵、鋁、銅等價格低廉的元素，最外層的電子在外部電場的作用下容易產(chǎn)生定向運動，形成電流。絕緣體、惰性氣體、橡膠和其他高價元素，它們原子的最外層電子被原子核牢牢束縛，只有當(dāng)外部磁場強(qiáng)度達(dá)到一定水平時才能導(dǎo)電。常用的半導(dǎo)體材料硅和鍺都是四價元素，它們原子的最外層電子被導(dǎo)體和絕緣體之間的原子核束縛。14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(可制成熱敏元件，如熱敏電阻)。摻雜：在純半導(dǎo)體中摻雜一些雜質(zhì)會顯著地改變導(dǎo)電性(它可以被制成各種用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等)。)。光敏性：當(dāng)暴露于光下時，其導(dǎo)電性發(fā)生明顯變化(可制成各種光敏元件，如光敏電阻、光電二極管、光電晶體管等)。)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時

8、，電導(dǎo)率顯著增加。14.1.1本征半導(dǎo)體是完全純的鍺、硅和硒，具有晶體結(jié)構(gòu)，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列、硅單晶中的共價鍵結(jié)構(gòu)、共價鍵以及共價鍵中的兩個電子被稱為價電子。在獲得一定的能量(溫度升高或光照)后，價電子可以從原子核的束縛中掙脫出來，成為自由電子(帶負(fù)電荷)，同時在共價鍵中留下空位，稱為空穴(帶正電荷)。本征半導(dǎo)體的傳導(dǎo)機(jī)制，本征激發(fā)：空穴，溫度越高，晶體中產(chǎn)生的自由電子越多。自由電子，在外部電場的作用下，空穴吸引鄰近原子的價電子來填充，并且一個空穴出現(xiàn)在這個原子中，并且結(jié)果相當(dāng)于空穴的運動(相當(dāng)于正電荷的運動)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，當(dāng)外部電壓施加到半導(dǎo)體兩端時，載流子定向運動

9、(漂移運動)，半導(dǎo)體中會出現(xiàn)兩種電流(1)自由電子定向運動，電子電流(2)價電子組成空穴和空穴電流，注：(1)本征半導(dǎo)體載流子很少，其導(dǎo)電性很差；(2)溫度越高，載流子越多，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性越好。因此，溫度對半導(dǎo)體器件的性能有很大的影響。自由電子和空穴成對產(chǎn)生，同時它們是c半導(dǎo)體中有兩種導(dǎo)電粒子(載流子):自由電子、空穴、14.1.2氮型半導(dǎo)體和磷型半導(dǎo)體。摻雜后，自由電子的數(shù)量大大增加。自由電子傳導(dǎo)已經(jīng)成為這種半導(dǎo)體的主要傳導(dǎo)模式，它被稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻雜有五價元素、的多余電子、磷原子在室溫下可以變成自由電子，失去一個電子而變成正離子，并且痕量的雜質(zhì)(某些元素)被摻雜到本征半導(dǎo)體中

10、形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。多數(shù)載流子(多載流子):自由電子少數(shù)載流子(少數(shù)載流子):空穴，14.1.2 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，摻雜后空穴的數(shù)量大大增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻雜有三價元素、多粒子：空穴少數(shù)載流子：自由電子，硼原子，接受電子變成負(fù)離子、空穴，N型和P型半導(dǎo)體都是中性的，不會對外顯示電。問題是，為什么要制造本質(zhì)上具有中等導(dǎo)電性的本征半導(dǎo)體，而這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性很差，并對其進(jìn)行摻雜以提高導(dǎo)電性？1.雜質(zhì)半導(dǎo)體中多形性的數(shù)量與(a .摻雜濃度，b .溫度)有關(guān)。雜質(zhì)半導(dǎo)體中少數(shù)載流子的數(shù)量與(a摻雜濃度，b溫度)有關(guān)。當(dāng)氣溫上升時，少數(shù)民族兒童的數(shù)

11、量就會減少(a .減少，b .保持不變，c .增加)。在外加電壓的作用下，p型半導(dǎo)體中的電流為主，n型半導(dǎo)體中的電流為主。(a .電子電流，b .空穴電流)，b，a，14.2結(jié)的形成及其單側(cè)導(dǎo)電性pn結(jié)，由濃度差引起的物質(zhì)運動稱為擴(kuò)散運動。有氣體、液體和固體。磷區(qū)的空穴濃度遠(yuǎn)高于氮區(qū)。n區(qū)的自由電子濃度遠(yuǎn)高于p區(qū)。擴(kuò)散運動降低了接觸表面附近的磷區(qū)中的空穴濃度和接觸表面附近的氮區(qū)中的自由電子濃度，導(dǎo)致內(nèi)部電場。PN結(jié)的形成，電場引起的運動稱為漂移運動。參與擴(kuò)散運動和漂移運動的載流子的數(shù)量是相同的，并且當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時形成PN結(jié)。由于擴(kuò)散運動，磷區(qū)和氮區(qū)之間的界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)部電場，從而

12、阻止擴(kuò)散運動。內(nèi)部電場使空穴從氮向磷移動，自由電子從磷向氮移動.14.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦裕琍N結(jié)：在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間的界面上的特殊薄層，1。PN結(jié)加直流電壓(正向偏置)，P接正，N接負(fù)，中頻，多個孩子在外部電場的作用下定向運動，形成較大的正向電流。當(dāng)PN結(jié)加上直流電壓時，正向電阻很小，并且是導(dǎo)通的。2。PN結(jié)施加反向電壓(反向偏置)，P接負(fù)，N接正，少數(shù)載流子在外加電場的作用下定向運動，形成小的反向電流。當(dāng)反向電壓施加到PN結(jié)時，反向電阻很大，并且處于截止?fàn)顟B(tài)。溫度越高，少數(shù)載流子越多，反向電流將隨溫度增加。IR，PN結(jié)被封裝并且兩個電極被引出以形成二極管。低功率二極管、高功率

13、二極管、齊納二極管、發(fā)光二極管、14.3半導(dǎo)體二極管、14.3.1基本結(jié)構(gòu)(一個PN結(jié))、(一)點接觸型、(二)面接觸型，具有小的結(jié)面積、小的結(jié)電容和小的正向電流。用于高頻電路，如檢測和頻率轉(zhuǎn)換。它具有大的結(jié)面積、大的正向電流和大的結(jié)電容，用于工頻大電流整流電路。平面型用于集成電路制造過程。PN結(jié)的面積可以大也可以小，用于高頻整流和開關(guān)電路。二極管結(jié)構(gòu)示意圖，14.3.2伏安特性，硅管為0.5V，鍺管為0.1V。反向擊穿電壓U(BR)、導(dǎo)通壓降，只有當(dāng)施加的電壓大于t時，二極管才能導(dǎo)通二極管擊穿后，單邊導(dǎo)電性被破壞，甚至過熱并燒毀。3。反向峰值電流IRM是指二極管施加最高反向工作電壓時的反向電流。大的反向電流表明管道的單側(cè)電導(dǎo)率差異。IRM受溫度影響。溫度越高，反向電流越大。硅管的反向電流較小，而鍺管的反向電流較大，是硅管的幾十到幾百倍。1.當(dāng)二極管加直流電壓(正向偏置，陽極接正，陰極接負(fù))時，二極管處于正向?qū)?/p>