電工電子技術(shù)141

1、下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)電 工 學(xué) 電子技術(shù)主講：陳靜主講：陳靜下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)教教 材材 及及 參參 考考 書書電工學(xué)電工學(xué)教材：教材：電工學(xué)電工學(xué) （下冊(cè)）（下冊(cè)）秦曾煌主編秦曾煌主編 高等教育出版社高等教育出版社電工與電子技術(shù)電工與電子技術(shù) （下冊(cè)）（下冊(cè)）2005王鴻明主編王鴻明主編 高等教育出版社高等教育出版社參考書：參考書：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1999 童詩(shī)白童詩(shī)白 高等教育出版社高等教育出版社 下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容電電子子技技術(shù)術(shù)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件單級(jí)放大電路單級(jí)放大電路運(yùn)算放大器運(yùn)

2、算放大器直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)電子技術(shù)的應(yīng)用：電子技術(shù)的應(yīng)用：下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) 學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。 對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的確使用方法，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理

3、。討論器件的目的在于應(yīng)用。目的在于應(yīng)用。 對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。 器件是非線性的、特性有分散性、器件是非線性的、特性有分散性、rc 的值有誤差、的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：( (可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻) )。摻雜性摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電往純凈的半導(dǎo)體中摻入某

4、些雜質(zhì)，導(dǎo)電 能力明顯改變能力明顯改變( (可做成各種不同用途的半導(dǎo)可做成各種不同用途的半導(dǎo) 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 ( (可做可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等管、光敏三極管等) )。熱敏性：熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。鍺

5、，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。si硅原子硅原子ge鍺原子鍺原子下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) si si si si價(jià)電子價(jià)電子 價(jià)電子在獲得一定能量?jī)r(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成即可掙脫原子核的束縛，成為為自由電子自由電子（

6、帶負(fù)電），同（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為稱為空穴空穴（帶正電）（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭昭?溫度愈高，晶體中產(chǎn)溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。生的自由電子便愈多。自由電子自由電子 在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的

7、導(dǎo)電機(jī)理 當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流現(xiàn)兩部分電流 (1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流電子電流 (2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流空穴電流注意：注意： (1) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能很差；其導(dǎo)電性能很差； (2) 溫度愈高，溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和自由電子和空穴都稱為載流子?？昭ǘ挤Q為載流子。 自由電子和自

8、由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) 摻雜后自由電子數(shù)目摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體電方式，稱為電子半導(dǎo)體或或n型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素?fù)饺胛鍍r(jià)元素 si si si sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子

9、變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。 在在n 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由電子自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。載流子。動(dòng)畫動(dòng)畫下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) 摻雜后空穴數(shù)目大量摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或式，稱為空穴半導(dǎo)體或 p型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素?fù)饺肴齼r(jià)元素 si si si si 在在 p 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是多空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)數(shù)載流子，自由電

10、子是少數(shù)載流子。載流子。b硼原子硼原子接受一個(gè)接受一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)樨?fù)離子負(fù)離子空穴空穴無(wú)論無(wú)論n型或型或p型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。動(dòng)畫動(dòng)畫下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。電荷區(qū)變薄。 擴(kuò)散的結(jié)果使空擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 pn 結(jié)結(jié) 擴(kuò)散和漂移擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空動(dòng)態(tài)

11、平衡，空間電荷區(qū)的厚間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。+形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)動(dòng)畫動(dòng)畫下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) 1. pn 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓（正向偏置）（正向偏置）pn 結(jié)變窄結(jié)變窄 p接正、接正、n接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)if 內(nèi)電場(chǎng)被削內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電較大的擴(kuò)散電流。流。 pn 結(jié)加正向電壓時(shí)，結(jié)加正向電壓時(shí)，pn結(jié)變窄，正向電流較結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，大，正向電阻較小，pn結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)pn+擴(kuò)散擴(kuò)散 飄移飄移加正向電壓加正向電壓下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)+下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一

12、頁(yè)pn 結(jié)變寬結(jié)變寬 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。ir溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。+ pn 結(jié)加反向電壓時(shí)，結(jié)加反向電壓時(shí)，pn結(jié)變寬，反向電流較小，結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，反向電阻較大，pn結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)pn+加反向電壓加反向電壓下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)14.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管14.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)(a) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 結(jié)面積小、結(jié)面積小、結(jié)電容小、正結(jié)電容小

13、、正向電流小。用向電流小。用于檢波和變頻于檢波和變頻等高頻電路。等高頻電路。金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線n型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型符號(hào)符號(hào): :陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極d下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)鋁合金小球鋁合金小球n型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線pn結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型(b)面接觸型面接觸型 結(jié)面積大、結(jié)面積大、正向電流大、正向電流大、結(jié)電容大，用結(jié)電容大，用于工頻大電流于工頻大電流整流電路。整流電路。(c) 平面型平面型 用于集成電路制用于集成電路制作工藝中。作工藝中。pn結(jié)結(jié)結(jié)結(jié)面積可大可小，用面積可大可小，

14、用于高頻整流和開關(guān)于高頻整流和開關(guān)電路中。電路中。陰極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層p型硅型硅n型硅型硅( c ) 平面型平面型下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)14.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管0.5v,鍺管鍺管0.1v。反向擊穿反向擊穿電壓電壓u(br)導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降 外加電壓大于死區(qū)電外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。壓二極管才能導(dǎo)通。 外加電壓大于反向擊外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。失去單向?qū)щ娦?。正向特性正向特性反向特性反向特性特點(diǎn)：非線性特點(diǎn)：非線性硅硅0 0.60.8v鍺鍺0.20.3vu

15、i死區(qū)電壓死區(qū)電壓pn+pn+ 反向電流反向電流在一定電壓在一定電壓范圍內(nèi)保持范圍內(nèi)保持常數(shù)。常數(shù)。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)14.3.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 iom二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。平均電流。2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓urwm是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，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一般是二極管反向擊穿電壓ubr的一半或三分之二。的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱

16、而燒壞。3. 反向峰值電流反向峰值電流irm指二極管加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流。反指二極管加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿螂娏鞔?，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿琲rm受溫度的受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)二極管二極管的單向?qū)щ娦缘膯蜗驅(qū)щ娦?1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù)極接負(fù) ）時(shí)，）時(shí)， 二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極

17、管正二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。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(yáng)極接負(fù)、陰二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正極接正 ）時(shí)，）時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。向電阻較大，反向電流很小。 3. 3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｊ蜗驅(qū)щ娦浴?4. 4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。反向電流愈大。下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) 二極管電路分析

18、舉例二極管電路分析舉例 定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止否則，正向管壓降否則，正向管壓降硅硅0 0.60.7v鍺鍺0.20.3v 分析方法：分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓的高低或所加電壓ud的正負(fù)。的正負(fù)。若若 v陽(yáng)陽(yáng) v陰陰或或 ud為正為正( 正向偏置正向偏置 )，二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通若若 v陽(yáng)陽(yáng) v陰陰 二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，若忽略管壓降，二極管可看作短路，uab = 6v否則，否則， uab低于低于6v一個(gè)管壓降，為一個(gè)管壓降，為6.3或或6.7v例例1： 取取 b 點(diǎn)作參考點(diǎn)，點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電極管陽(yáng)極和陰極的電位。位。 在這里，二極管起鉗位作用。在這里，二極管起鉗位作用。 d6v12v3k bauab+下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)兩個(gè)