第七章_半導(dǎo)體器件修改

1、下篇: 電子技術(shù)第七章 半導(dǎo)體器件71基本要求（1）掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。?）熟悉二極管、穩(wěn)壓管、三極管、場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)、特性曲線和主要參數(shù)。（3）學(xué)會分析整流及濾波電路，并對其進行簡單的計算。（4）掌握晶體三極管的電流分配和放大作用。72基本內(nèi)容7.2.1 PN結(jié)與二極管 P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合形成PN結(jié)。PN結(jié)的主要性質(zhì)單向?qū)щ娦裕阂粋€PN結(jié)外加正向電壓時，呈現(xiàn)很小的正向電阻，有較大的正向電流；當加反向電壓時，呈現(xiàn)很大的反向電阻，只有很小的反向飽和電流。二極管就是利用一個PN結(jié)，加上外殼，引出兩個電極而制成的，它具有單向?qū)щ娦?。理想二極管：導(dǎo)通時，正向壓降UD=0，正向電阻近

2、似為零，相當于一個開關(guān)閉合的狀態(tài)；截止時，反向電流IR=0，反向電阻為無窮大，相當于一個開關(guān)關(guān)斷的狀態(tài)。實際二極管：正向電壓超過二極管的死區(qū)電壓（硅：0.5V；鍺：0.1V），二極管才能導(dǎo)通。一旦導(dǎo)通，二極管有一定正向電壓降（硅：0.60.7V；鍺：0.20.3V）。二極管反向截止，反向電流IR0。主要參數(shù)：最大整流電流、反向工作峰值電壓。7.2.2整流電路整流就是利用二極管單向?qū)щ娞匦?，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷倪^程。整流二極管可視為理想二極管。在分析整流電路時，應(yīng)抓住“二極管在正向電壓作用下導(dǎo)通，而在反向電壓作用下截止”這個基本點，并且弄清楚在交流正半周和負半周期間電流的通路方向，從而確定負載

3、電壓的+、-極性。整流電路以橋式電路用的最多。表7-1電路形式輸入交流電壓（有效值）負載電壓平均值UO流過二極管電流的平均值ID二極管承受的最大反向電壓URM單相半波整流電路U20.45 U2（RL負載電阻）單相橋式全波整流電路U20.9 U27.2.3濾波電路濾波電路的作用是盡量降低直流電壓中的脈動成分，同時盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓的波更加平滑。常用的濾波電路有：電容濾波電路、電感濾波電路、復(fù)式濾波電路。表7-2所示為接有濾波電容器時的數(shù)據(jù)。表7-2電路形式輸入交流電壓（有效值）空載時輸出電壓UO負載時輸出電壓UO（估計值）流過二極管電流的平均值ID二極管承受的最大反向電壓URM半

4、波整流電容濾波U2U22全波整流電容濾波2 U21.2 U2橋式整流電容濾波U21.2 U27.2.4穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管是具有穩(wěn)壓特性的特殊二極管。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)有穩(wěn)壓作用，穩(wěn)壓管的正常工作需具備三個條件：（1）穩(wěn)壓管兩端需加反向電壓；（2）在電路中必須接有限流電阻，使其電流不超過；（3）限流電阻前的外加電壓應(yīng)大于它的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路能在電網(wǎng)電壓或負載電流波動時自動維持輸出電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓管要與負載并聯(lián)，適當選擇串聯(lián)限流電阻，使穩(wěn)壓管工作在擊穿區(qū)，利用穩(wěn)壓管端電壓的微小變化而能引起電流的較大變化，并通過限流電阻調(diào)整了電壓，以維持輸出電壓的穩(wěn)定。7.2.5三極管按內(nèi)部結(jié)

5、構(gòu)三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。計算中，一般可認為：。根據(jù)三極管的輸出特性曲線，分為三個區(qū)：（1）飽和區(qū)：，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)亦正向偏置，處于飽和狀態(tài)。（2）截止區(qū)：，三極管沒有放大能力。（3）放大區(qū)：與成正比，即，三極管起放大作用。7.2.6場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管有兩種類型：結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管。場效應(yīng)管的柵極對應(yīng)于三極管的基極，源極對應(yīng)于發(fā)射極，漏極對應(yīng)于集電極。與三極管相比，場效應(yīng)管具有輸入電阻高、噪聲低的特點，因而獲得廣泛的應(yīng)用。73重點與難點7.3.1半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用（1）整流電路：利用二極管單向?qū)щ娞匦?，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟＃?）限幅電路：將輸出電壓限制在

6、某一特定幅值，有單向限幅和雙向限幅兩種。（3）鉗位電路：將輸出電壓的幅值限制在某一預(yù)定電位。（4）檢波電路：將高頻交流信號變成單方向脈動信號。（5）穩(wěn)壓二極管可實現(xiàn)簡單穩(wěn)壓、電路削波等。二極管和穩(wěn)壓管的具體應(yīng)用在以后的習(xí)題及相關(guān)的部分章節(jié)中都有所體現(xiàn)，學(xué)生應(yīng)通過更多練習(xí)，深入理解并掌握二極管和穩(wěn)壓管的具體應(yīng)用。7.3.2三極管的放大作用從三極管的結(jié)構(gòu)看，由NPN和PNP兩種類型。但是，無論哪一種類型，管子內(nèi)部都有三個區(qū)、兩個PN結(jié)，并引出三個電極。三個區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；兩個PN結(jié)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)；三個電極發(fā)射極e、基極b和集電極c。為了實現(xiàn)放大作用，三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性必須

7、滿足一定的條件：內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件發(fā)射區(qū)高摻雜，其中多數(shù)載流子濃度很高；基區(qū)很薄，且低摻雜，則基區(qū)中多子的濃度很低。外部條件外加電源極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。在滿足上述條件的前提下，三極管中載流子的運動經(jīng)歷發(fā)射、復(fù)合和擴散以及收集等過程，最后，使三極管中的電流分配符合以下關(guān)系：，且當基極電流發(fā)生微小的變化時，相應(yīng)的集電極電流將有較大的變化，集電極電流的變化量比基極電流的變化量大倍，即 從而實現(xiàn)了電流放大作用。7.3.3直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源由四個環(huán)節(jié)組成：變壓器、整流電路、濾波器及穩(wěn)壓電路。半導(dǎo)體直流電源的原理圖如圖7-1所示，表示把交流電變?yōu)橹绷鞯倪^程。電源變壓器整流電路 交流

8、 電源負載濾波器穩(wěn)壓圖7-1 直流穩(wěn)壓電源原理圖（1）變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。（2）整流電路：將交流電壓變換為單向脈動電壓。其中的整流元件（晶體二極管）所以能整流，是因為它具有單向?qū)щ姷奶匦浴＃?）濾波器：減小整流電壓的脈動程度，以適合負載的需要。（4）穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動或負載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。在對直流電壓的穩(wěn)定程度要求較低的電路中，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)也可以不要。74 例題與習(xí)題解答7.4.1例題例7-1 如何用萬用表判斷二極管的正極和負極以及二極管的好壞？解：本題求解的關(guān)鍵是正確判斷二極管是否導(dǎo)通。二極管正向電壓只有零點幾伏時導(dǎo)通，其電阻很??；二極管反向電壓

9、小于反向擊穿電壓時截止，其電阻很大。如圖7-2所示電路中，虛線框為萬用表。萬用表筆頭正極（紅色）是萬用表內(nèi)部電池的負極，而萬用表筆頭負極（黑色）是內(nèi)部電池的正極。若測得二極管為較小正向電阻，則黑筆所觸及的是二極管的正極，紅筆所觸及的是二極管的負極。若測得正向電阻較小，則二極管是好的。若測得正向電阻、反向電阻均接近于0，則二極管已擊穿損壞。若正反電阻均為，則二極管內(nèi)部斷線。圖7-2 二極管判別例7-2 在圖7-3所示電路中，試求：下列幾種情況下輸出端電位及各元件中流過的電流：（1）（2）（3）。設(shè)二極管正向電阻為0，反向電阻為無窮大。圖7-3 解：本題主要涉及二極管的性質(zhì)，歐姆定律，分壓公式。（

10、1）時，導(dǎo)通，導(dǎo)通 截止，于是由歐姆定律 。（2）時，先導(dǎo)通，使，= 端電壓設(shè)二極管正向電阻為0，于是導(dǎo)通，由支路電流法 所以由KCL定律所以，所以， 于是 。（3），兩個二極管同時導(dǎo)通。由支路電流法 所以 由KCL定律 所以，則由歐姆定律于是 。例7-3 電路如圖7-4(a)所示，已知。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，最大穩(wěn)定電流。試分析穩(wěn)壓管中通過的電流是否超過？如果超過該怎么辦？ （a） (b)圖7-4解：此題的目的是熟悉穩(wěn)壓管應(yīng)用電路的分析方法。此類題目的分析方法較為靈活，下面用兩種途徑來分析計算。方法一：利用戴維南定理對所給電路進行等效交換，變換后的電路如圖7-4（b）所示，則=因此 方法二：對原

11、電路應(yīng)用基爾霍夫定理可列出如下方程組： 代入數(shù)值求解有。 由上述分析可見，。若超過，應(yīng)增大使其電流減小，進而由可使減小。通常的選擇可依據(jù)下式進行： 例7-4 在圖7-5所示的各個電路中，試問晶體管工作于何種狀態(tài)？(a) (b) (c)圖7-5解：本題主要考查學(xué)生對晶體管三種工作狀態(tài)（截止、飽和、放大）的理解。由電路參數(shù)得到晶體管飽和時集電極電流，由此得，再比較與。設(shè)，因為 所以對（a）管 晶體管剛飽和時基極電流：< 所以（a）管工作在放大狀態(tài)。對（b）管晶體管飽和時集電極電流近似為：>所以（b）管工作在飽和狀態(tài)。對（c）管，因為T的基極為負電壓，故（c）管可靠截止。例7-5 有一個

12、晶體管接在電路中，今測得它的三個管腳的電位分別為、和，試判別管子的三個電極，并說明這個晶體管是哪種類型的？是硅管還是鍺管？解：PNP型，鍺管，管腳為集電極，管腳為發(fā)射極，管腳為基極。例7-6 如圖7-6所示，橋式整流電容濾波電路中(有效值)、，則（1）求電路測得正常時 二極管承受的最高反向電壓（2）如果測得，說明電路各出現(xiàn)什么故障。圖7-6解（1）（2）如果測得為18V，即為的0.9倍，滿足 符合橋式整流電路輸出電壓平均值，此時電容C沒有起到濾波作用，因此，出現(xiàn)了電容C斷路的故障。若，即為的0.45倍，滿足 符合半波整流輸出電壓平均值，因此出現(xiàn)、中有一個二極管開路或者、開路或、開路及電容開路的

13、故障。例7-7 有一單相橋式電容濾波整流電路（圖7-7），已知交流電源頻率，負載電阻，要求直流輸出電壓，選擇整流二極管及濾波電容器。圖7-7（，可選二極管：最大整流電流100mA，反向工作峰值電壓50V；選用、耐壓為50V的極性電容器。題解過程略。）7.4.2習(xí)題7-1 理想二極管電路如圖7-8所示，求。圖7-8解：該題目最主要的就是判斷二極管兩端的電壓是正向還是反向壓降。兩端為正向則導(dǎo)通，理想二極管的管壓降為0V，相當于電路短路。兩端為反向壓降則截止，理想二極管電阻無窮大，相當于電路開路。（a）二極管正向?qū)?（b）二極管反向截止，電阻電流約為0，電阻壓降約為0 7-2 理想二極管電路如圖7

14、-9所示，已知輸入電壓 V，試畫出輸出電壓 的波形。圖7-9解：此類題目，首先選取參考點，通常取輸入輸出公共端，然后比較二極管兩端電位的高低，判斷出二極管承受的電壓是否正偏，確定二極管處于什么狀態(tài)（導(dǎo)通或截止），最終確定輸出電壓的大小。（1）圖7-9（a）：如圖選取參考點直流電源負極為0，則二極管陽極電位為+6V，當<+6V時，即陰極電位<+6V，二極管承受正向電壓而導(dǎo)通，由于二極管視為理想的，則=6V；當>+6V時，即陰極電位>+6V，二極管承受反向電壓而截止，則=，即在此段范圍內(nèi)與波形相同。據(jù)此分析可畫出輸出電壓的波形如下：圖7-9（2）圖7-9（b）方法如上所述，

15、波形如圖7-9（d）。7-3 有橋式整流電路，變壓器二次側(cè)電壓，負載電阻，二極管是理想的。試計算：（1）輸出電壓；（2）負載電流；（3）二極管電流；（4）二極管所承受的最大反向電壓。解： （1）輸出電壓（2）負載電流（3）二極管電流（4）二極管所承受的最大反向電壓就是副邊電壓的峰值，所以 7-4 圖7-10所示為橋式整流、電容濾波電路，已知，二極管是理想的。試估算：（1）輸出電壓；（2）電容開路時的；（3）負載開路時的；（4）一個二極管開路時的；（5）電容和一個二極管同時開路時的；（6）二極管所承受的最大反向電壓。圖7-10解：（1）全波整流電容濾波電路： （2）電容開路時：所以 （3）負載開

16、路時，電容只能被充電而不能放電，所以 （4）一個二極管開路時，電路相當于半波整流電容濾波電路，所以 （5）電容和一個二極管同時開路時，電路相當于半波整流電路，所以 （6）據(jù)表7-1，全波整流濾波電路二極管所承受的最大反向電壓7-5 穩(wěn)壓管電路如圖7-11所示，已知輸入電壓V，穩(wěn)壓管的，其正向壓降不計。試畫出輸出電壓的波形。圖7-11解：首先掌握好穩(wěn)壓管的工作條件，判斷方法如下：（1）兩端加正向電壓時，正向壓降不計，所以相當于開關(guān)閉合；（2）兩端加反向電壓，且反向電壓大于或等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ時，穩(wěn)壓管輸出電壓等于UZ；（3）兩端加反向電壓，且反向電壓小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ時，穩(wěn)壓管截止，

17、相當于開關(guān)斷開。根據(jù)上述三種情況按照實際電路可得出輸出電壓的波形。（1）圖7-11（a）的三種情況：當時，穩(wěn)壓管兩端為正向電壓，相當于開關(guān)閉合，所以輸出電壓為零；當時，穩(wěn)壓管兩端為反向電壓，且小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，穩(wěn)壓管截止，相當于開關(guān)斷開，所以輸出電壓波形在此段內(nèi)與相同；當時，穩(wěn)壓管兩端為反向電壓，且反向電壓大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，所以穩(wěn)壓管輸出電壓等于UZ=6V。波形如下(圖7-11（c）)：圖7-11（2）對圖7-11（b）的分析方法同（1），波形如下(圖7-11（d）)：圖7-117-6 兩只硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為，其正向壓降為0.7V。把它們串聯(lián)相接可得到幾種穩(wěn)壓值，各為多少？

18、解：此題的目的在于熟悉利用穩(wěn)壓管的不同接法來實現(xiàn)多種穩(wěn)壓值輸出。（1）單獨利用兩只穩(wěn)壓管可分別得到6V和9V的穩(wěn)定電壓；（2）利用穩(wěn)壓管的正向電壓0.7V可實現(xiàn)0.7V的穩(wěn)定電壓；（3）利用兩個穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值之差可實現(xiàn)3V的穩(wěn)定電壓；（4）分別利用兩個穩(wěn)壓管的不同串接方式可實現(xiàn)6.7V、9.7V、15V的穩(wěn)定電壓，電路如圖7-12（a）（b）（c）所示。（a）(b) (c)圖7-12因此，把兩個穩(wěn)壓管不同方式串聯(lián)相接可得到三種穩(wěn)定值，各為6.7V、9.7V、15V。7-7 測得工作在放大電路中幾個三極管的三個電極對公共地端電壓為、，對應(yīng)數(shù)值分別為：（1），；（2），；（3），；（4），。判斷它們是PNP型還是NPN型？是硅管還是鍺管？同時確定三個電極E、B、C。解：判斷準則：NPN型：集電極電位最高，發(fā)射極電位最低，；PNP型：發(fā)射極電位最高，集電極電位最低，。硅管：基極電位與發(fā)射極電位大約相差0.6V或0.7V；鍺管：基極電位與發(fā)射極電位大約相差0.2V或0.3V。（1）NPN型，硅管，1B、2E、3C；（2）NPN型，鍺管，1B、2E、3C；（3）PNP型，硅管，1C、2B、3E；（4）PNP型，鍺管，1C、2B、3E；7-8