電工學(xué)第七版下冊(cè)第14章半導(dǎo)體下ppt課件

1、(14-0)符號(hào)符號(hào) UZIZIZM UZ IZ伏安特性伏安特性 穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，需加反向電壓，工作需加反向電壓，工作于反向擊穿區(qū)。于反向擊穿區(qū)。_+UIO14.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管曲線越陡曲線越陡電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)_+_+(14-1)UZIZIZM UZ IZ伏安特性伏安特性 穩(wěn)壓管反向擊穿是穩(wěn)壓管反向擊穿是可逆的，當(dāng)去掉反向可逆的，當(dāng)去掉反向電壓后，穩(wěn)壓二極管電壓后，穩(wěn)壓二極管恢復(fù)正常?；謴?fù)正常。 使用時(shí)要加限流使用時(shí)要加限流電阻，穩(wěn)壓二極管在電阻，穩(wěn)壓二極管在電路中可以起到穩(wěn)壓電路中可以起到穩(wěn)壓作用。作用。UIO曲線越陡曲線越陡電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)_+_+(14-2)(

2、1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ 穩(wěn)壓管正常工作穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。時(shí)管子兩端的電壓。(2) 電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) U 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)，環(huán)境溫度每穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)，環(huán)境溫度每 變化變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻ZZZ UIr(4) 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流 IZM(5) 最大允許耗散功率最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù):_+UZ (14-3)解：Iz

3、= ( 20 Uz ) / R = ( 20-12 ) / 1.6x103 = 5mA因：因：IZ IZM故：限流電阻故：限流電阻 R 的阻值合適的阻值合適P14：例：例 14.4.1+IZDZ+20VR=1.6kUZ=12VIZM=18mA_+(14-4)負(fù)載電阻：負(fù)載電阻：uoiZDZRiLiuiRLZWZmaxZmin10V, 20mA, 5mAUII k2LR解：解： uimax = 1.2ui 流過穩(wěn)壓管的電流為流過穩(wěn)壓管的電流為 IZmax試求：限流電阻試求：限流電阻 R 和輸入電壓和輸入電壓 ui 的正常值。的正常值。mA25ZWZmaxLRUIi 10252 . 1ZW RUi

4、Rui要求：要求：ui 發(fā)生發(fā)生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。(14-5)mA10ZWZminLRUIi 10108 . 0ZW RUiRuiuoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程聯(lián)立方程 、 可解得：可解得：k5 . 0,V75.18Ruiuimin = 0.8ui 流過穩(wěn)壓管的電流為流過穩(wěn)壓管的電流為 IZmin(14-6)14.5 晶體管晶體管(a) 金屬圓殼封裝三極管 (b) 塑料封裝三極管 (c) 大功率三極管 常見晶體管外形圖常見晶體管外形圖(14-7)14.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)常見：硅管主要是平面型，鍺管都是合金型常見：硅管主要是平面型，鍺管都是合金

5、型(a)(a)平面型平面型(b)(b)合金型合金型BEP P型硅型硅N N型硅型硅SiO2SiO2保護(hù)膜保護(hù)膜銦球銦球N N型鍺型鍺N N型硅型硅CBECPP P銦球銦球晶體管結(jié)構(gòu)圖晶體管結(jié)構(gòu)圖(14-8)NPN型晶體管型晶體管PNP型晶體管型晶體管CENNPBCEPPNBNNCEBPCETBIBIEIC符號(hào)符號(hào)BECPPNETCBIBIEIC符號(hào)符號(hào)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖晶體管結(jié)構(gòu)示意圖(14-9)(14-10)E 三極管放大的外部條件：三極管放大的外部條件： 發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏 PNP發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 VBVE集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 VCVE集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 VC

6、VB EBRBRC14.5.2 電流分配和放大原理電流分配和放大原理從電位的角度從電位的角度看看(14-11)晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路 設(shè)設(shè) EC = 6 V，改變可變電阻，改變可變電阻 RB，則基極，則基極電流電流 IB、集電極電流、集電極電流 IC 和發(fā)射極電流和發(fā)射極電流 IE 都都發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下表：發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下表：mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100公共端公共端 基極電路基極電路集電極集電極電路電路(14-12)(1) IE = IB + IC 符合基爾霍夫定律符合基爾霍夫定律(2) IC IB ， IC

7、IE (3) IC IB(4) IB=0時(shí)，時(shí)， IC = ICEO 0晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)(14-13)晶體管內(nèi)部載流晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子散電子電子在基區(qū)擴(kuò)散電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合和復(fù)合集電區(qū)收集從發(fā)集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過射區(qū)擴(kuò)散過來的電子來的電子(14-14)電流分配和放大原理電流分配和放大原理BECN NN NP PEBRBECIEIBE 基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略擴(kuò)散可忽略. 進(jìn)入進(jìn)入P 區(qū)的電區(qū)的電子除極少數(shù)與基子除極少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形區(qū)空穴復(fù)合，形成電流成電流IBE , 基區(qū)基區(qū)要薄，濃度小，要薄，濃度

8、小，使絕大多數(shù)電子使絕大多數(shù)電子擴(kuò)散到集電結(jié)擴(kuò)散到集電結(jié). 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)電子不發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散斷向基區(qū)擴(kuò)散,形成發(fā)射極電形成發(fā)射極電流流 IE。(14-15)BECEBRBECIEICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE 集電結(jié)反集電結(jié)反偏，由少子偏，由少子形成的反向形成的反向電流電流ICBO，受溫度影響受溫度影響比較大。比較大。 從發(fā)射區(qū)從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)到達(dá)集電區(qū)到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子邊緣的電子被拉入集電被拉入集電區(qū)形成區(qū)形成 ICE。IB = IBE ICBO IBEIBBECEIIN NN NP PIC(14-16)直流電流放大倍數(shù)：直流電流放大

9、倍數(shù)：ICE 與與 IBE之比之比 要使晶體管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)要使晶體管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正偏，集電結(jié)反偏。BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIIBCEOBCBOBCIIIIII )(1 (14-17) NPN 型晶體管型晶體管PNP 型晶體管型晶體管發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性ICIEIB+UCE+ UBE B EC+ UBE IBIEIC B +UCEEC(14-18)14.5.3 特性曲線特性曲線 管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子管子

10、各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。能，是分析放大電路的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線(14-19)輸輸入入回回路路輸輸出出回回路路E(14-20)一、輸入特性曲線一、輸入特性曲線UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE =0.5V0常數(shù)常數(shù) CE)(BEBUUfI(14-21)IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V常數(shù)常數(shù) CE)(BEBUUfI 工作壓降工作壓降

11、 硅管硅管UBE0.60.7V鍺鍺管管UBE0.20.3V死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管硅管0.5V鍺管鍺管0.1V(14-22)二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A0常數(shù)常數(shù) B)(CECIUfI(14-23)線性放大區(qū)線性放大區(qū)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A0 UCE 大大于一定于一定數(shù)值時(shí)數(shù)值時(shí), IC 只與只與 IB 有關(guān)有關(guān), IC= IB 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，正偏，集電結(jié)集電結(jié)反偏反偏(14-24)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A

12、80A100A0深度飽和時(shí)深度飽和時(shí)硅管硅管UCES 0.3V鍺管鍺管UCES 0.1V IB的變化對(duì)的變化對(duì)IC的影響小，的影響小， IBIC UCEUBE, 發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，飽和區(qū)飽和區(qū)(14-25)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A0IB=0, IC=ICEO UBE0 CT E ICIEIB+UCEB - UBC UBE(14-27)(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 IC IB ， ICUCC / RC，UCE0+IEB+ UBE 0 CT E - UBC 0+ B

13、BII/CCCCIUR0CEUUCE 0 發(fā)射極和集電極之間如同開關(guān)接通，電阻很小。發(fā)射極和集電極之間如同開關(guān)接通，電阻很小。UCE UBE(14-28)(3) 截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。 IB=0 ， IC=ICEO 0， UCE UCC IC = 0IB = 0+UCE UCCIEB+ UBE 0 CT E - UBC 0+ IC 0 發(fā)射極和集電極之間如同開關(guān)斷開，電阻很大。發(fā)射極和集電極之間如同開關(guān)斷開，電阻很大。UBE 死區(qū)電死區(qū)電壓壓(14-29)輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集

14、電結(jié)反偏。 即：即： IC = IB , 且且 IC = IB(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 IC IB ， ICUCC / RC ，UCE0(3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE Vb Ve NPN: Vc = max , Vc Vb Ve PNP: Vc = min , Ve Vb Vc PNP: Vc = min , Ve Vb Vc方法：先確定方法：先確定 b b、e e 、c c 腳腳 , , 然后確定材料、類型然后確定材料、類型a：腳：腳2 = b 腳腳 腳腳3 = e 腳腳 腳腳1 = c 腳腳 硅管硅管, NPN管管b： 腳腳2 = b 腳腳

15、 腳腳3 = e 腳腳 腳腳1 = c 腳腳 鍺管鍺管, PNP管管PNP管管NPN管管+(14-35)三、主要參數(shù)三、主要參數(shù) 前述電路中，三極管的發(fā)射極是輸入和輸出前述電路中，三極管的發(fā)射極是輸入和輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：共射直流電流放大倍數(shù)：BCII_ 工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交，則交流電流放大倍數(shù)為：流電

16、流放大倍數(shù)為：BIIC1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _(14-36)ICBO A+EC AICEOIB=0+(14-37)4.集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM 集電極電流集電極電流ICIC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的上升會(huì)導(dǎo)致三極管的 值值的下降，當(dāng)?shù)南陆?，?dāng) 值下降到正常值的三分之二值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為時(shí)的集電極電流即為ICMICM。5.集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓U(BR)CEO 基極開路時(shí)，加在集基極開路時(shí)，加在集- -射極之間的最大允許電射極之間的最大允許電壓，稱為集壓，稱為集- -射極反向擊穿電壓。手冊(cè)上給出的射極反向擊穿電壓。手冊(cè)上給出的數(shù)值是

17、數(shù)值是2525C C的值。溫度上升時(shí)，其值將降低。的值。溫度上升時(shí)，其值將降低。(14-38)6. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM 集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PCPCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCE0ICUCE=PCM(14-39)14.6 光電器件光電器件 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 光電二極管光電二極管 光電晶體管光電晶體管 有興趣的同學(xué)自學(xué)！有興趣的同學(xué)自學(xué)！第十四章課后習(xí)題第十四章課后習(xí)題P13:14.3.8

18、 - 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用(雙雙)：限幅：限幅 P32： 14.3.8 - 二極管的應(yīng)用：與門二極管的應(yīng)用：與門 P34:14.4.3 - 穩(wěn)壓管的應(yīng)用穩(wěn)壓管的應(yīng)用14.5.8 - 晶體管：工作區(qū)晶體管：工作區(qū)14.6.1 - 發(fā)光二極管及綜合發(fā)光二極管及綜合P35:14.5.11 - 綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用 (選做選做) (1-41)結(jié)結(jié) 束束 (14-42)1 1半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負(fù)電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻電子帶負(fù)電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到入不同的雜質(zhì)，可以得到N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P

19、型半導(dǎo)型半導(dǎo)體。體。2 2采用一定的工藝措施，使采用一定的工藝措施，使P P型和型和N N型半導(dǎo)體結(jié)型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就形成了合在一起，就形成了PNPN結(jié)。結(jié)。PNPN結(jié)的基本特點(diǎn)是結(jié)的基本特點(diǎn)是單向?qū)щ娦?。單向?qū)щ娦浴? 3二極管是由一個(gè)二極管是由一個(gè)PNPN結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用伏安特性和一系列參數(shù)來描述。伏安特性和一系列參數(shù)來描述。內(nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié)(14-43)4.4.三極管工作時(shí)，有兩種載流子參與導(dǎo)電，稱三極管工作時(shí)，有兩種載流子參與導(dǎo)電，稱為雙極型晶體管。為雙極型晶體管。5.5.是一種電流控制電流型的器件，改變基極電是一種電流控制電流型的器件，改變基極電流就可以控制集電極電流。流就可以控制集電極電流。6.6.晶體管特性可用輸入特性曲線和輸出特性曲晶體管特性可用輸入特性曲線和輸出特性曲線來描述。線來描述。7.7.有三個(gè)工作區(qū)：飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。有三個(gè)工作區(qū)：飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。(14-44)例例3：知：知：Ui = 10 sinwt V，二極管為理想元件。，二極管為理想元件。 試畫出試畫出U