第一節(jié)二極管和三極管

1、電子技術(shù)電子技術(shù) 潞礦二中 劉兆鵬什么是電子技術(shù)？n電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電子器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路子器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問題的科學(xué)，包括信息電子以解決實(shí)際問題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和技術(shù)和電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)兩大分支。信息電兩大分支。信息電子技術(shù)包括子技術(shù)包括 Analog (模擬模擬) 電子技術(shù)和電子技術(shù)和 Digital (數(shù)字?jǐn)?shù)字) 電子技術(shù)。電子技術(shù)是電子技術(shù)。電子技術(shù)是對電子信號進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方對電子信號進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方式主要有：信號的發(fā)生、放大、濾波、式主要有：信號的發(fā)生、放大、濾波

2、、轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。電子技術(shù)基礎(chǔ)n常用半導(dǎo)體二極管和三極管n基本放大電路n直流穩(wěn)壓電源n集成運(yùn)算放大器n晶閘管整流電路n集成邏輯門電路n集成觸發(fā)器二極管二極管 晶體二極管也稱半導(dǎo)體二極管，它是在PN結(jié)上加相應(yīng)的接觸電極、引線和管殼封裝而成的。電路符號如下：陽極 陰極二極管的分類n按使用的材料分：鍺、硅n按用途分：普通、整流、檢波、穩(wěn)壓等n按結(jié)構(gòu)不同分：點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型。n點(diǎn)接觸型二極管：適用于工作電流小、工作頻率較高的場合。n面接觸型二極管：適用于工作電流較大、工作頻率較低的場合。n平面型二極管：適用與工作電流大、功率大、工作頻率低的場合。二極管的伏安特性n二極管由一個PN結(jié)構(gòu)成，主要特性

3、就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，通常用它的伏安特性來表示。n二極管的伏安特性：I、U的關(guān)系曲線。 1、正向特性 2、反向特性 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區(qū)電壓 特性曲線特性曲線n 二極管外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。 導(dǎo)通電壓: 導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.60.8V（一般取0.7v），鍺管約為0.10.3V（一般取0.2v）。溫度上升，死區(qū)

4、電壓和正向壓降均相應(yīng)降低。 正向特性反向特性 外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很??；反向電流有兩個特點(diǎn)：一是隨溫度上升增長很快；二是反向電壓在一定范圍內(nèi)，反向電流基本維持一定大小，與反向電壓的數(shù)值幾乎無關(guān)，因此稱其為反向飽和電流。n反向電壓增加到一定數(shù)值之后時，反向電流會突然增加，二極管失去單向?qū)щ娦?，這種現(xiàn)象稱為擊穿，產(chǎn)生擊穿時的電壓叫做反向擊穿電壓。二極管的參數(shù)n二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可以用一些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)，在工程上必須根據(jù)二極管的參數(shù)，合理的選擇和使用管子，才能充分發(fā)揮每個管子的作用。二極管的參數(shù)n最大整流電流IDM：二極管長期工作時

5、，允許通過的最大正向平均電流。n最高反向電壓URM：是保證二極管不被擊穿而給出的最高反向工作電壓，通常是反向擊穿電壓的1/2或2/3。n最大反向電流IRM：二極管加最大反向電壓時反向電流值。反向電流大，說明管子得到單向?qū)щ娦阅懿?，且受溫度的影響大。補(bǔ)充n二極管的單向?qū)щ娦允鞘裁?？nPN是如何實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ娦缘模?了解)n二極管兩端加正向電壓處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)，可近似為導(dǎo)線；加反向電壓時反向電流很小，處于高阻截止?fàn)顟B(tài)，可近似為開路。二極管的單向?qū)щ娦訮N結(jié)是如何實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ娦缘?空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)變變窄窄 R 內(nèi)內(nèi)電電場場 外外電電場場 P N I正正向向 US E R 內(nèi)電場 外電場 空間電荷區(qū)

6、變寬 P N IR 穩(wěn)壓管n穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上也是一個半導(dǎo)體二極管，因?yàn)榫哂蟹€(wěn)壓作用，稱為穩(wěn)壓管。n電路符號如下:陽極 陰極穩(wěn)壓管特性曲線I/mA40302010-5-10-15-20 （A）正向0 0.4 0.812 8 4反向UZIZU/V反向特性n當(dāng)反向電壓加到某一數(shù)值時，反向電流劇增，管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)。圖中UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。n由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二極管類似，但其反向擊穿是可逆的，不會發(fā)生“熱擊穿”，而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直，即反向電壓基本不隨反向電流變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)n穩(wěn)定電壓UZ：是指在穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工

7、作電壓。n動態(tài)電阻rZ:是指穩(wěn)壓管在正常工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓UZ變化量與電流變化量 IZ的比值。動態(tài)電阻越小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性越陡。（越小越好）n最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin，這是穩(wěn)壓管正常工作時的電流范圍。使用穩(wěn)壓管注意以下三點(diǎn)：n1、工程上使用的穩(wěn)壓二極管無一例外都是硅管。n2、連接電路時應(yīng)使穩(wěn)壓管承受反向電壓。n3、穩(wěn)壓管需串如一只電阻，該電阻的作用是：一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上壓降的變化，取出誤差信號，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。三極管n半導(dǎo)體三極管又稱晶體管，是最 重要的一種半導(dǎo)體器件。

8、三極管的基本結(jié)構(gòu) 由兩塊由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半型半導(dǎo)體的管子稱為導(dǎo)體的管子稱為NPN管。還有一種與它成管。還有一種與它成對偶形式的，即兩塊對偶形式的，即兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一型半導(dǎo)體中間夾著一塊塊N型半導(dǎo)體的管子，稱為型半導(dǎo)體的管子，稱為PNP管。管。 晶體管制造工藝上的特點(diǎn)是：晶體管制造工藝上的特點(diǎn)是：，以有效地發(fā)射載流子；，以有效地發(fā)射載流子；這樣的結(jié)構(gòu)才能這樣的結(jié)構(gòu)才能保證晶體管具有保證晶體管具有電流放大作用電流放大作用。三極管的電流分配和放大原理nNPN型共發(fā)射極放大實(shí)驗(yàn)電路圖6-11n晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的外部條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。n電流分

9、配關(guān)系：IE=IB+IC IEICIBn電流放大關(guān)系：基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化。也就是說基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是晶體管的電流放大作用（實(shí)質(zhì)是控制作用）。晶體管伏安特性曲線 輸入特性曲線是指當(dāng)集電極-發(fā)射極電壓 uCE為常數(shù)時，輸入電路中基極電流iB與基極-發(fā)射極電壓uBE之間的關(guān)系曲線。死區(qū)時間n晶體管的輸入特性與二極管的正向特性相似。也有一個死區(qū)時間，在死區(qū)內(nèi)，uBE雖然大于0，但iB幾乎0，當(dāng)uBE大于死區(qū)電壓后， iB才會隨著uBE的增加而明顯的增加。 死區(qū)電壓 發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降n硅管 0.5V 0.60.7Vn鍺管 0.2V 0.20.3V

10、硅管與鍺管的比較輸出特性曲線 輸出特性是指當(dāng)基極電流為常數(shù)時，集電極電流與集電極-發(fā)射極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出特性n給定一個基極電流，就對應(yīng)一條曲線，所以輸出特性曲線是個曲線族，如圖所示，它大致分三個區(qū)域：放大區(qū)：輸出特性曲線近似于水平部分是放大區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)iC 和iB成正比關(guān)系。發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置時晶體管工作在放大區(qū)域。輸出特性截止區(qū)：曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。 iB=0時，iC=ICEO，對NPN型硅管而言，uBE0.5時，即已開始截止，但是為了可靠截止，常使uBE0.因此，截止區(qū)的外部條件是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反向偏置。飽和區(qū)：當(dāng)uCEuBE時，集電結(jié)處于正向偏置，晶體管工作

11、于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)， iB 的變化對iC的影響較小，兩者不成正比關(guān)系。 對比放大區(qū) 截止區(qū)飽和區(qū)發(fā)射結(jié)正偏反偏正偏集電結(jié)反偏反偏正偏三極管的主要技術(shù)參數(shù)n直流電流放大系數(shù)n交流電流放大系數(shù)n穿透電流n集電極最大允許電流n反向擊穿電壓n集電極最大允許功率損耗場效應(yīng)管 單極型三極管只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電而命名之。單極型三極管又是利用電場控制半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動的一種有源器件，因此又稱之為場效應(yīng)管。目前場效應(yīng)管應(yīng)用得最多的是以二氧化硅作為絕緣介質(zhì)的金屬氧化物半導(dǎo)體絕緣柵型場效應(yīng)管，這種場效應(yīng)管簡稱為CMOS管。 單極型晶體管，與雙極型三極管相比，它具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、功耗小、制造工藝簡單和便于集成化等