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文檔簡介
電路與電子技術(shù)主要內(nèi)容:半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體二極管晶體三極管第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第二篇模擬電子技術(shù)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)電子信息系統(tǒng)的組成模擬電子電路數(shù)字電子電路傳感器接收器隔離、濾波、放大運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較功放模擬-數(shù)字混合電子電路模擬電子系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第一節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、基本概念半導(dǎo)體—導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體—純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。如硅、鍺等。3.1.1雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體
在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量五價(jià)元素,如磷(稱為雜質(zhì))等,可使自由電子的濃度大大增加,自由電子成為多數(shù)載流子,空穴成為少數(shù)載流子,這種以電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、P型半導(dǎo)體+3+4+4+4+4+4硼原子空穴
在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量三價(jià)元素(如:硼),則空穴的濃度大大增加,空穴成為多數(shù)載流子,自由電子成為少數(shù)載流子,這種以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體??昭〝?shù)>
電子數(shù)空穴—
多子電子—
少子載流子數(shù)空穴數(shù)3.1.2PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦訮N結(jié):P型半導(dǎo)體和N型交界處所形成的結(jié)。內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.1.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)—forwardbiasP區(qū)N區(qū)內(nèi)電場+
UR外電場外電場與內(nèi)電場方向相反,削弱內(nèi)電場使空間電荷區(qū)變窄IFIF
I多子限流電阻2.外加反向電壓(反向偏置)
—reversebias
+UR內(nèi)電場外電場外電場與內(nèi)電場方向相同使內(nèi)電場增強(qiáng),空間電荷區(qū)變寬IRIR=I少子
0PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通,呈小電阻,電流較大;
反偏截止,電阻很大,電流近似為零。擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)形成正向電流IF漂移運(yùn)動加強(qiáng)形成反向電流IRP區(qū)N區(qū)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第二節(jié)半導(dǎo)體二極管(SemiconductorDiode)3.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號構(gòu)成:PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號:A(陽極)K(陰極)文字符號:D分類:按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.2.2二極管的伏安特性一、PN結(jié)的伏安特性方程即常溫下:UT
=26mV反向飽和電流IR溫度的電壓當(dāng)量玻爾茲曼常數(shù)電子電量當(dāng)T=300(27C)分析:i
=0當(dāng)正偏(u
>0)時
i
≈ISeu/UTi
隨u
按指數(shù)規(guī)律變化當(dāng)反偏(u<
0)時i≈-ISi
與u
無關(guān)當(dāng)u=0時電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、二極管的伏安特性曲線OuD
/ViD
/mA正向特性Uon開啟電壓iD
=0Uon
=
0.5V
0.2V(硅管)(鍺管)uDUon時D導(dǎo)通iD
急劇上升1.正向特性0uD
Uon時
UF
=0.60.8V硅管0.7V0.10.3V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿2.反向特性
uD
U(BR)
iD=-IS(反向飽和電流)
<0.1A(硅)
幾十A
(鍺)
3.反向擊穿特性
uD
U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)導(dǎo)通電壓電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)三、溫度對二極管特性的影響T升高時,UF減小,IR增大UF以
22.5mV/C減小
IR以2IR
/10C增大604020–0.02O0.4–25–50iD
/mAuD/V20C90C[例1]
如圖所示整流電路中,二極管D為理想二極管,已知輸入電壓ui為正弦波,試畫出輸出電壓波形。例1題圖電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.2.3特殊二極管1、伏安特性iZ
/mAuZ/VOUZ
IZmin
IZmaxUZIZIZ符號特性工作條件:反向擊穿2、使用穩(wěn)壓管的注意事項(xiàng)(2)穩(wěn)壓管工作時的電流應(yīng)在IZ和IZM之間。電路中必須串接限流電阻。(3)穩(wěn)壓管可以串聯(lián)使用,串聯(lián)后的穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓值之和,但不能并聯(lián)使用,以免因穩(wěn)壓管值的差異造成各管電流分配不均勻,引起管子過載損壞。(1)穩(wěn)壓管必須工作在反向偏置(利用正向特性穩(wěn)壓除外);一、穩(wěn)壓二極管
[例]:兩個硅穩(wěn)壓管(8V和7.5V)相串聯(lián)能得到幾組值?[答案]:四組①
1.4V②8.2V
③8.7V
④15.5V
電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號和特性工作條件:正偏一般工作電流幾十mA,導(dǎo)通電壓12V符號u/Vi
/mAO2特性2.主要用途發(fā)光、電光轉(zhuǎn)換、構(gòu)成光電耦合器件三、光敏二極管(光電二極管)1.符號和特性符號工作條件:反偏2.主要用途:光電轉(zhuǎn)換5.2.4半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)
(自學(xué))電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第三節(jié)雙極型三極管(BipolarJunctionTransistor)3.3.1三極管的結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)與符號NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型ECBPPNEBCECBPNP型二、分類:按材料分:硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分:NPN、PNP按使用頻率分高頻管低頻管按功率分小功率管<500mW中功率管500mW
1W大功率管>1W電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.3.2BJT的電流分配與放大原理一、BJT處于放大狀態(tài)的工作條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏1.滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極重點(diǎn):共發(fā)射極電路以BJT的基極作為信號的輸入端,集電極作為輸出端,發(fā)射極作為輸入和輸出回路的公共端。NPN:UC>UB>UEPNP:UC<UB<UE電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、BJT的電流分配關(guān)系由此可看出IC>>IB,所以BJT是一種電流型控制器件。3.3.3BJT的共射特性曲線一、輸入特性與二極管特性相似O特性基本重合特性右移導(dǎo)通電壓UBE(on)Si
管:0.60.7VGe管:0.10.3V取0.7V取0.2V正常工作時Si管約0.5V,Ge管約0.2V輸入回路輸出回路RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、輸出特性在不同的
iB
值下,輸出特性曲線是一族曲線。
1.
當(dāng)UCE從零增大,iC直線上升iC
/mAuCE
/V50μA40μA30μA20μA10μAiB=0O24684321△IC△IB2.
當(dāng)UCE≥1V后,iC基本保持定值已知工作在放大狀態(tài)的三極管各腳電位:U1=-4V、U2
=-1.2V、U3=-1.4V判斷該三極管的類型、材料及電極因?yàn)閁1<U3<U2
且U3-U2=-0.2V所以該管為鍺材料PNP三極管,①腳為c極,②腳為e極,③腳為b極
電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)三、BJT的三個工作區(qū)域iC
/mAuCE
/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)1.截止區(qū):
IB0
的區(qū)域條件:兩個結(jié)反偏2.放大區(qū):條件:發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點(diǎn):水平、等間隔3.飽和區(qū):uCE
u
BEuCB=uCE
u
BE
0條件:兩個結(jié)正偏特點(diǎn):1)IC
IB2)臨界飽和:3)深度飽和:UCE(SAT)=0.3V(硅管)UCE(SAT)=
0.1V(鍺管)uCE
=uBEIBQ>IBS時三極管飽和uBE<
uon時三極管截止電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.3.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC
/mAuCE
/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)
—交流電流放大系數(shù)一般為幾十
幾百之間2.極間反向飽和電流CB間反向飽和電流
ICBOCE間反向飽和電流ICEO(穿透電流)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作
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