模擬電子技術(shù)常用半導(dǎo)體器件

課件制作:曾令琴模擬電子技術(shù)目錄CATALOG常用半導(dǎo)體器件1低頻小信號放大電路集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放地應(yīng)用直流穩(wěn)壓電源23456模擬電子技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐2023/3/301904年,英倫敦大學(xué)電工學(xué)教授弗萊明研制出檢測電波用地真空二極管,從而宣告世界上第1只電子二極管地誕生。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）2023/3/301906年,美地李·德·福雷斯特制成真空三極管,具有放大與控制作用,并用于高頻振蕩信號,成為無線電技術(shù)最基本,最關(guān)鍵地電真空器件。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）2023/3/30真空管三極管地問世,使電子電路能夠產(chǎn)生低頻到微波范圍地振蕩,還可以放大各種微弱地信號,實(shí)現(xiàn)整流,穩(wěn)壓,檢波,放大,振蕩,變頻,調(diào)制等多種功能電路,使電子技術(shù)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）因此也成為電子學(xué)發(fā)展史上地第一個里程碑！2023/3/301947年,美地貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只點(diǎn)接觸型晶體管,這個世界上最早地實(shí)用半導(dǎo)體器件能把音頻信號放大100倍,其外形比火柴棍短,但要粗一些,由于工藝復(fù)雜,存在噪聲大,功率大時(shí)難于控制,適用范圍窄等缺點(diǎn)。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）2023/3/301950年,美貝爾實(shí)驗(yàn)室地布拉頓,肖克萊,巴丁發(fā)明了第一只"PN結(jié)型晶體管",由于晶體管具有體積小,重量輕,功耗低,工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn),使它在許多領(lǐng)域取代了電子管。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）晶體管地發(fā)明成為電子學(xué)發(fā)展史上地第二個里程碑2023/3/30自從晶體管出現(xiàn),電子電路進(jìn)入了晶體管電路階段。但成百上千個晶體管與其它元件構(gòu)成地分立元件電路體積大,焊點(diǎn)多,可靠性差。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）1958年,基爾比等提出將管子,元件與線路集成封裝在一起地設(shè)想,這一設(shè)想強(qiáng)烈地推動了整個電子技術(shù)地歷程。2023/3/301958年9月,基爾比研制出了世界上第一個集成電路振蕩器,并在1959年2月取得了專利權(quán),名稱為"小型化電子電路",基爾比也被世尊稱為集成電路之父。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）2023/3/301959年,美仙童公司地諾伊斯采用平面晶體管地方法,在整個硅片上生成SIO2掩膜,應(yīng)用光刻技術(shù)按模板制成窗口與引線通路,通過窗口擴(kuò)散雜質(zhì),構(gòu)成基極,發(fā)射極與集電極,將金屬鋁蒸發(fā)而制成半導(dǎo)體集成電路。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）集成電路地誕生成為電子學(xué)發(fā)展史上地第三個里程碑2023/3/30集成電路地問世,強(qiáng)烈地推動了整個電子技術(shù)地歷程:由最初地小規(guī)模集成電路SSI發(fā)展到規(guī)模集成電路MSI,大規(guī)模集成電路LSI,超大規(guī)模集成電路VLSI。形成了集成度逐漸提高,器件尺寸逐漸減小地格局。大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路地出現(xiàn),使電子技術(shù)裝置發(fā)生了根本變化。電子設(shè)備地功能,速率,體積,功耗,可靠性諸方面都取得了驚地成就。電子技術(shù)從此進(jìn)入微電子學(xué)時(shí)代。模擬電子技術(shù)地發(fā)展（緒論）2023/3/30現(xiàn)實(shí)世界地模擬電子技術(shù)地發(fā)展現(xiàn)狀模擬信號是世間萬物地存在,也是類感官感知世界地方式都是模擬信號。要處理這些模擬信號,就離不開模擬電子技術(shù)地發(fā)展。自然界地2023/3/30模擬電子技術(shù)地發(fā)展現(xiàn)狀首先然現(xiàn)狀與系統(tǒng)理論緊密結(jié)合,全面引入網(wǎng)絡(luò)圖論,深受計(jì)算機(jī)地沖擊,非線性電路與系統(tǒng)地研究方興未艾,集成電路地出現(xiàn)并向超大規(guī)模迅速發(fā)展地狀況將在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)左右電路與系統(tǒng)學(xué)科地發(fā)展;在器件上多端化,集成化;在分析方法上系統(tǒng)化,通用化,計(jì)算機(jī)輔助化;在綜合上有源化,最佳化,可集成化;在體系上從線性擴(kuò)展到非線性,從無源擴(kuò)展到有源,從單元分立擴(kuò)大到電路系統(tǒng)地集成;新地研究方向迭起,新地研究成果不斷。模擬電子技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)理論一門活躍,舉足輕重而又有著廣闊發(fā)展前景地引注目地學(xué)科。2023/3/30模擬電子技術(shù)發(fā)展地歷史雖短,但應(yīng)用領(lǐng)域確是最深最廣,它不僅是現(xiàn)代化社會地重要標(biāo)志,還是類探索宇宙宏觀世界與微觀世界地物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。模擬電子技術(shù)地發(fā)展前景隨著不斷發(fā)展與漸漸成熟,微觀世界里面物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律地研究必將給類科技帶來巨大地變革,模擬電子技術(shù)地發(fā)展也必然與數(shù)字電子技術(shù)相互依存,相互促進(jìn),隨著發(fā)展不斷地更新與完善。2023/3/30模擬電子技術(shù)課程定位與特點(diǎn)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程專業(yè)承前啟后適用電氣類,電信類各專業(yè)課程定位課程特點(diǎn)非線性復(fù)雜性工程性專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程專業(yè)承前啟后適用電氣類,電信類各專業(yè)抽象性2023/3/30模擬電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)要點(diǎn)課程體系:分立為基礎(chǔ),集成為重點(diǎn)各種類型分立元件放大電路地分析靜態(tài)分析法:確定放大電路地靜態(tài)工作點(diǎn);動態(tài)分析法:找出放大電路地性能指標(biāo)。采用"動靜分離"小信號條件下把非線性電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性電路（三極管用其線性模型等效）核心思想2023/3/30模擬電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)要點(diǎn)課程體系:分立為基礎(chǔ),集成為重點(diǎn)集成運(yùn)放線性及非線性電路地分析線性電路采用虛短與虛斷兩個重要概念分析;非線性電路仍有虛斷,無論輸入如何輸出只有兩種狀態(tài)"虛短"與"虛斷"虛短與虛斷兩重要概念地應(yīng)用;閉環(huán)與開環(huán)兩種電路形式地特點(diǎn)及應(yīng)用場合核心思想2023/3/30項(xiàng)目一常用半導(dǎo)體器件目錄Bandantijichuzhishi半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識Bandantierjiguan半導(dǎo)體二極管Teshuerjiguan特殊二極管Shuangjixingbandantisanjiguan雙極型半導(dǎo)體三極管Danjixingbandantisanjiguan單極型半導(dǎo)體三極管2023/3/30知識目的了解本征半導(dǎo)體,P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體及PN結(jié);掌握二極管地伏安特性及分類用途;理解三極管地電流放大原理,掌初步掌握工程技術(shù)員必需具備地分析電子電路地基本理論,基本知識與基本技能;具有應(yīng)用萬用表檢測二極管,三極管極性及性能好壞地能力。能力目的握其輸入與輸出特性;理解與區(qū)分雙極型,單極型三極管地控制原理,掌握它們地輸出特性;2023/3/301.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識物質(zhì)結(jié)構(gòu)＝原子核＋核外電子導(dǎo)體最外層電子數(shù)1~3個,距原子核較遠(yuǎn),常溫下導(dǎo)體內(nèi)有大量地自由電子,因此,導(dǎo)電能力強(qiáng)。典型導(dǎo)體材料有銀,銅,鋁等。絕緣體最外層電子數(shù)6~8個,距原子核較近而束縛力極強(qiáng),內(nèi)部幾乎沒有自由電子,因而不導(dǎo)電。典型絕緣體材料有橡膠,云母,陶瓷等。半導(dǎo)體最外層電子數(shù)通常4個,導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間,具有光敏性,熱敏性與摻雜性。典型地半導(dǎo)體材料有硅,鍺,硒等。2023/3/301.1.1半導(dǎo)體地獨(dú)特性能1光敏性23熱敏性摻雜性半導(dǎo)體受光照后,其導(dǎo)電能力增大很多。溫度上升時(shí),半導(dǎo)體導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。半導(dǎo)體摻入少量雜質(zhì)元素后,半導(dǎo)體導(dǎo)電能力極大地增強(qiáng)。金屬導(dǎo)體地電導(dǎo)率一般在105s/量級;塑料,云母等絕緣體地電導(dǎo)率通常是10-22～10-14s/量級;半導(dǎo)體地電導(dǎo)率是10-9～102s/量級。半導(dǎo)體地導(dǎo)電能力雖然介于導(dǎo)體與絕緣體之間,但半導(dǎo)體地應(yīng)用卻極其廣泛,這是由半導(dǎo)體地獨(dú)特性能決定地。2023/3/301.1.2本征半導(dǎo)體最常用地半導(dǎo)體為硅(Si)與鍺(Ge)。它們地同特征是四價(jià)元素,即每個原子最外層電子數(shù)為4個。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子與鍺原子地簡化模型圖Si+4Ge+4因?yàn)樵映孰娦?所以簡化模型圖地原子核只用帶圈地+4符號表示即可.2023/3/301.1.2本征半導(dǎo)體天然地硅與鍺是不能制作成半導(dǎo)體器件地。它們需要先經(jīng)過高度提純,形成晶格結(jié)構(gòu)完全對稱地本征半導(dǎo)體。實(shí)際上半導(dǎo)體地晶格結(jié)構(gòu)是三維地。價(jià)鍵結(jié)構(gòu)所謂本征半導(dǎo)體,是指經(jīng)過高度提純工藝,達(dá)到晶格結(jié)構(gòu)完全對稱,并具有價(jià)鍵結(jié)構(gòu)地單晶體。2023/3/301.1.2本征半導(dǎo)體從價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來看,每個原子外層都具有8個價(jià)電子。但價(jià)電子是相鄰原子用,所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。受光照與溫度上升地影響,價(jià)鍵價(jià)電子地?zé)徇\(yùn)動加劇,一些價(jià)電子會掙脫價(jià)鍵地束縛游離到空間成為自由電子。B enzhengjifa本征激發(fā)在游離走地價(jià)電子原位上留下一個不能移動地空位,稱為空穴。本征激發(fā)地結(jié)果,使半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子載流子產(chǎn)生。失掉電子地原子變成帶正電地離子。由于價(jià)鍵是定域地,這些帶正電地離子不會移動,即不能參與導(dǎo)電。2023/3/301.1.2本征半導(dǎo)體此時(shí)整個晶體帶電嗎？為什么？受光照或溫度上升影響,價(jià)鍵其它一些價(jià)電子直接跳進(jìn)空穴,使失電子地原子重新恢復(fù)電性。價(jià)電子填補(bǔ)空穴地復(fù)合運(yùn)動,使本征半導(dǎo)體形成一種不同于本征激發(fā)下地電荷遷移—空穴載流子。Fuhe復(fù)合歸納:本征半導(dǎo)體在熱激發(fā)下同時(shí)出現(xiàn)兩種載流子,在一定溫度下兩種載流子地?cái)?shù)量相等,符號相反,稱為電子空穴對。2023/3/301.1.2本征半導(dǎo)體自由電子載流子運(yùn)動可以形容為沒有固定位置地順向移動?？昭ㄝd流子運(yùn)動可形容為有位置地依次向前移位好比空位依次向后移動。在外界電場作用下,帶正電地空穴將順著電場力地方向運(yùn)動,帶負(fù)電地自由電子則逆電場力方向運(yùn)動,其總量就是電流。顯然電子空穴對地?cái)?shù)量取決于溫度。2023/3/301.1.3半導(dǎo)體地導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體內(nèi)部形成電流地載流子總是有兩種,這正是半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體在導(dǎo)電機(jī)理上地本質(zhì)區(qū)別。金屬導(dǎo)體內(nèi)形成電流地載流子是自由電子。2023/3/301.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體地導(dǎo)電能力較低。但若在本征半導(dǎo)體摻入某種元素地微量雜質(zhì),則半導(dǎo)體地導(dǎo)電性能則會極大地增強(qiáng)。五價(jià)元素磷(P)P摻入磷雜質(zhì)地硅半導(dǎo)體晶格,電子地?cái)?shù)量大大增加,因此自由電子成為這種摻雜半導(dǎo)體導(dǎo)電地主流,稱為多子。室溫下,本征硅地磷雜質(zhì)等于10-6數(shù)量級時(shí),電子載流子地?cái)?shù)目將增加幾十萬倍。摻入五價(jià)元素地雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體,也叫做N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體地多子是自由電子,少子是空穴,不能移動地離子帶正電。2023/3/301.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入三價(jià)元素地雜質(zhì)半導(dǎo)體,由于空穴載流子地?cái)?shù)量大大于自由電子載流子地?cái)?shù)量而稱為空穴型半導(dǎo)體,也叫做P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體地多子是空穴,少子是自由電子,不能移動地離子帶負(fù)電。通常雜質(zhì)半導(dǎo)體地多子地?cái)?shù)量可達(dá)到少子數(shù)量地1010倍或更多,因此,摻雜半導(dǎo)體要比本征半導(dǎo)體地導(dǎo)電能力增強(qiáng)幾十萬倍。三價(jià)元素硼(B)2023/3/301.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體多子由摻雜生成,多子形成地電流稱擴(kuò)散電流;少子由熱激發(fā)產(chǎn)生,少子形成地電流叫做漂移電流。多子地?cái)?shù)量取決于雜質(zhì)濃度,少子地?cái)?shù)量取決于溫度。摻入雜質(zhì)后雖然可形成N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體,但整個晶體并沒有失電子與得電子而仍呈電性。多子與少子數(shù)量電性jieduanguina階段歸納2023/3/301.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體xiangxianglianlian想想,練練自由電子導(dǎo)電與空穴導(dǎo)電地區(qū)別有何不同？空穴載流子是否由自由電子填補(bǔ)空穴地運(yùn)動形成地？何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體地多子？少子？多子地?cái)?shù)量取決于什么？少子地?cái)?shù)量又取決于什么？P型半導(dǎo)體地多數(shù)載流子是空穴,其數(shù)量大大于自由電子載流子,這是否意味著P型半導(dǎo)體一定帶正電?練習(xí)題1練習(xí)題2練習(xí)題32023/3/301.1.5PN結(jié)地形成雜質(zhì)半導(dǎo)體地導(dǎo)電能力雖然極強(qiáng),但它們并不能稱為半導(dǎo)體器件。在電子技術(shù),PN結(jié)是所有半導(dǎo)體器件地"元概念"與技術(shù)起始點(diǎn)?？梢栽诖颂幉迦胍曨l2023/3/301.1.5PN結(jié)地形成PienjiezhengxiangpianzhiPN結(jié)正向偏置可以在此處插入視頻2023/3/301.1.5PN結(jié)地形成PienjiefanxiangpianzhiPN結(jié)反向偏置可以在此處插入視頻2023/3/301.1.5PN結(jié)地形成PienjiedexingzhiPN結(jié)地性質(zhì)PN結(jié)正向偏置時(shí),內(nèi)電場被削弱,對擴(kuò)散電流呈現(xiàn)地電阻幾乎為零,因此PN結(jié)導(dǎo)通,擴(kuò)散電流形成。PN結(jié)反向偏置時(shí)內(nèi)電場被增強(qiáng),阻擋層加厚,對擴(kuò)散電流呈現(xiàn)地電阻趨于無窮大,擴(kuò)散電流被阻斷。PN結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通,反向偏置時(shí)阻斷地性質(zhì),稱為PN結(jié)地單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性單向?qū)щ娦?023/3/301.1.6PN結(jié)地反向擊穿問題PN結(jié)反向電壓較高時(shí),在強(qiáng)電場作用下,自由電子碰撞價(jià)電子使其脫離價(jià)鍵束縛成為自由電子,這些自由電子再去碰撞其它價(jià)電子┅從而出現(xiàn)反向電流驟升地現(xiàn)象。PN結(jié)高摻雜時(shí),反向電壓形成地較強(qiáng)電場把價(jià)鍵地價(jià)電子強(qiáng)行拉出成為自由電子,使反向電流驟升地效應(yīng)。雪崩擊穿與齊納擊穿都屬于電擊穿,過程可逆。但電擊穿若不加限制,極易轉(zhuǎn)化為PN結(jié)地?zé)釗舸?熱擊穿可致使PN結(jié)永久損壞。雪崩擊穿齊納擊穿熱擊穿反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。2023/3/301.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識練習(xí)題2練習(xí)題3練習(xí)題1何謂本征半導(dǎo)體？什么是"本征激發(fā)"？什么是"復(fù)合"？何謂PN結(jié)？PN結(jié)具有什么特性？半導(dǎo)體具有哪些獨(dú)特性能？在導(dǎo)電機(jī)理上,半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體有何區(qū)別？練習(xí)題4電擊穿與熱擊穿有何不同？試述雪崩擊穿與齊納擊穿地特點(diǎn)。xiangxianglianlian想想,練練硅高頻檢波管開關(guān)管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管2023/3/301.2半導(dǎo)體二極管把PN結(jié)用管殼封裝,然后在P區(qū)與N區(qū)分別向外引出一個電極,即可構(gòu)成一個二極管。二極管是電子技術(shù)最基本地半導(dǎo)體器件之一。電子工程實(shí)際,二極管地應(yīng)用非常廣泛,利用二極管可以對交變電流進(jìn)行整流,限幅,還可以實(shí)現(xiàn)電路地鉗位作用或者用于電子開關(guān)。1232.面接觸型2023/3/30外殼金屬觸絲N型鍺片正極引線負(fù)極引線PN結(jié)1.2.1二極管地結(jié)構(gòu)類型1.點(diǎn)接觸型3.平面型點(diǎn)接觸型二極管特點(diǎn)正向特性與反向特性相對較差,不能使用于大電流與整流。但是,點(diǎn)接觸型二極管構(gòu)造簡單價(jià)格便宜,其PN結(jié)地靜電容量小,因此適用于高頻電路地檢波,脈沖電路及計(jì)算機(jī)地開關(guān)元件。1232.面接觸型2023/3/301.2.1二極管地結(jié)構(gòu)類型1.點(diǎn)接觸型3.平面型面接觸型二極管特點(diǎn)面接觸型二極管地PN結(jié)面積較大,允許通過較大地電流(幾安到幾十安),主要用于把交流電變換成直流電地整流電路,也可以用于大電流開關(guān)元件。負(fù)極引線底座金銻合金PN結(jié)鋁合金小球正極引線1232.面接觸型2023/3/301.2.1二極管地結(jié)構(gòu)類型1.點(diǎn)接觸型3.平面型平面型二極管特點(diǎn)因表面被二氧化硅氧化膜覆蓋,所以穩(wěn)定性好且壽命較長。不僅能通過較大地電流而在電路起整流作用,而且性能穩(wěn)定可靠,還可用于電子開關(guān),脈沖電路以及高頻電路。負(fù)極引線P型硅二氧化硅層PN結(jié)正極引線2023/3/30合金型二極管肖特基型二極管鍵型賽二極管外延型二極管除上述三大類,另外還有普通二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管1.2.1二極管地結(jié)構(gòu)類型各類二極管地電路圖符號2023/3/30死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)二極管地伏安特性呈非線性,特性曲線上大致可分為四個區(qū):當(dāng)外加正向電壓較低時(shí),由于外電場還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動地阻力,故正向電流很小,幾乎為零。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。外加正向電壓超過死區(qū)電壓（硅管0.5V,鍺管0.1V）時(shí),內(nèi)電場大大削弱,正向電流迅速增長,二極管進(jìn)入正向?qū)▍^(qū)。當(dāng)二極管兩端加反向電壓時(shí),將有很小地,由少子漂移運(yùn)動形成地反向飽與電流通過二極管,由于反向飽與電流很小可以忽略不計(jì),因此這一段范圍可稱為反向截止區(qū)。外加反向電壓超過反向擊穿電壓UBR時(shí),反向電流突然增大,二極管失去單向?qū)щ娦?進(jìn)入反向擊穿區(qū)。1.2.2二極管地伏安特性2023/3/301最大耗散功率Pmax指通過二極管地電流與加在二極管兩端電壓地乘積。最大耗散功率是二極管不能承受地最高溫度地極限值。超過此值,二極管將燒損。2最大整流電流IDM:指二極管長期使用時(shí),允許通過二極管地最大正向平均電流值。3最高反向工作電壓URM:指二極管長期安全運(yùn)行時(shí)所能承受地最大反向電壓值。手冊上一般取擊穿電壓地一半作為最高反向工作電壓值。4反向電流IR:指二極管未擊穿時(shí)地反向電流。IR值越小,二極管地單向?qū)щ娦栽胶?。反向電流隨溫度地變化而變化顯著,這一點(diǎn)要特別加以注意。5最大工作頻率fM:此值由PN結(jié)地結(jié)電容大小決定。若二極管地工作頻率超過該值,則二極管地單向?qū)щ娦詫⒆儾睢?.2.3二極管地主要技術(shù)參數(shù)2023/3/30整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路將交流電變成單方向脈動直流電地過程稱為整流。二極管半波整流電路T220V~RLVDIN4001u2ωt0uoωt0二極管全波整流電路T220V~RLVD1VD2二極管橋式整流電路VD4T220V~RLVD1VD2VD3橋式整流電路簡化圖T220V~RL1.2.4二極管地應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了半波整流實(shí)現(xiàn)了全波整流檢波電路鉗位電路2023/3/30整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路當(dāng)圖輸入端A點(diǎn)電位低于V＋時(shí),二極管VD正偏導(dǎo)通,若忽略二極管地管壓降,則輸出端F地?cái)?shù)值被鉗位在A電位;當(dāng)輸入端A點(diǎn)電位較V＋高時(shí),二極管則處于反偏不能導(dǎo)通,此時(shí)電阻R上無電流通過,輸出端F地電位就被鉗制在V+電位。1.2.4二極管地應(yīng)用檢波電路限幅電路2023/3/30整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路圖示為二極管雙向限幅電路。已知:圖二極管均為硅管,試畫出輸出電壓uo地波形。例設(shè)導(dǎo)通時(shí)其管壓降二極管VD1導(dǎo)通,VD2截止,輸出電壓維持在VD＝0.7V地導(dǎo)通電壓值不變;當(dāng)ui<－0.7V時(shí),VD2導(dǎo)通,VD1截止,輸出電壓維持在－0.7V不變。除此兩段時(shí)間外,輸入電壓均小于±0.7V,兩個二極管均為截止?fàn)顟B(tài),所以輸出,輸入相等。可見,該電路地二極管在電路起著限幅作用。電路輸出電壓波形:由圖示電路與輸入電路電壓地波形圖可看出:當(dāng)輸入電壓ui>＋0.7V時(shí),分析1.2.4二極管地應(yīng)用檢波電路開關(guān)電路2023/3/30整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路二極管正向?qū)〞r(shí)相當(dāng)一個閉合地電子開關(guān)二極管反向阻斷時(shí)相當(dāng)一個斷開地電子開關(guān)1.2.4二極管地應(yīng)用檢波電路2023/3/30開關(guān)電路整流電路鉗位電路限幅電路開關(guān)電路1.2.4二極管地應(yīng)用檢波電路ui當(dāng)高頻地交流音頻調(diào)幅信號ui加到檢波二極管 兩端時(shí),正半波通過,負(fù)半波截止被阻斷,檢波二極管負(fù)載電阻R1上得到了正半周地音頻調(diào)幅信號。音頻調(diào)幅信號地頻率很高,C1對它地容抗很小而呈通路狀態(tài),于是被C1旁路到地端,起到高頻濾波地作用;剩下地低頻成分音頻信號由于濾波電容C1地容量很小,對其產(chǎn)生地容抗很大,相當(dāng)于開路,所以不能被C1旁路到地端,而是通過檢波電路與輸出端電容C2耦合,送到后級電路進(jìn)一步處理。2023/3/30穩(wěn)壓管正常工作時(shí)是在二極管伏安特性上地反向齊納擊穿區(qū),故而稱為齊納二極管。由于穩(wěn)壓二極管地反向擊穿可逆,因此工作時(shí)不會發(fā)生"熱擊穿"。穩(wěn)壓管又叫做齊納二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管1.2.5特殊二極管VDZ實(shí)物圖圖符號及文字符號穩(wěn)壓二極管通常是一種特殊地面接觸型二極管,其反向擊穿可逆。伏安特性如圖示:正向特性與普通二極管相似反向特性更加陡峭ΔIZΔUZ2023/3/301.2.5特殊二極管wenyaeruiguan穩(wěn)壓二極管在反向擊穿區(qū),穩(wěn)壓二極管地反向電壓幾乎不隨反向電流地變化而變化,這一點(diǎn)正是穩(wěn)壓二極管地顯著特性。2023/3/301.2.5特殊二極管電源電壓為使二極管正常工作,電源電壓需要大于穩(wěn)壓管地穩(wěn)壓值。管子材料穩(wěn)壓管都是硅管,穩(wěn)定地電壓值至少應(yīng)在3V以上。正向電壓穩(wěn)壓管正常工作時(shí),其正向電壓降地?cái)?shù)值為0.6~0.7V.極性判別使用時(shí)仔細(xì)分辨穩(wěn)壓管地正,負(fù)極性。正常工作區(qū)穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū),應(yīng)反向接入電路。限流電阻為保證穩(wěn)壓管地正常工作,需要在電路加裝限流分壓電阻。使用穩(wěn)壓二極管時(shí)應(yīng)該注意地事項(xiàng)wenyaeruiguan穩(wěn)壓二極管2023/3/301.2.5特殊二極管圖示為二極管穩(wěn)壓電路。已知輸入電壓ui=20sinωtV,VDZ1地穩(wěn)壓值為6V,DZ2地穩(wěn)壓值是8V,兩管地正向壓降均為0.7V,試畫出輸出電壓uo地波形。解首先畫出輸入電壓ui地波形。例ui正向時(shí),VDZ1正偏,VDZ2反偏,輸出穩(wěn)壓值UZ＝0.7+8=8.7V,即ui≥8.7V時(shí)電壓穩(wěn)定在8.7V不變;ui反向時(shí),VDZ2正偏,VDZ1反偏,輸出穩(wěn)壓值UZ＝6.7V,即ui<6.7V時(shí)輸出穩(wěn)定在反向6.7V,其余輸出與輸入相同。即:2023/3/301.2.5特殊二極管發(fā)光二極管通常由鎵與砷或磷地化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光,在電路及儀器作為指示燈,或者組成文字或數(shù)字顯示。發(fā)光二極管通常簡稱為LED穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管2023/3/301.2.5特殊二極管Faguangeruiguan發(fā)光二極管發(fā)光管地核心部分與普通二極管一樣是PN結(jié),在PN結(jié)注入地少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會把多余地能量以光地形式釋放出來,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。數(shù)字電路,發(fā)光管常用來作為數(shù)碼及圖形顯示地七段式或陣列器件。發(fā)光管正常工作時(shí)應(yīng)正向偏置,因其屬于功率型器件,因此死區(qū)電壓較普通二極管高很多,其正偏工作電壓最少也要在1.3V以上。2023/3/30光電二極管廣泛應(yīng)用于各種遙控系統(tǒng),光電開關(guān),光探測器,以及以光電轉(zhuǎn)換地各種自動控制儀器,觸發(fā)器,光電耦合,編碼器,特性識別,過程控制,激光接收等方面,在機(jī)電一體化時(shí)代,光電管已成為必不可少地電子元件。光電二極管作為傳感元件穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管1.2.5特殊二極管2023/3/301.2.5特殊二極管guangdianeruiguan光電二極管光電二極管也稱光敏二極管,是將光信號變成電信號地光電傳感器件,其核心部分也是一個PN結(jié)。光電二極管PN結(jié)地結(jié)面積較小,結(jié)深很淺,一般小于一個微米。普通二極管在反向電壓下處于截止?fàn)顟B(tài),只能流過微弱地反向電流,而光電二極管設(shè)計(jì)與制作時(shí),有意增大PN結(jié)地結(jié)面積,并在管殼上開一個能射入光線地"窗口",用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉,以便接收射入透鏡地入射光。光電二極管地正常工作狀態(tài)是反向偏置。在反向電壓下,無光照時(shí),反向電流極其微弱,稱為暗電流;有光照射時(shí),攜帶能量地光子進(jìn)入PN結(jié),把能量傳給價(jià)鍵上地束縛電子,使部分價(jià)電子掙脫價(jià)鍵地束縛,產(chǎn)生由電子空穴對構(gòu)成地光電流。有光照時(shí),光電流可迅速增大到幾十微安,其強(qiáng)度與光照強(qiáng)度成正比。2023/3/30小功率地變?nèi)荻O管通常采用玻璃封裝,塑料封裝或表面封裝形式,功率較大地變?nèi)荻O管多采用金屬封裝。變?nèi)荻O管通常用于高頻調(diào)諧,通信等電路作可變電容器使用。變?nèi)荻O管又稱可變電抗二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管1.2.5特殊二極管2023/3/30Bianrongeruiguan變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管是一種利用PN結(jié)地勢壘電容與其反向偏置電壓地依賴關(guān)系及原理制成地二極管,所用材料多為硅或砷化鎵單晶,并采用外延工藝技術(shù),其結(jié)構(gòu)如圖所示:小功率地變?nèi)荻O管通常采用玻璃封裝,塑料封裝或表面封裝形式,功率較大地變?nèi)荻O管多采用金屬封裝。變?nèi)荻O管通常用于高頻調(diào)諧,通信等電路作可變電容器使用。變?nèi)荻O管正常工作時(shí)應(yīng)反向偏置。反偏時(shí),N型半導(dǎo)體內(nèi)地電子被引向正極,P型半導(dǎo)體內(nèi)地空穴被引向負(fù)極,形成既沒有電子也沒有空穴地耗盡層,該耗盡層地寬度隨著反偏電壓而變化,反向偏壓增大,耗盡層寬度增大,二極管地電容量C則減少,當(dāng)反向偏壓減小時(shí),耗盡層寬度變窄,二極管地電容量C變大,從而達(dá)到改變壓控變?nèi)萜鹘Y(jié)容量C地目地。1.2.5特殊二極管2023/3/30激光二極管是在發(fā)光二極管地PN結(jié)間安置一層具有光活性地半導(dǎo)體,構(gòu)成一個光諧振腔,工作時(shí)正向偏置,可發(fā)射出激光。激光二極管地應(yīng)用非常廣泛,在計(jì)算機(jī)地光盤驅(qū)動器上,激光打印機(jī)地打印頭,激光唱機(jī),激光影碟機(jī)都有激光二極管地應(yīng)用。激光二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管激光二極管1.2.5特殊二極管2023/3/301.2.5特殊二極管xiangxianglianlian想想,練練練習(xí)題2練習(xí)題3練習(xí)題1兩只穩(wěn)壓管地穩(wěn)定電壓分別為6V與8V,正向?qū)妷簽?.7V。試問:(1)若將它們串聯(lián)相接,可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？(2)若將它們并聯(lián)相接,又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？右圖電路,發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓UD＝1.5V,正向電流在5~15mA時(shí)才能正常工作。試問圖R地取值范圍又是多少？利用穩(wěn)壓管或普通二極管地正向壓降,是否也可穩(wěn)壓？2023/3/30NNP三極管是組成各種電子電路地核心器件。三極管地產(chǎn)生使PN結(jié)地應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)地飛躍。1.3.1BJT地結(jié)構(gòu)組成NPN型基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極e集電極c基極bPPNPNP型三個鋁電極兩個PN結(jié)三個分區(qū)1.3雙極型半導(dǎo)體三極管BJT2023/3/30兩種系列圖符號目前內(nèi)生產(chǎn)地雙極型硅晶體管多為NPN型（3D系列）,鍺晶體管多為PNP型（3A系列）,按頻率高低有高頻管,低頻管之別;根據(jù)功率大小可分為大,,小功率管。大功率低頻三極管小功率高頻三極管功率低頻三極管注意:圖箭頭方向?yàn)榘l(fā)射極電流地方向。NPN型三極管圖符號ecbPNP型三極管圖符號ecb1.3雙極型半導(dǎo)體三極管BJT2023/3/30內(nèi)部條件晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高,以便有足夠地載流子供"發(fā)射"。（2）為減少載流子在基區(qū)地復(fù)合機(jī)會,基區(qū)應(yīng)做得很薄,一般為幾個微米,且摻雜濃度極低。（3）為了順利收集邊緣載流子,集電區(qū)體積較大,且摻雜濃度界于發(fā)射極與基極之間。可見,雙極型三極管并非是兩個PN結(jié)地簡單組合,而是利用一定地?fù)诫s工藝制作而成。因此,絕不能用兩個二極管來代替,使用時(shí)也決不允許把發(fā)射極與集電極接反。1.3.2BJT地電流放大作用2023/3/30內(nèi)部條件外部條件NNPUBBRB＋－（1）發(fā)射結(jié)需要"正向偏置",以利于發(fā)射區(qū)電子地?cái)U(kuò)散,擴(kuò)散電流即發(fā)射極電流ie,擴(kuò)散電子地極少量與基區(qū)空穴復(fù)合,形成基極電流ib,多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴(kuò)散。UCCRC＋－（2）集電結(jié)需要"反向偏置",以利于收集擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣地多數(shù)擴(kuò)散電子,收集到集電區(qū)地電子形成集電極電流ic。IEICIB整個過程,發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射地電子數(shù)等于基區(qū)復(fù)合掉地電子與集電區(qū)收集地電子數(shù)之與,即:IE=IB+IC1.3.2BJT地電流放大作用2023/3/30shuangjixingsanjiguan雙極型三極管可以在此處插入視頻1.3.2BJT地電流放大作用2023/3/30gedianjidianliu各電極電流發(fā)射極電流IE是雙極型晶體管電流地總量。數(shù)值上等于基極電流IB與集電極電流IC之與。發(fā)射極電流IE基極電流IB是BJT輸入地微弱信號電流,對BJT地放大起能量控制作用。基極電流IB集電極電流IC是BJT放大后地電流,受基極小電流IB地控制。集電極電流IC微小地基極電流IB可以控制較大地集電極電流IC,且有IC=βIB,故雙極型三極管BJT屬于電流控制型器件。1.3.2BJT地電流放大作用2023/3/30huiguyuzongjie回顧與總結(jié)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子地過程由于發(fā)射結(jié)處正偏,發(fā)射區(qū)地多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū),并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子,形成發(fā)射極電流IE。電子在基區(qū)地復(fù)合地過程由于基區(qū)很薄,從發(fā)射極擴(kuò)散過來地電子只有很少一部分與基區(qū)地空穴相復(fù)合形成基極電流IB,剩下地絕大部分電子則都擴(kuò)散到了集電結(jié)邊緣。集電區(qū)收集電子地過程集電結(jié)由于反偏,可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣地電子拉入集電區(qū),從而形成較大地集電極電流IC。結(jié)論只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜,基區(qū)摻雜濃度很低,集電區(qū)地?fù)诫s濃度介于發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間,且基區(qū)做得很薄地內(nèi)部條件,再加上晶體管地發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏地外部條件,三極管就具有了放大電流地能力。1.3.2BJT地電流放大作用2023/3/30輸入特性輸入特性就是三極管地基極小電流IB隨基射極之間電壓UBE變化地關(guān)系。以發(fā)射極放大電路為例進(jìn)行說明。UCE=0VUBE/VIB/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加IBIE=IBUBE令UCC=0UCE=0時(shí)地輸入特性曲線UCE=0時(shí)1.3.3BJT地外部特性2023/3/30輸入特性繼續(xù)增大UCC,使UCE=1V以上地多個值UCE=0.5VUCE=0VUBE/VIB/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V地特性曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開始增加UCE=1VUCE=1V地特性曲線UCE>1V地特性曲線UCE>1V之后地所有輸入特性幾乎都與UCE=1V地特性相同,曲線基本不再變化。實(shí)用BJT地UCE值一般都超過1V,所以其輸入特性通常采用UCE=1V時(shí)地曲線。從特性曲線可看出,BJT地輸入特性與二極管地正向特性非常相似。1.3.3BJT地外部特性2023/3/301.3.3BJT地外部特性輸出特性IB不變時(shí),輸出回路地電流IC與管子輸出端電壓UCE之間地關(guān)系曲線稱為輸出特性。先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大,觀察毫安表IC地變化并記錄下來。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根據(jù)記錄可給出IC隨UCE變化地伏安特性曲線,此曲線就是晶體管地輸出特性曲線。IBUCE/VIC/mA02023/3/301.3.3BJT地外部特性輸出特性根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化地伏安特性曲線,此曲線較前面地稍低些。UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB1至另一稍小地固定值上保持不變。UCE

UCE/VIC/mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不斷重復(fù)上述過程,即可得到不同基極電流IB對應(yīng)相應(yīng)IC,UCE數(shù)值地一組輸出特性曲線。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大,繼續(xù)觀察毫安表IC地變化并記錄下來。當(dāng)UCE增至一定數(shù)值時(shí)(一般大于1V),輸出特性曲線變得平坦,表明IC基本上不再隨UCE而變化,具有恒流特性。輸出曲線開始部分很陡,說明IC隨UCE地增加而急劇增大。2023/3/301.3.3BJT地外部特性shuchutexingquxiandefenqu輸出特性曲線地分區(qū)放大區(qū)晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí),發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。IC受IB地控制,與UCE地大小幾乎無關(guān),此時(shí)三極管相當(dāng)于一個受IB控制地受控電流源,此受控電流源IC與IB成β倍地?cái)?shù)量關(guān)系。飽與區(qū)當(dāng)發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均為正向偏置時(shí),三極管處于飽與狀態(tài)。此時(shí)集電極電流IC與基極電流IB不再成β倍地放大關(guān)系,放大能力下降甚至失去電流放大作用。截止區(qū)當(dāng)基極電流IB等于0時(shí),晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。實(shí)際上,當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時(shí),晶體管就已成截止?fàn)顟B(tài),為可靠截止,常使UBE小于與等于零。輸出特性曲線上可分作三個區(qū)UCE/VIC/mA020AIB≈040A60AIB=100A80A43211.52.3放大區(qū)2023/3/30shuchutexingquxiandefenqu輸出特性曲線地分區(qū)IB≈0地那條線是指BJT在截止區(qū)所對應(yīng)地基極穿透電流IBEO,該電流是在一定溫度下少子形成地。IB≈0所對應(yīng)地IC值,是基極開路時(shí)地穿透電流ICEO,也是一定溫度下少子形成地電流。雙極型晶體管BJT用于開關(guān)時(shí)速度慢,輸入阻抗小,功耗大;但BJT體積小,重量輕,耗電少,壽命長,可靠性高,因此廣泛應(yīng)用于廣播,電視,通信,雷達(dá),計(jì)算機(jī),自控裝置,電子儀器,家用電器等領(lǐng)域。1.3.3BJT地外部特性2023/3/301.3.4BJT地主要技術(shù)參數(shù)電流放大倍數(shù)β最大允許功耗P1234反向擊穿電壓U(BR)CEO最大允許電流IUCE/VIC/mA0IBEO4321晶體管上地功耗超過P,管子將損壞。安

全

區(qū)ICEOβ值地大小反映了晶體管地電流放大能力。IC>I時(shí),晶體管不一定燒損,但β值明顯下降。cebUCCU(BR)CEO基極開路2023/3/30復(fù)合管也稱之為達(dá)林頓管。工程實(shí)際應(yīng)用為了進(jìn)一步提高放大電路地放大能力,常采用多只晶體管構(gòu)成復(fù)合管。復(fù)合管組成原則1.在正確地外加電壓下,每只管子地各極電流均有合適通路,且工作在放大區(qū)。2.為實(shí)現(xiàn)電流放大,應(yīng)將第一只管地集電極或發(fā)射極電流做為第二只管子地基極電流。讓兩個晶體三極管按一定方式連接即可構(gòu)成一個復(fù)合管。1.3.5復(fù)合晶體管2023/3/30復(fù)合管地構(gòu)成方式一cbeVT1VT2ibic1becicic2ibib2NPN型1.3.5復(fù)合晶體管2023/3/301.3.5復(fù)合晶體管復(fù)合管地構(gòu)成方式二PNP型cbeVT1ibVT2becVTibiC1ie2ib2ic與NPN型復(fù)合管結(jié)果相同12復(fù)合管地類型均由VT1管子決定采用復(fù)合管地目地是為了增大管子地電流驅(qū)動能力2023/3/301.3雙極型半導(dǎo)體三極管BJTxiangxianglianlian想想,練練練習(xí)題2練習(xí)題3練習(xí)題1三極管在輸出特性曲線上地飽與區(qū)工作時(shí),其電流放大系數(shù)是否也等于β？為什么使用復(fù)合管？復(fù)合管與普通地三極管相比,具有何特點(diǎn)？雙極型三極管地發(fā)射極與集電極是否可以互換使用？為什么？練習(xí)題4使用三極管時(shí),只要①集電極電流超過I值;②耗散功率超過P值;③集—射極電壓超過U（BR）CEO值,三極管就必然損壞。上述說法哪個是對地？練習(xí)題5用萬用表測量某些三極管地管壓降得到下列幾組數(shù)據(jù),說明每個管子是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？它們各工作在什么區(qū)域？UBE＝0.7V,UCE＝0.3V;UBE＝0.7V,UCE＝4V;UBE＝0V,UCE＝4V;UBE＝－0.2V,UCE＝-0.3V;UBE＝0V,UCE＝－4V。2023/3/301.4單極型半導(dǎo)體三極管FET1.4.1單極型三極管概述單極型三極管因工作時(shí)只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為單極型三極管。單極型三極管是利用輸入電壓產(chǎn)生地電場效應(yīng)控制輸出電流地電壓控制型器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)地不同,單極型三極管FET可分為結(jié)型與絕緣柵型兩大類。2023/3/301.4.2場效應(yīng)管地基本結(jié)構(gòu)組成可以在此處插入視頻2023/3/301.4.3場效應(yīng)管地工作原理可以在此處插入視頻2023/3/301.4.3場效應(yīng)管地工作原理FETdetexingquxianFET地特性曲線轉(zhuǎn)移特性01輸出特性02柵極電壓UGS與漏極電流ID之間地關(guān)系稱轉(zhuǎn)移特性。漏源電壓UDS與漏極電流ID之間地關(guān)系稱為輸出特性。2023/3/301.4.3場效應(yīng)管地工作原理FETde