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文檔簡介
電子技術課程:模擬電子技術:數(shù)字電子技術:以放大電路分析為主,重在分析電路的外部特性,例如放大倍數(shù),輸入輸出阻抗等以門電路和觸發(fā)器為基本,重在分析組合邏輯電路和時序邏輯電路的功能學習方法:抓住電路的宏觀特征電子技術課程:模擬電子技術:數(shù)字電子技術:以放大電路分析為主1第9章二極管和晶體管9.2二極管9.3穩(wěn)壓二極管9.4晶體管9.1半導體的導電特性第9章二極管和晶體管9.2二極管9.3穩(wěn)壓2半導體具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如:當受外界熱和光作用時,導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì),導電能力明顯改變?!?.1半導體的導電特性依照導電性能,可以把材料分為導體、絕緣體和半導體。導體有良好的導電能力,常見的有銅、鋁等金屬材料;
絕緣體基本上不能導電,常見的有玻璃、陶瓷等材料;
半導體的導電性能介于導體和絕緣體之間,常見的有硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等材料。半導體具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如:當受外界熱和光作用時39.1.1本征半導體一、本征半導體的結(jié)構(gòu)特點Si用的最多的半導體是硅和鍺,它們的最外層電子(價電子)都是四個。本征半導體:完全純凈的、晶體結(jié)構(gòu)的半導體。9.1.1本征半導體一、本征半導體的結(jié)構(gòu)特點Si用的最多的4共價鍵:共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子形成共價鍵后,每個原子的最外層電子是八個,構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。束縛電子在熱力學溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導體不導電。共價鍵:共+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子形成共價5+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴復合在常溫下自由電子和空穴的形成成對出現(xiàn)成對消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴復合在常溫下6+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴導電的實質(zhì)是共價鍵中的束縛電子依次填補空穴形成電流??昭ㄒ苿臃较?/p>
電子移動方向
價電子填補空穴自由電子能導電空穴能導電半導體中兩種載流子:自由電子和空穴本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴導電的實質(zhì)79.1.2
N半導體和P型半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì),就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。P型半導體:空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導體。N型半導體:自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導體。9.1.2N半導體和P型半導體在本征半導體中摻入某些微量的8+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量五價元素磷原子+4+5多余價電子自由電子正離子N型半導體中的載流子:1、自由電子。2、空穴。多數(shù)載流子少數(shù)載流子+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半導體在9
N型半導體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導中,電子是多數(shù)載流子,
空穴是少數(shù)載流子。N型半導體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半10+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半導體在硅或鍺的晶體中
摻入少量的三價元素,形成P型半導體
+4+4硼原子填補空位+3負離子P型半導體中的載流子是:1、自由電子。2、空穴。多數(shù)載流子少數(shù)載流子+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半導體在硅或11P型半導體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負離子空穴是多數(shù)載流子P型半導體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負離子空穴是多數(shù)載12P型半導體------------------------N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E漂移運動空間電荷區(qū)PN結(jié)§9.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦詢?nèi)電場阻止擴散,有利于漂移P型半導體------------------------N131.PN結(jié)正向偏置_PN結(jié)加正向電壓、正向偏置:P區(qū)加正、N區(qū)加負電壓內(nèi)電場方向ERIP區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)變窄
內(nèi)電場被削弱,多子的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)正向偏置_PN結(jié)加正向電壓、正向偏置:P14P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場方向IR2.外加反向電壓外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流多數(shù)載流子的擴散運動難于進行P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場方向IR2.15伏安特性PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕。。》蔡匦訮N結(jié)的單向?qū)щ娦裕。。?6一、基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上管殼和引線,就成為半導體二極管。引線外殼線觸絲線基片點接觸型PN結(jié)面接觸型PN二極管符號:§9.2半導體二極管一、基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上管殼和引線,就成為半導體二極管。引0.1–0.200.40.8–50–100I/mAU/V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性反向特性死區(qū)電壓I/mAU
/V0.40.8–40–80246–0.1–0.2鍺管的伏安特性正向特性反向特性0二、伏安特性導通壓降:硅管0.6~0.7V導通壓降:鍺管0.2~0.3V3.反向峰值電流
IRM1.最大整流電流
IOM:最大正向平均電流2.反向工作峰值電壓URWM理想二極管:死區(qū)電壓=0,正向壓降=0600400200–0.1–0.200.40.8–50–18RLuiuouiuott例1:二極管半波整流RLuiuouiuott例1:二極管半波整流19D3VRuiuouRuD例2:下圖是二極管限幅電路,D為理想二極管,ui=6sintV,E=3V,試畫出
uo波形。t
t
ui
/Vuo/V63300
2
2
–6D3VRuiuouRuD例2:下圖是二極管限幅電20例3:下圖中,已知VA=3V,VB=0V,DA、DB為鍺管(導通壓降0.3V),求輸出端Y的電位,并說明二極管的作用。解:DA優(yōu)先導通,則VY=3–0.3=2.7VDA導通后,DB因反偏而截止,起隔離作用,DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V。DA
–12VYABDBR例3:下圖中,已知VA=3V,VB=0V,DA、DB為21§9.3穩(wěn)壓二極管+-穩(wěn)壓二極管的參數(shù):(1)穩(wěn)定電壓
UZ(2)動態(tài)電阻UIIZm
UZ
IZ曲線越陡,動態(tài)電阻愈小,電壓越穩(wěn)定。UZ(3).最大穩(wěn)定電流IZmax
穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性制作的二極管,其除了可以構(gòu)成限幅電路之外,主要用于穩(wěn)壓電路?!?.3穩(wěn)壓二極管+-穩(wěn)壓二極管的參數(shù):(1)穩(wěn)定電壓22例:設DZ1的穩(wěn)定電壓為6V,DZ2的穩(wěn)定電壓為12V,設穩(wěn)壓管的正向壓降為0.7V,則輸出電壓UO等于()。(a)18V(b)6.7V(c)30V(d)12.7V例:設DZ1的穩(wěn)定電壓為6V,DZ2的23二極管的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)正向偏置,近似短路,有0.2~0.6的壓降PN結(jié)反向偏置,處于高阻狀態(tài),類似斷路穩(wěn)壓管的反向穩(wěn)壓性:小結(jié):二極管的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)正向偏置,近似短路,有0.2~0.24作業(yè):P264-2669.2.4(a)(b)、9.2.6、9.3.3、作業(yè):P264-26625N型硅BECN+P型硅基區(qū):較薄,摻雜濃度低集電區(qū):面積較大發(fā)射區(qū):摻雜濃度較高9.4.1半導體三極管的結(jié)構(gòu)9.4半導體三極管N型硅BECN+P型硅基區(qū):較薄,摻雜濃度低集電區(qū):面積較大261.NPN型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)NN集電極C基極B發(fā)射極EPECB符號三極管的結(jié)構(gòu)分類和符號1.NPN型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)NN27集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)
CBEN集電極C發(fā)射極E基極BNPPN2.PNP型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)CBEN集電極C發(fā)射極E基極28CEB9.4.2三極管的電流控制作用三極管具有電流控制作用的外部條件:(1)發(fā)射結(jié)正向偏置;(2)集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應滿足:UBE
>0UBC
<
0即
VC>
VB>
VE對于PNP型三極管應滿足:UEB>0UCB
<0即
VC
<VB
<
VEUBEEBRBIB
UCEECRCICCEB9.4.2三極管的電流控制作用三極管具有電流控制作29發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子IEIB電子在基區(qū)擴散與復合集電區(qū)收集電子
電子流向電源正極形成ICICNPN電源負極向發(fā)射區(qū)補充電子形成
發(fā)射極電流IE
三極管的電流控制原理EB正極拉走電子,補充被復合的空穴,形成IBVCCRCVBBRB發(fā)射區(qū)向基區(qū)IEIB電子在基區(qū)集電區(qū)收集電子電子流向電源正30發(fā)射結(jié)正偏擴散強E區(qū)多子(自由電子)到B區(qū)B區(qū)多子(空穴)到E區(qū)穿過發(fā)射結(jié)的電流主要是電子流形成發(fā)射極電流IEIE是由擴散運動形成的1發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子,形成發(fā)射極電流IE。發(fā)射結(jié)正偏擴散強E區(qū)多子(自由電子)到B區(qū)B區(qū)多子(空穴)到312電子在基區(qū)中的擴散與復合,形成基極電流IBE區(qū)電子到基區(qū)B后,有兩種運動擴散IEC復合IEB同時基區(qū)中的電子被EB拉走形成IBIEB=IB時達到動態(tài)平衡形成穩(wěn)定的基極電流IBIB是由復合運動形成的2電子在基區(qū)中的擴散與復合,形成基極電流IBE區(qū)電子到基區(qū)323集電極收集電子,形成集電極電流IC集電結(jié)反偏阻礙C區(qū)中的多子(自由電子)擴散,同時收集E區(qū)擴散過來的電子有助于少子的漂移運動,有反向飽和電流ICBO形成集電極電流IC3集電極收集電子,形成集電極電流IC集電結(jié)反偏阻礙C區(qū)中的33為了反映擴散到集電區(qū)的電流ICE與基區(qū)復合電流IBE之間的比例關系,定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)為為了反映擴散到集電區(qū)的電流ICE與基區(qū)復合電流IBE之間的比342907APNP雙極性晶體管
大功率達林頓晶體管2907APNP雙極性晶體管大功率達林頓晶體管35
三極管的伏安特性反映了三極管電極之間電壓和電流的關系。要正確使用三極管必須了解其伏安特性。輸入特性輸出特性9.4.3特性曲線三極管的伏安特性反映了三極管電極之間電壓和電流的關系369.4.3特性曲線ICmA
AVVUCEUBERBIBECEB實驗線路輸出回路輸入回路IB
=f(UBE)UCE=常數(shù)IB=
常數(shù)IC
=f
(UCE)9.4.3特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBEC37一、輸入特性UCE1VIB(
A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0.5V一、輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)2040638二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=
IB稱為線性區(qū)(放大區(qū))。當UCE大于一定的數(shù)值時,IC只與IB有關,IC=
IB。IB=
常數(shù)IC
=f
(UCE)二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912I39IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCE
UBE,集電結(jié)正偏,IB>IC,稱為飽和區(qū)。UCE=0IC(mA)1234UCE(V)36912IB=02040IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,UBE<死區(qū)電壓,稱為截止區(qū)。發(fā)射結(jié)反偏UCE=VCCIC(mA)1234UCE(V)36912IB=02041小結(jié):三極管的三種工作狀態(tài)集電結(jié),發(fā)射結(jié)均正偏,三極管處于飽和狀態(tài)集電結(jié),發(fā)射結(jié)均反偏,三極管處于截止狀態(tài)集電結(jié)正偏,發(fā)射結(jié)反偏,三極管處于放大狀態(tài)小結(jié):三極管的三種工作狀態(tài)集電結(jié),發(fā)射結(jié)均正偏,三極管處于飽429.4.4、主要參數(shù)三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點,稱為共射接法,相應地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù):基極電流的變化量為
IB,相應的集電極電流變化為
IC,則交流電流放大倍數(shù)為:1.電流放大倍數(shù)和
9.4.4、主要參數(shù)三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點,稱為共432.集電極最大允許功耗PCM集電極
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