基本电子器件优秀PPT.ppt
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1、基本电子器件第1页,本讲稿共81页2.1半导体的基半导体的基本知识本知识2.1.1本征半导体本征半导体2.1.2杂质半导体杂质半导体2.1.3PN结结第2页,本讲稿共81页2.1.1 本征半导体本征半导体半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体半导体 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。第3页,本讲稿共81页硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构简化简化模型模型惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价
2、键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动第4页,本讲稿共81页半导体的特性:光敏性光照影响 热敏性温度影响 掺杂性杂质半导体第5页,本讲稿共81页2.1.2 杂质半导体杂质半导体一、一、N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体N 型半导体型半导体+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流数载流子(多子)子(多子)空穴为空穴为少少数载流数载流子(少子)子(少子)第6页,本讲稿共81页P 型半导体型半导体+3+4+4+4+4+4硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子
3、少子第7页,本讲稿共81页二、二、P 型、型、N 型半导体的简化图示型半导体的简化图示负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子P型半导体型半导体N型半导体型半导体第8页,本讲稿共81页2.1.3 PN 结结一、一、PN 结结(PN Junction)的形成的形成1.载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散2.复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层)空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子,无载流子,阻止扩散进行,阻止扩散进行,利于少子的漂移。利于少子的漂移。内建电场内建电场第9页,本讲稿
4、共81页3.扩散和漂移达到扩散和漂移达到动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流 等于漂移电流,等于漂移电流,总电流总电流 I=0二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性第10页,本讲稿共81页P 区区N 区区内电场内电场外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄。使空间电荷区变窄。IF限流电阻限流电阻扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流 IF。IF=I多子多子 I少子少子 I多子多子2.外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)reverse bias P 区区N 区区内电场内电场外电场外电场外电场使少子背离外电场使少子背离
5、 PN 结移动,结移动,空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IRPN 结的结的单向导电性单向导电性:正偏导通,呈小电阻,电流较大:正偏导通,呈小电阻,电流较大;反偏截止,电阻很大,电流近似为零。反偏截止,电阻很大,电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流 IRIR=I少子少子 01.外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置)forward bias第11页,本讲稿共81页三、三、PN 结的伏安特性结的伏安特性反向饱和反向饱和电流电流温度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼常玻尔兹曼常数数当当 T=300(27 C):UT =26 mVOu/VI/mA正向特性正向
6、特性反反向向击击穿穿加正向电压时加正向电压时加反向电压时加反向电压时iIS第12页,本讲稿共81页2.2半导体二半导体二极管极管2.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型2.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性2.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数2.2.4 稳压二极管稳压二极管2.2.5 二极管的应用举例二极管的应用举例第13页,本讲稿共81页2.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型构成:构成:PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号:符号:A(anode)C(cathode)分类:分类:按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗
7、二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型第14页,本讲稿共81页点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底第15页,本讲稿共81页第16页,本讲稿共81页OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth
8、 UD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反反向向击击穿穿U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)2.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性第17页,本讲稿共81页硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4 25 50510150.010.020第18页,本讲稿共81页温度对二极管特性的影响温度对二
9、极管特性的影响604020 0.0200.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 升高时,升高时,UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下降第19页,本讲稿共81页2.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.IF 最大整流电流最大整流电流(最大正向平均电流最大正向平均电流)2.URM 最高反向工作电压最高反向工作电压,为为 U(BR)/2 3.IR 反向电流反向电流(越小单向导电性越好越小单向导电性越好)4.fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)I FURMO第20页,本讲稿共81页2.2.4 稳压二极管稳压二极管一、伏安
10、特性一、伏安特性符号符号工作条件:工作条件:反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性第21页,本讲稿共81页二、主要参数二、主要参数1.稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2.稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好,越大稳压效果越好,小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。3.最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM第22页,本讲稿共81页补充:补充:发光二极管与光敏二极管发光二极管与光敏二极管一、发光二极管一、发光二极管 LE
11、D(Light Emitting Diode)1.符号和特性符号和特性工作条件:工作条件:正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA,导通电压导通电压(1 2)V符号符号u/Vi /mAO2特性特性第23页,本讲稿共81页2.主要参数主要参数电学参数:电学参数:I FM,U(BR),IR光学参数:光学参数:峰值波长峰值波长 P,亮度亮度 L,光通量光通量 发光类型:发光类型:可见光:可见光:红、黄、绿红、黄、绿显示类型:显示类型:普通普通 LED,不可见光:不可见光:红外光红外光点阵点阵 LED七段七段 LED,第24页,本讲稿共81页第25页,本讲稿共81页二、光敏二极管二、光敏
12、二极管1符号和特性符号和特性符号符号特性特性uiO暗电流暗电流E=200 lxE=400 lx工作条件:工作条件:反向偏置反向偏置2.主要参数主要参数电学参数:电学参数:暗电流,光电流,最高工作范围暗电流,光电流,最高工作范围光学参数:光学参数:光谱范围,灵敏度,峰值波长光谱范围,灵敏度,峰值波长实物照片实物照片第26页,本讲稿共81页补充:补充:选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤:步骤:1.设定工作电压设定工作电压(如如 0.7 V;2 V(LED);UZ)2.确定工作确定工作电流电流(如如 1 mA;10 mA;5 mA)3.根据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻 R=(UI UD)/
13、ID(R 要选择标称值要选择标称值)第27页,本讲稿共81页例例 1 画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sin t(V)作用下输出作用下输出 uO 的波形。的波形。(按理想模型按理想模型)Otui/V15RLV1V2V3V4uiBAuO2.2.5 二极管应用举例二极管应用举例第28页,本讲稿共81页OtuO/V15Otui/V15第29页,本讲稿共81页例例 2 分析简单稳压电路的工作原理,分析简单稳压电路的工作原理,R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR RUIUORRLILIRIZ第30页,本讲稿共81页2.32.3双极型晶体管
14、双极型晶体管2.3.1 晶体三极管晶体三极管2.3.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线2.3.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数第31页,本讲稿共81页(Semiconductor Transistor)2.3.1 晶体三极管晶体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB第32页,本讲稿共81页分类分类:按材料分:按材料分:硅管、锗管硅管、锗管按功率分:按功率分:小功率管小
15、功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W第33页,本讲稿共81页二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极第34页,本讲稿共81页3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子,形成发射极电流形成发射极电流
16、IE。I CN多数向多数向 集电结方向扩散形成集电结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合,形成少数与空穴复合,形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即:即:IB=IBN ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)第35页,本讲稿共81页I CNIEI BNI CBOIB 3)集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 第36页,本讲稿共81页4
17、.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系5.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用第37页,本讲稿共81页2.3.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似第38页,本讲稿共81页O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管:硅管:(0.6 0.8)V锗管:锗管:(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 V第39页,本讲稿共81页二、输出特性二、输出特性iC/mAuCE/V50 A
18、40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区:截止区:IB 0 IC=ICEO 0条件:条件:两个两个PN结反偏结反偏截止区截止区ICEO第40页,本讲稿共81页iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.放大区:放大区:放大区放大区截止区截止区条件:条件:发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点:特点:水平、等间隔水平、等间隔ICEO第41页,本讲稿共81页iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43213.饱和区:饱和区:uCE u BEuCB=u
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