电工学第七版下册第14章半导体.ppt

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1、(14-0)符号符号 UZIZIZM UZ IZ伏安特性伏安特性 稳压管正常工作时，稳压管正常工作时，需加反向电压，工作需加反向电压，工作于反向击穿区。于反向击穿区。稳压原理：稳压原理：稳压原理：稳压原理：稳稳稳稳压管反向击穿压管反向击穿压管反向击穿压管反向击穿以后，电流变化很以后，电流变化很以后，电流变化很以后，电流变化很大，但其两端电压大，但其两端电压大，但其两端电压大，但其两端电压变化很小。变化很小。变化很小。变化很小。_+UIO14.4 稳压二极管稳压二极管曲线越陡曲线越陡电压越稳电压越稳_+_+(14-1)UZIZIZM UZ IZ伏安特性伏安特性 稳压管反向击穿是稳压管反向击穿是可

2、逆的，当去掉反向可逆的，当去掉反向电压后，稳压二极管电压后，稳压二极管恢复正常。恢复正常。使用时要加限流使用时要加限流电阻，稳压二极管在电阻，稳压二极管在电路中可以起到稳压电路中可以起到稳压作用。作用。反向电流超过允许反向电流超过允许反向电流超过允许反向电流超过允许范围时稳压二极管会范围时稳压二极管会范围时稳压二极管会范围时稳压二极管会发生过热击穿而损坏。发生过热击穿而损坏。发生过热击穿而损坏。发生过热击穿而损坏。UIO曲线越陡曲线越陡电压越稳电压越稳_+_+注意：注意：(14-2)(1)稳定电压稳定电压 UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压

3、。(2)电压温度系数电压温度系数 U 稳压值受温度变化影响的系数，环境温度每稳压值受温度变化影响的系数，环境温度每 变化变化1 1 C引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数。(3)动态电阻动态电阻(4)稳定电流稳定电流 IZ、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZM=UZ IZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数:_+UZ(14-3)例例例例1 1：已知：已知：Uz=12V，IZM=18mA，RK。试求：试求：Iz=?限流电阻限流电阻 R 的阻值是否合适？的阻值是否合适？解：Iz

4、=(20 Uz)/R3 =5mA因：因：IZ IZM故：限流电阻故：限流电阻 R 的阻值合适的阻值合适P14：例：例+IZDZ+20VR=1.6k UZ=12VIZM=18mA_+(14-4)负载电阻：负载电阻：例例例例2 2：稳压管的技术参数稳压管的技术参数:uoiZDZRiLiuiRL解：解：uimax ui 流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为 IZmax试求：限流电阻试求：限流电阻 R 和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。要求：要求：ui 发生发生 20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。(14-5)uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程、可解得：可

5、解得：uimin ui 流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为 IZmin(14-6)14.5 晶体管晶体管(a)金属圆壳封装三极管 (b)塑料封装三极管 (c)大功率三极管 常见晶体管外形图常见晶体管外形图(14-7)基本结构基本结构常见：硅管主要是平面型，锗管都是合金型常见：硅管主要是平面型，锗管都是合金型(a)(a)平面型平面型(b)(b)合金型合金型BEP P型硅型硅N N型硅型硅SiOSiO2 2保护膜保护膜铟球铟球N N型锗型锗N N型硅型硅CBECPP P铟球铟球晶体管结构图晶体管结构图(14-8)NPN型晶体管型晶体管PNP型晶体管型晶体管发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电

6、区集电区基区基区基区基区集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极CENNPB发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结集电极集电极集电极集电极发射极发射极发射极发射极基极基极基极基极CEPPNBNNCEBPCETBIBIEIC符号符号BECPPNETCBIBIEIC符号符号晶体管结构示意图晶体管结构示意图(14-9)基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓

7、度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大(14-10)B BEC CN NN NP P 三极管放大的外部条件：三极管放大的外部条件：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏发射结正偏 VBVE集电结反偏集电结反偏 VCVE集电结反偏集电结反偏 VCVB EBRBE EC CRC14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理从

8、电位的角度看从电位的角度看集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结(14-11)晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路 设设 EC=6 V，改改变变可可变变电电阻阻 RB，则则基基极极电电流流 IB、集集电电极极电电流流 IC 和和发发射射极极电电流流 IE 都都发发生变化，测量结果如下表：生变化，测量结果如下表：mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100公共端公共端 基极电路基极电路集电极集电极电路电路(14-12)I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.0

9、60.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.001IC UCE UBE,发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏，集电结正偏，饱和区饱和区(14-25)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A0IB=0,IC=ICEO UBE0 CT E ICIEIB+UCE B -UBC UBE(14-27)(2)饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。IC IB，ICUCC/RC，UCE0+IEB+UBE 0 CT E -UBC 0+

10、UCE 0 发射极和集电极之间如同开关接通，电阻很小。发射极和集电极之间如同开关接通，电阻很小。UCE UBE(14-28)(3)截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，集电结反偏。IB=0，IC=ICEO 0，UCE UCC IC=0IB=0+UCE UCC IEB+UBE 0 CT E -UBC 0+IC 0 发射极和集电极之间如同开关断开，电阻很大。发射极和集电极之间如同开关断开，电阻很大。UBE 死区电压死区电压(14-29)输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点(1)放大区：放大区：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。即：即：IC=IB,且且 IC=IB

11、(2)饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。IC IB ，ICUCC/RC，UCE0(3)截止区：截止区：UBE Vb Ve PNP:Vc=min,Ve Vb Vc方法：先确定方法：先确定 b b、e e、c c 脚脚 ,然后确定材料、类型然后确定材料、类型a：脚：脚2=b 脚脚 脚脚3=e 脚脚 脚脚1=c 脚脚 硅管硅管,NPN管管b：脚脚2=b 脚脚 脚脚3=e 脚脚 脚脚1=c 脚脚 锗管锗管,PNP管管PNP管管NPN管管+(14-35)三、主要参数三、主要参数 前述电路中，三极管的发射极是输入和输出前述电路中，三极管的发射极是输入和输出的公共点，称为共射接

12、法，相应地还有共基、的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为在直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流交流电流放大倍数电流放大倍数为：为：1.电流放大倍数电流放大倍数和和 (14-36)2.2.集集集集-基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数

13、载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.集集集集-射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流)I ICEOCEO AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也也也也相应增加。相应增加。相应增加。相应增加。三极管的温度三极管的温度三极管的

14、温度三极管的温度特性较差。特性较差。特性较差。特性较差。(14-37)4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的值的下降，当下降，当 值下降到正常值的三分之二时的值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为集电极电流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO 基极开路时，加在集基极开路时，加在集-射极之间的最大允许电射极之间的最大允许电压，称为集压，称为集-射极反向击穿电压。手册上给出的射极反向击穿电压。手册上给出的数值是数值是25 C的值。温度上升时，其值将降低。的值。温度上升时，其值将降低。(

15、14-38)6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCE0ICUCE=PCM(14-39)14.6 光电器件光电器件 发光二极管发光二极管 光电二极管光电二极管 光电晶体管光电晶体管 有兴趣的同学自学！有兴趣的同学自学！第十四章课后习题第十四章课后习题P13:14.3.8 -二极管的应用二极管的应用(双双)：限幅：限幅 P32：14.3.8 -二极管的应用

16、：与门二极管的应用：与门 P34:14.4.3 -稳压管的应用稳压管的应用14.5.8 -晶体管：工作区晶体管：工作区14.6.1 -发光二极管发光二极管及综合及综合P35:14.5.11-综合应用综合应用(选做选做)(1-41)结结 束束 (14-42)1 1半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带带正正电电。在在纯纯净净半半导导体体中中掺掺入入不不同同的的杂杂质质，可可以以得得到到N N型型半半导导体体和和P P型型半半导导体。体。2 2采采用用一一定定的的工工艺艺措措施施，使使P P型型和和N N型型半半导导体体结结合合在在

17、一一起起，就就形形成成了了PNPN结结。PNPN结结的的基基本本特特点点是是单向导电性。单向导电性。3 3二二极极管管是是由由一一个个PNPN结结构构成成的的。其其特特性性可可以以用用伏安特性和一系列参数来描述。伏安特性和一系列参数来描述。内容小结内容小结(14-43)4.4.三极管工作时，有两种载流子参与导电，称三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。为双极型晶体管。5.5.是一种电流控制电流型的器件，改变基极电是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。流就可以控制集电极电流。6.6.晶体管特性可用输入特性曲线和输出特性曲晶体管特性可用输入特性曲线和输出特性

18、曲线来描述。线来描述。7.7.有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。(14-44)例例3：已知：已知：Ui=10 sinwt V，二极管为理想元件。，二极管为理想元件。试画出试画出Uo的波形。的波形。Ui 5V：Uo=5V+Uo+Ui5V+Uo+Ui5V+Uo+Ui5VU Ui10V10V5V5V(14-45)例例4：二二极极管管构构成成的的限限幅幅电电路路如如图图所所示示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。(1)若若 ui为为4V的的直直流流信信号号，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型、理理想二极管串联电压源模型计算电流想二极

19、管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。例题例题(14-46)（2）如如果果ui为为幅幅度度4V的的交交流流三三角角波波，波波形形如如图图（b）所所示示，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型和和理理想想二二极极管管串串联联电电压压源源模模型分析电路并画出相应的输出电压波形。型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot(14-47)02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采采用用理理想想二二极极管管串串联联电电压压源源模模型型分分析析，波波形形如图所示。如图所示。