模块一—常用电子元器件.pptx

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1、二.时间安排 学习时间1 1学年第一学期：模拟部分第二学期：数字部分三.学习注意事项课程特点电路图多、内容分散、计算简单注重理论与实践相结合、实用性强学习方法掌握基本概念、电路的构成、记住几个典型电路及时总结和练习、掌握近似原则、与实验有机结合绪绪 论论第1页/共39页模块一 常用电子元器件 半导体基本知识半导体基本知识 半导体二极管半导体二极管 半导体三极管半导体三极管 特种半导体器件特种半导体器件 本 模 块 主 要 内 容第2页/共39页1.1 1.1 半导体基本知识本征半导体锗硅半导体 :导电性能介于导体与绝缘体之间的物质，如硅和锗。它们的原子最外层都有四个价电子。本征半导体：完全纯净

2、的半导体晶体。将硅或锗提纯后，其原子结构排列成晶体状，称单晶硅和单晶锗。第3页/共39页在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的硅和锗的晶体结构晶体结构特点：（）导电性能不如导体。（）自由电子是半导体中的载流子之一。（）空穴是半导体中的载流子之二。本征半导体中电流由两部分组成：（）自由电子移动产生的电流。（）空穴移动产生的电流。第4页/共39页 在本征半导体中掺入微量有用杂质后的半导体称为杂质半导体。杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体两大类。P型

3、半导体：在硅（或锗）的晶体内掺入微量的三价元素硼（或铝），成为P型半导体。N型半导体：在硅（或锗）的晶体内掺入微量的五价元素磷（或砷），成为N型半导体。P型型N型型第5页/共39页结及其单向导电性1.1.本征半导体中受热激发产生的电子空穴对很少。2.N2.N型半导体中电子是多子(由掺杂形成)，空穴是少子(由热激发形成)。3.P3.P型半导体中空穴是多子(由掺杂形成)，电子是少子(由热激发形成)。PNPN结:在同一片半导体基片上，分别制造P P 型半导体和N N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN PN 结。第6页/共39页PNPN结的形成演示结的形成演示第7页/共39页扩

4、散的结果是使空扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽间电荷区逐渐加宽内电场越强，漂移内电场越强，漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄使空间电荷区变薄空间电荷区空间电荷区也称耗尽层也称耗尽层P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+漂移运动漂移运动 内电场内电场第8页/共39页 (1)PN(1)PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄外电场IF外电场的方向与内电场方向相反,外电场削弱内电 场,使PNPN结变薄，呈现出很小的电阻，称PNPN结导通。PN PN 结加正向电压结加正向电压(P接正、N接负 )时，时，PNPN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电

5、流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场PN+PN结的单向导电性第9页/共39页(2)PN(2)PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场 P P P P接负、接负、N N N N接正接正 内电场内电场P PN N+第10页/共39页PN PN 结变宽结变宽(2)PN(2)PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场内外电场方向相同,外电场加强内电 场,使PN结变厚，呈现出很大的电阻，称PN结截止。IR少子的少子的数目随数目随温度升温度升高而增高而增多，故多，故反向电反向电流将随流将随温度增温度增加。加。+

6、PN PN PN PN 结加反向电压结加反向电压(P P接负、接负、N N接正接正 )时，时，PNPNPNPN结变宽，反向电流较结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，小，反向电阻较大，PNPNPNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P PN N+结论:PN结具有单向导电性第11页/共39页阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a )点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b )面接触型阴极阳极(d )符号D1.2 1.2 半导体二极管分类、结构与符号第12页/共39页二极管的伏安特性 二极管两端的电压与通过的电

7、流的关 系曲线，称二极管的伏安特性。（1）正向特性（2）反向特性（3）反向击穿 UI死区电压:硅管0.5V,锗管0.1V导通压降:硅管0.60.7V锗管0.20.3V反向击穿电压UBR（1 1）最大整流电流 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压 二极管反向击穿时的电压值。手册上给出的最高反向工作电压一般是反向击穿电压的一半。I IF FU URMRM二极管的主要参数第13页/共39页特殊二极管1.稳压二极管 稳压二极管简称稳压管。是一种用特殊工艺制造的面结合型二极管，电路符号及伏安特性如 右图所示。曲线越陡，动态电阻越小，稳压管的稳压性能越好。2.发光二极

8、管（LED）UZIZIZM UZ IZ使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻UIO_+发光二极管发光二极管第14页/共39页3.3.光电二极管 利用半导体的光敏特性制造而成。在电路中，给光电二极管加反向电压，无光照射时，因PNPN结反偏，电流很小；当有光照射时，产生“光电流”，其大小与光照强度成正比。应用实例1 1整流应用（如右图所示）所谓整流是指将交流电变为直流电。利用二极管的单向导电性可组成各种整流电路。光电二极管光电二极管 +aTrDuoubRLiou tOuoO第15页/共39页3 3检波应用从高频载波信号中将低频信号取出来，称为解调或检波。（如右图所示）2 2限幅应用将输出电压限制在某

9、一电压值以内的电路称为限幅电路。4 4保护应用保护其他元件免受过高电压的损害。第16页/共39页1.3 1.3 半导体三极管结构与符号BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管第17页/共39页BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高三极管制造工艺特点是：发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，集电区面积大。第18页/共39页电流分配与电流放大作用外部工作条件:即给三极管的发射结加正向电压（习惯称正向偏置或正偏），集电结加反向电压（习惯称反向偏置或反偏）。

10、ICmA AVVUCEUBERbIBUCCUBBVTRP先做一个实验.结论:1.1.发射极电流等于基极电流与集电极电流之和，即I IE E=I=IC C+I+IB B2.I2.IC C要比I IB B大得多。由表可知:第19页/共39页3.3.I IB B的小变化引起I IC C的大变化。4.4.要使晶体管有电流放大作用,发射结必须正偏,集电结必须反偏。三极管的特性曲线1.输入特性当U UCECE一定时，I IB B与U UBEBE之间的关系曲线称为三极管的输入特性，即三极管的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。第20页/共39页一.输入特性UCE

11、1V工作压降：硅管U UBEBE 0.6-0.7V,0.6-0.7V,锗管U UBEBE 0.2-0.3V0.2-0.3V。UCE=0VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0.5V 死区电压，硅管0.5V0.5V，锗管0.1V0.1V。共射极接法硅NPN型三极管的输入特性曲线 第21页/共39页2.输出特性当I IB B一定时，I IC C与U UCECE之间的关系曲线称为三极管的输出特性，即IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足I IC C=I IB B称为线性区（放大区）当U UCECE大于一定的数值时

12、，I IC C只与I IB B有关，I IC C=I IB B。此区域中U UCECE U UBEBE,集电结正偏，I IB B I IC C，U UCECE 0.3V0.3V称为饱和区。此区域中 :I IB B=0,=0,I IC C=I ICEOCEO,U UBEBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V 三极管的主要参数及温度影响1.1.三极管的主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：(1)电流放大倍数 和 第23页/共39页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

13、IB，相应的集电极电流变化为 IC，则交流电流放大倍数为：在以后的计算中，一般作近似处理：=和虽然定义不同，但两者数值较为接近。(2)(2)极间反向电流a.a.集-基极反向截止电流ICBO AICBOI ICBOCBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。第24页/共39页b.b.集-射极反向截止电流I ICEOCEOICEO=IBE+ICBO I ICEOCEO受温度影响很大，当温度上升时，I ICEOCEO增加很快，所以I IC C也相应增加。三极管的温度特性较差。指基极开路,集电结反偏和发射结正偏时的集电极电流，习惯称穿透电流。（4 4）极限参数a.集电极最大电流IC

14、M集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。b.集-射极反向击穿电压当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。c.集电极最大允许功耗PCM第25页/共39页集电极电流I IC C 流过三极管，所发出的功率为：P PC C=I=IC CU UCE CE，必定导致结温 上升，所以P PC C有限制。P PC C P PCMCM除了上述主要参数以外，还有其他参数，需要时可查阅有关手册。下图中标示出了三极管的安全工作区。ICUCEICUCE=PCMICMU(BR

15、)CEO安全工作区0第26页/共39页2.温度对三极管参数的影响(1)温度对的影响 三极管的值会随温度的变化而变化，温度每升高1，值增大0.5%1%。(2)(2)温度对I ICBOCBO的影响 实验证明，I ICBOCBO随温度按指数规律变化。温度每升高1010，I ICBOCBO约增加一倍。(3)(3)温度对U UBEBE的影响 U UBEBE具有负的温度系数。一般说来，温度每升高11，U UBEBE下降约2 22.5mv2.5mv。应用实例(略)晶体管作开关使用的电路如右图所示。试根据输入信号来验证晶体管是否工作在开关状态？想一想，做一做。第27页/共39页 场效应晶体管是利用电场效应来控

16、制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件电压控制元件。具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还具有输入阻抗高（可高达 以上）、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、便于大规模集成化的优点，被广泛应用于各种电子线路。结型场效应管结型场效应管按结构不同场效应管有两种:绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 本节仅介绍绝缘栅型场效应管 1.4 MOS场效应管及其基本放大电路绝缘栅场效应管由称金属-氧化物-半导体制成故又称为MOS场效应管。MOS管共有四种类型：N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型、P沟道耗尽型。第28页/共39页沟道增强型MOS管的结构GSD符号符号 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎

17、为零，输入电阻很高，最高可达109 。漏极D金属电极栅极G源极SSiO2绝缘层P P型硅衬底 高掺杂N区 由于金属栅极和半导体之间采用二氧化硅绝缘，故又称绝缘栅。第29页/共39页沟道增强型管的工作原理P型硅衬底型硅衬底N+N+GSD+UGSD+由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。当栅源电压UGS=0 时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。SD 当UGS 0 时，P P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；第30页/共39页P型硅衬底型硅衬底

18、N+N+GSD+UGSD+N型导电沟道型导电沟道在漏极电源的作用下将产生在漏极电源的作用下将产生漏极电流漏极电流I ID D，管子导通。，管子导通。当当U UGS GS U U时时，将，将出现出现N N型型导电沟道，将导电沟道，将D-SD-S连接起来。连接起来。U UGSGS愈高，导电沟道愈宽。愈高，导电沟道愈宽。当UGS U后，场效应管才形成导电沟道，开始导通，若漏源之间加上一定的电压UDS，则有漏极电流ID产生。在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器件。在一定的漏源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压U。第31

19、页/共39页特性曲线及主要参数有导电沟道转移特性曲线转移特性曲线无导电沟道开启电压开启电压开启电压开启电压U UGSGS(th(th(th(th）UDSUGS/ID/mAUDS/Vo oUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V 漏极特性曲线漏极特性曲线恒流区恒流区恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区截止区截止区截止区截止区第32页/共39页场效应管的主要参场效应管的主要参数数(1)(1)开启电压开启电压 U U：增强型增强型MOSMOS管在管在U UDSDS为某一固定值时，为使管子由截为某一固定值时，为使管子由截止变为导通，形成止变为导通，形成I ID D，栅源之间所需

20、的最小的，栅源之间所需的最小的U UGSGS(4)(4)低频跨导低频跨导 g gmm：U UDSDS一定时，漏极电流一定时，漏极电流I IDD与栅源电压与栅源电压U UGSGS的微变量之比定义的微变量之比定义为跨导，即为跨导，即 低频跨导表示栅源电压对漏极电流的控制能力表示栅源电压对漏极电流的控制能力(2)(2)击穿电压击穿电压U U（BRBR）DSDS 漏极和源极间允许的最大电压漏极和源极间允许的最大电压(3)(3)直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS 栅源之间的电压与栅极电流之比定义为直流输入电阻栅源之间的电压与栅极电流之比定义为直流输入电阻RGSRGS。MOSMOS场效应管的场效应管的

21、RGSRGS可达以上可达以上 第33页/共39页1.5 特种半导体器件简介光敏电阻光敏电阻有暗电阻、亮电阻和光电流等参数。（1 1）暗电阻光敏电阻在室温下，全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。(2(2）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。（3 3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。第34页/共39页热敏电阻热敏电阻的主要参数有标称电阻值、电阻温度系数和耗散系数等。（1）标称电阻值R25 热敏电阻在25时的阻值，又称冷阻。标称电阻是阻值的大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。（2）电阻温度系数电阻温度系数是指热敏

22、电阻的温度变化1 时其阻值变化率与其值之比，即（3）耗散系数H耗散系数是指热敏电阻温度变化1 所耗散的功率。其大小与热敏电阻的结构、形状以及所处介质的种类、状态等有关。第35页/共39页压敏电阻压敏电阻的主要参数有压敏电压、电压温度系数和非线性系数等。（1 1）压敏电压U U1mA1mA压敏电压是指在直流工作电压条件下，压敏电阻中流过规定直流电流时，其两端的端电压。一般规定此直流电流的值为1mA1mA。（2）电压温度系数u当通过压敏电阻的电流保持恒定时，温度每变化1电压的相对变化百分比，称为压敏电阻的电压温度系数u。（3）非线性系数非线性系数是表征压敏电阻伏安特性非线性程度的一项重要参数。越大

23、越好。越大，表明通过压敏电阻的电流随外加电压的变化越大。第36页/共39页本本 章章 小小 结结 光敏电阻、热敏电阻和压敏电阻是三种特殊的半导体器件。常用于温度测量、控制、稳压和过压保护等电路中。杂质半导体分为N型和P型半导体两类。电子和空穴是半导体中两种导电的载流子。半导体二极管由一个PN结构成，它具有单向导电性。外加正向偏置电压二极管导通，外加反向偏置电压二极管截止。特殊二极管既有二极管的特性，又具有自身的特殊性能，如稳压二极管用来稳压，发光二极管用来发光、光电二极管用来进行光电转换等。半导体三极管的基极电流对集电极电流有控制作用，所以是一种电流控制器件。三极管具有电流放大作用的外部条件是发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。第37页/共39页第38页/共39页感谢您的观看。第39页/共39页