半导体二极管和三极管1.pptx

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1、模拟电路前期课程：高等数学，电路后续课程：数字电路，高频电子第1页/共57页课程要求作业：每周四交；16开纸，学号、姓名不抄袭考勤缺勤三次，不准参加考试第2页/共57页考试平时成绩（作业+考勤）+考试第3页/共57页课程内容教材：电工学（下册）1419章基本元器件：二极管、晶体管基本放大电路：放大信号集成运算放大器：集成电路，放大信号反馈直流稳压电源电力电子技术：强电领域，仅讲基本元器件第4页/共57页 第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管第5页/共57页14.114.1 半导体的导电特性半导体的导电特性14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性14.3

2、 14.3 二极管二极管14.4 14.4 稳压二级管稳压二级管14.5 14.5 晶体管晶体管目目 录录第6页/共57页14.1 14.1 半导体的导电特性半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间的 物质。半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性第7页/共57页半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半

3、导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、

4、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第8页/共57页 本征半导体就是完全纯净的半导体。应用最多的本征半导体为锗和硅，它们各有四个价电子，都是四价元素.硅的原子结构14.1.1 本征半导体第9页/共57页 纯净的半导体其所有的原子基本上整齐排列，形成晶体结构，所以半导体也称为晶体 本征半导体晶体结构中的共价健结构SiSiSiSi共价键价电子第10页/共5

5、7页自由电子与空穴 共价键中的电子在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子同时在共价键中留下一个空穴。空穴SiSiSiSi自由电子第11页/共57页SiSiSiSi自由电子空穴热激发与复合现象 由于受热或光照产生自由电子和空穴的现象-热激发 自由电子在运动中遇到空穴后，两者同时消失，称为复合现象 温度一定时，本征半导体中的自由电子空穴对的数目基本不变。温度愈高，自由电子空穴对数目越多。第12页/共57页半导体导电方式 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。载流子 自由电子和空穴 因为，温度愈高，载流子数目愈多

6、，导电性能也就愈好，所以，温度对半导体器件性能的影响很大。SiSiSiSi价电子空穴 当半导体两端加上外电压时，自由电子作定向运动形成电子电流；而空穴的运动相当于正电荷的运动第13页/共57页14.1.2 N14.1.2 N型半导体和P P型半导体N型半导体在硅或锗的晶体中掺入微量的磷（或其它五价元素）。自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。电子型半导体或N N型半导体SiSiP+Si多余电子第14页/共57页P P型半导体 在硅或锗晶体中掺入硼（或其它三价元素）。空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。空穴型半导体或P P型半导体。SiSiB-Si空穴第15页/共57页 不论N型半导体还是

7、P型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但是整个晶体仍然是不带电的。第16页/共57页 14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性14.2.1 PN14.2.1 PN结的形成自由电子PN空穴得到一个电子的三价杂质,如硼离子失去一个电子的五价杂质,如磷离子在一块N(P)型半导体的局部掺入浓度较大的三价(五价)杂质,使其变为P(N)型半导体.第17页/共57页第18页/共57页扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散强漂移运动增强内电场增强两者平衡PNPN结宽度基本稳定外加电压平衡破坏扩散强漂移强PNPN结导通PNPN结截止自由电子PN 空间电荷区内电场方向空穴第19页/共57页14.2.2 PN结的

8、单向导电性1 外加正向电压使PN结导通PNPN结呈现低阻导通状态，通过PNPN结的电流基本是多子的扩散电流正向电流PN+内电场 方向外电场方向RI内电场阻碍多数载流子扩散运动内电场促进少数载流子漂移运动第20页/共57页2 外加反向电压使PN结截止PNPN结呈现高阻状态，通过PNPN结的电流是少子的漂移电流(反向电流)特点:受温度影响大+-PN内电场 方向外电场方向RI=0内电场阻碍多数载流子扩散运动内电场促进少数载流子漂移运动第21页/共57页14.2.2 PN结的单向导电性结 论 PN结具有单向导电性 （1）PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。（2）PN结加反向电压

9、时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。第22页/共57页14.3 二极管15.3.1 基本结构PN结阴极引线铝合金小球金锑合金底座N型硅阳极引线面接触型引线外壳触丝N型锗片点接触型表示符号第23页/共57页14.3.2 伏安特性正向O 0.4 0.8 U/VI/mA80604020-50 -25I/A-20-40反向死区电压击穿电压 半导体二极管的伏安特性是非线性的。第24页/共57页 死区电压：硅管：0.5伏左右，锗管：0.1伏左右。正向压降：硅管：0.7伏左右，锗管：0.2 0.3伏。1 正向特性正向O 0.4 0.8 U/VI/mA80604020-50 -25I/A-20-40反

10、向死区电压击穿电压第25页/共57页反向击穿电压U（BR）2 反向特性正向O 0.4 0.8 U/VI/mA80604020-50 -25I/A-20-40反向死区电压击穿电压第26页/共57页14.3.3 主要参数1 最大整流电流IOM：二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。2 反向工作峰值电压URWM:保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。一般为反向击穿电压的1/2或2/3。3 反向峰值电流IRM:二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。第27页/共57页14.3.3 应用举例 主要利用二极管的单向导电性。可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。例:图中

11、电路，输入端A的电位VA=+3V，B的电位VB=0V，求输出端Y的电位VY。电阻R接负电源-12V。设二极管正向压降0.3vVY=+2.7V解：DA优先导通，DA导通后，DB上加的是反向电压，因而截止。DA起钳位作用，DB起隔离作用。Y-12VAB+3V0VDBDAR第28页/共57页例14.3.114.3.3 应用举例应用举例第29页/共57页14.4 稳压二级管 一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。1 1 稳压管表示符号：第30页/共57页正向+-反向+-IZUZ2 2 稳压管的伏安特性：3 稳压管稳压原理：稳压管工作于反向击穿区。稳压管击

12、穿时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用。稳压管的反向特性曲线比较陡。反向击穿 是可逆的。U/VI/mA0IZIZMUZ 第31页/共57页4 主要参数（2）电压温度系数 （1）稳定电压 UZ稳压管在正常工作下管子两端的电压。说明稳压管受温度变化影响的系数 第32页/共57页（3）动态电阻（4 4）稳定电流（5 5）最大允许耗散功率 rZ稳压管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值IZPZM管子不致发生热击穿的最大功率损耗。PZM=UZIZM 第33页/共57页例题+_UU0UZR稳压管的稳压作用当UUZ大于时,稳压管击穿此时选R，使

13、IZIZM第34页/共57页14.5 晶体管14.5.1 14.5.1 基本结构 结构平面型 合金型 NPN PNP硅管主要是锗管都是第35页/共57页14.5.1 基本结构NNPBECCEB发射结集电结BNNP发射区基区 集电区EC发射极基极集电极第36页/共57页PPNBECCEB发射结集电结BPPN发射区基区 集电区EC发射极基极集电极BaseEmitterCollector 第37页/共57页14.5.2 电流分配和放大原理AmAmAIBICIERBEC+_EBBCE3DG6共发射极接法第38页/共57页晶体管电流测量数据IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

14、IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05由此实验及测量结果可得出如下结论：（1）IE=IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。（2）IE和IC比IB 大的多。（3）当IB=0（将基极开路）时，IE=ICEO，ICEO1 AmAVIBICRBEC+_EBBE3DG6V+_+_UBEUCEC第45页/共57页AmAVIBICRBEC+_EBBE3DG6V+_+_UBEUCEC2 输出特性曲线 晶体管的输出特性曲线是一组曲线。第46页/共57页UCE/V13436912IC/mA10080604020A

15、IB=002 晶体管的输出特性曲线是一组曲线。第47页/共57页晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：（1）放大区（2）截止区（3）饱和区（1）放大区（线性区）132436912IC/mA10080604020AIB=00放大区UCE/V 输出特性曲线的近似水平部分。发射结处于正向偏置；集电结处于反向偏置第48页/共57页（2）截止区IB=0曲线以下的区域为截止区 对NPN型硅管而言，当UBE0.5V时，即已开始截止，为了截止可靠，常使UBE小于等于零。132436912IC/mA10080604020AIB=00截止区UCE/V第49页/共57页（3）饱和区 UCEUBE时，集电结正向偏置，晶

16、体管工作处于饱和状态 在饱和区，I IB B的变化对I IC C的影响较小，两者不成比例13436912IC/mA10080604020AIB=002饱和区UCE/V第50页/共57页例题例14.5.1第51页/共57页14.5.4 主要参数1 电流放大系数：静态电流（直流）放大系数：动态电流（交流）放大系数注意：两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值较为接近。在估算时，常用近似关系（1）（2）对于同一型号的晶体管，值有差别，常用晶体管的 值在20-100之间。第52页/共57页2 2 集基极反向截止电流I ICBOCBOICBO=IC|IE=0 ICB

17、O受温度的影响大。在室温下，小功率锗管的ICBO约为几微安到几十微安，小功率硅管在一微安以下。ICBO越小越好。3 集射极反向截止电流ICEOICEO=IC|IB=0EC A+_T+_ICB0第53页/共57页4 4 集电极最大允许电流I ICMCM集电极电流IC超过一定值时，晶体管的值要下降。当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流。在使用晶体管时，IC超过ICM并不一定会使晶体管损坏，但以降低 为代价。5 集射极反向击穿电压U（BR）CEO基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。EC A+_T+_ICB0第54页/共57页6 集电极最大允许耗散功PCM 由于集电极电流在流经集电结时将产生热量，使结温升高，从而会引起晶体管参数变化。当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率。PCM=ICUCEIC/mA0UCE/VICMU(BR)CE0ICEOPCM安全工作区第55页/共57页第第 14 14章章 作业作业14.3.114.4.1第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页