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1、电子技术知识,第一节 半导体及其主要特征,一、半导体的概念,自然界物质的分类：,按导电能力强弱的不同可以分为三大类：,常见的导体有：,半导体,导体,绝缘体,1、半导体的定义,常见的绝缘体有：,半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质常见的半导体材料有：,硅(Si),锗(Ge),自由电子：带负电荷,空 穴：相当于带正电荷,半导体与导体的主要区别：,导体：只有一种载流子,自由电子：带负电荷,半导体:有两种载流子,半导体的导电能力会随着温度（热敏特性）、光照（光敏特性）及 所掺杂质（掺杂特性）的不同而发生显著变化。,纯净的、不含杂质的半导体叫本征半导体。,2、P型半导体和N型半导体,（1）P型半导
2、体, 定义：在本征导体晶体中掺入微量三价元素，如硼等，半导体内空穴的数量将大大增加，导电能力大大提高，这类杂质半导体称为P型半导体，也叫空穴型半导体。,特征：多数载流子空穴 少数载流子自由电子,（2）N型半导体, 定义： 本征半导体晶体中掺入微量五价元素，如磷等，半导体内自由电子的数量将大大增加，导电能力大大提高，这类杂质半导体称为N型半导体，也叫电子型半导体。,特征：多数载流子自由电子 少数载流子空穴,二、PN结及其导电性,1、PN结的形成,采用掺杂工艺，使一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，在交界处就形成了一个特殊的区域PN结。,2、PN结的单向导电性,（1）正向导通, 定义： P区
3、接电源正极，N区接电源负极，则为加正向电压，称正向偏置，简称正偏。, 电路图：,外电场与内电场的方向相反，内电场变弱，结果使空间电荷区（PN结）变窄。,（2）反向截止, 定义： P区接电源负极，N区接电源正极，则为加反向电压，称反向偏置，简称反偏。如图所示。, 电路图,外电场与内电场的方向相同，内电场变弱，结果使空间电荷区（PN结）变宽。,综上所述，PN结具有加正向电压时导通，加反向电压时截止的特性。即PN结具有单向导电性，其导电方向是由P区指向N区。,3）单向导电性,综上所述，PN结具有加正向电压时导通，加反向电压时截止的特性。即PN结具有单向导电性，其导电方向是由P区指向N区。,3）单向导
4、电性,第二节 半导体二极管,一、半导体二极管的特性和参数,由一个结加上两个接触电极、引线和管壳构成。,二极管的关键部分是结，所以，二极管的主要特点是具有单向导电性。,1、半导体二极管的结构和符号,（1）半导体二极管的结构,二极管的外形如图所示：,负极,正极,2）电路符号,是指从区引出的电极，称极或正极；是指从区引出的电极，称极或负极。二极管的正向电流是从极流入，极流出。,（3）、晶体二极管的分类,按基片材料分:,硅二极管,锗二极管,按结构分:,点接触,面接触,按用途分:,检波二极管,整流二极管,稳压二极管,发光二极管,光电二极管,开关二极管,整流二极管,检波二极管,光电二极管,发光二极管,开关
5、二极管,稳压二极管,、二极管的伏安特性,1）二极管伏安特性曲线,二极管的导电性能，由加在二极管两端的电压与流过二极管的电流来决定，两者之间的关系曲线称为二极管伏安特性曲线。 分为正向特性和反向特性两部分。,下图为硅二极管的特性曲线：,uD / V,iD/mA,A,B,O,C,D,OA段：死区,AB段：正向导通区,OC段：反向截止区,CD段：反向击穿区, 正向特性,OA段：当二极管两端的电压为零，电流为零当电 压升高时，电流很小且基本不变。这个电压区域称死区。硅为0.5，锗为0.1。,AB段：当正向电压大于死区电压之后，随着外加电压的增加，正向电流迅速增大，特性曲线接近直线，二极管处于正向导通区
6、。管子两端电压降变化不大，硅管为0.60.7V，锗管为0.20.3V。,2）特性分析, 反向特性,OC段：当二极管两端加反向电压时，反向电流很小，而且在一定范围内基本不随反向电压的变化而变化。这个电压区域称反向截止区。,CD段：当反向电压稍有增加，反向电流急剧增加，特性曲线近似为一条陡峭直线。这时，二极管出现了反向击穿现象，发生反向击穿时的电流为反向击穿电流。,通过上面的分析可以看出：,1、二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，是非线性器件。 2、二极管具有单向导电性，即外加正向电压大于死区电压（死区电压，锗管约为。0.1V,硅管约为0.5V)时,二极管导通 ；外加反向电压时，二
7、极管截止。 3、二极管正向导通后，正向电压变化 范围很小（一般锗管约为0.2V0.3V,硅管约为0.60.7V),近似恒压特性。 4、锗二极管比硅二极管的正向电电流上升快，正向电压压降小，但锗管比硅管的反向电流大得多，受温度影响比较明显。,3、二极管的主要参数 1）最大整流电流IDM 最大整流电流IDM是指二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。使用时，应注意流过二极管的正向最大平均电流不大于这个数值，否则可能损坏二极管。 2）最大反向电压URM 最大反向电压URM是指二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。其值通常取二极管反向击穿电压UBR的一半左右，使用时如果超过此值，二极管将有被击穿的
8、危险。,3）反向电流IR 反向电流IR是指在室温下二极管未被击穿时的反向电流值，或者是加上最大反向工作电压时的反向电流。 4）最高工作频率FM 最高工作频率FM是指保证二极管能起单向导电作用时的最高工作频率。如果通过二极管电路的频率大于该值，二极管将不能起到单向导电的作用。,1）判别二极管的极性 将两表棒分别接二极管的两个电极，交换电极再测一 次，从而得到两个电阻值。可由测得电阻值中数值小 的一次测量来确定其正、负极，即黑表棒接的是二极 管的正极，红表棒接的是二极管的负极。,4、二极管的简易测试,测正向电阻原理图：, 测得的正、反向电阻值相差很大，则表示该二极管的单向导电性能好； 测得的正、反
9、电阻值差不多，则表示二极管性能差； 正反向电阻均为，则表示内部断路； 正反向电阻均为0，则表示内部短路。,正向电阻,2）检测二极管的好坏,检查时，用万用表的红、黑两根表棒，分别正接和反接二极 管两端，即可测出大（反向）、小（正向）两个阻值。,二、特殊的二极管及其应用 1、稳压二极管: 利用其反向击穿特性进行稳压的。,稳压管的反向击穿特性曲线非常陡峭。在反向击穿区，反向击穿 电流在较大范围内变化时，管子两端的电压变化范围却很小。,稳压二极管电路符号,稳压二极管必须工作在反向击穿状态,在电路中应该反接，即：其正极应接被稳电压的负极， 其负极应接被稳电压的正极。,2、发光二极管 优点：体积小、耗电量
10、低、使用寿命长 、高亮度、低热量 、环保、坚固耐用 。,LED,符号,第三节 半导体三极管,半导体三极管 一、三极管的结构、符号和类型 1、三极管的结构和符号 （1）.晶体三极管组成 ：两个结，三个区，三个极,图5-2 三极管的内部结构及符号,按三极管所用半导体材料分，有硅管和锗管 按三极管的导电极性分，有NPN和PNP 按功率分，有小功率管、中功率管和大功率管 按频率分，有低频管和高频管 按结构工艺分，有合金管和平面管 按用途分，有放大管和开关管 按三极管的封装材料分，有金属封装、玻璃封装等,三极管的类型,（a)NPN三极管的外部电路VcVbVe,(b)PNP三极管的外部电路 VcVbVe）
11、,图1-18 三极管放大状态时的外部条件,P11,二、三极管的放大作用,（2）三极管的电流放大 从上述实验可得出如下结论： 电流分配关系: 无论是NPN型还是PNP型三极管,均符合这一规律。 集电极电流受控于基极电流，基极电流的微小变化将会引起集电极电流较大的变化，这就实现了电流放大作用。也说明三极管是一种电流控制器件。,P12,IE=IB+IC,三、三极管的伏安特性曲线 （以共发射极放大电路为例）,三极管输入特性曲线测试电路,图1-10 三极管输入特性曲线测试电路,输出回路,输入回路,P7,图1-13 三极管输入特性曲线,输入特性曲线,输入特性是指UCE为某一固定值时，输入回路中IB和UBE
12、之间的关系。,P9,输出特性曲线,输出特性是指IB为某一固定值时，输出回路中IC和UCE之间的关系。,图1-14 三极管的输出特性曲线,截止区,饱和区,放大区,P9,（1）截止区 输出特性曲线IB=0与uCE轴之间的区域称为截止区，如图所示。,发射结和集电结都处于反偏置，三极管处于截止状态。 IB=0，IC0。 相当于一个断开的开关,截止区,图1-23 三极管的输出特性曲线,P9,（2）饱和区 输出特性曲线族陡直上升且互相重合的曲线与纵轴iC之间的区域称饱和区。,发射结和集电结都处于正向偏置，三极管处于饱和状态。 Ic随UCE的升高而增大，Ic不受IB的控制。 三极管失去放大作用，相当于一开关
13、闭合状态。,饱和区,图1-23 三极管的输出特性曲线,P9,（3）放大区 输出特性曲线的平直部分所组成的区域称为放大区。,在这个区域内，三极管发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，三极管处于放大状态。 IC=IB IC与UCE基本无关。,放大区,图1-23 三极管的输出特性曲线,P19,一、放大电路的定义,1、定义：能把微弱的电信号放大，转换成较强的电信号的 电路称为放大电路，简称放大器。,第一节 放大电路概述,2、放大器的框图：,负载,一,二,Us,输入Ui,输出Uo,一、放大电路的定义,3、放大器的输入、输出波形图：,输出波形,输入波形,第一节 放大电路概述,一,二,二、放大电路的基本参
14、数,1、 放大倍数：是衡量放大电路放大能力的指标，用字母A表示,第一节 放大电路概述,一,二,2) 电压增益GU：放大倍数的对数值，常用分 贝（dB）来度量。,电压放大倍数AU：输出电压有效值Uo（或变化量uo）与输入电压有效值Ui （或变化量ui）的比。,3) 电流增益、功率增益表,类型,项目,二、放大电路的基本参数,第一节 放大电路概述,一,二,二、放大电路的基本参数,2、 输入电阻、输出电阻 1）、输入电阻ri ：在输入端信号源之后看进去所看到的等效电阻，其数值于输入电压与电流之比。 即 如下图：,注意：从放大电路的性能来说，ri以大为好（ri越大，放大电路受信号源的影响越小， 信号源输
15、出的电信号几乎全部送入电路进行放大，减少了信号的损耗。）。,第一节 放大电路概述,一,二,二、放大电路的基本参数,2) 输出电阻r：在输出端负载之前看进出所看到的等效电阻。其数值等于输出电压与输出电流之比,如上图。 即：,注意：从放大电路的性能来说，r越小越好（r越小，放大电路的负载能力越强）,第一节 放大电路概述,一,二,一、基本放大电路的组成,1、如下图：,第二节 共射极基本放大电路,一,二,基极偏 置电阻,集电极 电阻,为三极管提供合适的静态工作点,同时能将集电极电流Ic的变化转换成集-射之间电压UCE的变化,即三极管的电流放大特性以电压的形式表现出来。,负载：能将电信号转换成非电信号。,输入输出耦合电容,能隔断直流通路,波湖信号源和负载,使用时注意极性。,核心元件,起电流放大作用。,信号源，是非电量转换电量的转换器，能提供电压或电流信号的输入信号。,RL,三,四,二、基本放大电路的工作原理,1. 设置静态工作点的必须性 1) 放大电路的静态工作点 a) 静态：放大电路输入端未加入交流信号 （即Ui=0）时的工作状态。 b) 当Ec、Rc、Rb确定后，IB、Ic、UBE和UCE便 确 定，它们对应在三极管的输入和输出特性 曲线上一点Q，如下图，则Q点便称静态工作 点，Q点对应得上述四个量分别用IBQ、ICQ、 UBEQ、UCE
