《第9章--二极管和晶体管教案资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章--二极管和晶体管教案资料（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子技术课程 模拟电子技术 数字电子技术 以放大电路分析为主 重在分析电路的外部特性 例如放大倍数 输入输出阻抗等 以门电路和触发器为基本 重在分析组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能 学习方法 抓住电路的宏观特征 第9章二极管和晶体管 9 2二极管 9 3稳压二极管 9 4晶体管 9 1半导体的导电特性 9 1 1本征半导体 一 本征半导体的结构特点 用的最多的半导体是硅和锗 它们的最外层电子 价电子 都是四个 本征半导体 完全纯净的 晶体结构的半导体 共价键 共用电子对 4表示除去价电子后的原子 形成共价键后 每个原子的最外层电子是八个 构成稳定结构 束缚电子 在热力学温度零度和没有外界激发时
2、 本征半导体不导电 4 4 4 4 4 4 4 4 4 自由电子 空穴 在常温下自由电子和空穴的形成 成对出现 成对消失 4 4 4 4 4 4 4 4 4 外电场方向 空穴导电的实质是共价键中的束缚电子依次填补空穴形成电流 价电子填补空穴 自由电子能导电 空穴能导电 半导体中两种载流子 自由电子和空穴 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度 9 1 2N半导体和P型半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质 就会使半导体的导电性能发生显著变化 其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加 P型半导体 空穴浓度大大增加的杂质半导体 N型半导体 自由电子浓度大大增加的杂质半导体 4 4 4 4 4
3、4 4 4 1 N型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量五价元素 多余价电子 N型半导体中的载流子 1 自由电子 2 空穴 多数载流子 少数载流子 N型半导体结构示意图 在N型半导中 电子是多数载流子 空穴是少数载流子 4 4 4 4 4 4 4 空穴 2 P型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素 形成P型半导体 4 P型半导体中的载流子是 1 自由电子 2 空穴 多数载流子 少数载流子 P型半导体结构示意图 P型半导体 N型半导体 9 1 3PN结及其单向导电性 内电场阻止扩散 有利于漂移 1 PN结正向偏置 PN结加正向电压 正向偏置 P区加正 N区加负电压 内电场方向 R P区 N区
4、内电场被削弱 多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流 二 PN结的单向导电性 P区 N区 内电场方向 R 2 外加反向电压 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 少数载流子越过PN结形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行 伏安特性 PN结的单向导电性 一 基本结构 PN结加上管壳和引线 就成为半导体二极管 点接触型 面接触型 9 2半导体二极管 600 400 200 0 1 0 2 0 0 4 0 8 50 100 I mA U V 正向特性 反向击穿特性 硅管的伏安特性 二 伏安特性 导通压降 硅管0 6 0 7V 导通压降 锗管0 2 0 3V 3 反向峰值电流IRM 1
5、 最大整流电流IOM 最大正向平均电流 2 反向工作峰值电压URWM 理想二极管 死区电压 0 正向压降 0 例1 二极管半波整流 D 3V R ui uo uR uD 例2 下图是二极管限幅电路 D为理想二极管 ui 6sin tV E 3V 试画出uo波形 t t ui V uo V 6 0 0 2 例3 下图中 已知VA 3V VB 0V DA DB为锗管 导通压降0 3V 求输出端Y的电位 并说明二极管的作用 解 DA优先导通 则 VY 3 0 3 2 7V DA导通后 DB因反偏而截止 起隔离作用 DA起钳位作用 将Y端的电位钳制在 2 7V 9 3稳压二极管 稳压二极管的参数 1
6、稳定电压UZ 2 动态电阻 曲线越陡 动态电阻愈小 电压越稳定 3 最大稳定电流IZmax 稳压二极管是利用PN结反向击穿后具有稳压特性制作的二极管 其除了可以构成限幅电路之外 主要用于稳压电路 例 设DZ1的稳定电压为6V DZ2的稳定电压为12V 设稳压管的正向压降为0 7V 则输出电压UO等于 a 18V b 6 7V c 30V d 12 7V 二极管的单向导电性 PN结正向偏置 近似短路 有0 2 0 6的压降 PN结反向偏置 处于高阻状态 类似断路 稳压管的反向稳压性 小结 作业 P264 2669 2 4 a b 9 2 6 9 3 3 N型硅 N P型硅 基区 较薄 掺杂浓度低
7、 集电区 面积较大 发射区 掺杂浓度较高 9 4 1半导体三极管的结构 9 4半导体三极管 1 NPN型三极管 集电区 集电结 基区 发射结 发射区 N N 集电极C 基极B 发射极E P 三极管的结构分类和符号 集电区 集电结 基区 发射结 发射区 C B E N 集电极C 发射极E 基极B N P P N 2 PNP型三极管 C E B 9 4 2三极管的电流控制作用 三极管具有电流控制作用的外部条件 1 发射结正向偏置 2 集电结反向偏置 对于NPN型三极管应满足 UBE 0UBCVB VE 对于PNP型三极管应满足 UEB 0UCB 0即VC VB VE IC N P N 三极管的电流
8、控制原理 VCC RC VBB RB 发射结正偏 扩散强 E区多子 自由电子 到B区 B区多子 空穴 到E区 穿过发射结的电流主要是电子流 形成发射极电流IE IE是由扩散运动形成的 1发射区向基区扩散电子 形成发射极电流IE 2电子在基区中的扩散与复合 形成基极电流IB E区电子到基区B后 有两种运动 同时基区中的电子被EB拉走形成 IB IEB IB时达到动态平衡 形成稳定的基极电流IB IB是由复合运动形成的 3集电极收集电子 形成集电极电流IC 集电结反偏 阻碍C区中的多子 自由电子 扩散 同时收集E区扩散过来的电子 有助于少子的漂移运动 有反向饱和电流ICBO 形成集电极电流IC 为
9、了反映扩散到集电区的电流ICE与基区复合电流IBE之间的比例关系 定义共发射极直流电流放大系数为 三极管的伏安特性反映了三极管电极之间电压和电流的关系 要正确使用三极管必须了解其伏安特性 输入特性输出特性 9 4 3特性曲线 9 4 3特性曲线 IC V UCE UBE RB IB EC EB 实验线路 一 输入特性 UCE 0 5V 二 输出特性 IC mA 此区域满足IC IB称为线性区 放大区 当UCE大于一定的数值时 IC只与IB有关 IC IB 此区域中UCE UBE 集电结正偏 IB IC 称为饱和区 UCE 0 此区域中 IB 0 UBE 死区电压 称为截止区 发射结反偏 UCE
10、 VCC 小结 三极管的三种工作状态 集电结 发射结均正偏 三极管处于饱和状态 集电结 发射结均反偏 三极管处于截止状态 集电结正偏 发射结反偏 三极管处于放大状态 9 4 4 主要参数 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 基极电流的变化量为 IB 相应的集电极电流变化为 IC 则交流电流放大倍数为 1 电流放大倍数 和 2 集电极最大允许功耗PCM ICUCE PCM 安全工作区 3 集 基极反向截止电流ICBO ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流 受温度的变化影响大 4 集 射极反向截止电流ICEO ICEO受温度影响很大 三极管的温度特性较差 场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载流子 使流过半导体内的电流大小随电场强弱的改变而变化的电压控制电流的放大器件 其英文名称为 MetalOxideSemiconductorFiledEffectTransistor 缩写为MOSFET场效应管是的外型与晶体管 三极管 相似 但它除了具有三极管的一切优点以外 还具有如下特点 基本上不需要信号源提供电流输入阻抗很高 可达109 1015 受温度和辐射等外界因素影响小 制造工艺简单 便于集成化等 只有多数载流子参与导电 所以又称其为单极性晶体管 绝缘栅型场效应晶体管 习题9 4 10
