《电路和电子技术(下)李燕民主编第1章半导体器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路和电子技术(下)李燕民主编第1章半导体器件（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学内容及学时分配,（一）理论教学（40学时）第1章 半导体器件 （6学时）第2章 交流放大电路 （6学时）第3章 集成运算放大器 （8学时）第4章 电源技术 （2学时）第5章 组合逻辑电路 （8学时）第6章 时序逻辑电路 （8学时）第7章 模拟量与数字量的转换 （2学时）,（二）实验教学（8学时）,实验1：常用电子仪器的使用实验2：集成运算放大器的基本应用（）实验3：计数器及其应用 实验4：D/A 、A/D转换器,考核与成绩评定,本课程成绩评定方法： 实验成绩占20，平时成绩占20，期末考试成绩占60。 其中，平时成绩由作业、小测验成绩等综合评定。,第1章 半导体器件,1.2 半导体二极管,
2、1.3 硅稳压二极管,1.4 半导体三极管,1.5 绝缘栅场效应管,1.1 半导体的基础知识,1.6 电力半导体器件,在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。,把纯净的具有共价键结构的半导体单晶称为本征半导体。 它是共价键结构。,本征半导体的共价键结构,1.1.1 本征半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.1 半导体的基础知识,+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
3、穴形成电流。故半导体中有电子和空穴两种载流子。,在外电场作用下，电子和空穴均能参与导电。,价电子填补空穴,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.1.2 杂质半导体,1 . N 型半导体,在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元 素,如磷,则形成N型半导体。,多余价电子,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,如硼,则形成P 型半导体。,+4,P 型半导体结构示意图,在P型半导中,电子是少数载流子, 空穴是多数载流子。,P 区,N 区,1. PN 结的
4、形成,用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成 P型半导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个PN 结。,1.1.3 PN 结,内电场方向,空间电荷区,P 区,N 区,在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来。,空间电荷区不存在载流子，因而不能导电。,内电场方向,R,2 . PN 结的单向导电性,P 型半导体,外电场驱使P型半导体的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷,N型半导体电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷,a. 外加正向电压,N 型半导体,内电场方向,R,扩散运动增强，形成较大的正向电流,a. 外加正向电压,P 型半导体,
5、N 型半导体,内电场方向,R,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,b. 外加反 向电压,P 型半导体,N 型半导体,1、PN结加正向电压：PN结所处的状态称为正向导通，其特点：PN结正向电流大，PN结电阻小。,相当于开关闭合,PN结的单向导电性：,2、PN结加反向电压：PN结所处的状态称为反向截止，其特点：PN结反向电流小，PN结电阻大。,相当于开关打开,点接触型二极管,1.2.1 二极管的基本结构,1.2 半导体二极管,600,400,200, 0.1, 0.2,0,0.4,0.8,50,100,ID / mA,
6、UD / V,正向特性,反向击穿特性,硅管的伏安特性,1.2.1 二极管的伏安特性,+ UD ,ID,ID=f（UD）,对于理想二极管,正向特性：二极管加正向电压,对于理想二极管,反 向特性：二极管加反向电压,1.2.3 二极管的主要参数,最大整流电流IF 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,反向工作峰值电压URM 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。,反向峰值电流IR 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。,二极管的应用范围很广,它可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。,D,E3
7、V,R,ui,uo,uR,uD,例：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui = 6 sin t V， E= 3V，试画出 uo波形 。, t,ui / V,6,0,2,uR？,1.二极管限幅,1.2.2 二极管的主要应用, t,6,0,2,双向限幅电路, t,0,D,E3V,R,D,E3V,ui,uo,uR,uD,ui / V,uo /V,uo, t,o, t,o, t,o, t,o,2,3,uo,u2,u2,u1,uD,io,io,RL,T,2,3,Im,2,2,3,3,uD,D,2.二极管整流,将交流电变成直流电称为整流。,（1）单相半波整流电路,uO, t,0, t, t, t,2,
8、3,uO,u2,u2,u1,uD,uD,iO,iO,D,RL,T,2,3,Im,2,2,3,3,UO=0.45U2,电路计算,0,0,0,uO的电压平均值 ：,UO=0.45 U2,uO的电压平均值：,负载的电流平均值 ：,截止时二极管所承受的最高反向电压为：,（2）单相桥式整流电路,整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管 D1D4 接成电桥的形式构成。,io,RL,A,u2,u1,uo,+,D1,D2,D4,D3,B,+,+,在u2的正半周， D1和D3导通，D2和D4截止(相当于开路) 。,在u2的负半周，D2 和 D4导通, D1和 D3 截止(相当于开路)，,在一个周期内，
9、通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压uo。,工作原理,Uo,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,Im,2,2,3,3,uD1,uD3,uD4,uD2,uO,u,uD,iO,由于二极管的正向压降很小，因此可认为uO 的波形和u 的正半波是相同的。输出电压的平均值为,式中U2是变压器副方交流电压u2的有效值。,截止管所承受的最高反向电压为,UO=0.9 U2,每个二极管通过的平均电流,下图是单相桥式整流电路的简化画法,例 已知负载电阻RL =80,负载电压UO=110V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。（1）如何选用晶体二极管？（2）求整流变压器的变比及
10、容量。,解 （1）负载电流,每个二极管通过的平均电流,变压器副边电压的有效值为,整流桥符号,考虑到变压器副绕组及管子上的压降，变压器副边的电压大约要高出10%，即1221.1=134V。于是,因此可选用，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V晶体二极管。,（2）变压器的变比及容量,变压器的变比,变压器副边电流的有效值为,变压器的容量为,可选用BK300（300VA），380/134V的变压器。,半波整流电容滤波 电路的外特性,估算公式: UO=1.0U2,u2,滤波后输出电压 uo 的波形变得平缓,平均值提高。,uO,（1） 电容滤波,3.滤波电路,二极管导通时给电容充电,二极管截止
11、时电容向负载放电,t,uO, ,UO =1.2U2,0,uo,RL,C,+,uC,u2,u1,+,+,+,io,放电时间常数 = RLC越大,脉动越小,输出电压平均值越高,一般要求,全波整流电容滤波电路,例 有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流电源频率f=50Hz,负载电阻RL =200,要求直流输出电压UO =30V,选择整流二极管及滤波电容器。,解 （1）选择整流二极管,流过二极管的电流,取UO =1.2U2, 所以变压器副边电压的有效值,RL,C1,u2,u1,+,+,型电容滤波整流电路,+,+,C2,R,（2） 选择滤波电容器,选用C=250 F ，耐压为50V的极性电容器,二极管所承受的最高反向电压,
