电工学ppt讲义

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1、电工学电工学 PPTPPT 讲义讲义电工学 PPT 讲义.txt11 生命是盛开的花朵，它绽放得美丽，舒展，绚丽多资；生命是精美的小诗，清新流畅，意蕴悠长；生命是优美的乐曲，音律和谐，宛转悠扬；生命是流淌的江河，奔流不息，滚滚向前 本文由兔毛团贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。电子技术哈尔滨工业大学(威海) 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院基础教学部第 14 章 二极管和晶体管 14 章14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 半导体的导电特性 PN 结 PN 结 半导体二极管 稳压管 半导体三极管14.1 半导体

2、的导电特性半导体： 半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间的 物质。物质。 半导体特性：热敏特性、光敏特性、 半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性本征半导体就是完全纯净的半导体。 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， 导体为锗和硅，它们 各有四个价电子，都 各有四个价电子， 是四价元素. 是四价元素硅的原子结构14.1.1 本征半导体本征半导体晶体结构中的共价健结构纯净的半导体其所有的原子基 价电子 本上整齐排列，形成晶体结构， Si Si 共价键 所以半导体也称为晶体 晶体管名称的由来Si Si14.1.1 本征半导体自由电子与空穴共价键中的电子 在获得一

3、定能量 后，即可挣脱原 子核的束缚，子核的束缚，成 为自由电子 同时在共价键中 留下一个空穴。 留下一个空穴。Si Si空穴SiSi自由 电子14.1.1热激发与复合现象本征半导体空穴由于受热或光照 产生自由电子和 空穴的现象空穴的现象 热激发 自由电子在 运动中遇到空 穴后， 穴后，两者同 时消失， 时消失，称为 复合现象SiSiSiSi自由 电子14.1.1 本征半导体半导体导电方式载流子 自由电子和空穴当半导体两端 加上外电压时， 加上外电压时，自 由电子作定向运动 形成电子电流； 形成电子电流；而 空穴的运动相当于 正电荷的运动空穴SiSiSiSi价电 子温度对半导体器件性 能的影响很

4、大。 能的影响很大。N 型半导体和 型半导体和 P 14.1.2 N 型半导体和 P 型半导体N 型半导体 型半导体 在硅或锗的晶体中 掺入微量的磷（ 掺入微量的磷（或 其它五价元素） 。 其它五价元素） 。 电子型半导体 或 N 型半导体 自由电子是多数 载流子， 载流子，空穴是 少数载流子。 少数载流子。Si Si多余 电子P+Si14.1.2P 型半导体N 型半导体和 P N 型半导体和 P 型半导体 型半导体和在硅或锗晶体中 掺入硼（ 掺入硼（或其它 三价元素） 。 三价元素） 。 空穴是多数载流子， 空穴是多数载流子， 自由电子是少数载 流子。 流子。 空穴型半导体 型半导体。 或

5、P 型半导体。SiSi空穴B-SiN 型半导体和 型半导体和 P 14.1.2 N 型半导体和 P 型半导体不论 N 型半导体还是 型半导体 不论 型半导体还是 P 型半导体，型半导体还是 型半导体， 虽然它们都有一种载流子占多数， 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 不带电的 但是整个晶体仍然是不带电的。返回PN 结的形成 14.2.1 PN 结的形成P14.2PN 结 PN 结N空穴自由电子14.2.1 PN 结的形成 结的形成PN 结是由扩散运动形成的 结是由扩散运动形成的P空间电荷区N空穴内电场方向自由电子14.2.1扩散强PN 结的形成 PN 结的形成漂移运动增

6、强扩散运动和漂移运动的动态平衡内电场增强 两者平衡PN 结宽度基本稳定 PN 结宽度基本稳定 扩散强 漂移强 PN 结导通 PN 结导通 PN 结截止 PN 结截止外加 电压平衡 破坏14.2.2 PN 结的单向导电性1 外加正向电压使 PN 结导通 P变窄NI内电场 方向 外电场方向R+PN 结呈现低阻导通状态，通过 PN 结的电流 PN 结呈现低阻导通状态，通过 PN 结的电流 结呈现低阻导通状态 PN 基本是多子的扩散电流正向电流 基本是多子的扩散电流 正向电流15.2.2 PN 结的单向导电性2 外加反向电压使 PN 结截止 P 变 宽 NI=0内电场 方向 外电场方向R-+PN 结呈

7、现高阻状态，通过 PN 结的电流是少子的漂移电流 PN 结呈现高阻状态，通过 PN 结的电流是少子的漂移电流 结呈现高阻状态 PN 反向电流 反向电流 特点: 特点: 受温度影响大 原因: 原因: 反向电流是靠热激发产生的少子形成的14.2.2 PN 结的单向导电性结 论PN 结具有单向导电性 结具有单向导电性结加正向电压时， （1） PN 结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低， ） 结加正向电压时 处在导通状态，结电阻很低， 正向电流较大。 正向电流较大。 结加反向电压时， （2）PN 结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高， ） 结加反向电压时 处在截止状态，结电阻很高， 反向电流很

8、小。 反向电流很小。 返回14.3 半导体二极管14.3.1 基本结构 14.3.2 伏安特性 外壳 触丝引线 N 型锗片 铝合金小球 PN 结 N 型硅 金锑合金 底座 点接触型 阴极引线 面接触型 表示符号 阳极引线14.3.3 伏安特性的折线化 14.3.4 二极管的主要参数I/mA14.3.2 伏安特性60 40 半导体二极 管的伏安特性 是非线性的。 是非线性的。 -50 20 -25击穿 电压 死区 电压80正向O 0.4 -20 -40 I/A0.8 U/V反向14.3.2 伏安特性I/mA 801 正向特性 死区电压： 死区电压： 硅管： 伏左右 锗管： 伏左右， 硅管：0.5

9、 伏左右，锗管： 0.1 伏左右。 伏左右。 伏左右 正向压降： 正向压降： 硅管： 伏左右 锗管： 伏左右， 硅管：0.7 伏左右，锗管： 0.2 0.3 伏。 伏反向 -50 -2560正向40 死区电压 20O 击穿电压 -200.40.8 U/V-40 I/A14.3.2 伏安特性I/mA 802 反向特性60 正向反向电流： 反向电流： 反向饱和电流： 反向饱和电流： 反向击穿电压 U ） 反向击穿电压 （BR）-50 -2540 死区电 压20O 击穿电 压 -200.40.8 U/V-40 反向 I/A14.3.4 伏安特性的折线化U U00US14.3.4 主要参数1 最大整流

10、电流 OM： 最大整流电流 I 二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。 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 RWM: 反向工作峰值电压U 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。 3 反向峰值电流 RM: 反向峰值电流 I 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。14.3.5 应用举例主要利用二极管的单向导电性。可用于整流、检波、 主要利用二极管的单向导电性。可用于整流、检波、限 元件保护以及在数字电路中作为开关元件。 幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。

11、 图中电路，输入端 A 的电位 的电位 V 例: 图中电路，输入端 的电位 A=+3V，B 的电位 ， 的电位 VB=0V，求输出端 Y 的电位 Y。电阻 R 接负电源 ，求输出端 的电位 V 电阻 接负电源-12V。 。 的电位 接负电源 +3V A 0V B DB DA 优先导通， 导通后， 解：DA 优先导通， DA 导通后， DB 上加的是反向电压， 上加的是反向电压， 因而截止。 因而截止。 Y VY=+2.7V DA 起钳位作用， 起钳位作用， DB 起隔离作用。 起隔离作用。 返回-12V14.4 稳压管一种特殊的面接触型半导体硅二极管。 一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电

12、路中 与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。 与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。 稳压管表示符号： 1 稳压管表示符号：稳压管的伏安特性： 2 稳压管的伏安特性： I/mA 稳压管的反向特性曲线比较陡。 稳压管的反向特性曲线比较陡。 + 3 稳压管稳压原理： 稳压管稳压原理： 稳压管工作于反向 UZ 击穿区。稳压管击穿时， 击穿区。稳压管击穿时， 电流虽然在很大范围内 + 变化， 变化，但稳压管两端的 IZ 电压变化很小。 电压变化很小。利用这 反向 一特性， 一特性，稳压管在电路 Z U 中能起稳压作用。 中能起稳压作用。 正向0 IZU/V 反向击穿 是可逆的。IZM14.4

13、稳压管4 主要参数 （1）稳定电压 UZ ） 稳压管在正常工作下管子两端的电压。 稳压管在正常工作下管子两端的电压。 （2）电压温度系数 ）U说明稳压管受温度变化影响的系数14.4 稳压管（3）动态电阻 rZ ） 稳压管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值 （4）稳定电流 IZ （5）最大允许耗散功率 PZM 管子不致发生热击穿的最大功率损耗。 管子不致发生热击穿的最大功率损耗。 PZM=UZIZM14.4 稳压管例题 + U UZ _ U0 稳压管的稳压作用 R 电路不通； 当 UUZ 大于时 稳压管击穿 大于时,稳压管击穿 此时UUZ IZ = R返回选 R，使 IZ0,UBC0,UBC

14、=UBE-UCE,UBE114.5.3 特性曲线2 输出特性曲线 4 3 60 2 晶体管的输 出特性曲线是 一组曲线。 一组曲线。 40 1 20A IB=0 3 6 9 UCE/V 12 IC/mA 100 80IC = f (UCE)|IB=C014.5.3 特性曲线晶体管的输出特性曲线分为三个工作区： 晶体管的输出特性曲线分为三个工作区： （1）放大区（线性区） ）放大区（线性区） IC/mA （1）放大区 ） 4 （2）截止区 ） 输出特性曲线的近似水平部分。 输出特性曲线的近似水平部分。 （3）饱和区 3 ） 100 80 60 40 发射结处于正向偏置； 发射结处于正向偏置；集电

15、结处于反向偏置 20A 1 IB=0 0 3 6 9 UCE/V 12 放大区IC = I B_214.5.3 特性曲线（2）截止区 ） 4 IB=0 曲线以下的区域为截止区 曲线以下的区域为截止区 IB=0 时，IC=ICEO3 0.001mA IC/mA 100 80 60 2 40 型硅管而言， 对 NPN 型硅管而言，当 UBE0.5V 时，即已开 型硅管而言 时 始截止，为了截止可靠，常使 U 小于等于零。 始截止，为了截止可靠，常使 BE 小于等于零。 截止区 1 20A IB=0 UCE/V 0 3 6 9 1214.5.3 特性曲线（3）饱和区 ） 4 IC/mA 100 饱和

16、区 在饱和区， 的变化对 I 的影响较小， 在饱和区，IB 的变化对 IC 的影响较小，两者不成比例 80 3 60 集电结处于正向偏置， 当 UCEUBE 时，集电结处于正向偏置，晶体管工作处于饱 2 和状态 40 1 20A IB=0 3 6 9 UCE/V 12014.5.4 主要参数, 1 电流放大系数 _IC IB I ：动态电流（交流）放大系数 = C I B 注意： 注意： ：静态电流（直流）放大系数 =_（1） 两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行 ） , 两者的含义是不同的， 等距并且 I 较小的情况下， 等距并且 CEO较小的情况下，两者数值较为接 _ 在估算时， 近。在估算时，常用 近似关系 （2） 对于同一型号的晶体管， 值有差别，常用晶体管的 ） 对于同一型号的晶体管， 值有差别， 值在 20-100 之间。 之间。 值在 之间_14.5.4 主要参数基极反向截止电流 I 2 集基极反向截止电流 ICBO 基极反向截止电流 ICBO=IC|I =0EICB0 _ A + T +