《电工电子技术基础 教学课件 ppt 作者 任雨民 第8章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术基础 教学课件 ppt 作者 任雨民 第8章（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 半导体常用器件,知识目标 理解PN结的单向导电性 掌握二极管的结构、主要特性及应用 掌握三极管的结构、主要特性及应用 了解晶闸管的结构、特性及应用 技能目标 学会二极管的识别与检测方法 学会三极管的识别与检测方法 学会分析二极管电路,8.1 半导体二极管,8.1.1半导体基本知识,（如热敏电)。,掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(如二极管、三极管和晶闸 管）。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (如光 敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,1. 本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。,晶体
2、中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,共价键中的两个电子，称为价电子。,价电子,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。,空穴,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,本征半导体的导电机理,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流,注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其
3、导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。,自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。,2. 杂质半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。,在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或
4、 P型半导体。,掺入三价元素,在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,2. 杂质半导体,3. PN结的特性,载流子的两种运动扩散运动和漂移运动 扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓 度高的区域向浓度较低区域的运动。 漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的 定向运动。,（1）PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,P 型半导体,N 型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称 PN 结,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不
5、变。,形成空间电荷区,1.1.4 PN结的单向导电性,1. PN 结加正向电压（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,IF,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,PN 结变宽,2. PN 结加反向电压（反向偏置）,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,IR,P接负、N接正,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,二极管的单向导电性,1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接
6、正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,图 1 12 半导体二极管的结构和符号,二极管的结构示意图,8.1.2 二极管的结构及分类,8.1.3 二极管的主要及参数特性,硅管0.5V,锗管0.1V。,反向击穿 电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单
7、向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V锗0.20.3V,死区电压,主要参数,1. 最大整流电流 IOM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2. 反向工作峰值电压URWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。,3. 反向峰值电流IRM,指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。,电路如图，求：UAB,V阳 =6 V V
8、阴 =12 V V阳V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V 否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V,例1：,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,8.1.4 普通二极管的识别与检测,1、极性的识别方法 常用二极管的外壳上均印有型号和标记，标记箭头的方向为阴极。 有的二极管只有一个色点或色环，有色的一端为阴极。 有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极）， 也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。,2、二极管的检测 使用万用表测量二极管电阻的大
9、小可以判断其管脚的正负极。 一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻为几百千欧。将万用表置于R100或R1k()档位（用R1()档电流太大,用R10k()档电压太高,两者都易损坏管子）， 将万用表的两只表笔分别接触二极管的两个电极，若测出的电阻约为几十、几百或几千欧，此时电阻值小，则黑表笔所接触的电极为二极管的正极，红表笔所接触的是二极管的负极。,8.1.5 特殊二极管及应用,发光二极管,1.发光二极管 发光二极管是一种能把电能转 换成光能的特殊器件， 简称LED。这种二极管不仅具 有普通二极管的正、反向特性， 而且当给管子施加正向偏压时， 管子还会发出可见光。,光敏二极管,2
10、.光敏二极管 半导体具有光敏特性，即半导体在受 到光照时，会产生电子空穴对，且 光照越强，受激产生的电子空穴对 的数量越多。从而改变其导电性能。,8.2 二极管整流电路,2) 工作原理,u 正半周，VaVb， 二极管D导通；,3) 工作波形,u 负半周，Va Vb， 二极管D 截止 。,1) 电路结构,2. 参数计算,(1) 整流电压平均值 Uo,(2) 整流电流平均值 Io,(3) 流过每管电流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM,5) 整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足： IOM ID ， URWM UD
11、RM,8.2.2 稳压电路 1.稳压管,1）. 符号,UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,2）. 伏安特性,稳压管正常工作时加反向电压,使用时要加限流电阻,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,8.2.2 稳压电路,2.稳压电路,UO = UZ IR = IO + IZ,RL(IO) IR ,设UI一定，负载RL变化, UO (UZ ) , IZ,1.稳压特性,限流调压,稳压电路,5) 整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足： IOM ID ， URWM UDRM,1.3.
12、2 滤波器,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。 滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。,8.2.3 滤波电路 1 电容滤波器,工作原理,u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。,u uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降， uo= uC 。,= uC,工作波形,二极管承受的最高反向电压为 。,2. 形滤
13、波器, 形 LC 滤波器,滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。,比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。, 形 RC 滤波器,R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。,8.3 半导体晶体管及特性,8.3.1 半导体晶体基础知识,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,1、三极管的结构、符号和分类,2、 三极管的电流放大作用,制造工艺上必须满足以下条件： （1）发射区掺杂浓度远大于基区、集电区的掺杂浓度，以便提供足够多的载流子“发射”。 （2）基区很薄，掺杂浓度很低，以减少载流子
14、在基区的复合机会，这是三极管具有小电流控制大电流的关键。 （3）集电区比发射区体积大且 掺杂少，以便于形成集电极电流。,2）电流分配关系及电流放大作用：晶体管三个电极上的电流之 间有如下关系： IE = IB IC 把集电极电流量与基极电流量之比定义为三极管的共发射极直流电流放大系数,，其表达式为:,8.3.2 三极管的特性曲线,1. 输入特性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.60.7V PNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 IC=
15、IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。 在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 深度饱和时， 硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V。,8.3.3三极管的识别与检测,1三极管的识别 根据三极管外壳上的型号,初判其类型， 并根据右图所示的三极管外形特点,初判 其管脚，图中三极管管脚排列方法是
16、一般 规律，对于外壳上有标示标志的，应按标 志识别，对管壳上无标志的，应以测量为 准。,2三极管的检测方法 1)判定基极及类型 用万用表R100或R1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值或均测得高阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，根据基极上所接万用表表笔的极性，来判断三极管的类型： （1）如果基极b接的是红表笔。黑表笔分别接在其他两极时，若测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；若测得的阻值都较大，则可判定被测三极管为NPN型管； （2）如果基极b接的是黑表笔，红表笔分别接触其他两极时，若测的阻值较小，则被测三极管为NPN型管；若测得的阻值较大，则被测三极管为PNP型管
