《电工学中册电子技术第2版 教学课件 ppt 作者 杨世彦 哈尔滨工大电工教研室 主编 _ 第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工学中册电子技术第2版 教学课件 ppt 作者 杨世彦 哈尔滨工大电工教研室 主编 _ 第1章（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 常用半导体元器件,第1章 常用半导体元器件,1.1 半导体的导电特性 1.1.1 导体、绝缘体和半导体 1.1.2 本征半导体及其导电机理 1.1.3 N型半导体和P型半导体 1.2 PN结及其单向导电性 1.2.1 PN结的形成 1.2.2 PN结的单向导电性,第1章 常用半导体元器件,1.3 半导体二极管 1.3.1 二极管的基本结构 1.3.2 二极管的伏安特性 1.3.3 二极管的主要参数 1.3.4 稳压二极管 1.3.5 二极管的应用,第1章 常用半导体元器件,1.4 双极型晶体管 1.4.1 双极型晶体管的结构 1.4.2 双极型晶体管的电流放大作用 1.4.3 双极型晶
2、体管的特性曲线 1.4.4 双极型晶体管的主要参数 1.4.5 双极型晶体管简化的小信号模型,第1章 常用半导体元器件,1.5 绝缘栅型场效应晶体管 1.5.1 基本结构和工作原理 1.5.2 绝缘栅型场效应晶体管的特性曲线 1.5.3 绝缘栅型场效应晶体管的主要参数 1.5.4 绝缘栅型场效应晶体管简化的小信号模型 1.6 半导体光电器件 1.6.1 发光二极管 1.6.2 光电二极管 1.6.3 双极型光电晶体管 1.6.4 光电耦合器,1.1 半导体的导电特性,1.1.1 导体、绝缘体和半导体 1.1.2 本征半导体及其导电机理 1.1.3 N型半导体和P型半导体,1.1.1 导体、绝缘
3、体和半导体,(1) 热敏特性 金属的电阻率随温度的变化很小，例如，温度每升高1 ，铜的电阻率增加0.4%左右，即温度升高100 ，电阻率增加不到一半。 (2) 光敏特性 金属的电阻率不受光照的影响，但半导体的导电能力对光照敏感，光照可使半导体的电阻率显著减小。 (3) 掺杂特性 金属中含有少量杂质时，电阻率没有显著变化。,(1) 热敏特性,金属的电阻率随温度的变化很小，例如，温度每升高1 ，铜的电阻率增加0.4%左右，即温度升高100 ，电阻率增加不到一半。,(2) 光敏特性,金属的电阻率不受光照的影响，但半导体的导电能力对光照敏感，光照可使半导体的电阻率显著减小。,(3) 掺杂特性,金属中含
4、有少量杂质时，电阻率没有显著变化,1.1.2 本征半导体及其导电机理,图1-1 晶体中原子的排列方式,1.1.2 本征半导体及其导电机理,图1-2 硅晶体中的共价键结构平面示意图,1.1.2 本征半导体及其导电机理,图1-3 空穴和自由电子的形成,1.1.3 N型半导体和P型半导体,(1) N型半导体 若在四价的硅(或锗)晶体中掺入少量五价元素磷(P)，晶体点阵中磷原子就会占据某些硅原子原来的位置，如图1-4所示。 (2)P型半导体 若在硅(或锗)的晶体中掺入三价元素硼(B)，由于硼原子只有3个价电子，因而在组成共价键结构时，因缺少一个价电子而多出一个空穴，如图1-5所示。,(1) N型半导体
5、,图1-4 硅晶体中掺入磷元素,(2)P型半导体,图1-5 硅晶体中掺入硼元素,1.2 PN结及其单向导电性,1.2.1 PN结的形成 1.2.2 PN结的单向导电性,1.2.1 PN结的形成,图1-6 PN结的形成,1.2.2 PN结的单向导电性,(1) PN结外加正向电压 将PN结P区接电源正极，N区接电源负极，称为PN结外加正向电压，又叫正向偏置，如图1-7所示。 (2)PN结外加反向电压 将PN结N区接电源正极，P区接电源负极，称为PN结外加反向电压，又叫反向偏置，如图1-8所示。,(1) PN结外加正向电压,图1-7 PN结正向偏置,(2)PN结外加反向电压,图1-8 PN结反向偏置
6、,1.3 半导体二极管,1.3.1 二极管的基本结构 1.3.2 二极管的伏安特性 1.3.3 二极管的主要参数 1.3.4 稳压二极管 1.3.5 二极管的应用,1.3.1 二极管的基本结构,(1) 点接触型二极管 结构如图1-9b所示，由三价金属铝的触丝与锗结合构成PN结。 (2) 面接触型二极管 结构如图1-9c所示，PN结是用扩散法或合金法做成的。 (3) 平面型二极管 结构如图1-9d所示。,(1) 点接触型二极管 结构如图1-9b所示,图1-9 二极管的电路符号及结构分类,(2) 面接触型二极管 结构如图1-9c所示,图1-9 二极管的电路符号及结构分类,(3) 平面型二极管 结构
7、如图1-9d所示。,图1-10 几种常见封装的二极管实物图例,1.3.2 二极管的伏安特性,1.二极管的伏安特性曲线 2. 二极管的伏安特性方程,1.二极管的伏安特性曲线,(1)正向特性 当外加正向电压较低时，由于外电场还不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，因此，这时的正向电流近似为零，呈现较大的电阻。 (2)反向特性 当二极管上加反向电压时，少数载流子的漂移运动形成很小的反向电流(OB段)。 (3)反向击穿特性 当外加反向电压过高时(BC段)，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为PN结的反向击穿(电击穿)。,1.二极管的伏安特性曲线,图1-11 二极管的伏安特性
8、曲线,(1)正向特性,当外加正向电压较低时，由于外电场还不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，因此，这时的正向电流近似为零，呈现较大的电阻。,(2)反向特性,当二极管上加反向电压时，少数载流子的漂移运动形成很小的反向电流(OB段)。,(3)反向击穿特性,图1-12 理想二极 管的伏安特性,2. 二极管的伏安特性方程,1.3.3 二极管的主要参数,(1) 最大整流电流IF 最大整流电流又称额定正向平均电流，是指二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。 (2) 最高反向工作电压UR 最高反向工作电压指保证二极管不被击穿所允许施加的最高反向电压，一般规定为反向击穿电压的一半或三分
9、之二。 (3) 最大反向电流IRM 最大反向电流指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。,(1) 最大整流电流IF,最大整流电流又称额定正向平均电流，是指二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。,(2) 最高反向工作电压UR,最高反向工作电压指保证二极管不被击穿所允许施加的最高反向电压，一般规定为反向击穿电压的一半或三分之二。,(3) 最大反向电流IRM,最大反向电流指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。,1.3.4 稳压二极管,(1) 稳定电压UZ 稳定电压是稳压管反向击穿后的正常工作电压。 (2) 稳定电流IZ和最大稳定电流IZmax 稳定电流是指工作电压等于稳定电压时的
10、反向电流。 (3) 最大耗散功率PZM 最大耗散功率是指稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。 (4) 动态电阻rZ 动态电阻是稳压管在反向击穿区稳定工作时，端电压的变化量与相应电流变化量的比值，即 (5) 电压温度系数U 电压温度系数就是当温度变化1时，UZ变化的百分比数，用以表示稳压管的温度稳定性。,1.3.4 稳压二极管,图1-13 稳压二极管的图形符号 和伏安特性曲线,(1) 稳定电压UZ,稳定电压是稳压管反向击穿后的正常工作电压。一般手册中给出的都是在一定工作电流及温度等条件下的数值。由于工艺方面的原因，即使同一型号的稳压管，其稳压值也有一定的离散性，例如2CW14稳压管的稳定电压为67
11、.5V。,(2) 稳定电流IZ和最大稳定电流IZmax,稳定电流是指工作电压等于稳定电压时的反向电流。最大稳定电流是指稳压管允许通过的最大反向电流。使用稳压管时，工作电流不能超IZmax值，否则稳压管将会发生热击穿而烧毁。所以，应注意采取适当的限流措施。,(3) 最大耗散功率PZM 最大耗散功率是指稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。,最大耗散功率是指稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。,(4) 动态电阻rZ,图1-14 具有温度补偿 的稳压二极管,(5) 电压温度系数U,电压温度系数就是当温度变化1时，UZ变化的百分比数，用以表示稳压管的温度稳定性。,1.3.5 二极管的应用,(1)整流电路 利
12、用二极管的单向导电性可以将交流电变为脉动的直流电，这种变换称为整流。 (2)钳位电路 二极管的钳位作用是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小(有时可近似为零)的特点，来限制电路中某点的电位。 (3)隔离电路 二极管的隔离作用是指利用二极管截止时，通过的电流近似为零，两极之间相当于断路的特点，来隔断电路或信号的联系。 (4)限幅电路 图1-18a为一二极管双向限幅电路，用来限制输出电压的幅度。 (5) 稳压电路 利用稳压管组成的简单稳压电路如图1-19所示。,(1)整流电路,图1-15 整流电路,(2)钳位电路,图1-16 钳位电路,(3)隔离电路,图1-17 隔离电路,(4)限幅电路,
13、图1-18 二极管双向限幅电路,(5) 稳压电路,图1-19 稳压管稳压电路,1.4 双极型晶体管,1.4.1 双极型晶体管的结构 1.4.2 双极型晶体管的电流放大作用 1.4.3 双极型晶体管的特性曲线 1.4.4 双极型晶体管的主要参数 1.4.5 双极型晶体管简化的小信号模型,1.4.1 双极型晶体管的结构,1) 基区很薄且掺杂浓度很低。 2) 发射区掺杂浓度很高，与基区相差很大。 3) 发射区的掺杂浓度比集电区高，而集电区尺寸比发射区大。,1.4.1 双极型晶体管的结构,图1-20 双极型晶体管的结构示意图和图形符号,1.4.1 双极型晶体管的结构,图1-21 几种常见封装的晶体管实
14、物图例,1.4.2 双极型晶体管的电流放大作用,图1-22 共发射极电路中载流子,1.4.3 双极型晶体管的特性曲线,(1)输入特性曲线 在共发射极电路中，输入信号接入基极电路，故基极与发射极组成的回路称为输入回路。 (2)输出特性曲线 在共发射极电路中，输出信号从集电极取出，因此把集电极、发射极和电源UCC组成的回路称为输出回路。,1.4.3 双极型晶体管的特性曲线,图1-23 BJT特性测试电路,(1)输入特性曲线,图1-24 BJT的输入特性曲线,(2)输出特性曲线,图1-25 BJT的输出特性曲线,1.4.4 双极型晶体管的主要参数,(1) 电流放大系数 当BJT接成共发射极电路时，静
15、态(无输入信号)时集电极电流IC与基极电流IB的比值称为共发射极静态电流(直流)放大系数 (2) 集-基极反向饱和电流ICBO 集-基极反向饱和电流是当发射极开路时的集电极电流。 (3) 集-射极反向饱和电流ICEO 集-射极反向饱和电流是当基极开路时的集电极电流。 (4) 集电极最大允许电流ICM 集电极电流IC超过一定值时，BJT的值要下降。 (5) 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 基极开路时，加在集电极和发射之间的最大允许电压称为集-射极反向击穿电压U(BR)CEO。,1.4.4 双极型晶体管的主要参数,(6) 集电极最大允许耗散功率PCM BJT工作时集电极的功率损耗PC=ICU
16、CE。,(1) 电流放大系数,当BJT接成共发射极电路时，静态(无输入信号)时集电极电流IC与基极电流IB的比值称为共发射极静态电流(直流)放大系数,(2) 集-基极反向饱和电流ICBO,集-基极反向饱和电流是当发射极开路时的集电极电流。ICBO是由少数载流子的漂移运动造成的，受温度的影响大。在室温下，小功率锗管的ICBO约为几微安到几十微安，小功率硅管在1A以下，且硅管温度稳定性优于锗管。,(3) 集-射极反向饱和电流ICEO,集-射极反向饱和电流是当基极开路时的集电极电流。因为它好像是从集电极直接穿透BJT而到达发射极的，所以又称为穿透电流。ICEO受温度的影响很大，在数值上约为ICBO的倍，ICBO愈大、愈高，BJT的温度稳定性愈差。一般硅管的ICEO比锗管的小23个数量级。,(4) 集电极最大允许电流ICM,集电极电流IC超过一定值时，BJT的值要下降。当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。因此，在使用BJT时，IC超过ICM并不一定会使BJT损坏，但以降低值为代价。,(5) 集-射极反向击穿电压U(
