單元5電工電子技術

1、 鏈接動畫片鏈接動畫片 獨特的導電特性獨特的導電特性 3.3.摻入微量元素摻入微量元素導電能力導電能力 14 + 硅原子結構硅原子結構 4+ 簡化模型簡化模型 純凈的具有晶體結構的半導體。純凈的具有晶體結構的半導體。價電子價電子 4 4價元素（硅、價元素（硅、 鍺）鍺） 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 自由自由 電子電子 空穴空穴 4 4 4 4 4 4 自由自由 電子電子 空穴空穴 4 4 4 4 4 4 自由自由 電子電子 電電 場場 電子流電子流 4 4 4 4 4 4 電子遞補電子遞補 空穴流空穴流 電電 場場 4 4 4

2、 4 4 4 半導體電流半導體電流 = = 電子流電子流 + + 空穴流空穴流 電電 場場 空穴流空穴流 電子流電子流 4 4 4 4 4 5 +5 4 4 4 4 4 5 多子多子-電子電子 少子少子-空穴空穴 +5 4 N型半導體示意圖型半導體示意圖 4 4 4 4 4 3 +3 多子多子-空穴空穴 少子少子-電子電子 4 4 4 4 4 3 +3 P型半導體示意圖型半導體示意圖 鏈接動畫片鏈接動畫片 N區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū) 負離子負離子空穴空穴正離子正離子電子電子 一、一、PN結的形成結的形成 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （耗盡層）（耗盡層） 內電場內電場 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 擴散運動擴散運動濃度差造成運動。

3、濃度差造成運動。 復合復合自由電子填補空穴，兩者同時消失的現(xiàn)象。自由電子填補空穴，兩者同時消失的現(xiàn)象。 漂移運動漂移運動載流子在電場力作用下的運動。載流子在電場力作用下的運動。 多子擴多子擴 散運動散運動少子漂少子漂 移運動移運動 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （耗盡層）（耗盡層） 內電場內電場 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 濃度差濃度差多子多子擴散運動擴散運動復合復合產(chǎn)產(chǎn)生生內電場內電場阻礙阻礙 多子擴散多子擴散有利有利少子少子漂移運動漂移運動擴散運動和漂移運擴散運動和漂移運 動達到動達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡形成一定寬度形成一定寬度PN結結 多子擴多子擴 散運動散運動 少子漂少子漂 移運動移運動 P N結結 P N 內

4、電場內電場 內電場內電場 R E 外電場外電場 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) ID PN結結 R E P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) I反 反 PN結結 內電場內電場 外電場外電場 陽極陽極陰極陰極 符號符號 3.3.： PN 外殼外殼 陰極引線陰極引線 金屬絲金屬絲 N N型鍺片型鍺片 N N型硅型硅 二氧化硅保二氧化硅保 護層護層 底座底座 N型硅型硅 金銻合金銻合 金金 鋁合金鋁合金 小球小球 PNPN結結 R E ID I ID E I反 反 電流不電流不 為零為零 R I/mA U/VO 死區(qū)死區(qū) UT I/mA U/VO IS UBR 死區(qū)死區(qū) UT I/mA U/VO IS UBR 死區(qū)死區(qū) UT 歸納歸納 ui

5、 tO uO tO ui + - uO - + + RL I/mA U/VO IS UBR 硅硅幾幾 A 鍺鍺幾十幾十 幾百幾百 A 硅管的溫度穩(wěn)硅管的溫度穩(wěn) 定性比鍺管好定性比鍺管好 C PN + + R ui M ID UR - + UD -+ R UV I D 例例1-3-1分別用二極管理想模型和恒壓降模型分別用二極管理想模型和恒壓降模型 求出求出 IO 和和 UO 的值。的值。 IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA) UO = V = 6 V UO = E UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA) 解解

6、: 1.1.理想模型理想模型 2.2.恒壓降模型恒壓降模型 2 V 6K uO tO 整流：整流： 已知：二極管理想化已知：二極管理想化 求：求：uO波形波形 ui + - （二）二極管應用舉例（二）二極管應用舉例 ui tO uO - + + 分析思路 RL . .檢波作用：檢波作用：從載波信號中檢出從載波信號中檢出 音頻信號。音頻信號。 ui + - uO - + + RLC 旁路高頻信號旁路高頻信號 載波信號經(jīng)二極管載波信號經(jīng)二極管 后負半波被削去后負半波被削去 檢出音頻信號檢出音頻信號 t t t . .限幅：限幅： 已知：二極管已知：二極管UD0.7V 求：求：uO波形波形 5 ui

7、 t o 3.7 + - + - uiuO - + + uO t o 3.7 分析思路 實驗一、二極管的限幅作用實驗一、二極管的限幅作用 EDA 實驗實驗 鏈接鏈接EDA1 二極管限幅電路二極管限幅電路 EDA 實驗實驗 EDA 實驗實驗 限幅作用。限幅作用。 電路情況輸出波形 無限幅電路 去掉1V的限 幅電路 去掉2V的限 幅電路 uA uB uO 已知已知: : 求：求： . .鉗位與隔離鉗位與隔離 -12V R F A B （1） uA與與uB為相同電平時為相同電平時， DA、DB均導通。均導通。 1V 0.3V 0.3V3V 3V 3.7V 分析思路 -12V R uA uB uO F

8、 A B 0.3V 3V 1V （2） uA與與uB為不同電為不同電 平時：平時： 二極管箝位作用二極管箝位作用 分析思路 隔離隔離 -12V R uA uB uO F A B （一）（一）穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓作用 工作在工作在 （二）穩(wěn)壓管符號（二）穩(wěn)壓管符號 陽極陽極陰極陰極 UZ IZ IZmax IZ UZ Dz U/V I/mA O ( (三三) )應用應用 + UI - UOUZ + - UI增加增加, ,UO基基 本不變本不變, ,增加量由增加量由 R承擔承擔 。 限流電阻限流電阻 調節(jié)電阻調節(jié)電阻 R D RL Uo = UZ 實驗二、穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用實驗二、穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用 EDA

9、實驗實驗 鏈接鏈接EDA2 EDA 實驗實驗 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 L變化 變化,UO基本不變。基本不變。 EDA 實驗實驗 R uo 1k5%7.024V 1k80% 6.916V O I/mA U/V Z Z I U 4.4.動態(tài)電阻動態(tài)電阻 rZ ： 愈愈 小穩(wěn)壓效果好。小穩(wěn)壓效果好。 IZmax 3.3.最大耗散功耗：最大耗散功耗： PZM= UZ IZmax UZ56V 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù) UZ56V 負溫度系數(shù)負溫度系數(shù) 5VUZ6V 溫度系數(shù)最小溫度系數(shù)最小 例：例：2CW15的的U=0.07%/ 溫度提高，穩(wěn)溫度提高，穩(wěn) 定電壓增加定電壓增加 O I/mA U/V IZmax 歸

10、納歸納 二極管二極管 1.1.二極管的特性：二極管的特性： 2.2.特性曲線：特性曲線： 3.3.應用：應用： 4.4.二極管的主要參數(shù)。二極管的主要參數(shù)。 二極管的結電容。二極管的結電容。 5.5.穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管：二極管二極管 陽極陽極 陰極陰極 PN PNN 是什么是什么? b c e NPN型型 N N P P P N PNP型型 幾百微米幾百微米 幾微米幾微米 eb c 鏈接動畫片鏈接動畫片 e b uCE 輸出端口輸出端口 + - uBE 輸入端口輸入端口 + - + - UCB + - UCE + - UBE N N P b e c NP b c e RB EB + - RC +

11、- EC RC RB + - EC EB + - + - UCB + - UCE + - UBE P P N b e c RB RC + - EC RC RB b c eEB + - + - EC EB + - VCVbVe VCVbVe UBE 硅硅0.60.8V 鍺鍺0.10.3V UCB UCEUCB UBE UCE + - UCB + - UCE + - UBE b c e RC RB + - EC EB + - IB IE IC RC RB EB + - + - EC mA mA A IB IE IC IC、 IB流入流入， IE流出流出 IC、 IB流出流出， IE流入流入 RC

12、RB + - EC EB + - IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 （1）IE=IB +IC （2）ICIB IE IC 結論 符合基爾霍夫電流定律符合基爾霍夫電流定律 測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù) IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 （3）I B 與與IC的比例為常數(shù)的比例為常數(shù) 35 020 700 B C . . I I

13、35 040 501 B C . . I I B C I I 測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù) IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 (4) I B微小變化引起了微小變化引起了IC較大變化較大變化 40 020040 700501 B C . . I I B C I I ICBO b c e P N N IB(mA)0-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36

14、e b c P N N IB(mA)0-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 ICEO ui uBE變變 iE變變 iB小變化小變化 iC大變化大變化 uRC變變 將小信號放大將小信號放大 iB iE iC uBE ui EC + - RC EB + - RB uO 內部條件內部條件 放大的條件放大的條件 外部條件外部條件 iB iE iC uBE EC + - RC EB + - RB ui BE BCBOBC BCE )1( )1( II IIII III B C I I

15、B C I I EC c極極 b極極 e極極 N P N c結結 e結結 RB B EB B RC 1.1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子 EC c極極 b極極 e極極 N P N c結結 e結結 RB B EB B RC ICBO IC IB IE I CN I BN I EN 載載流子運動形成的電流流子運動形成的電流 BCCBOBNCBOCNE IIIIIII EC RC EB RB c極極 b極極 e極極 N P N c結結 e結結 IB IC IE I EN I CN ICBO I BN uo ui + - EC RC RB c極極 b極極 e極極 N P N c結結 e結結

16、 IEN ICN ICBO IBN IC IE IB uo ui + - BCE III 復合復合收集收集發(fā)射發(fā)射 B C I I 3.5V 2.8V 12V 類型：類型： 材料：材料： 電極：電極： + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c eUBE 解題思路 IB IC UCE + - + - UBE EB + - RB RC + - EC A mA V V e結相當一個二結相當一個二 極管極管,但要受輸?shù)茌?出出UCE的影響的影響 UCE 1V IB/mA UBE/VO UCE=3V UCE=0V 常常數(shù)數(shù) CE )( BEB U

17、 UfI IB/mA UBE/VO IB IC UCE + - + - UBE RB RC + - EC EB + - A mA V V 近似重合近似重合 常數(shù)常數(shù) B )( CEC I UfI IB IC UCE + - + - UBE RB RC + - EC EB + - A mA V V IB1=0 IB2=20A IB3=40 IB4=60 IB5=80 IB6=100 0 UCE/V IC/mA 1 2 3 4 36912 IB1=0 IB2=20A IB3=40 IB4=60 IB5=80 IB6=100 0 UCE/V IC/mA 1 2 3 4 36912 IB IC uCE

18、 IC 0 IB=0A 20A 40A 60A UCE/V IC/mA 36912 1 2 3 4 40 A4060 A5 . 13 . 2 B C m I I 曲線間距反映曲線間距反映 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 0 UCE/(V) IC/(mA) IC1 IB1 IC2 IB2 IB IC UCES飽和壓降飽和壓降 放大 區(qū) 飽和 區(qū) 截止區(qū) e結正向偏 置 正向偏 置 反向偏 置 c結反向偏 置 正向偏 置 反向偏 置 UCE= UCB+ UBE UCB為負，由為負，由 反向偏置反向偏置轉為轉為正向偏置。正向偏置。 UCB為零；為零； + - UCB + - UCE + - UBE EB

19、+ - EC + - RC RB b c e UCE= UCB+ UBE UCE UBE，UCB為負。為負。 + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 放大 區(qū) 飽和 區(qū) 截止區(qū) e結正向偏 置 正向偏 置 反向偏 置 c結反向偏 置 正向偏 置 反向偏 置 e結結c結均反向偏置。結均反向偏置。 + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 硅管硅管UBEICEO時）時） 2.2.極間反向電流極間反向電流ICBO，ICEO 衡量衡量 CBOCEO )1(II ICBO 不超過不超過100 盡可能小盡可能小 + - EC + - EC A ICEO A 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 隨溫度增高隨溫度增高 而增大。而增大。 放大能力放大能力 常數(shù) CE B C U I I ( (二二) ) 交流參數(shù)交流參數(shù) ( (三三) ) 極限參數(shù)極限參數(shù)ICM，PCM，U