電子電路PPT4

1、雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系第四章第四章 半半導導體器件體器件第一節(jié) 半導體材料及PN結(jié) 導體導體半導體半導體 絕緣體絕緣體 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系一、本征半導體 純凈的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導體稱為本征半導體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導體。 當溫度升高或受到外界其他因素影響時，少數(shù)價電子獲得能量從而掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子，在原來的共價鍵的相應位置留下一個空位，稱之為“空穴”。A處為空穴，B處為自由電子。因為自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的，所以稱為電子空穴對，此時整個原子對外仍然呈現(xiàn)電中性，這種現(xiàn)象就稱為本征激

2、發(fā)。 可見，在本征半導體中存在兩種載流子：帶負電荷的電子載流子和帶正電荷的空穴載流子。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系二、雜質(zhì)半導體(一) N型半導體 在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導體。N型半導體也稱為電子型半導體。(二) P型半導體 純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半導體。P型半導體也稱為空穴型半導體。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系三、PN結(jié)（一）PN結(jié)的形成在這個區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴散到對方，或被對方擴散過來的多數(shù)載流子(到了本

3、區(qū)域后即成為少數(shù)載流子了)復合掉了，即多數(shù)載流子被消耗盡了，所以又稱此區(qū)域為耗盡層，它的電阻率很高，為高電阻區(qū)。 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系P區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負電荷，N區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)正電荷，因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的電場，由于這個電場是載流子擴散運動形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為內(nèi)電場 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系(二) PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)在未加外加電壓時，擴散運動與漂移運動處于動態(tài)平衡，通過PN結(jié)的電流為零。 外加正向電壓（正偏）外加正向電壓（正偏） 外加反向電壓（反偏）外加反向電壓（反偏） PN結(jié)的

4、擊穿特性結(jié)的擊穿特性 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系第二節(jié) 半導體二極管一、半導體二極管的結(jié)構(gòu) 半導體二極管簡稱“二極管”。它是由一個PN結(jié)組成的器件，具有單向?qū)щ姷男阅?，因此，常用它作為整流或檢波的器件。二極管有兩個電極，接P型半導體的引線叫陽極，接N型半導體的引線叫陰極 二極管在電路中常用“VD”加數(shù)字表示，如：VD5表示編號為5的二極管。 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系 二極管按材料分，有鍺二極管、硅二極管和砷化鎵二極管，前兩種應用最廣泛。 按用途分有整流二極管、檢波二極管、開關二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管

5、等。按結(jié)構(gòu)不同分為點接觸型二極管和面接觸型二極管 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系二、二極管的特性和主要參數(shù)（一）二極管的伏安特性 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二）二極管參數(shù) 一般的檢波、整流二極管主要有以下四個參數(shù)： 最大整流電流最大整流電流 IEM最大反向電壓最大反向電壓 最大反向電流最大反向電流 最高工作頻率最高工作頻率 URMIRMfM雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系三、二極管的基本應用（一）整流 整流是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變?yōu)閱蜗蛎}動直流電的過程。最簡單的整流電路如圖 （

6、a）如圖（b）所示。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二）限幅 限幅電路是用來限制輸入信號電壓范圍的電路。它利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯ê髢啥穗妷夯静蛔兊奶攸c，在電路中作為限幅元件，從而把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)，最簡單的限幅電路如圖（a）所示。當輸入電壓iu小于二極管開啟電壓時， 由于二極管不導通，輸出電壓0u隨著輸入 電壓作相應變化；當iu大于二極管開啟電壓時， 二極管導通，輸出電壓0u等于管壓降，圖 4-8（b） 為管壓降等于 0.7V 時的限幅電路波形圖。 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系四、幾種常見的二極管最常見、最普

7、通的二極管是整流管、檢波管、開關管和發(fā)光二極管。（一）整流二極管 整流二極管是面接觸型的，多采用硅材料構(gòu)成。 整流二極管有金屬封裝和塑料封裝兩種。 （二）檢波二極管 檢波的作用是把調(diào)制在高頻電磁波上的低頻信號檢取出來。 檢波效率=（直流輸出電壓/輸入信號電壓峰值）100%雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（三）開關二極管 開關二極管有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，廣泛應用于自動控制電路中。開關二極管多以玻璃及陶瓷外形封裝，以減小管殼電容。（四）發(fā)光二極管 半導體發(fā)光二極管是用PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)換成光能的一種器件，它可用作光電傳感器、測試裝置、遙測遙控設備

8、等。按其發(fā)光波長，可分為激光二極管，紅外發(fā)光二極管與可見光發(fā)光二極管?？梢姽獍l(fā)光常簡稱發(fā)光二極管。 小電流發(fā)光二極管體積小，根據(jù)需要，外形可以做成圓形、方形、圓柱形、矩陣形等多種，發(fā)光二極管在電路中的符號如圖 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系第三節(jié) 半導體三極管一、半導體三極管的基本結(jié)構(gòu)和類型半導體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型：NPN型和PNP型。包含三層半導體：基區(qū)(相連電極稱為基極，用B或b表示); 發(fā)射區(qū)(相連電極稱為發(fā)射極，用E或e表示);集電區(qū)(相連電極稱為集電極，用C或c表示)。 E-B間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)， C-B間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。

9、雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系二、雙極型半導體三極管（一） 雙極型半導體三極管的結(jié)構(gòu) 雙極型半導體三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。中間部分稱為基區(qū)，相連電極稱為基極，用B或b表示；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，相連電極稱為發(fā)射極，用E或e表示；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示。 E-B間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)，C-B間的PN結(jié)稱為集電結(jié)(Jc)。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二） 雙極型半導體三極管的電流分配與控制 雙極型半導體三極管在工作時一定要加上適當?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓

10、?，F(xiàn)以 NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內(nèi)部的電流關系，見圖 由以上分析可知，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關鍵。若兩個PN結(jié)對接，相當基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用，基區(qū)從厚變薄，兩個PN結(jié)演變?yōu)槿龢O管。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（三）雙極型半導體三極管的電流關系1. 三種組態(tài) 雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入， 兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見圖 共發(fā)射極接法：發(fā)射極作為公共電極，用CE表示;共集電極接法：集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法：基極作為公共電

11、極，用CB表示。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系2. 三極管的電流放大系數(shù) ECNII稱為共共基基極極直直流流電電流流放放大大系系數(shù)數(shù)。 它表示最后達到集電極的電子電流CNI與總發(fā)射極電流EI的比值。 CNI與EI相比，因CNI中沒有EPI和BNI，所以的值小于 1， 但接近 1。 由此可得： CBOBCCBOECBOCNC)(IIIIIIII11CBOBCIIIBCBOCNC)(IIIIIB定義： 稱為共共發(fā)發(fā)射射極極直直流流電電流流放放大大系系數(shù)數(shù)，有： 11)1(1)11(BBBCBOBBCIIIIIII因1，1 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技

12、術學院機電與信息工程系三、雙極型半導體三極管的特性曲線共發(fā)射極接法三極管的特性曲線為：輸輸入入特特性性曲曲線線常數(shù)CEUBEB)(UfI（CEU是參變量） 輸輸出出特特性性曲曲線線常數(shù)BIBEC)(UfI（BI是參變量） B表示輸入電極，C表示輸出電極，E表示公共電極。所以這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系共發(fā)射極接法的供電電路和電壓-電流關系如圖 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（一）輸入特性曲線 共發(fā)射極接法的輸入特性曲線見圖其中 的那一條相當于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。V0CEU輸入特性曲線的

13、分區(qū)為死區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二）輸出特性曲線 共發(fā)射極接法的輸出特性曲線如圖它是以 為參變量的一族特性曲線。輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域：飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)BI雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系四、半導體三極管的參數(shù)半導體三極管的參數(shù)分為直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)三大類。（一）直流參數(shù) 1.直流電流放大系數(shù)：常數(shù)CEBCBCEOC)(UIIIII共基極直流電流放大系數(shù)：ECECBOCIIIII/)(雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系 2.極間反向電流集電極-基極間反向飽和

14、電流 CBOI集電極-發(fā)射極間的反向飽和電流CEOICBOCEO)1 (II雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二） 交流參數(shù)1.交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) :共基極交流電流放大系數(shù) ：常數(shù)CEBCUII常數(shù)CBECUII雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系2.特征頻率Tf雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（三）極限參數(shù)雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系五、半導體三極管的型號國家標準對半導體三極管的命名如下：第二位：A表示鍺PNP管、B表示鍺NPN管、C表示硅PN

15、P管、D表示硅NPN管。第三位：X表示低頻小功率管、D表示低頻大功率管、G表示高頻小功率管、A表示高頻大功率管、K表示開關管。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系第四節(jié) 場效應管一、結(jié)型場效應管（一）JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理在N型半導體材料的兩側(cè)分別制作兩個高濃度P區(qū)，形成兩個PN結(jié)。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系 兩個PN結(jié)構(gòu)成的空間電荷區(qū)，大多是不能移動的正負離子，可移動的載流子很少，故又稱作耗盡區(qū)。根據(jù)PN結(jié)理論，耗盡區(qū)的寬窄除受半導體中雜質(zhì)濃度的影響外，還受反向偏置電壓大小的控制。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術

16、學院機電與信息工程系（二）JFET的特性曲線結(jié)型場效應管特性曲線包括轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。1轉(zhuǎn)移特性曲線 常數(shù)DSVGSufi)(d雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系2. 輸出特性曲線常數(shù)GSVDSufi)(d圖是JFET的一族輸出特性曲線，根據(jù)曲線分布特點將其劃分為四個區(qū)可變電阻區(qū)（也稱非飽和區(qū)）恒流區(qū)（也稱線性放大區(qū)、飽和區(qū)、有源區(qū)）夾斷區(qū)（也稱截止區(qū)）擊穿區(qū)雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系二、絕緣柵型場效應管（一）增強型MOS場效應管1.結(jié)構(gòu)和標識符號N溝道增強型MOS場效應管結(jié)構(gòu)示意圖雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅

17、安職業(yè)技術學院機電與信息工程系2.N溝道增強型MOS管的工作原理 按圖所示連接電路，漏源之間加正向電壓vds，源極與襯底相連作為參考電位。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系3.轉(zhuǎn)移特性常數(shù)DSVGSufi)(d將描述輸出電流與輸出電壓之間關系的特性曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系4.輸出特性 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二）耗盡型MOS場效應管雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（三）場效應管的主要參數(shù)1.開啟電壓開啟電壓 2.夾斷電壓夾斷電壓 3

18、.飽和漏電流飽和漏電流 4.低頻跨導低頻跨導 5.最大耗散功率最大耗散功率 雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系三、FET與BJT的比較1.相似之處2.導電機制與穩(wěn)定性的差異3.控制方式與直流輸入電阻的不同 4.單極電壓增益及噪聲不同5.其他6.工作在線性放大區(qū)的偏置方式不同雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系第五節(jié) 晶閘管一、晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作原理（一）晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管外部有三個電極，內(nèi)部是由PNPN四層半導體構(gòu)成，最外層的P層和N層分別引出陽極A和陰極K，中間引出控制極G，內(nèi)部有三個PN結(jié)。雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系（二）工作原理晶閘管按圖（a）構(gòu)成工作電路，圖（b）表示其工作原理。晶閘管可以存在以下幾種工作方式。1晶閘管的正向阻斷2晶閘管的導通3控制極的控制作用4晶閘管導通后的關斷雅安職業(yè)技術學院機電與信息工程系