電工基礎(chǔ)-晶體管基礎(chǔ)

1、電工基礎(chǔ)-晶體管基礎(chǔ)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五7-1. 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性7-2. 半導(dǎo)體二極管7-3. 穩(wěn)壓管7-4. 半導(dǎo)體三極管第2頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。 7-1. 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第3頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體一、本征

2、半導(dǎo)體最常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價(jià)元素，每個(gè)原子最外層電子數(shù)為 4 。+SiGe第4頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五 摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素 Si Si Si Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。 在N 型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。二. N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體第5頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五三、PN結(jié)的形成PN空間

3、電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)多數(shù)載流子將擴(kuò)散形成耗盡層；耗盡了載流子的交界處留下不可移動(dòng)的離子形成空間電荷區(qū)；（內(nèi)電場(chǎng)）一塊晶片的兩邊分別為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。內(nèi)電場(chǎng)阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散。第6頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。 擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱 PN 結(jié) 擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。+形成空間電荷區(qū)一、PN結(jié)的形成第7頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五 1. PN 結(jié)加正向電壓（

4、正向偏置）PN 結(jié)變窄 P接正、N接負(fù) 外電場(chǎng)IF 內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。 PN 結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+第8頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五2. PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng) P接負(fù)、N接正 內(nèi)電場(chǎng)PN+第9頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五1. 點(diǎn)接觸型2.面接觸型結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。 結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。3. 平面型 用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻

5、整流和開關(guān)電路中。 7-2. 半導(dǎo)體二極管一、 二極管的結(jié)構(gòu)和分類二極管的電路符號(hào)：PN第10頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅 平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼 點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線 面接觸型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖陰極陽極 符號(hào)D第11頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五二、二極管的伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降 外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?/p>

6、正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性硅0.60.8V鍺0.20.3VUI死區(qū)電壓PN+PN+ 反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。第12頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五二極管的單向?qū)щ娦?1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù) ）時(shí)， 二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。 2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負(fù)、陰極接正 ）時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。 3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。第13頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5

7、月20日，4點(diǎn)46分，星期五 二極管電路分析舉例 定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.60.7V鍺0.20.3V 分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若 V陽 V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導(dǎo)通若 V陽 0 時(shí):u20 時(shí)D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a D1RLD4bu20 時(shí)D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:b D2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值： Uo=0.9U2負(fù)載電流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電

8、流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo第21頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五集成硅整流橋：u2uo+ +- +第22頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五 7-3. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型二極管。它在電路中常用作穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。一、穩(wěn)壓管的圖形符號(hào)：二、穩(wěn)壓管的伏安特性：U(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-1030-12反向正向穩(wěn)壓管的伏安特性曲線與普通二極管類似，只是反向曲線更陡一些。伏安特性第23頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星

9、期五UZIZIZM UZ IZ 穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻 穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO符號(hào) 伏安特性第24頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五三、 主要參數(shù)1. 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。2. 電壓溫度系數(shù) 環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。3. 動(dòng)態(tài)電阻4. 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM5. 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。第25頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五

10、四、光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU 照度增加符號(hào)發(fā)光二極管有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾 幾十mA。光電二極管發(fā)光二極管第26頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五半導(dǎo)體三極管又叫晶體三極管，通常簡(jiǎn)稱為三極管或晶體管。它是放大電路最基本的元件之一。7.4半導(dǎo)體三極管一. 三極管結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)1. NPN型集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)發(fā)射極基極集電極結(jié)構(gòu)示意圖符號(hào)第27頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五2. PNP型集電結(jié)發(fā)射結(jié)

11、發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)發(fā)射極基極集電極結(jié)構(gòu)示意圖符號(hào)第28頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五電流分配和放大原理三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏 PNP發(fā)射結(jié)正偏 VBVE集電結(jié)反偏 VCVE集電結(jié)反偏 VCVB 第29頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五晶體管參數(shù)與溫度的關(guān)系1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu)于鍺管。2、溫度每升高 1C，UBE將減小 (22.5)mV， 即晶體管具有負(fù)溫度系數(shù)。3、溫度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。截止放大飽和發(fā)射結(jié)反偏正偏正偏集電結(jié)反偏反偏正偏各態(tài)偏置情況第30頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五例題：設(shè)三極管處于放大狀態(tài)，測(cè)得各腳對(duì)地的電位如下圖，試判斷管型（NPN或PNP）、材料（硅或鍺），并確定B、E、C極。序號(hào)U1U2U3管型材料 E B CA00.3-5B822.7C-25-2.3D-10-2.3-3第31頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)46分，星期五判斷方法：(1) 在三個(gè)電極電