無線電技術導論 第三章 電子器件課件

第三章電子器件序

■導體、絕緣體、半導體

■半導體器件第一節(jié)半導體二極管

■半導體二極管的工作特性

■半導體二極管的電壓和電流關系

■半導體二極管的種類及其主要特性參數(shù)與常用電路

■半導體二極管的種類與選用第二節(jié)半導體三極管

■半導體三極管的工作特性

■半導體三極管常用電路

■半導體三極管的種類與選用序一.導體、絕緣體、半導體

物質按照導電能力的大小分為導體、絕緣體和半導體。導體具有良好導電能力的物質。其電阻率在10-6~10-1歐姆·厘米(Ω·cm)。例如,金屬。銀銅鋁的電阻率為10-6~10-5Ω·cm絕緣體導電能力能力很差或不能導電的物質。其電阻率一般大于106~1018歐姆·厘米(Ω·cm)。例如,玻璃、塑料、陶瓷,其電阻率大于109Ω·cm半導體導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。其電阻率在10-3~109歐姆·厘米(Ω·cm)。例如,硅,其電阻率為2.14×105Ω·cm二.半導體的特點

半導體不僅在于其電阻率與導體和絕緣體的在數(shù)值上差別,而且在于其導電性具有兩個顯著的特點:

電阻率受雜質的影響極大

在半導體中摻入雜質，其電阻率會顯著下降。例如,硅(Si)中含有億分之一的硼(B),其電阻率會下降到2.14×103Ω·cm,比無雜質的純硅降低100倍。如果半導體所含雜質的類型不同,其導電類型也不同。電阻率受外界條件(如熱、光等)的影響很大

溫度升高或受光照射時,半導體的電阻率會迅速下降。

四.本征半導體的原子結構原子由帶正電的原子核和帶等量負電的核外電子組成。原子呈電中性。電子分列在不同的殼層上繞原子核運動。每殼層軌道上分列的最大電子數(shù)為2n2(n是殼層數(shù))。內層電子受原子核的吸引力大于外層電子。最外層電子為價電子,容易脫離原子核的束縛，成為自由電子。根據(jù)泡利不相容原理,1s層最多容納的電子數(shù):22s層最多容納的電子數(shù):22p層最多容納的電子數(shù):63s層最多容納的電子數(shù):23p層最多容納的電子數(shù):63d層最多容納的電子數(shù):10硅原子有14個電子,分列在1s,2s,2p,3s,3p層上,3層沒滿只有4個電子,所以硅有4個價電子,為四價元素。五.N型半導體與P型半導體本征半導體由于其原子外層電子的熱運動,存在成對產(chǎn)生的自由電子和空穴,在溫度t下,自由電子和空穴對的產(chǎn)生與復合會達到動態(tài)平衡,數(shù)量有限而且是t的函數(shù)。因此,本征半導體導電性能低。根據(jù)半導體的一個顯著特點：在半導體中摻入雜質，其電阻率會顯著下降。因此，通過在半導體中摻入一定量的雜質，可以獲得滿足導電性要求(電阻率,導電載流子類型)的半導體材料。1.N型半導體例如，在Si本征半導體材料中摻入五價元素磷(P),P原子貢獻出1個自由電子。因此,P原子被稱作施主。Si半導體材料中自由電子數(shù)量取決于摻入的P原子數(shù)量(摻雜濃度),其多數(shù)載流子是P原子貢獻的自由電子。摻入P的Si半導體為N型半導體。2.P型半導體例如，在Si本征半導體材料中摻入三價硼(B),B原子空出1個空 穴。因此,B原子被稱作受主。Si半導體材料中空穴數(shù)量取決于摻入的B原子數(shù)量(摻雜濃度)。Si半導體多數(shù)載流子是B原子空出的空穴。摻入B的Si半導體為P型半導體。第一節(jié)半導體二極管

一、半導體二極管工作特性二極管在電路中具有單向導電性。按國際制(SI),在電路中二極管的符號:D工作原理：

無外電場時

外加電場時二、半導體二極管的電壓和電流關系在溫度T下,二極管伏安特性曲線：

△二極管具有單向導電特性?！鳒囟壬邥r,半導體的電阻率會迅速下降,V-I曲線會漂移。

VF:正向電壓

IF:正向電流

IFM:最大正向電流

VR:反向電壓

VRWM:反向工作峰值電壓

IR

(

IRM

)

:反向電流常用電路(續(xù))

⑵全波整流電路

E:交流電壓有效值

Vo:輸出電壓有效值VR:二極管最大反向電壓

υo=0≤ωt≤2π

⑶橋式整流電路

⑷檢波電路

常用電路(續(xù))⑵雙向限幅電路

⑶邏輯電路

3.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管工作原理是齊納(Zener)擊穿特性。Zener提出:當PN結的電場強度足夠大時(106V/cm),可直接把晶格原子中的價電子從束縛狀態(tài)解放出來,成為載流子,從而使反向電流劇增。穩(wěn)壓管也稱齊納管。

齊納擊穿是非破壞性擊穿。穩(wěn)壓管的作用:穩(wěn)定電壓。

主要參數(shù):VZ工作電壓

IZ

在工作電壓范圍內的工作電流

IZM

在工作電壓范圍內的最大工作電流

rZ微分電阻

IR反向電流

αVZ工作電壓溫度系數(shù)Ptot總耗散功率常用電路:

⑴穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓管D與負載RL并聯(lián)，此電路也稱作并聯(lián)穩(wěn)壓電路。

穩(wěn)壓管D的作用:保護負載RL不受電源浪涌的影響,使Vo=VZ。

該電路對負載的要求:ILRL=VZmin～VZmax，所以，IZmin≤IL≤IZmax，否則無法VZ保持。4.變容二極管變容二極管

是利用半導體PN結電容(或金屬-半導體接觸勢壘)隨外加電壓的非線性變化。

變容二極管通常在反向偏壓下工作。變容管的作用:

作為變電抗(替代可變電容)用于調諧電路。變容管的等效電路:主要參數(shù):

VR工作電壓(反向偏壓)

VB

(VRm)最大工作電壓

Ct

在工作電壓VR下的結電容

突變結:n=2,緩變結:n=3,超突變結:n＜2rs

串聯(lián)電阻

Q結電容品質因數(shù),是表示結電容品質的參數(shù)，Q=1/2πfrsCt

rs越小，Q值越高。fC截止頻率,是Q=1時f值,fC=1/2πrsCt

,rs越小,fC越高。

常用電路⑴壓控振蕩電路

VCO

常用電路(續(xù))

⑵倍頻電路變容管的作用:基波經(jīng)fi濾波器至變容管時,由于變容管C-V為非線性關系,在A點除基波外,還有二次諧波2fi,三次諧波3fi,…

用諧波nfi濾波器可取得所需的第

n次諧波。第二節(jié)半導體三極管

一、半導體三極管工作特性按國際制(SI),在電路中三極管的符號:T

1.

雙極型晶體管

△工作原理(NPN管示例)

△雙極型晶體管V-I特性曲線

NPN管示例

△雙極型晶體管的主要特性參數(shù)

Ptot總耗散功率PCM集電極耗散功率IC集電極電流ICM集電極峰值電流IB基極電流IE發(fā)射極電流VCE(sat)集電極-發(fā)射極飽和電壓VBE(sat)基極-發(fā)射極飽和電壓V(BR)CEOIB=0時集電極-發(fā)射極擊穿電壓V(BR)CBOIE=0時集電極-基極擊穿電壓V(BR)EBOIC=0時發(fā)射極-基極擊穿電壓ICEOIB=0時集電極-發(fā)射極截止電流ICBOIE=0時集電極-基極截止電流IEBOIC=0時發(fā)射極-基極截止電流

二、半導體三極管常用電路1.雙極型晶體管基本電路

1.雙極型晶體管基本電路(續(xù))雙極型晶體管基本電路中電壓和電流的相位關系共發(fā)射極電路電壓反相電流同相

共基極電路電壓反相電流反相

共集電極電路電壓同相電流反相2.雙極型晶體管基本電壓放大電路

⑴直流偏置狀態(tài)---靜態(tài):(υi=0)

●靜態(tài)工作點●靜態(tài)工作點的確定

方法一:計算法⊙靜態(tài)基極電流VBE和IB的計算

VBE=E-IBRB,IB=(E-VBE)/RB

由于EB結為正向偏置，VBE比較小(硅管:0.6~0.7V;鍺管:0.3~0.4V;),

因此,IB≈E/RB,當E和RB確定后,IB即可確定?！鸯o態(tài)集電極電流IC的計算

IC=hFEIB(IC=βIB)晶體管其hFE(β)是確定的,IC即可確定⊙靜態(tài)集電極-發(fā)射極電壓VCE的計算VCE=E-ICRC,當E和RC確定后,VCE即可確定?！耢o態(tài)工作點的確定(續(xù))

方法二:圖解法例:已知硅晶體管的輸出特性曲線(如右圖),E=12V,RB=370Ω,RC=2kΩ。用圖解法確定靜態(tài)工作點。解：①IC=0,VCE=E=12V,在圖上標M點;VCE=0,IC=E/RC=6mA,圖上標N點;②確定Q點,IB=(E-VBE)/RB=6mA硅管VBE=0.7V,IB=(E-VBE)/RB≈30μA●設置靜態(tài)工作點的意義

保證輸出信號完整不失真如果工作點不當,會造成:⑴丟失輸入信號負半周●設置靜態(tài)工作點的意義(續(xù))

⑵輸出信號非線性失真

當E和晶體管T確定時,

調整RC↓,避免飽和失真;調整RB↓,

避免截止失真2.雙極型晶體管基本電壓放大電路(續(xù))

⑴直流偏置狀態(tài)---靜態(tài):(υi=0)

⑵放大狀態(tài)---動態(tài):υBE=VBE+υiiB=IB+ibiC=IC+icυCE=E-iCRC=E-ICRC–icRC

三、半導體三極管的種類與選用1.國產(chǎn)三極管的型號

例如：3CG120

3DG1823DD1693CD4