二極管和晶體管

二極管和晶體管第1頁/共55頁2第2頁/共55頁3第3頁/共55頁4電工電子學(xué)下篇-電子技術(shù)第9章二極管和晶體管第10章基本放大電路第11章運算放大器第12章直流穩(wěn)壓電源第13章門電路和組合邏輯電路第14章觸發(fā)器和時序邏輯電路第15章模擬量和數(shù)字量轉(zhuǎn)換第4頁/共55頁59.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性9.2半導(dǎo)體二極管9.3穩(wěn)壓二極管第9章二極管和晶體管第5頁/共55頁6半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識導(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：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間。如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第6頁/共55頁7半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受外界因素的影響很大：

對溫度敏感熱敏元件

摻雜半導(dǎo)體二極管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管等半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體及其特點

對光照敏感光電管、光電池等光敏元件半導(dǎo)體的這些特點是由其原子結(jié)構(gòu)決定的第7頁/共55頁89.1.1

本征半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。Si本征半導(dǎo)體：完全純凈的、晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。9.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第8頁/共55頁9在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅原子價電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4第9頁/共55頁10+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴本征激發(fā)復(fù)合在常溫下自由電子和空穴的形成成對出現(xiàn)成對消失第10頁/共55頁11+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量五價元素磷原子+4+5多余價電子正離子N型半導(dǎo)體中的載流子:1、自由電子2、空穴多數(shù)載流子少數(shù)載流子9.1.2

N半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體第11頁/共55頁12

N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖空穴是少數(shù)載流子電子是多數(shù)載流子正離子第12頁/共55頁13+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中

摻入少量的三價元素,形成P型半導(dǎo)體

+4+4硼原子填補空位+3負離子P型半導(dǎo)體中的載流子是:1、自由電子2、空穴多數(shù)載流子少數(shù)載流子第13頁/共55頁14

P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負離子空穴是多數(shù)載流子第14頁/共55頁15半導(dǎo)體具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：當受外界熱和光作用時，導(dǎo)電能力明顯變化,半導(dǎo)體對溫度敏感

。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第15頁/共55頁16（三）PN結(jié)1、PN結(jié)的形成flash1…擴散=飄移形成穩(wěn)定的PN結(jié)注：PN結(jié)的結(jié)電容很小多子的濃度差多子的擴散（變厚、跨越阻礙）空間電荷區(qū)少子的漂移（變薄、電場驅(qū)使）第16頁/共55頁172、PN結(jié)的特性（1）PN結(jié)外加正向電壓flash2PN結(jié)正偏PN結(jié)正向?qū)ㄍ怆妶雠c內(nèi)電場方向相反有利于擴散進行擴散>飄移PN結(jié)變窄外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較大的擴散電流I正第17頁/共55頁182、PN結(jié)的特性（2）PN結(jié)外加反向電壓flash3PN結(jié)反偏PN結(jié)反向截止外電場與內(nèi)電場方向相同有利于漂移進行飄移>擴散PN結(jié)變厚外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較小的反向電流I反

第18頁/共55頁19（3）PN結(jié)的特性：加正向電壓導(dǎo)通加反向電壓截止單方向?qū)щ娦韵乱还?jié)上一頁下一頁返回第19頁/共55頁209.2

半導(dǎo)體二極管整流二極管：

工作頻率低，可通過較大電流DCReverseVoltage：300VPeakRepetitiveReverseVoltage：300VAverageRectifiedCurrent：3AMaximumReverseCurrent：TA=25°C5.0μA；TA=100°C500μA第20頁/共55頁219.2.1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?。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+理想二極管：導(dǎo)通壓降=0iDuD第21頁/共55頁229.2.2主要參數(shù)1.最大整流電流

IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR二極管工作是允許外加的最大反向電壓值。超過此值時，二極管有可能因反向擊穿而損壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UR一般是擊穿電壓U（BR）的一半。PN二極管符號：+U-第22頁/共55頁233.反向電流

IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。第23頁/共55頁244、微變電阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二極管特性曲線上工作點Q附近電壓的變化與電流的變化之比：工作點Q處的直流電阻：R=UD/ID

第24頁/共55頁25PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：rdC5、PN結(jié)電容勢壘電容擴散電容第25頁/共55頁26

例9.1(嵌位)：下圖中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB為鍺管，求輸出端Y的電位并說明二極管的作用。解：DA優(yōu)先導(dǎo)通，則VY=3–0.3=2.7VDA導(dǎo)通后,DB因反偏而截止,起隔離作用,DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V。DA

–12VYABDBR3V0V-0.3V2.7V優(yōu)先導(dǎo)通判斷方法：(1)所有二極管開路，正向電壓大的先導(dǎo)通；(2)根據(jù)優(yōu)先導(dǎo)通后的電路，在判斷其它二極管導(dǎo)通/截止。第26頁/共55頁27DE3VRuiuouRuD

例9.2(限幅)：下圖是二極管限幅電路，D為理想二極管，ui=6sintV,E=3V,試畫出

uo波形。t

t

ui

/Vuo/V6330022–6uD=

ui-3=6sint-3第27頁/共55頁289.3

穩(wěn)壓二極管1.符號UZIZIZMUZIZ2.伏安特性

穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻

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比普通二極管的反向擊穿電壓低第28頁/共55頁293.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)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率

PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。第29頁/共55頁30例9.3.1求通過穩(wěn)壓二極管的電流IZ？R是限流電阻，其阻值合適否？IZDZR=1.6kΩ+20VUZ=12VIZM=18mA解:IZ<IZM,電阻值合適第30頁/共55頁319.4晶體管

9.4.1基本結(jié)構(gòu)

9.4.2電流分配和放大原理

9.4.3特性曲線

9.4.4主要參數(shù)第9章二極管和晶體管（2）第31頁/共55頁321.NPN型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)（很?。┌l(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)（摻雜濃度高）NN+集電極C基極B發(fā)射極EPECB符號9.4.1基本結(jié)構(gòu)9.4晶體管第32頁/共55頁33集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)（很薄）發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)（摻雜濃度高）

N集電極C發(fā)射極E基極BNPP+N

CBE2.PNP型三極管第33頁/共55頁34晶體管-半導(dǎo)體三極管頻率：高頻管、低頻管功率：材料：小、中、大功率管硅管、鍺管類型：NPN型、PNP型

半導(dǎo)體三極管是具有電流放大功能的元件第34頁/共55頁35ECRCIC

UCECEBUBE共發(fā)射極接法放大電路9.4.2電流分配和放大原理三極管具有電流控制作用的外部條件

:（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應(yīng)滿足:UCB

>

0UBE

>0即

VC>

VB>

VE對于PNP型三極管應(yīng)滿足:UEB>0UBC

>0即

VC

<VB

<

VE輸出回路輸入回路公共端EBRBIBNNP第35頁/共55頁36發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子IEIB電子在基區(qū)擴散與復(fù)合集電區(qū)收集電子

電子流向電源正極形成ICICNPN電源負極向發(fā)射區(qū)補充電子形成發(fā)射極電流IE

三極管的電流控制原理EB正極拉走電子，補充被復(fù)合的空穴，形成IBVCCRCVBBRBEBC第36頁/共55頁37要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。BECNNPEBRBECIBIEIC放大的條件：IC=βIBIE=IB+IC第37頁/共55頁389.4.3

特性曲線

用來表示該晶體管各極電壓和電流之間相互關(guān)系、反映晶體管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。

以共發(fā)射極接法時的輸入特性和輸出特性曲線為例。μAmAVIBICRBEC++__EBBCE3DG6V+_+_UBEUCE第38頁/共55頁39一、輸入特性：UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0V

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。UCE=0.5V第39頁/共55頁40二、輸出特性:ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

實驗線路（共射極）第40頁/共55頁41二、輸出特性:IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。稱為線性區(qū)（放大區(qū)）第41頁/共55頁42IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。IB第42頁/共55頁43IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。第43頁/共55頁44T工作在放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；T工作在飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏；T工作在截止區(qū)條件：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏；輸入特性輸出特性第44頁/共55頁45例：已知晶體管導(dǎo)通時UBE＝0.7V，β=50。試分析uI為0V、1V、5V三種情況下T的工作狀態(tài)及輸出電壓uO、IC的值。（1）當VBB＝0時，T截止，uO＝12V。IC=0解：第45頁/共55頁46（2）當VBB＝1V時，因為所以T處于放大狀態(tài)。第46頁/共55頁47（3）當VBB＝5V時，因為所以T處于飽和狀態(tài)。

所以uO≈0V，IC≈12mA若：則：第47頁/共55頁48工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。交流電流放大倍數(shù)為：共射直流電流放大倍數(shù)：1.電流放大倍數(shù)和在以后的計算中，一般作近似處理：=9.4.4主要參數(shù)第48頁/共55頁49例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得第