电工电子学课件第09章-二极管和晶体管(1).ppt

1、电工电子学下篇电工电子学下篇-电子技术电子技术 电子技术电子技术是把是把电子元器电子元器件组成的电子电件组成的电子电路应用到科学、技术、生产、生活各领域路应用到科学、技术、生产、生活各领域的的应用技术应用技术，电子电路是，电子电路是信息社会信息社会产生、产生、传送、处理信号的传送、处理信号的硬件载体硬件载体。1电工电子学下篇-电子技术第第9章章 二极管和晶体管二极管和晶体管第第10章章 基本放大电路基本放大电路第第11章章 运算放大器运算放大器第第12章章 直流稳压电源直流稳压电源第第13章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路第第1

2、5章章 模拟量和数字量转换模拟量和数字量转换29.1 半导体的导电特性9.2 半导体二极管9.3 稳压二极管 第第9 9章章 二极管和晶体管二极管和晶体管3半导体基础知识半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。4半导体半导

3、体半导体半导体的导电能力受外界因素的影响很大：的导电能力受外界因素的影响很大：的导电能力受外界因素的影响很大：的导电能力受外界因素的影响很大：对温度敏感对温度敏感对温度敏感对温度敏感 热敏元件热敏元件热敏元件热敏元件 掺杂掺杂掺杂掺杂 半导体二极管、三极管、场效应管、半导体二极管、三极管、场效应管、半导体二极管、三极管、场效应管、半导体二极管、三极管、场效应管、晶闸管等半导体器件晶闸管等半导体器件晶闸管等半导体器件晶闸管等半导体器件半导体及其特点半导体及其特点 对光照敏感对光照敏感对光照敏感对光照敏感 光电管、光电池等光敏元件光电管、光电池等光敏元件光电管、光电池等光敏元件光电管、光电池等光敏

4、元件半导体的这些特点是由其原子结构决定的半导体的这些特点是由其原子结构决定的半导体的这些特点是由其原子结构决定的半导体的这些特点是由其原子结构决定的59.1.1 本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si本征半导体：完全纯净的、本征半导体：完全纯净的、晶体结构的半导体。晶体结构的半导体。9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性6在热力学温度零度在热力学温度零度和没有外界激发时和没有外界激发时,本征半导体不导电。本征半导体不导电。共价键结构共价键结构 本征半导体的共价键结构本征半导

5、体的共价键结构硅原子硅原子价电子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+47+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空空穴穴本征激发本征激发复合复合在在常常温温下下自自由由电电子子和和空空穴穴的的形形成成成对出现成对出现成对消失成对消失8+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中掺入少量掺入少量五价五价元素元素磷原子磷原子+4+5多余价电子多余价电子正离子正离子N 型半导体中的载流子型半导体中的载流子:1 1、自由电子、自由电子2 2、空穴、空穴多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子9.1.2 N半导体和半导体和P型半导体型半导体9 N

6、 型半导体结构示意图型半导体结构示意图空穴是少数空穴是少数载流子载流子电子是多数电子是多数载流子载流子正离子正离子10+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴2.P型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中 掺入少量的掺入少量的三价三价元元 素素,形成形成P 型半导体型半导体 +4+4硼原子硼原子填补空位填补空位+3负离子负离子P 型半导体中型半导体中的载流子是的载流子是:1 1、自由电子、自由电子2 2、空穴、空穴多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子11 P 型半导体结构示意图型半导体结构示意图电子是少数载流子电子是少数载流子负离子负离子空穴是多数载流子空穴是多数载流子12半导体具有不

7、同于其它物质的特点。例如：半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，导电能力当受外界热和光作用时，导电能力明显变化明显变化,半导体对温度敏感半导体对温度敏感。往纯净的半导体中掺入某些杂质，往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。导电能力明显改变。半导体的导电特性半导体的导电特性13（三）三）PN结结1、PN结的形成结的形成flash1多子的浓度差多子的浓度差多子的扩散多子的扩散空间电荷区空间电荷区少子的漂移少子的漂移扩散扩散=飘移飘移形成稳定的形成稳定的PN结结注：注：PNPN结的结电容很小结的结电容很小142、PN结的特性结的特性 （1）PN结外加结外加正向电压正向

8、电压flash2PN结正偏结正偏PN结正向导通结正向导通外电场与内电场方向相反外电场与内电场方向相反有利于扩散进行有利于扩散进行扩散扩散飘移飘移PN结结变窄变窄外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流产生较大的扩散电流I正正152、PN结的特性结的特性 （2）PN结外加结外加反向电压反向电压flash3PN结反偏结反偏PN结反向截止结反向截止外电场与内电场方向相同外电场与内电场方向相同有利于漂移进行有利于漂移进行飘移飘移扩散扩散PN结结变厚变厚外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流产生较小的反向电流I反反 16（3）PN结的特性：结的特性：加正向电压加正向

9、电压导通导通加反向电压加反向电压截止截止单方向导电性单方向导电性+-正向电压正向电压179.2 半导体二极管半导体二极管189.2.1 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗锗锗锗管管管管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电

10、性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3V死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+理想二极管：理想二极管：导通压降导通压降=0iDuDUI0(mA)(A)199.2.2 主要参数主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压最高反向工作电压UR二极管工作是允许外加的最大反向电压值。超过

11、此值二极管工作是允许外加的最大反向电压值。超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。手册上给出的时，二极管有可能因反向击穿而损坏。手册上给出的最高反向工作电压最高反向工作电压UR一般是击穿电压一般是击穿电压U（BR）的一半。的一半。PN二极管符号：二极管符号：+U -203.反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，温度越高反向电流越大

12、。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。214、微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：工作点工作点Q处的直流电阻：处的直流电阻：R=UD/ID 22 例例例例9.19.1：下图中，已知：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA、DB为为锗管，求输出端锗管，求输出端Y的电位并说明的电位并说明二极管的二极管的作用。作用。解：解：DA优先导通，则优先导通，则VY=30.3=2.7VDA导通后导通后,DB因反偏

13、而截止因反偏而截止,起隔离作用起隔离作用,DA起钳位作用起钳位作用,将将Y端的电位钳制在端的电位钳制在+2.7V。DA 12VYABDBR3V0V-0.3V2.7V23DE3VRuiuouRuD 例例例例9.29.2：下图是：下图是二极管二极管限幅电路，限幅电路，D为理想二极管，为理想二极管，ui=6 sin t V,E=3V,试画出试画出 uo波形波形。t t ui/V Vuo/V63300 2 2 624注意注意:实际使用中要加保护措施实际使用中要加保护措施KULRiLKULVRiLuV 例例例例9.39.3：保护电路保护电路 D259.3 稳压二极管稳压二极管1.1.符号符号符号符号 U

14、ZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作时加反向电压稳压管正常工作时加反向电压稳压管正常工作时加反向电压稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电流变化很大，但其两端电流变化很大，但其两端电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，压变化很小，利用此特性，压变化很小，利用此特性，压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压稳压管在电路中可起稳压稳压管在电路中可起稳压稳压管在电路中可起稳压作用

15、。作用。作用。作用。_+UIO263.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)(2)(2)电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。(3)(3)(3)(3)动态电阻动态电阻动

16、态电阻动态电阻(4)(4)(4)(4)稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z、最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流 I IZMZM(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMrZrZrZrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。274.4.稳压原理稳压原理稳压原理稳压原理+U0RL+C+UiDzIzIoIR当电源波动或负载电流的变化引起当电源波动或负载电流的变化引起Uo变化时变化时Uo Uz Iz I =(Iz+Io)UR Uo =UiUR限流电阻必有，起到电压调节作用和保护作用。限流电阻必有，起到电压调节作用和保护作用。限流电阻必有，起到电压调节作用和保护作用。限流电阻必有，起到电压调节作用和保护作用。28例例9.3.1 求通过稳压二极管求通过稳压二极管的电流的电流IZ？R是限流电阻，是限流电阻，其阻值合适否？其阻值合适否？IZDZR=1.6k+20VUZ=12VIZM=18mA解解:IZIZ