电工电路修学习教案

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1、会计学1电工电工(dingng)电路修电路修第一页，共52页。 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有具有(jyu)(jyu)不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电当受外界热和光的作用时，它的导电(dodin)(dodin)能能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电它的导电(dodin)(dodin)能力明显改变。能力明显改变。第2页/共52页第1页/共52页第二页，共52页。8.1 半导体基础知识半导体基础知识（一）本征半导体（一）

2、本征半导体定义：纯净定义：纯净(chnjng)的具有晶体结构的半的具有晶体结构的半导体导体特点：特点：(1) 含有两种载流子含有两种载流子带负电带负电(fdin)的电子、带正电的空的电子、带正电的空穴穴(2) 载流子的数量少且成对出现载流子的数量少且成对出现(3) 载流子的数量受温度影响较大，温度高数量就多载流子的数量受温度影响较大，温度高数量就多第3页/共52页第2页/共52页第三页，共52页。 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电的导电(dodin)(dodin)能力越强，温度是影响半导体性能能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外

3、部因素，这是半导体的一大特点。的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电本征半导体的导电(dodin)(dodin)能力取决于载流子的能力取决于载流子的浓度。浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 1. 自由电子自由电子(z yu din z)(z yu din z)移动产移动产生的电流。生的电流。 2. 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。（二）杂质半导体（二）杂质半导体定义：掺入杂质的半导体定义：掺入杂质的半导体第4页/共52页第3页/共52页第四页，共52页。(1) P 型半导体型半导体 如果所掺杂质带来了很多空穴如果所掺杂质

4、带来了很多空穴,使得空穴的总数远使得空穴的总数远大于自由电子大于自由电子(dinz).特点：（特点：（a）空穴）空穴多数载流多数载流子子 （b）电子）电子(dinz)少数载流子少数载流子(2) N 型半导体型半导体 如果所掺杂质带来了很多自由电子如果所掺杂质带来了很多自由电子,使得使得(sh de)自自由电子的总数远大于空穴由电子的总数远大于空穴.特点：（特点：（a）电子）电子多多数载流子数载流子 （b）空穴）空穴少数载流子少数载流子 这种半导体主要靠空穴这种半导体主要靠空穴(kn xu)(kn xu)导电导电, ,又称为又称为: :空穴空穴(kn xu)(kn xu)型半导体型半导体, ,简

5、称简称:P:P型半导体型半导体 这种半导体主要靠电子导电这种半导体主要靠电子导电, ,又称为又称为: :电子型半导体电子型半导体, ,简称简称: :N型半型半导体导体第5页/共52页第4页/共52页第五页，共52页。1. PN 结的形成结的形成(xngchng)在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造(zhzo)P 型半型半导体和导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了面处就形成了PN 结。结。 单个的单个的P型或型或N型半导体与本征半导体相比型半导体与本征半导体相比,只不过只不过导电能力增强导电能力增强,仅能用

6、来制造电阻元件仅能用来制造电阻元件,半导体集成电路半导体集成电路中的电阻就是中的电阻就是(jish)这样制成的这样制成的.但是由它们所形成的但是由它们所形成的PN结却是制造各种半导体器件的基础结却是制造各种半导体器件的基础.第6页/共52页第5页/共52页第六页，共52页。P型半导体型半导体N型半导体型半导体扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层也称耗尽层。所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷当于两个区之间没有电荷(dinh)运动，空间电荷运动，空间电荷(dinh)区的厚度固

7、定不变区的厚度固定不变 PN结结.第7页/共52页第6页/共52页第七页，共52页。2. PN结的特性结的特性(txng) PN 结加上正向结加上正向(zhn xin)电压、正向电压、正向(zhn xin)偏置的意思都是：偏置的意思都是： P 区加正、区加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结加上反向电压结加上反向电压(diny)、反向偏置的意思都、反向偏置的意思都是：是： P区加负、区加负、N 区加正电压区加正电压(diny)。第8页/共52页第7页/共52页第八页，共52页。+RE一、一、PN 结正向结正向(zhn xin)偏置偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱内

8、电场被削弱，多子的扩散，多子的扩散加强能够形成加强能够形成较大较大(jio d)的扩散电流。的扩散电流。第9页/共52页第8页/共52页第九页，共52页。二、二、PN 结反向结反向(fn xin)偏置偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被加强内电场被加强，多子的扩散，多子的扩散受抑制。少子受抑制。少子漂移加强，但漂移加强，但少子数量有限少子数量有限，只能形成，只能形成(xngchng)较较小的反向电流小的反向电流。RE第10页/共52页第9页/共52页第十页，共52页。 结论：结论：PN结加正向电压结加正向电压(diny)导通导通PN结加反向电压结加反向电压(diny)截止截止

9、单向导电性单向导电性第11页/共52页第10页/共52页第十一页，共52页。8.2 半导体二极管半导体二极管一一. 基本基本(jbn)结构结构按材料分按材料分硅管硅管锗管锗管按按PN结分结分点接触型点接触型面接触型面接触型按用途分按用途分普通管普通管整流管整流管PN阳极阳极阴极阴极第12页/共52页第11页/共52页第十二页，共52页。 二、伏安二、伏安(f n)特性特性UI死区电压死区电压(diny) 硅硅管约管约0.5V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降: 硅管硅管约约0.7V,锗管锗管约约0.3V。反向反向(fn xin)击击穿电压穿电压UBR第13页/共52页第12页/共52页第十三

10、页，共52页。（三）主要参数（三）主要参数 (书书P214)(1)IF (1)IF ：额定：额定( dng)( dng)正向正向平均电流平均电流(2)UF (2)UF ：正向：正向(zhn xin)(zhn xin)电压降电压降(3)UR (3)UR ：最高反向：最高反向(fn (fn xin)xin)工作电压工作电压(4)(4)IRm ：最大反向电流：最大反向电流以上各值是选择二极管的依据。以上各值是选择二极管的依据。 因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则截反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则

11、截止止 单向导电性。单向导电性。第14页/共52页第13页/共52页第十四页，共52页。二极管：死区电压二极管：死区电压(diny)(diny)硅管约硅管约0.5V,0.5V,锗管锗管0.2V0.2V，正向压降，正向压降 硅管约硅管约0.7V,0.7V,锗管约锗管约0.3V0.3V。理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压(diny)=0 (diny)=0 ，正向压降，正向压降=0 =0 RLuiuouiuott二极管的应用二极管的应用(yngyng)举例举例1：二极管半波整：二极管半波整流流第15页/共52页第14页/共52页第十五页，共52页。例例1:1: 电电 路路 如如 图图 所所 示

12、，二示，二 极极 管管 为为 同同 一一 型型 号号 的的 理理 想想 元元 件，电件，电 阻阻 R = 4 k，电电 位位 uA=1V， uB =3V，则则 电电 位位 uF 等等 于于（ ）。）。(a) (a) 1 V (b) (b) 3 V(c) (c) 12 VR+12VuAuBuFDD第16页/共52页第15页/共52页第十六页，共52页。例例2: 电电 路路 如如 图图 所所 示，设示，设 二二 极极 管管 D1，D2，D3 的的 正正 向向 压压 降降 忽忽 略略 不不 计，求计，求 输输 出出 电电 压压 uO。0V6 V-2 V+12VRD3D2D1uO+-第17页/共52页

13、第16页/共52页第十七页，共52页。例例3:3: 电电 路路 如如 图图 所所 示，二示，二 极极 管管 D1，D2 均均 为为 理理 想想 元元 件，件， 则则 电电 压压 uAO= =（ ）。）。0V3kW15V12VuAOD1D2+-+-+-第18页/共52页第17页/共52页第十八页，共52页。一一. . 稳压稳压(wn y)(wn y)二极二极管管稳稳压压(wn y)误误差差曲线曲线(qxin)越陡，电压越越陡，电压越稳定。稳定。UIIZmax UZUZ(稳定电压稳定电压) )IZminIZ-+UZ( (稳定电流稳定电流) )第19页/共52页第18页/共52页第十九页，共52页。

14、例 ： 电 路 如 图 所 示 ， 稳 压 管 的 稳 定 电 压例 ： 电 路 如 图 所 示 ， 稳 压 管 的 稳 定 电 压(diny)UZ是是6V，正向压降，正向压降UD是是0.6V，求：，求：Ui=10V时各电路时各电路Uo。R( )aui+-RLu0+-( )bui+-RRLu0+-(c)ui+-RRLu0+-(d)ui+-RRLu0+-第20页/共52页第19页/共52页第二十页，共52页。第第11章章 直流稳压直流稳压(wn y)电路电路电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压(diny)u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压(diny)u2。整整 流流 电电

15、路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压(diny)u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压(diny)u3。滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。稳稳压电路压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电保持输出电 压压uo的稳定。的稳定。11.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能第21页/共52页第20页/共52页第二十一页，共52页。整流电路的任务：把

16、交流电压转变整流电路的任务：把交流电压转变(zhunbin)(zhunbin)为直为直流脉动的电压。流脉动的电压。11.2 11.2 整流整流(zhngli)(zhngli)电路电路 常见常见(chn jin)(chn jin)的小功率整流电路，有单相半波的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。、全波、桥式和倍压整流等。 为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。第22页/共52页第21页/共52页第二十二页，共52页。单相单相(dn xin)桥式

17、整流电路的工作桥式整流电路的工作原理原理+-u2正半周正半周时电流时电流(dinli)通通路路u1u2TD4D2D1D3RLuo第23页/共52页第22页/共52页第二十三页，共52页。-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周负半周时电流时电流(dinli)通路通路第24页/共52页第23页/共52页第二十四页，共52页。u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止(jizh)电流通路电流通路:A D1RLD3Bu2IB,管子就有电流放管子就有电流放大作用。（这就是为什么基区掺杂少而薄的目的所在）大作用。（这就是为什么基区掺杂少而薄的目的所在）BC_II BIIC第36页/共52页

18、第35页/共52页第三十六页，共52页。BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管第37页/共52页第36页/共52页第三十七页，共52页。1 1、输入、输入(shr)(shr)特性特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作工作(gngzu)压压降：降： 硅管硅管UBE 0.7V,锗管锗管UBE 0.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压死区电压(diny)，硅管硅管0.5V，锗管，锗管0.2V。三三. .特性曲线特性曲线IB = f (UBE)UCE =常数常数第38页/共52页第37页/共52页第三十八页，共52页

19、。饱和饱和(boh)区区截止截止(jizh)区区2 2、输出特性、输出特性: : IC = f (UCE) IB=常数常数放放 大大 区区第39页/共52页第38页/共52页第三十九页，共52页。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A输出特性三个区域输出特性三个区域(qy)(qy)的特点的特点: :a)a) 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。b)b) 晶体管相当于通路晶体管相当于通路(tngl) 0UCEUCC, (tngl) 0UCEUCC, UCE=UCC - ICRCUCE=UCC - ICRC(1)(1)放大区放大区

20、 放大状态放大状态+UCCRCTRBUBBICCEBIBIE第40页/共52页第39页/共52页第四十页，共52页。c).ICc).IC随随IBIB的增减而增减的增减而增减, ,成正比关系成正比关系(IB(IB变化小变化小,IC,IC变化变化 大大) )即：即： IC= IC=IB , IB , 且且 IC = IC = IBIBd).d).特性曲线间隔均匀特性曲线间隔均匀(jnyn),(jnyn),这个间隔反映了晶体管这个间隔反映了晶体管的的值值. . 常数常数(= (= IC /IC / IB ) IB )IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A

21、100 A第41页/共52页第40页/共52页第四十一页，共52页。 发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。 即：即：UCEUBE ， UCE 0.3V (C、E极间相当于极间相当于短路短路(dunl)） ICUCC/RCIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A(2) (2) 饱和饱和(boh)(boh)区区饱和饱和(boh)(boh)状态状态+UCCRCTRBUBBICCEBIBIE第42页/共52页第41页/共52页第四十二页，共52页。a)C结、结、E结均加反压结均加反压.b)IB=0 ， IC=ICEO 0 (近似于断开近

22、似于断开(dun ki)状态状态.)c)UCE=UCCICEO是基极是基极开路时（开路时（IB=0）的）的IC值，受温度值，受温度(wnd)的变的变化影响很大化影响很大。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AICEO(3) (3) 截止截止(jizh)(jizh)区区截止截止(jizh)(jizh)状态状态 +UCCRCTRBUBBICCEBIBIE注注：为使三极管可靠截止，通常给发射结加上反向电：为使三极管可靠截止，通常给发射结加上反向电压，即压，即UBE0第43页/共52页第42页/共52页第四十三页，共52页。四、主要参数四、主要参

23、数 前面的电路前面的电路(dinl)中，三极管的发射极是输入输中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。法。共射直流电流放共射直流电流放(lifng)大倍数：大倍数：BCII_1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _P223 例例+UCCRCTRBUBBICCEBIBIE交流电流放交流电流放(lifng)大倍大倍数为：数为：BIIC第44页/共52页第43页/共52页第四十四页，共52页。例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .37

24、04. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2-BCII在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =第45页/共52页第44页/共52页第四十五页，共52页。2.集电极最大电流集电极最大电流(dinli)ICM 集电极电流集电极电流IC上升会导致上升会导致(dozh)三极管的三极管的值的下降，当值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为集电极电流即为ICM。3.集集-射极反向射极反向(fn xin)击穿电压击穿电压 BU(BR)CEO: 基极开路时基极开路时,加在集加在集-射极之间的最大允许电压。超射极

25、之间的最大允许电压。超过这个数值时，三极管就会被击穿。过这个数值时，三极管就会被击穿。第46页/共52页第45页/共52页第四十六页，共52页。4. 集电极最大允许集电极最大允许(ynx)功耗功耗PCM 集电结的温度集电结的温度不超过允许值时，不超过允许值时，集电极所消耗集电极所消耗(xioho)的最大功的最大功率。率。PC =ICUCEPC PCMICUCEICUCE=PCMICMBU(BR)CEO安全安全(nqun)工作区工作区第47页/共52页第46页/共52页第四十七页，共52页。例例: :测测 得得 电电 路路 中中 工工 作作 在在 放放 大大 区区 的的 某某 晶晶 体体 管管

26、三三 个个 极极 的的 电电 位位 分分 别别 为为 0V0V、- -0.7V 0.7V 和和 - -4.7V4.7V， 则则 该该 管管 为为 （ ）。）。(a) NPN (a) NPN 型型 锗锗 管管 (b) PNP (b) PNP 型型 锗锗 管管 (c) NPN (c) NPN 型型 硅硅 管管 (d) PNP (d) PNP 型型 硅硅 管管BECIBIEICPNP型三极管型三极管书书P226P226分析分析(fnx)(fnx)与思与思考考(2)(2)第48页/共52页第47页/共52页第四十八页，共52页。例例: : 电路如图所示，晶体管电路如图所示，晶体管T T的电流放大系数的

27、电流放大系数 =50=50，RB =300 kRB =300 k，RE =3 kRE =3 k，晶体管，晶体管T T 处于处于（ ）。）。 (a) (a) 放大状态放大状态(zhungti) (b) (zhungti) (b) 截止状态截止状态(zhungti) (c)(zhungti) (c)饱和状态饱和状态(zhungti)(zhungti)T+12VRBREIB=25uA IC=1.25mA UCE=8.25V 放大放大(fngd)状态状态 第49页/共52页第48页/共52页第四十九页，共52页。例例: : 电路如图所示，晶体管电路如图所示，晶体管UBE = 0.7 V ， = 50，

28、则则晶体管工作在（晶体管工作在（ ）。）。(a) 放大区放大区 (b)(b)饱和区饱和区 (c)(c)截止区截止区 3k W6k W1k W+12V+3V-12V第50页/共52页第49页/共52页第五十页，共52页。 例例: : 半半 导导 体体 的的 导导 电电 能能 力（力（ ）。）。(a) (a) 与与 导导 体体 相相 同同(b) (b) 与与 绝绝 缘缘 体体 相相 同同(c) (c) 介介 乎乎 导导 体体 和和 绝绝 缘缘 体体 之之 间间 例例: : 理理 想想 二二 极极 管管 的的 正正 向向 电电 阻阻 为（为（ ）。）。(a) (a) 零零 (b) (b) 无无 穷穷 大大 (c) (c) 约约 几几 千千 欧欧第51页/共52页第50页/共52页第五十一页，共52页。电子电子(dinz)技技术术第八章 结束(jish)模拟电路模拟电路(dinl)部分部分第52页/共52页第51页/共52页第五十二页，共52页。