第14章-半导体二极管和三极管PPT课件

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1、第1页/共70页第2页/共70页 娱乐通讯娱乐通讯仪表仪表旅居性旅居性报警与安全装置报警与安全装置行驶装置行驶装置发动机控制发动机控制电源电源汽车电子汽车电子第3页/共70页 几种模拟信号波形几种模拟信号波形(a) 正弦波正弦波 (b) 三角波三角波 (c) 调幅波调幅波 (d) 阻尼振荡波阻尼振荡波 v O t v O t v O t v O t (a)(d)(b)(c)信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。任意一点的数值均有其物理意义。 数字信号数字信号数字信号只在某些不连续的瞬时给出函

2、数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值通常是某个最小单位的整数倍。其函数值通常是某个最小单位的整数倍。 第4页/共70页信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。任意一点的数值均有其物理意义。 数字信号数字信号 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 信号 A 信号 B 信号 C 信号 D 数字信号波形举例数字信号波形举例 数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值通常是某个最小单位

3、的整数倍。其函数值通常是某个最小单位的整数倍。 第5页/共70页 第6页/共70页 其它其它时序逻辑电路时序逻辑电路组合逻辑电路组合逻辑电路数学基础数学基础数字电子电路数字电子电路电源电源滤波滤波放大放大电子电路及其应用电子电路及其应用集成电路集成电路三极管三极管二极管二极管电子原器件电子原器件模拟电子电路模拟电子电路.第7页/共70页 1. 1. 3. 3. 第8页/共70页第9页/共70页第10页/共70页第11页/共70页 如塑料、陶瓷等如塑料、陶瓷等绝缘体绝缘体等等，如如半导体半导体如金、银、铜等如金、银、铜等导体导体物质物质GeSi导体： 电阻率小于10-3 cmcm 量级;绝缘体：

4、电阻率大于108 cmcm量级;半导体：电阻率介于导体和绝缘体之间;第12页/共70页第13页/共70页共价健 Si Si Si Si价电子第14页/共70页 Si Si Si Si自由电子本征半导体中产生电子空穴对的现象称为第15页/共70页第16页/共70页 Si Si Si Sip+多多余余电电子子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子第17页/共70页 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴第18页/共70页第19页/共70页1. 扩散运动和扩散电流 第20页/共70页2. 漂移运动和漂移电流 第21页/共70页多子的扩散运动

5、多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差空间电荷区也称 PN 结 +形成空间电荷区第22页/共70页少子少子漂移漂移 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区产生内电场产生内电场 1.当当P型半导体和型半导体和N型半导体共处时，产生空间电荷区，型半导体共处时，产生空间电荷区， 形成内电场，内电场的方向为形成内电场，内电场的方向为N指向指向P。2. 整个半导体仍然是电中性的。整个半导体仍然是电中性的。第23页/共70页 PN结加上的意思是：P区加正、N区加负电压； PN结加上的意思是：

6、P区加负、N区加正电压；第24页/共70页PN 结变窄 P接正、N接负 外电场IF内电场PN+第25页/共70页 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR+第26页/共70页 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1） PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，PN结处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。结处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。（2）PN结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流Is，处，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。在截止状态，结电阻很高，反向电

7、流很小。第27页/共70页第28页/共70页阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅( c ) 平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳( a ) 点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线( b ) 面接触型图 1 12 半导体二极管的结构和符号 阴极阳极( d ) 符号D第29页/共70页反向击穿电压U(BR)反向特性UIPN+PN+ 第30页/共70页第31页/共70页二极管单向导电性二极管单向导电性第32页/共70页 二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/）；温

8、度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10，反向电流大约增加一倍。 二极管的温度特性二极管的温度特性第33页/共70页1. 整流电路整流电路2. 限幅电路限幅电路3. 钳位电路钳位电路4. .第34页/共70页定性分析：判断二极管的工作状态导通截止 若二极管是理想的， 第35页/共70页例1：D6V12V3k BAUAB+第36页/共70页例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+第37页/共70页V sin18itu t t 第38页/共70页UZIZIZM UZ IZ_+UIO稳压管实物图第39页/共70页ZZ ZIUr第40页/共70页 RDZuIU

9、O+-+- 稳 压 管 的 稳 定 电 压UZ =10V，稳 压 管 的 最 大 稳 定 电 流 IZMAX = 20 mA， 输 入 直 流 电 压 UI =20V，限 流 电 阻 R 最 小 应 选 （ ）。 第41页/共70页例：如图所示是稳压管电路。当稳压管的电流Iz的变化范围为540mA时，问RL的变化范围为多少？第42页/共70页 3V单个发光二极管实物第43页/共70页 双极型晶体管是由两个背靠背、互有影响的PN结构成的。在工作过程中两种载流子都参与导电，所以全名称为双极结型晶体管。 双极结型晶体管有三个引出电极，人们习惯上又称它为晶体三极管或简称晶体管。 晶体管的种类很多,按照

10、频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管等等。但是从它的外形来看，晶体管都有三个电极，常见的晶体管外形如图所示： 第44页/共70页14.5.2 第45页/共70页NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC第46页/共70页 由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体的管子称为NPN管。还有一种与它成对偶形式的，即两块P型半导体中间夹着一块N型半导体的管子，称为PNP管。晶体管制造工艺上的特点是：，第47页/共70页(a)共基极共基极 (b)共发射极共发射极 (c)共集电极共集电极单端口网络双端口网络第48页/共70页EEBRBRC a）发射区

11、杂质浓度基区； b）基区很薄。第49页/共70页BCBCIIII,第50页/共70页BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO第51页/共70页 由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。 由于基区很薄，其多数载流子空穴浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区空穴复合，剩下的绝大部分都能扩散到集电结边缘。 由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。第52页/共70页ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOC

12、BECEIIIIIIIICEOBCBOBC)(1 IIIIIBC CEO III，有忽略第53页/共70页 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线第54页/共70页共发射极电路输入回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+第55页/共70页常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO U UCECE 1V1V，原因是b b、e e间加正向电压。这时集电极的电位比基极高，集电结为反向偏置，发射区注入基区的电子绝大部

13、分扩散到集电结，只有一小部分与基区中的空穴复合，形成I IB B。 与U UCECE=0V=0V时相比 ，在U UBEBE相同的条件下，I IB B要小的多。从图中可以看出，导通电压约为0.5V0.5V。严格地说，当U UCECE逐渐增加 时，I IB B逐渐减小，曲线逐渐向右移。这是因为U UCECE增加时，集电结的耗尽层变宽，减小了基区的有效宽度，不利于空穴的复合，所以I IB B减小。不过U UCECE超过1V1V以后再增加，I IC C增加很少，因为I IB B的变化量也很小，通常可以忽略U UCECE变化对I IB B的影响，认为U UCECE 1V1V时的 曲线都重合在一起。第56

14、页/共70页IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区UCEUBE第57页/共70页O（a）发射结和集电结均反向偏置； UBE0,UBC0（b）若不计穿透电流ICEO，有IB、IC近似为0； UCEUCC（c）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。第58页/共70页（a）三极管的发射结和集电结均正向偏置； UBC0, UCEUBE（b）三极管的电流放大能力下降，通常有ICIB；（c）UCE的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.

15、3V，锗三极管的UCES约为0.1V； UCE0, IC=UCC/RC（d）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。 三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。 第59页/共70页例：例：如图所示电路中，如图所示电路中， V,6ccU ,k3CR ,k10BR 25, IUV,3V,1V1 当输入电压当输入电压分别为分别为和和时，时， 试问晶体管试问晶体管处于何种工作状态？处于何种工作状态？U UI IT TR RB BR RC C

16、+ +U UC CC C第60页/共70页解：解：2mAA102A103633CCCC(sat)RUIA800.08mAmA252C(sat)BIIB63BBEIBA10230A10107 . 03IRUUI当当V3IU时，时，晶体管已处于深度饱和状态。晶体管已处于深度饱和状态。晶体管临界饱和时的基极电流晶体管临界饱和时的基极电流B63BBEIBA1030A10107 . 01IRUUI当当V1IU时，时，晶体管处于放大状态晶体管处于放大状态晶体管可靠截止。晶体管可靠截止。当当V1IU时，时，第61页/共70页 BCII_ BCII 第62页/共70页53704051BC.II 400400605132BC .II 第63页/共70页ICBO A+EC AICEOIB=0+第64页/共70页极限参数极限参数第65页/共70页ICMU(BR)CEO安全工作区ICUCEO第66页/共70页第67页/共70页第68页/共70页 电 路 如 图 所 示， D1，D2 均 为 理 想 二 极 管， 当 输 入 电 压 大于 6V 时， 则 uO 为多少？ 第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页