第9章二极管和晶体管.ppt

第9章 二极管和晶体管,9.3 稳压管二极管,9.4 晶体管,9.2 二极管,9.1 半导体的导电特性,*9.5 光电器件,9.1,半导体的导电特性,半导体的导电特性：,光敏性：,受光照后，其导电能力大大增强；,热敏性：,当环境温度升高时，导电能力显著增强；,掺杂性：,在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电,能力极大地增强；,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻),(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等),(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。,9.1.1,本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,最常用的半导体是,硅(Si),和,锗(Ge),。,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,Si,Si,Si,Si,价电子,Si,2,8,4,Ge,2,8,18,4,本征半导体的导电机理：,Si,Si,Si,Si,价电子,空穴,自由电子,在常温下，由于热激发(温度升高或受光照),本征激发,带负电,带正电,载流子,自由电子,空穴,温度越高，晶体中产生的的自由电子越多。,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流：,(1),自由电子,作定向运动,电子电流,(2),价电子,递补空穴,空穴电流,(2)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很弱。,注意：,(1)本征,半导体中存在数量相同的载流子。,自由电子和,空穴,成对产生,，又不断,复合,，在一定温度下，达到动态平衡。,(3)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也愈好。,温度对半导体器件性能影响很大。,练习题：,1.,在杂质半导体中多子的数量与,（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,2.在杂质半导体中少子的数量与,（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,3.当温度升高时，少子的数量,（a.减少、b.不变、c.增多）。,a,b,c,4.在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流,主要是,，N 型半导体中的电流主要是 。,（a.电子电流、b.空穴电流）,b,a,9.1.3 PN,结及其单向导电性,在N型(或P型)半导体局部再掺入浓度较大的三价(五价)杂质，使其变为P型(或N型)半导体。在P型半导体和N型半导体的交界面就形成,PN结,。,P,N,PN 结,构成半导体器件的共同基础,P接正、N接负,结论：PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于,导通状态,。,1.PN结加正向电压,（正向偏置）,P,N,PN 结,+,R,I,F,2.PN结加反向电压,（反向偏置）,P接负、N接正,P,N,PN 结,+,R,I,R,结论：,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电阻很大，反向电流很小，PN结处于,截止状态,。,9.2 二极管,把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。,二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有,检波管,、,开关管,、,稳压管,、,整流管,和,发光二极管,等。,硅高频检波管,开关管,稳压管,整流管,发光二极管,9.2.1 基本结构,金属触丝,阳极引线,N,型锗片,阴极引线,外壳,(,a,),点接触型,特点：,结面积小、结电容小、正向电流小。,用于检波和变频等高频电路。,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,特点：,结面积大、结电容大，正向电流大。,用于工频大电流整流电路。,符号：,阴极,阳极,D,9.2.2 伏安特性,特点：,非线性,正向特性,+,U,/V,I,/mA,I,/,A,60,40,20,0.4,0.8,O,25,50,20,40,死区电压,硅管：0.5V,锗管：0.1V,导通压降,硅管：0.60.7V,锗管：0.20.3V,外加电压大于死区电压,二极管才能导通。,反向特性,+,反向电流在一定电压,范围内保持常数。,反向击穿电压,U,(BR),外加电压大于反向击穿电压,二极管被,击穿，失去单向导电性。,9.2.3 主要参数,选择管子的依据,1.,最大整流电流,I,OM,指二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.,反向工作峰值电压,U,RWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。,3.,反向峰值电流,I,RM,指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。,反向电流大，说明管子的单向导电性差，受温度的影响大。硅管的反向电流较小,，,锗管的反向电流较大。,9.2.4 二极管电路分析举例,*定性分析：,判断二极管的工作状态,导通截止,否则，正向压降,硅管：0,.6 0.7V,锗,管：,0,.2 0.3V,*分析方法：,将二极管断开，分析二极管阳极和阴极电位的高低或二极管两端电压,U,D,的正负。,若 V,阳,V,阴,或,U,D,0(正向偏置)，二极管导通,若二极管是理想的，,正向导通时正向管压降为零，相当于短路；反向截止时二极管相当于断开。,若 V,阳,V,阴,或,U,D,V,阴,，二极管导通。,若忽略管压降，则,U,AB,=,6V。,否则，,U,AB,=,6.3或,6.7V。,此例中，二极管起,钳位作用。,例2：,已知：,u,i,=18sin,t,V，二极管是理想的，,试画出,u,o,波形。,D,8V,R,u,o,u,i,+,+,u,i,18V,O,解：断开二极管，选取参考点，分析二极管阳极和阴极的电位。,V,阳,=,u,i,，,V,阴,=8V,当,u,i,8V，二极管导通，,u,o,=8V,当,u,i,U,DB,D,A,优先导通，D,B,截止。,若二极管的正向压降为0.3V，则,V,Y,=2.7 V。,此例中，,D,A,起,钳位作用,；,D,B,起,隔离作用,。,门电路(或门),练习题：,1、,电路如图所示，二极管为理想二极管。则,U,o,为（）。,(a),-,12V (b),-,9V (c),-,3V,2、,电路如图所示，二极管为理想二极管。则,U,o,为（）。,(a),4,V (b)1V (c)10V,D,1,1V,10k,U,o,+,+,-,D,2,4V,+,-,+,10V,图2,D,12V,9V,3k,U,o,+,+,-,+,-,图1,b,b,9.3,稳压二极管,稳压管是一种,特殊的面接触型,的半导体硅二极管。,一、符号,_,+,二、伏安特性,U,I,O,+,正向,(二极管),_,+,反向,(稳压管),稳压管正常工作时,加反向电压,U,Z,I,Z,I,ZM,U,Z,I,Z,稳压管工作在,反向击穿区。,稳压原理：,I,Z,大,U,Z,小,使用时要加限流电阻。,三、主要参数,1、稳定电压,U,Z,稳压管在正常工作下管子两端的电压。,2、电压温度系数,环境温度每变化1,C引起,稳压值变化的,百分数,。,3、动态电阻,4、稳定电流,I,Z,、最大稳定电流,I,ZM,5、最大允许耗散功率,P,ZM,：,P,ZM,=,U,Z,I,ZM,r,Z,愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,四、稳压电路,U,i,R,R,L,D,Z,+,U,o,+,稳压管必须与负载,并联,。,U,o,=,U,Z,限流电阻,例1,如图所示电路，已知,U,i,=20V，,R,=1k,，,R,L,=2k,，,稳压管的,U,Z,=10V，,I,ZM,=8mA。,求电流,I,R,、,I,Z,和,I,L,。,U,i,R,R,L,D,Z,+,U,o,+,I,R,I,Z,I,L,解:,例2：,用两只,U,Z,=6V、正向压降为0.6V的稳压二极管和限流电阻可以组成几种不同输出电压的电路？,解：,U,i,R,+,U,o,+,U,o,=12V,U,i,R,+,U,o,+,U,o,=6.6V,U,i,R,+,U,o,+,U,o,=1.2V,9.4,晶体管,基极,发射极,集电极,NPN,型三极管,9.4.1 基本结构,B,E,C,N,N,P,集电区,基区,发射区,集电结,发射结,符号：,B,E,C,基极,发射极,集电极,PNP,型三极管,B,E,C,P,P,N,集电区,基区,发射区,集电结,发射结,B,E,C,大功率低频三极管,小功率高频三极管,中功率低频三极管,目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)。按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。,9.4.2 电流分配和放大原理,1.三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,N,N,P,E,B,R,B,E,C,R,C,B,E,C,E,C,E,B,从电位的角度看：,NPN管,PNP管,发射结正偏,集电结反偏,电位关系,V,B,V,E,V,C,V,B,V,C,V,B,V,E,集电极电位最高,V,B,V,E,V,C,V,B,V,C,V,B,V,E,发射极电位最高,2.各电极电流关系及电流放大作用,I,B,U,CE,B,E,C,E,B,R,B,uA,V,mA,mA,V,E,C,I,C,I,E,+,U,BE,+,I,B,(mA),0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,I,C,(mA),0.001,0.70,1.50,2.30,3.10,3.95,I,E,(mA),0，,U,CE,0,PNP,型三极管,B,E,C,I,B,I,C,I,E,+,-,U,BE,U,CE,-,+,+,-,-,+,U,BE,0，,U,CE,0,9.4.3,特性曲线,用来表示,晶体管各极电压与电流的之间相互关系,曲线。,反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,I,B,U,CE,B,E,C,E,B,R,B,uA,V,mA,mA,V,E,C,I,C,I,E,+,U,BE,+,重点讨论,共射极放大电路,。,输入回路,输出回路,1.,输入特性,特点:非线性,死区电压,硅管0.5,V,锗管0.1,V,I,B,(,A),U,BE,(V),20,40,60,80,0.4,0.8,U,CE,1V,O,正常工作时发射结电压：,NPN型硅管,U,BE,0.6 0.7V,PNP型锗管,U,BE,0.2 0.3V,2.输出特性,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,3,6,I,C,(,m,A),1,2,3,4,U,CE,(V),9,12,O,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1)放大区,I,C,=,I,B,，也,称为线性区，具有恒流特性。,发射结正偏、集电结反偏。,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,3,6,I,C,(,m,A ),1,2,3,4,U,CE,(V),9,12,O,（2）截止区,I,B,0 以下区域为,截止区，有,I,C,0,。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,U,CE,U,CC,饱和区,截止区,（3）饱和区,当,U,CE,U,BE,时,，,晶体管工作于饱和状态。,在饱和区，,I,B,I,C,，,发射结处于正向偏置，,集电结也处于正,偏。,深度饱和时，,硅管,U,CES,0.3V，,锗管,U,CES,0.1V。,9.4.4 主要参数,直流电流放大系数：,交流电流放大系数：,当晶体管接成发射极电路时，,注意：,和,的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且,I,CE0,较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的,值在20 200之间。,1、电流放大系数,，,例：在,U,CE,=6 V,时，在 Q,1,点,I,B,=40,A,I,C,=1.5mA；,在 Q,2,点,I,B,=60 A,I,C,=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：,=。,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,3,6,I,C,(,m,A ),1,2,3,4,U,CE,(V),9,12,0,Q,1,Q,2,在 Q,1,点，有,由 Q,1,和Q,2,点，得,2、集-基极反向截止电流,I,CBO,I,CBO,是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。,温度,I,CBO,I,CBO,A,+,E,C,3.,集-射极反向截止电流(穿透电流),I,CEO,I,CEO,受温度的影响大。,温度,I,CEO,。,I,CEO,越小越好。,A,I,CEO,I,B,=0,+,4、,集电极最大允许电流,I,CM,5、,集-射极反向击穿电压,U,(BR)CEO,集电极电流,I,C,上升会导致三极管的,值的下降，当,值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为,I,CM,。,当集射极之间的电压,U,CE,超过一定的数值时，三极管就会被击穿。,6、,集电极最大允许耗散功耗,P,CM,P,CM,取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。,P,C,P,CM,=,I,C,U,CE,晶体管的安全工作区,I,C,U,CE,=P,CM,I,CM,U,(BR)CEO,安全工作区,I,C,U,CE,O,例1:,放大电路中三极管3个电极的电位为下列各组数据，试确定各点为对应的电极和三极管的类型。（是PNP管还是NPN管，是硅管还是锗管？）,（1）5V，1.2V，0.5V （2）6V，5.8V，1V,(1),U,BE,=0.7V 硅管，NPN型,V,C,=5V，,V,B,=1.2V，,V,E,=0.5V,解:,*一般先设法确定B、E极，再确定C极。,(2),U,BE,=,0.2V 锗管，PNP型,V,C,=1V，,V,B,=5.8V，,V,E,=6V,练习题：,1、用直流电压表测得工作在放大区的某晶体管三个极1，2，3的电位分别为：,V,1,=2V，,V,2,=6V，,V,3,=2.7V，则（）。,(a)1为发射极 E，2 为基极 B，3 为集电极 C,(b)1为发射极 E，2 为集电极 C，3 为基极 B,(c)1为基极B，2 为发射极 E，3 为集电极 C,b,2、晶体管参数受温度影响较大，当温度升高时，晶体管的,，,I,CBO,，,U,BE,的变化情况为（）。,(a),增大，,I,CBO,和,U,BE,减小,(b),和,I,CBO,增大，,U,BE,减小,(c),和,U,BE,减小，,I,CBO,增大,b,3、对某电路中一个NPN型硅管测试，测得,U,BE,0，,U,BC,0，则此管工作在（）。,(a)放大区 (b)饱和区 (c)截止区,c,本章学习结束，希望同学们对本章内容予以重视，因为这是电子技术中基础的基础。,Goodbye!,