电工电子(程周)-十一.ppt

电工电子技术与技能（非电类少学时）电工电子技术与技能（非电类少学时）程周主编程周主编中等职业教育课程改革国家规划新教材配套多媒体资源1.11 常用半导体器件11.1二极管二极管11.2三极管三极管11.3三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态*11.4晶闸管晶闸管1234211.1 二极管u观察与思考观察与思考311.1.1二极管的结构、外形与符号二极管的结构、外形与符号二极管：将二极管：将 PN 结封装在塑料、结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，并从玻璃或金属外壳里，并从 P 区和区和 N 区分别焊出两根金属引线做正、负极。区分别焊出两根金属引线做正、负极。外形：外形：符号：符号：二极管是由半导体材料制成，常用的半导体有锗二极管是由半导体材料制成，常用的半导体有锗和硅。和硅。VD阳极阳极（正极）（正极）阴极阴极（负极）（负极）411.1.2二极管的电流、电压关系二极管的电流、电压关系1正向偏置与导通状态正向偏置与导通状态当二极管两端所加的正向电压比较小当二极管两端所加的正向电压比较小时，正向电流很小，二极管呈现很大的电时，正向电流很小，二极管呈现很大的电阻，如图中阻，如图中 OA 段。段。这个范围称为这个范围称为死区死区，相应的电压叫，相应的电压叫死死区电压区电压。硅二极管的死区电压为。硅二极管的死区电压为 0.5 V 左右，左右，锗二极管的死区电压约为锗二极管的死区电压约为 0.1 0.2 V。外加电压超过死区电压以后，正向电外加电压超过死区电压以后，正向电流迅速增加，这时二极管处于正向导通状流迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图态，如图中中 AB 段所示。段所示。导通后管子两端电压几乎恒定，硅管导通后管子两端电压几乎恒定，硅管约为约为 0.6 0.7 V，锗管约为，锗管约为 0.2 0.3 V。正偏导通正偏导通5当给二极管加反向电压时，所形成当给二极管加反向电压时，所形成的反向电流是很小的，而且在很大范围的反向电流是很小的，而且在很大范围内基本不随反向电压的变化而变化，即内基本不随反向电压的变化而变化，即保持恒定。保持恒定。当反向电压大到一定数值时，反向当反向电压大到一定数值时，反向电流会突然增大，如图中电流会突然增大，如图中 CD 段，这种段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫反向现象称为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。正常使用二极管时，是不允击穿电压。正常使用二极管时，是不允许出现这种现象的。许出现这种现象的。CD正偏导通2反向偏置与截止状态反向偏置与截止状态11.1.2二极管的电流、电压关系二极管的电流、电压关系6结论：结论：二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。很大的反向电阻，如同开关断开。从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。非线性器件。11.1.2二极管的电流、电压关系二极管的电流、电压关系711.1.3二极管的主要参数二极管的主要参数1最大整流电流最大整流电流 IFM二极管长时间工作时允许通过的最大正向电流的平二极管长时间工作时允许通过的最大正向电流的平均值。均值。二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。2最高反向工作电压最高反向工作电压 URM 3反向电流反向电流 IR二极管加反向电压而未击穿时的反向电流。二极管加反向电压而未击穿时的反向电流。IR愈小，单向导电性愈好。愈小，单向导电性愈好。811.1.4发光二极管发光二极管 发光二极管是一种把电能直接转化成光能的固体发光元件，下发光二极管是一种把电能直接转化成光能的固体发光元件，下图所示为几种发光二极管外形及其电路图形符号。图所示为几种发光二极管外形及其电路图形符号。发光二极管是由发光二极管是由PN结组成，具有单向导电性。当发光二极管加上结组成，具有单向导电性。当发光二极管加上正向电压时能发出一定波长的光。发光波长除与制作使用材料有关外，正向电压时能发出一定波长的光。发光波长除与制作使用材料有关外，还与还与PN结所掺结所掺“杂质杂质”有关。一般用磷砷化镓材料制作的发光二极管有关。一般用磷砷化镓材料制作的发光二极管发红光，磷化镓材料制作的发光二极管发绿光或黄光。发红光，磷化镓材料制作的发光二极管发绿光或黄光。发光二极管的作用：用作电子设备的通断指示灯，数字电路的数码发光二极管的作用：用作电子设备的通断指示灯，数字电路的数码及图形显示，也可作为快速光源，以及光电耦合器中的发光元件。及图形显示，也可作为快速光源，以及光电耦合器中的发光元件。911.1.5光电二极管光电二极管 光电二极管由光电二极管由PN结组成，具有单向导电性，但光电二极管管壳结组成，具有单向导电性，但光电二极管管壳上有一个能射入光的窗口，这个窗口用有机玻璃透镜封闭，入射光上有一个能射入光的窗口，这个窗口用有机玻璃透镜封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。如图通过透镜正好射在管芯上。如图11.5所示为光电二极管外形结构及所示为光电二极管外形结构及其电路图形符号。其电路图形符号。光电二极管工作在反向偏置状态。当在光电二极管工作在反向偏置状态。当在PN结上加反向电压，再用光结上加反向电压，再用光照射照射PN结时，能形成反向光电流，光电流的大小与光照射强度成正比。结时，能形成反向光电流，光电流的大小与光照射强度成正比。光电二极管用途很广，一般常用作传感器的光敏电元件，在光电输入机光电二极管用途很广，一般常用作传感器的光敏电元件，在光电输入机上用作光电读出器件。上用作光电读出器件。10在在一一块块半半导导体体上上制制作作两两个个相相距距很很近近的的 PN 结结，就就成成为为一一个个新新的的器器件件，即即半半导导体体三三极极管管，又又称称为为晶晶体体三三极极管管，简称三极管。简称三极管。三三极极管管按按材材料料分分有有硅硅管管和和锗锗管管；按按 PN 结结的的组组成成方方式分有式分有 NPN 型和型和 PNP 型。型。我我国国生生产产的的硅硅管管大大多多是是 NPN 型型；锗锗管管大大多多是是 PNP 型。型。NPN 型的硅管是目前应用较多的一种。型的硅管是目前应用较多的一种。11.2 三极管三极管1111.2.1三极管的外形、结构和符号三极管的外形、结构和符号PNP 型符号型符号NPN 型符号型符号1211.2.2三极管的放大作用三极管的放大作用三极管有三个电极，必须有两个外加电压，才能决定两三极管有三个电极，必须有两个外加电压，才能决定两个个 PN 结的结的工作状态。因此有一个电极是共用的。据此，三工作状态。因此有一个电极是共用的。据此，三极管有共发射极、共基极、共集电极三种接法。极管有共发射极、共基极、共集电极三种接法。以以 NPN 型三极管的共发射极接法为例，分析三极管的型三极管的共发射极接法为例，分析三极管的放大作用。放大作用。13UBB 为为基基极极电电源源，通通过过电电位位器器 RB 将将正正向向电电压压加加到到基基极极和和发发射射极极之之间间(发发射射结结)，集集电电极极电电源源 UCC 电电压压应应高高于于 UBB 电压，使发射结正向偏置，集电结反向偏置。电压，使发射结正向偏置，集电结反向偏置。调调节节电电位位器器 RB 的的阻阻值值，可可以以改改变变发射结的偏压，从而调节基极电流发射结的偏压，从而调节基极电流 IB 的的大大小小；相相应应得得到到集集电电极极电电流流 IC 和和发发射射极电流极电流 IE 的值。的值。可见可见：IE=IC+IB；IC=IB.三极管各极之间电流分配关系为：三极管各极之间电流分配关系为：IE=IC+IB 基极基极 IB 与集电极与集电极 IC 数量关系在一定范围内是比例关系即：数量关系在一定范围内是比例关系即：或或11.2.2三极管的放大作用三极管的放大作用14 基极电流基极电流 IB 的变化，会引起集电极电流的变化，会引起集电极电流 IC 发生更大的变化。即基发生更大的变化。即基极电流对集电极电流有控制作用，或集电极电流对基极电流有放大作极电流对集电极电流有控制作用，或集电极电流对基极电流有放大作用。这就是三极管的电流放大原理。用。这就是三极管的电流放大原理。注意：注意：(1)三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号去控制集电极的大电流信号，是号去控制集电极的大电流信号，是“以小控大以小控大”的作用，而不是能量的作用，而不是能量的放大。的放大。(2)使三极管起放大作用的外部条件是发射结加正向偏置电压，集使三极管起放大作用的外部条件是发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。电结加反向偏置电压。结论结论:(3)若增大若增大 RB 使发射结电压下降到一定值使发射结电压下降到一定值(硅管硅管 0.5 V 以下，锗管以下，锗管 0.1 V 以下以下)IC 与与 IE 基本为零，该工作状态称为截止。基本为零，该工作状态称为截止。(4)若减小若减小 RB 使使 IB 增加到一定数值，增加到一定数值，IC 即随即随 IB 增大而增大，该工增大而增大，该工作状态称为饱和。作状态称为饱和。11.2.2三极管的放大作用三极管的放大作用151共射极电流放大系数共射极电流放大系数 是表征管子电流放大能力的参数。常用小功率管的是表征管子电流放大能力的参数。常用小功率管的 值约为值约为 20 150。值太小，电流放大作用差；太大工值太小，电流放大作用差；太大工作稳定性差。通常取作稳定性差。通常取 5080 左右为宜。左右为宜。11.2.3三极管的主要参数三极管的主要参数162集电极集电极最大允许电流最大允许电流 ICM 当当 IC 过大时，过大时，将下降。使将下降。使 下降到正常值的下降到正常值的 2/3 时的集电极电流称为集电极最大允许电流。时的集电极电流称为集电极最大允许电流。3集电集电极电极、发射极之间极电极、发射极之间反向击穿电压反向击穿电压 U(BR)CEO当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。高反向电压。4集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM保证集电结温升不超过允许值而允许集电极所消耗的保证集电结温升不超过允许值而允许集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。最大功率称集电极最大允许耗散功率。11.2.3三极管的主要参数三极管的主要参数17条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。IC=IBIE=IC+IB=(1+)IB特点：集电极电流受基极电流控制。特点：集电极电流受基极电流控制。11.3.1放大状态放大状态(a)三三极极管管因因两两个个 PN 结结的的偏偏置置情情况况不不同同，其其工工作作状状态态可可分为三种：放大状态、饱和状态、截止状态。分为三种：放大状态、饱和状态、截止状态。11.3 三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态18UCE=UCC-RCIC集电极集电极 C 和发射极和发射极 E 之间相当于通路，用一可控电之间相当于通路，用一可控电阻表示其间电压降。阻表示其间电压降。处于放大状态的处于放大状态的 NPN 型三极管，集电极电位最高，型三极管，集电极电位最高，基极电位次之，发射极电位最低基极电位次之，发射极电位最低(图图 b 所示所示)。(b)(c)11.3 三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态19饱和条件：饱和条件：发射结正向偏置，集发射结正向偏置，集电结正向偏置。电结正向偏置。特点特点：UCE 0.3 V(硅管硅管)、0.1 V(锗管锗管)集电极集电极 C 和发射极和发射极 E 之间相当于一闭合开关。之间相当于一闭合开关。在在放放大大状状态态，IC 随随 IB 增增大大，当当 IC 增增大大到到(IC 最最大大值值)时时，IC 不再随不再随 IB 增大，即三极管处于增大，即三极管处于饱和状态。饱和状态。此此时时，三三极极管管的的集集电电极极电电位位 UCE 0，低低于于基基极极电电位位，即即集集电电结结正正向向偏偏置置。基基极极电电位位最最高高，集集电电极极次次之之，发发射射极极最低。最低。（b）（c）11.3 三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态11.3.2 饱和状态饱和状态20条件：条件：发射结反向偏置，集电结反向偏置。发射结反向偏置，集电结反向偏置。IB 0 ;IC 0 UCE=UCC-RCIC UCC集电极电阻集电极电阻RC 无电压，所以无电压，所以特点：由于两特点：由于两 PN 结均反向偏置，各极电流都极小；结均反向偏置，各极电流都极小；在在模模拟拟电电子子电电路路中中，三三极极管管是是作作为为放放大大元元件件，主主要要工工作作在在放放大大状状态态；在在数数字字电电路路中中，三三极极管管是是作作为为电电子子开开关关，工工作作在在饱饱和和状状态和截止状态。态和截止状态。处于截止状态的三极管，集电处于截止状态的三极管，集电极电位最高极电位最高(UCC)，发射极电位次之，基极电位最低。发射极电位次之，基极电位最低。11.3 三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态11.3.3 截止状态截止状态21*11.4晶闸管晶闸管u观察与思考观察与思考 晶晶闸闸管管又又称称为为可可控控硅硅，是是目目前前半半导导体体器器件件从从弱弱电电进进入入强强电电领领域域，制制造造技技术术最成熟、应用最广泛的器件之一。最成熟、应用最广泛的器件之一。晶晶闸闸管管分分普普通通晶晶闸闸管管和和特特种种晶晶闸闸管管，特特种种晶晶闸闸管管有有快快速速晶晶闸闸管管、双双向向晶晶闸闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。22晶晶闸闸管管由由三三个个 PN 结结，四四层层半半导导体体材料组成。材料组成。晶晶闸闸管管的的三三个个电电极极分分别别为为阳阳极极(A)、阴阴极极(K)、控控制制极极(也也称称为为门门极极)()(G)。三三个个PN结分别为结分别为 J1、J2 和和 J3。晶闸管的符号与二极管相似，在晶闸管的符号与二极管相似，在其阴极处有一个控制极，表明其导通其阴极处有一个控制极，表明其导通的的条条件件除除了了和和二二极极管管一一样样需需要要正正向向偏偏置置的的电电压压外外，还还需需另另外外增增加一个控制信号。加一个控制信号。符符号号结结构构外形外形11.4.1晶闸管的外形、结构和符号晶闸管的外形、结构和符号23晶晶闸闸管管反反向向偏偏置置时时，无无论论是是否否给给控控制制极极加电压，晶闸管均不导通。加电压，晶闸管均不导通。晶晶闸闸管管加加正正向向偏偏置置电电压压，阳阳极极 A 接接高高电电位位，阴阴极极 K 接接低低电电位位，但但控控制制极极 G 没没有有接接任任何电压，何电压，J2 结反偏，晶闸管仍然不导通。结反偏，晶闸管仍然不导通。晶闸管不导通的状态称为晶闸管不导通的状态称为阻断状态阻断状态。反向阻断反向阻断正向阻断正向阻断11.4.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理24晶晶闸闸管管加加正正向向偏偏置置电电压压，给给控控制制极极 G 加加一一个个幅幅度度和和一一个个宽宽度度都都足足够够大大的的正正电电压压(称称为为触触发发电电压压)，此此时时三三个个 PN 结结都都正正偏偏，晶闸管导通。晶闸管导通。晶晶闸闸管管导导通通后后，若若去去掉掉控控制制极极的的电电压压，晶晶闸闸管管仍然能保持导通状态。仍然能保持导通状态。导通状态：导通状态：正向触发导通正向触发导通撤除触发信号仍导通撤除触发信号仍导通RARG11.4.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理25晶闸管为一个受控制的二极管，也具有单向导电性。晶闸管为一个受控制的二极管，也具有单向导电性。要要使使晶晶闸闸管管由由阻阻断断状状态态变变为为导导通通状状态态，必必须须在在晶晶闸闸管管上上加加正正向向电电压压的的同同时时，在在控控制制极极上上加加正正向向触触发发电电压压；一一旦旦晶晶闸闸管管导导通通，控控制制极极就就失失去去控控制制作作用用。控控制制电电压压即即使使取取消消，晶晶闸闸管管仍仍能能保持通的状态。保持通的状态。另另外外，晶晶闸闸管管导导通通后后若若阳阳极极电电流流小小于于某某一一个个很很小小的的电电流流 IH(称称为为维维持持电电流流)时时，晶晶闸闸管管也也会会由由导导通通变变为为截截止止，一一旦旦晶晶闸闸管管截止，必须重新触发才能再次导通。截止，必须重新触发才能再次导通。结论：结论：11.4.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理2611.4.3晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数(1)额额定定正正向向平平均均电电流流 IF 指指晶晶闸闸管管允允许许通通过过的的工工频频正弦半波电流的平均值。正弦半波电流的平均值。(2)正正向向平平均均管管压压降降 UF 指指晶晶闸闸管管正正向向导导通通状状态态下下阳极和阴极两端的平均电压降，一般为阳极和阴极两端的平均电压降，一般为 0.4 1.2 V。(3)维维持持电电流流 IH 维维持持晶晶闸闸管管导导通通状状态态所所需需的的最最小小阳极电流。阳极电流。(4)最最小小触触发发电电压压 UG 指指晶晶闸闸管管正正向向偏偏置置情情况况下下，为为使使其其导导通通而而要要求求控控制制极极所所加加的的最最小小触触发发电电压压，一一般般约约为为 1 5 V。2728.此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！感谢你的观看！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！感谢你的观看！