技能培訓(xùn)專題 電工課件 第五章 電子基礎(chǔ)知識

第五章電子技術(shù)基礎(chǔ)知識主要學(xué)習(xí)內(nèi)容1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機制2、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的形成3、PN結(jié)的形成及其單方向?qū)щ娦?、晶體二極管的結(jié)構(gòu)及其特性5、晶體三極管的結(jié)構(gòu)及電流放大作用6、二極管整流電路一、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機制半導(dǎo)體------根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將自然界中的物質(zhì)劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體材料是硅Si和鍺Ge。

第一節(jié)半導(dǎo)體和PN結(jié)純凈半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體也稱為物質(zhì)的組成物質(zhì)分子原子

原子核核外電子帶負電帶正電一個原子帶的正電數(shù)目=帶負電數(shù)目電子按照一定的層次排列在原子核外每個原子都希望最外層電子為8個半導(dǎo)體晶格圖電子載流子空穴在外界能量的刺激下出現(xiàn)電子空穴對如果在本征半導(dǎo)體的兩端加以電壓，則會有兩種運載電荷的粒子產(chǎn)生電流，一是自由電子向正極流動形成電子電流，另一種是空穴向負極移動形成空穴電流，但數(shù)目很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差。形成：在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價元素硼。導(dǎo)電性能大加強。1）P型半導(dǎo)體硅原子空穴硼原子+4+4+4+4+4+4+4+4+3硼2、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體-------雜質(zhì)半導(dǎo)體多數(shù)載流子——空穴

少數(shù)載流子——電子空穴導(dǎo)電型

N型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu)硅原子磷原子形成：在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價元素磷。導(dǎo)電性能大加強。多數(shù)載流子——電子

少數(shù)載流子——空穴電子導(dǎo)電型2）N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體硅原子空穴硼原子+4+4+4+4+4+4+4+4+3硅原子多余電子磷原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5空穴型電子型1、

PN結(jié)的形成

在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成空間電荷區(qū):二、ＰＮ結(jié)注入三價硼注入五價磷

空穴數(shù)目多電子數(shù)目多一+結(jié)果，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面上，離子薄層形成一個空間電荷區(qū)，這個空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。，

PN結(jié)的形成過程2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦远x：加正向電壓，簡稱正偏加反向電壓，簡稱反偏PN結(jié)正向?qū)ㄕ驅(qū)娏鞔?/p>

PN結(jié)呈低電阻

PN結(jié)反向截止反向截止電流極小

PN結(jié)呈高阻正向電流一、二極管的結(jié)構(gòu)和類型晶體二極管是由一個PN結(jié)，兩條電極引線和管殼構(gòu)成。結(jié)構(gòu)類型按材料分類按結(jié)構(gòu)分類按用途分類硅管，鍺管點接觸型普通二極管，整流二極管開關(guān)二極管，穩(wěn)壓二極管面接觸型第二節(jié)晶體二極管常用二極管的符號陽極陰極+-面接觸型二極管特點：結(jié)面積大、結(jié)電容大，允許通過較大的電流，適用于低頻整流。點接觸型二極管特點：結(jié)面積小，因此結(jié)電容小，允許通過的電流也小，適用于高頻電路的檢波或小電流的整流。特點第二節(jié)mAVRWVRDmAVRWVRD測正向特性測反向特性二、二極管的伏安特性第二節(jié)二極管理論伏安特性曲線OD段稱為正向特性。OC段，正向電壓較小，正向電流非常小，只有當(dāng)正向電壓超過某一數(shù)值時，才有明顯的正向電流，這個電壓稱為死區(qū)電壓，鍺管0.2-0.3V,硅管0.6-0.8V。CD段，當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流近似以指數(shù)規(guī)律迅速增長，二極管呈現(xiàn)充分導(dǎo)通狀態(tài)。1

正向特性第二節(jié)ADCBiDuDOUBRADCBiDuDoUBROB段稱為反向特性。這時二極管加反向電壓，反向電流很小當(dāng)溫度升高時，半導(dǎo)體中本征激發(fā)增加，是少數(shù)載流子增多，故反向電流增大，特性曲線向下降3反向擊穿特性BA段稱為反向擊穿特性當(dāng)二極管外加反向電壓大于一定數(shù)值時，反向電流突然劇增，稱為二極管反向擊穿。2反向特性二極管理論伏安特性曲線第二節(jié)三、二極管的主要參數(shù)參數(shù)對器件性能的定量描述器件使用的極限條件半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF最大反向工作電壓UR反向電流IR第二節(jié)二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。管子使用時允許加的最大反向電壓。二極管未發(fā)生擊穿時的反向電流值。二極管的型號命名及含義：2AP92CW56N型鍺材料普通二極管N型硅材料穩(wěn)壓二極管2CZ52A

規(guī)格號序號整流管N型硅材料二極管三、二極管的簡單測試

將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負極。1.判別正負極性萬用表測試條件：R×100Ω或R×1kΩ；萬用表測試條件：R×1kΩ。2.判別好壞(3)若正向電阻約幾千歐姆，反向電阻非常大，二極管正常。(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；5-4整流電路及濾波電路學(xué)習(xí)內(nèi)容1、單相半波整流電路2、單相全波整流電路3、單相全波橋式整流電路4、濾波電路5、三相全波整流電路1.整流電路的技術(shù)指標(biāo)⑴整流電路工作性能參數(shù)⑵整流二極管的性能參數(shù)

學(xué)習(xí)整流電路的時候，關(guān)鍵是把握以上四個參數(shù)一、單相半波整流電路①流過管子的正向平均電流②二極管所承受的最大反向電壓

IV

UDM

①輸出電壓的平均值它反映整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的大?、诿}動系數(shù)S反映整流電路輸出電壓的平滑程度Uz2.單相半波整流電路工作原理tO23u2tO23

uztO23ivtO23

uDＶRL~220V+UZ–u2iD+uD–RL~220Vu2D1D2R二、單相全波整流電路D1D2Rtotototo2323Im2233uzu2uD

izD1導(dǎo)通D2截止D2導(dǎo)通D1截止D1導(dǎo)通D2截止單相半波整流單相全波整流V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u1三、單相橋式整流輸入正半周1.工作原理輸入負半周+uo當(dāng)u<0時，二極管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。當(dāng)交流電源u>0時，二極管D1、D3導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合；D2、D4截止；相當(dāng)于開關(guān)斷開。totototo2323Im2233uzu2uD

izD1、D3導(dǎo)通D2、D4導(dǎo)通D1、D3導(dǎo)通單相橋式全波整流簡化畫法+uoRLio~+u2整流橋堆把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~~+~-

+–現(xiàn)實生活當(dāng)中，需要直流電源的地方很多。電子設(shè)備中

需要直流電源供電（小功率）直流電源的來源？？？干電池由交流市電變?yōu)橹绷麟姷母鞣N半導(dǎo)體電源（直流穩(wěn)壓電源）直流穩(wěn)壓電源的框圖：交流電源變壓器整流濾波穩(wěn)壓負載HOME直流電動機需要直流電源供電（大功率）OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動電壓合適的交流電壓濾波穩(wěn)壓整流變壓器io

+

uo=ucRLV1V4V3V2+u四、濾波電路一、電容濾波1.電路和工作原理C返回電容充電電容放電io

+

uZ=ucRLV1V4V3V2+uV導(dǎo)通時給C充電，V截止時C向RL

放電；濾波后

uZ

的波形變得平緩，平均值提高。電容充電電容放電C2.波形及輸出電壓當(dāng)RL=時：OtuZ2當(dāng)RL

為有限值時：通常取RLC越大UZ

越大RL=為獲得良好濾波效果，一般取：(T

為輸入交流電壓的周期)UZ=1.2U2二、其他形式濾波1.電感濾波RLL~+u2整流后的輸出電壓：直流分量被電感L短路交流分量主要降在L上電感越大，濾波效果越好2.型濾波L

C1RL~+u2

C2C1、C2

對交流容抗小L對交流感抗很大負載電流小時Um

ωt0第三節(jié)晶體三極管1.晶體三極管的結(jié)構(gòu)2.三極管中的電流分配關(guān)系和電流放大作用3.三極管的特性曲線及主要參數(shù)4.三極管的簡易測試一、基本結(jié)構(gòu)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管三極管結(jié)構(gòu)NPNebcebc集電區(qū)N發(fā)射區(qū)N基區(qū)Pebc集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電極發(fā)射極基極基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA若使三極管起到放大作用三極管等效PN結(jié)電路集電結(jié)發(fā)射結(jié)二、電流分配關(guān)系和電流放大作用以基極的小電流來達到控制集電極的大電流放大作用三、1.

輸入特性死區(qū)電壓：硅管0.7V鍺管0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)在放大區(qū)有IC=IB

發(fā)射結(jié)處于正向偏置集電結(jié)處于反向偏置晶體管工作于放大狀態(tài)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。發(fā)射結(jié)處于反向偏置集電結(jié)處于反向偏置晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)當(dāng)Ube>Uce時發(fā)射結(jié)處于正向偏置集電結(jié)處于正向偏置

晶體管工作于飽和狀態(tài)此時Uce很小，集電極電流Ic隨Uce的增加而很快增大，Ic不受Ib控制而受Uce控制。管子相當(dāng)于一個開關(guān)接通狀態(tài)。

測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和例1：（二）主要參數(shù)①共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計電路、選用晶體管的依據(jù)。1、直流參數(shù)②集電極-基極反向截止電流ICbO

Ie=0時，基極和集電極間加規(guī)定的反向電壓時的集電極電流。ICbO越小，說明晶體管的集電結(jié)質(zhì)量越好。ICbOA+–EC③集電極-射極反向截止電流(穿透電流)ICeOAICEOIB=0+–

Ib=0時，集電極和發(fā)射極間加規(guī)定的反向電壓時的集電極電流。要求ICeO越小越好。注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。2、交流參數(shù)①共發(fā)射極交流電流放大倍數(shù)晶體管的

值在20~100之間為好。②共基極交流電流放大倍數(shù)①集電極最大允許電流Icm②集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓BUCEO集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為Icm。指基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。3.極限參數(shù)：使用時不允許超過這些極限參數(shù)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O③集電極最大允許耗散功耗PCM

晶體管工作時由于集電結(jié)處于反向連接，所以，電阻很大。當(dāng)電流流過集電結(jié)時集電結(jié)就會產(chǎn)生熱量，為了集電結(jié)的溫度不超過規(guī)定值，集電結(jié)的耗散功率將受到限制，一般應(yīng)使PC不得超過管子的耗散功率PCM.

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫度約為150C，鍺管約為7090C。使用時不允許超過這些極限參數(shù)等損耗線

半導(dǎo)體三極管的型號國家標(biāo)準對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3

D

G

110B

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管1/12/2023將萬用表設(shè)置在或擋。用兩個表筆交替測試兩個管腳阻值都很大，說明另一個管腳是基極。四、三極管的簡易測試圖2.1.14基極b的判斷1、找基極操作方法在下頁集電結(jié)發(fā)射結(jié)用兩個表筆交替（對調(diào)）測試兩個管腳，當(dāng)阻值都很大，說明另一個管腳是基極。1、找基極退出放映，演示操作方法將萬用表設(shè)置在或擋，用黑表筆放在基極上，紅表筆分別和另外兩個管腳相接，如果測得兩個阻值都很小，說明是NPN型的管子。如果按上述方法測得的結(jié)果均為高阻值，則黑表筆所連接的是PNP管的基極。2、判斷NPN管型和PNP管型圖2.1.14基極b的判斷首先確定了三極管的基極和管型。先假定一個待定電極為集電極c（另一個假定為發(fā)射極e）接入電路，記下歐姆表的擺動幅度