電工學(xué)第七版下冊(cè)第14章半導(dǎo)體

1、(14-0),符號(hào),UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,伏安特性,穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，需加反向電壓，工作于反向擊穿區(qū)。,穩(wěn)壓原理： 穩(wěn)壓管反向擊穿以后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小。,14.4 穩(wěn)壓二極管,曲線越陡電壓越穩(wěn),(14-1),UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,伏安特性,穩(wěn)壓管反向擊穿是可逆的，當(dāng)去掉反向電壓后，穩(wěn)壓二極管恢復(fù)正常。,使用時(shí)要加限流電阻，穩(wěn)壓二極管在電路中可以起到穩(wěn)壓作用。,反向電流超過允許范圍時(shí)穩(wěn)壓二極管會(huì)發(fā)生過熱擊穿而損壞。,曲線越陡電壓越穩(wěn),注意：,(14-2),(1) 穩(wěn)定電壓 UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。,(2) 電壓溫度系數(shù) U 穩(wěn)壓值

2、受溫度變化影響的系數(shù)，環(huán)境溫度每 變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。,(3) 動(dòng)態(tài)電阻,(4) 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM,(5) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZM,rZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。,穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù):,(14-3),例1：已知：Uz = 12V，IZM = 18mA，R = 1.6K。 試求：Iz = ? 限流電阻 R 的阻值是否合適？,解：,Iz = ( 20 Uz ) / R = ( 20-12 ) / 1.6x103 = 5mA 因：IZ IZM 故：限流電阻 R 的阻值合適,P14：例 14.4.1,(14-4),負(fù)載電阻：,例2：穩(wěn)壓管的技

3、術(shù)參數(shù):,解： uimax = 1.2ui 流過穩(wěn)壓管的電流為 IZmax,試求：限流電阻 R 和輸入電壓 ui 的正常值。,要求：ui 發(fā)生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。,(14-5),聯(lián)立方程 、 可解得：,uimin = 0.8ui 流過穩(wěn)壓管的電流為 IZmin,(14-6),14.5 晶體管,常見晶體管外形圖,(14-7),14.5.1 基本結(jié)構(gòu),常見：硅管主要是平面型，鍺管都是合金型,晶體管結(jié)構(gòu)圖,(14-8),NPN型晶體管,PNP型晶體管,發(fā)射區(qū),集電區(qū),基區(qū),集電結(jié),發(fā)射結(jié),基極,發(fā)射極,集電極,發(fā)射區(qū),集電區(qū),基區(qū),發(fā)射結(jié),集電結(jié),集電極,發(fā)射極,基極,晶體管結(jié)構(gòu)示意圖,

4、(14-9),基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,集電區(qū)： 面積最大,(14-10),三極管放大的外部條件： 發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,PNP 發(fā)射結(jié)正偏 VBVE 集電結(jié)反偏 VCVB,NPN 發(fā)射結(jié)正偏 VBVE 集電結(jié)反偏 VCVB,14.5.2 電流分配和放大原理,從電位的角度看,集電結(jié),發(fā)射結(jié),(14-11),晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路 ,設(shè) EC = 6 V，改變可變電阻 RB，則基極電流 IB、集電極電流 IC 和發(fā)射極電流 IE 都發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下表：,公共端,基極電路,集電極 電路,(14-12),(1) IE = IB + IC 符合基爾霍夫定

5、律 (2) IC IB ， IC IE (3) IC IB (4) IB=0時(shí)， IC = ICEO 0,晶體管的電流放大作用：基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大的變化。,放大實(shí)質(zhì)：用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，晶體管是電流控制器件。,晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)論:,(14-13),晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子 電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合 集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來(lái)的電子,發(fā)射區(qū),集電區(qū),基區(qū),集電結(jié),發(fā)射結(jié),(14-14),電流分配和放大原理,基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略.,進(jìn)入P 區(qū)的電子除極少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成電流IBE , 基區(qū)要薄，濃度小，使絕大多數(shù)電子

6、擴(kuò)散到集電結(jié).,發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散,形成發(fā)射極電流 IE。,(14-15),EB,RB,EC,IC=ICE+ICBOICE,集電結(jié)反偏，由少子形成的反向電流ICBO，受溫度影響比較大。,從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子被拉入集電區(qū)形成 ICE。,IB = IBE ICBO IBE,N,N,P,IC,(14-16),直流電流放大倍數(shù)：ICE 與 IBE之比,要使晶體管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,(14-17),NPN 型晶體管,PNP 型晶體管,晶體管起放大作用的條件：,發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。,電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性,(14-18

7、),14.5.3 特性曲線,管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。,為什么要研究特性曲線： 1）直觀地分析管子的工作狀態(tài) 2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路,重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線,(14-19),輸入回路,輸出回路,B,E,C,(14-20),一、輸入特性曲線,0,(14-21),特點(diǎn):非線性,工作壓降 硅管UBE0.60.7V鍺管UBE0.20.3V,死區(qū)電壓硅管0.5V鍺管0.1V,(14-22),二、輸出特性曲線,IC(mA),IB=0,20A,40A,60A,80A,100A,0,(

8、14-23),線性放大區(qū),IC(mA),0,UCE 大于一定數(shù)值時(shí), IC 只與 IB 有關(guān), IC= IB,發(fā)射結(jié)正偏， 集電結(jié)反偏,(14-24),0,深度飽和時(shí) 硅管UCES 0.3V 鍺管UCES 0.1V,IB的變化對(duì)IC的影響小， IBIC,UCEUBE, 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，,飽和區(qū),(14-25),0,IB=0, IC=ICEO UBE 死區(qū)電壓,截止區(qū),發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏,(14-26),輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn),放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 IC = IB , 且 IC = IB,UCE UBE,(14-27),(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 IC IB

9、 ， ICUCC / RC，UCE0,UCE 0 發(fā)射極和集電極之間如同開關(guān)接通，電阻很小。,UCE UBE,(14-28),(3) 截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。 IB=0 ， IC=ICEO 0， UCE UCC,IC 0 發(fā)射極和集電極之間如同開關(guān)斷開，電阻很大。,UBE 死區(qū)電壓,(14-29),輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn),放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 即： IC = IB , 且 IC = IB,(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 IC IB ， ICUCC / RC ，UCE0,(3) 截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 ，UCE UCC,(14

10、-30),例1: = 50， USC = 12V, RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V 時(shí)，晶體管工作于哪 個(gè)區(qū)？,解：當(dāng)USB =-2V時(shí)：,IB=0 ， IC=0,T 管工作于截止區(qū),(14-31),T 管工作于放大區(qū),解：USB =2V時(shí)：,IC最大飽和電流：,(14-32),解：USB =5V時(shí):,T 管工作于飽和區(qū)，因IC 和IB 已不是 倍的關(guān)系,IC最大飽和電流：,(14-33),在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =,解：,Q1,Q2,P23：例14.5.2,(14-34),例3：現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩晶體管各管腳電位如下： a：V1 = 12V，V2

11、= 3.7V，V3 = 3V； b：V1 = -6V，V2 = -2.1V，V3 = -1.9V 試判別各管的管腳、類型、材料。,解：,分析：b極 - 中間電位, e極 Ube很小 硅管:Ube = 0.6 0.8V 鍺管:Ube = 0.2 0.3V NPN: Vc = max , Vc Vb Ve PNP: Vc = min , Ve Vb Vc,方法：先確定 b、e 、c 腳 , 然后確定材料、類型,a：腳2 = b 腳 腳3 = e 腳 腳1 = c 腳 硅管, NPN管,b： 腳2 = b 腳 腳3 = e 腳 腳1 = c 腳 鍺管, PNP管,PNP管,NPN管,(14-35),

12、三、主要參數(shù),前述電路中，三極管的發(fā)射極是輸入和輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。,共射直流電流放大倍數(shù)：,工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：,1. 電流放大倍數(shù)和 ,(14-36),2.集-基極反向截止電流 ICBO,ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBO,3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO,ICEO受溫度的影響大。 溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。,(14-37),4.集電極最大允許電流ICM,集電極電流

13、IC上升會(huì)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(shí)的集電極電流即為ICM。,5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,基極開路時(shí)，加在集-射極之間的最大允許電壓，稱為集-射極反向擊穿電壓。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C的值。溫度上升時(shí)，其值將降低。,(14-38),6. 集電極最大允許功耗PCM,集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：,PC =ICUCE,必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,安全工作區(qū),ICUCE=PCM,(14-39),14.6 光電器件,發(fā)光二極管 光電二極管 光電晶體管,有興趣的同學(xué)自學(xué)！,第十四章課后習(xí)題,P13:14.3.8 - 二

14、極管的應(yīng)用(雙)：限幅 P32：14.3.8 - 二極管的應(yīng)用：與門 P34:14.4.3 - 穩(wěn)壓管的應(yīng)用 14.5.8 - 晶體管：工作區(qū) 14.6.1 - 發(fā)光二極管及綜合 P35:14.5.11 - 綜合應(yīng)用 (選做),(1-41),結(jié) 束,(14-42),1半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負(fù)電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。 2采用一定的工藝措施，使P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就形成了PN結(jié)。PN結(jié)的基本特點(diǎn)是單向?qū)щ娦浴?3二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用伏安特性和一系列參數(shù)來(lái)描述。,內(nèi)容小結(jié),(14-43),4.三極管工作時(shí)，有兩種載流子參與導(dǎo)電，稱為雙極型晶體管。 5.是一種電流控制電流型的器件，改變基極電流就可以控制集電極電流。 6.晶體管特性可用輸入特性曲線和輸出特性曲線來(lái)描述。 7.有三個(gè)工作區(qū)：飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。,(14-44),例3：已知：Ui = 10 sinwt V，二極管為理想元件。 試畫出Uo的波形。,Ui 5V：Uo = Ui,解：,方法：判斷二極管何時(shí) 導(dǎo)通、截止。,Ui5V ：Uo = 5V,(14-45),例4：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，