电工电子学第4章..ppt
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第四章 常用半导体分立器件 Diode, Transistor; 对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。
学会用工程观点分析问题,即根据实际情况,对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。
对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过分追究精确的数值。
器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。;4.1 半导体的基本知识与PN结; ;+4;共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子(Bonded Electron),束缚电子很难脱离共价键成为自由电子(Free~),因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。;本征激发-在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴(Hole)。 因热运动产生自由电子空穴对的现象称本征激发(Excitation, 又称热激发)。;两种载流子: 能够导电的电荷称为载流子(current or charge carrier)。
本征半导体中有数量相等的两种载流子:自由电子和空穴。
空穴导电的实质是价电子依次填补空位的运动。
;本征浓度
复合—自由电子和空穴在热运动中相遇而释放能量,电子空穴成对消失。
自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目。;半导体的导电特性:; 4. 杂质半导体(Impurity~);N型半导体 — 掺入5价元素如砷(As)、磷(P); 掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式,称为空穴半导体或 P型半导体。;杂质半导体的示意表示法;二、 PN结及其单向导电性; 在一块完整的硅片上,用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体,另一边形成P型半导体。;1)PN 结加正向电压时;2)PN 结加反向电压——P区加负、N区加正电压; PN 结加正向电压时,PN结变窄,正向电流较大,正向电???较小,PN结处于导通状态。;4.2 半导体二极管及其应用电路;3)平面型二极管;60; 当反向电压增大至U(BR)时,反向电流将突然增大。这种现象称为击穿,二极管失去单向导电性。;二极管的单向导电性;4. 主要参数(教材P114);5. 二极管的电路模型;二、 二极管应用电路;3)含两个二极管时:一般可以先设一个为截止,按方法2)判断另一个;然后求被设为截止的二极管阳极阴极间电压,若大于零,则说明所设错误。
4)如果两个以上的二极管串联:则它们同时导通或截止。
5)如果两个以上的二极管并联:a)共阳极时,阴极电位低的优先导通;b)共阴极时阳极电位高的优先导通。;电路如图,二极管性能理想,求:Uab;两个二极管的阴极接在一起
取 b 点作参考点,断开二极管,分析二极管阳极和阴极的电位。;2. 整流电路;3. 限幅电路;例4.2.3;三、 特殊二极管; 2)稳压管的主要参数:; 电阻的作用:
?起限流作用,以保护稳压管;
?当输入电压或负载电流变化时,通过该电阻上电压降的变化,取出误差信号以调节稳压管的工作电流,从而起到稳压作用。;正常稳压时 UO =UZ;2.发光二极管;3.光电二极管;4.3 双极型三极管;一、半导体三极管的结构和工作原理;我国:-1957年,通过还原氧化锗,锗单晶,并制作出锗晶体管。
-1959年,硅(Si)单晶。;1. 三极管的结构与符号; 三极管按结构可分为:NPN型和PNP型。我们主要以NPN型三极管为例来学习,一切方法和结论都可以用于PNP型。; 符号中,发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。;mA;IB/mA;IC;二、 三极管的特性曲线和重要参数;1)输入特性曲线;2)输出特性曲线;(3) 饱和区;
管型;例4.3.1;分析:
1)工作于放大状态的三极管,发射结应正偏,集电结应反偏,因而NPN型有VCVBVE, PNP型有VCVBVE。可见基极电位总是居中,据此可确定基极。
2)硅管|UBE|=0.6~0.8V,锗管 |UBE|=0.2~0.4V,则与基极电位相差此值的电极为发射极,并可判断是硅管还是锗管。
3)余下一电极为集电极。
4)集电极电位为最高的是NPN型管,集电极电位为最低的是PNP型管。;(c)PNP型硅管,①-集电极,②-基极,③-发射极;例4.3.2;
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