电工电子技术141课件.ppt

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1、,电 工 学 电子技术,主讲：陈静,电 工 学 电子技术主讲：陈静,教 材 及 参 考 书电工学,电工学 （下册）,秦曾煌主编 高等教育出版社,电工与电子技术 （下册）2005,王鸿明主编 高等教育出版社,模拟电子技术基础1999 童诗白 高等教育出版社,教 材 及 参 考 书电工学教材：电工学 （下,主要教学内容,电子技术,模拟电子技术,数字电子技术,半导体器件单级放大电路运算放大器直流稳压电源,主要教学内容电模拟电子技术数字电子技术半导体器件,电子技术的应用：,电子技术的应用：,第14章 二极管和晶体管,14.3 二极管,14.4 稳压二极管,14.5 光电器件,14.2 PN结及其单向导

2、电性,14.1 半导体的导电特性,第14章 二极管和晶体管14.3 二极管14.4 稳,第14章 半导体二极管和三极管,本章要求：一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。,第14章 半导体二极管和三极管本章要求：,学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，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。,对电路进行

3、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。,学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数,14.1 半导体的导电特性,半导体的导电特性：,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。,掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(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）。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,14.1 半导体的导电特性半导体

4、的导电特性：(可做成温度敏,14.1.1 本征半导体,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,14.1.1 本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和,硅和锗的共价键结构,共价键共用电子对,+4表示除去价电子后的原子,完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体的导电能力很弱。,硅和锗的共价键结构共价键共+4+4+4+4+4表示除去价电子,价电子,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。,本征半导体的导电机理,这一现象称为本征激发。,空穴,温

5、度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,Si Si Si Si价电子 价电子在获得一定能量,本征半导体的导电机理,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,注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。,自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不

6、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。,本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时,14.1.2 N型半导体和 P 型半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。,在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,动画,14.1.2 N型半导体和 P 型半导体 掺杂,14.1.2 N型半导体和 P 型半导体,掺杂后空穴数目大量增加，空

7、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。,掺入三价元素,在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,动画,14.1.2 N型半导体和 P 型半导体 掺杂后,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 。 （

8、a. 电子电流、b.空穴电流）,b,a,1. 在杂质半导体中多子的数量与,14.2 PN结,14.2.1 PN结的形成,多子的扩散运动,内电场,少子的漂移运动,浓度差,P 型半导体,N 型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称 PN 结,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,形成空间电荷区,动画,14.2 PN结14.2.1 PN结的形成多子的扩散运动,14.2.2 PN结的单向导电性,1. PN 结加正向电压（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,外电场,IF,内电场被削弱，多子的扩散加强

9、，形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,扩散飘移,加正向电压,14.2.2 PN结的单向导电性 1. PN 结加,2. PN 结加反向电压（反向偏置）,外电场,P接负、N接正,2. PN 结加反向电压（反向偏置）外电场 P接负、N接正,PN 结变宽,2. PN 结加反向电压（反向偏置）,外电场,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,IR,P接负、N接正,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,加反向电压,

10、PN 结变宽2. PN 结加反向电压（反向偏置）外电场,14.3 半导体二极管,14.3.1 基本结构,(a) 点接触型,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。,14.3 半导体二极管14.3.1 基本结构(a) 点接触,(b)面接触型,结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,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,电工电子技术141课件,14.3.2 伏安特性,硅管0.5V,锗管0.1V。,反向击穿电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极

11、管才能导通。,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。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V锗0.20.3V,死区电压,反向电流在一定电压范围内保持常数。,14.3.2 伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿,14.3.3 主要参数,1. 最大整流电流 IOM,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URWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。,3. 反向峰值电流IRM,指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流。反向电流大，说

12、明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。,14.3.3 主要参数1. 最大整流电流 IOM二极管长期,二极管的单向导电性,1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3. 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。,4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,二极管的单向导电性 1.

13、二极管加正向电压（正向偏置,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,分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通若 V阳 V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止,若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。,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,电路如图，求：UAB,V阳 =6 V V阴 =12 V V阳V阴 二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V,例1：,取 B

14、点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,在这里，二极管起钳位作用。,电路如图，求：UAB V阳 =6 V V,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。,V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 VUD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V,例2:,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求：UAB,在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。,两个二极管的阴极接在一起V1阳 =6 V，V2阳=0 V，,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,8V,例3：,二极管的用途： 整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。,参考点,二极管阴极电位为 8 V,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V,作业： P32 14.3.6(ac) 14.3.8,作业： P32,