电子技术基础教学演示课件.ppt

中等职业学校机电类规划教材,电子技术基础 教学演示课件,第1章 半导体器件,1.1 晶体二极管,1.3 场效应管,1.2 晶体三极管,1.4 晶闸管,本章首先介绍二极管的结构及单向导电性，二极管的主要参数；特殊二极管的应用；然后介绍晶体三极管的结构及电流放大作用，三极管的特性和主要参数；最后介绍场效应管的分类、特性及晶闸管的结构及导电特性。,1.1 晶体二极管,人们按照物质导电性能，通常将各种材料分为导体、绝缘体和半导体三大类。导电性能良好的物质称为导体，例如金、银、铜、铝等金属材料。另一类是几乎不导电的物质称为绝缘体，例如陶瓷、橡胶、塑料等材料。再一类是导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓等都是半导体。 纯净半导体也叫本征半导体，这种半导体只含有一种原子，且原子按一定规律整齐排列。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。 常常在本征半导体中掺入杂质，其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力，而是想通过控制杂质掺入量的多少，来控制半导体的导电能力的强弱。,1.1 晶体二极管,在硅本征半导体中，掺入微量的五价元素(磷或砷)，就形成N型半导体。 在硅本征半导体中，掺入微量的三价元素(铟或硼)，就形成P型半导体。 当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结。,（a)N型半导体 (b)P型半导体,1.1 晶体二极管,1.1.1 晶体二极管的结构与符号,1. 二极管的结构,晶体二极管是由一个PN结构成的，从P区引出的电极为二极管正极， N区引出的电极为二极管负极，用管壳封装起来即成二极管。,二极管的外形图,二极管符号,2. 电路符号,1.1 晶体二极管,1.1.2 晶体二极管的单向导电性,电阻是双向导电，二极管如何导电呢？,按下图所示连接电路，观察指示灯的变化情况。（建议采用仿真演示）,(a) 加正向电压导通 (b) 加反向电压截止,结论：二极管 具有单向导电性。,1.1 晶体二极管,1.1.3 晶体二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线,(1) 正向特性（图中OAB段） 当二极管两端所加的正向电压由零开始增大时，在正向电压比较小的范围内，正向电流很小，二极管呈现很大的电阻，如图中OA段，通常把这个范围称为死区，相应的电压叫死区电压。硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压约为0.10.2V。,1.1 晶体二极管,1.1.3 晶体二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线, 外加电压超过死区电压以后，二极管呈现很小的电阻，正向电流ID迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中AB段为导通区，此时管子两端电压降变化不大，该电压值称为正向压降(或管压降)，常温下硅管约为0.60.7V，锗管约为0.20.3V。,1.1 晶体二极管,1.1.3 晶体二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线,(2) 反向特性 （图中OCD段） 当给二极管加反向电压时，所形成的反向电流是很小的，而且在很大范围内基本不随反向电压的变化而变化，即保持恒定。如曲线OC段称为反向截止区，此处的IR称为反向饱和电流。 当反向电压大到一定数值UBR时，反向电流会急剧增大，如图中CD段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。正常使用二极管时（稳压二极管除外），是不允许出现这种现象的，因为击穿后电流过大将会使管子损坏。,1.1 晶体二极管,1.1.4 稳压二极管,稳压二极管是一种用特殊工艺制造的面接触硅材料二极管，由于它具有稳定电压的功能，在稳压设备和一些电子电路中经常用到。所以把这种类型的二极管称为稳压管。 小型稳压管与二极管外型无异，图形符号和外形封装如图所示。（a）为符号图，(b)为实物图。,（a）符号 (b)实物,结论：稳压管工作在特性曲线 的反向击穿区。这表明稳压管在击 穿状态下，流过管子的电流在较大 范围内变化(IZ)时，而管子两端 电压变化(UZ)几乎不变，这就是 稳压管的稳压作用。,1.1 晶体二极管,1.1.5 其他二极管,1. 发光二极管 发光二极管(简称LED)的PN结工作在正向偏置状态。它是利用电信号变成光信号的一种半导体器件，它具有功耗低、体积小、工作可靠等特点。 2. 光敏二极管 光敏二极管又称光电二极管，其PN结工作在反向偏置状态。目前使用最多的是硅（Si）光电二极管。,(a)符号 (b)实物,(a)符号图 (b)实物图,1.2 晶体三极管,晶体三极管是具有电流放大作用的半导体器件，为此晶体三极管组成的放大电路在实际电子设备中得到广泛应用，如收音机、电视机、扩音机、测量仪器及自动控制装置等。如图所示为三极管放大作用的应用示意图。,1.2 晶体三极管,1.2.1 晶体三极管的结构与符号,1.晶体管的结构 晶体管是由两个PN结构成的，两个PN结将整个半导体基片分为3个区-发射区、基区和集电区。由3个区各引出一个电极，分别为基极b、发射极e和集电极c。发射区与基区之间的PN结称为发射结，集电区与基区之间的PN结称为集电结。晶体管按结构可分为NPN型和PNP型两类。,（a）实物图 （b）外形图,三极管结构、符号,1.2 晶体三极管,2.晶体管的分类,三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类： (1) 按半导体材料分，可分为硅管和锗管。硅管工作稳定优于锗管，因此当前生产和使用常用硅管。 (2) 按三极管内部基本结构分，可分为NPN型和PNP型两类。目前我国制造的硅管多为NPN型(也有少量PNP型)，锗管多为PNP型。 (3) 按结构工艺分，分为合金管和平面管。 (4) 按用途分，可分为普通放大管和开关管等。 (5) 按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。 (6) 按工作频率分，可分为超高频管、高频管、低频管。,1.2 晶体三极管,1.2.2 晶体三极管的电流放大作用,三极管的电流放大作用,按图连接电路，观察各极电流的大小及其关系。 (建议采用仿真演示),（1）三极管电流分配关系 IE IB IC,（2）三极管电流放大作用,直流,交流,三极管各极上的电流分配关系,1.2 晶体三极管,1.2.2 晶体三极管的电流放大作用,2. 具有电流放大作用的外部条件,发射结加正向偏置，集电结加反向偏置。,三极管各极上的电流分配关系,结论：三极管在一定的外界电 压条件下所具有的IC受IB控制且二 者成线性关系的特性，称为三极管 的直流电流放大作用。而IC受IB 控制且二者成线性关系的特性，称 为三极管的交流电流放大作用。,1.2 晶体三极管,3.三极管的连接方式（组态）,1.2.2 晶体三极管的电流放大作用,三极管的三种组态 (a) 共射组态 (b) 共基组态 (c) 共集组态,1.2 晶体三极管,1.2.3 晶体三极管的特性曲线,(1) 三极管输入特性曲线 反映输入电流IB与输入电压UBE之间的关系的曲线叫输入特性曲线，它以输出电压UCE一定值作参考量。当UCE1V之后，输入特性曲线基本重合。,输入特性,1.2 晶体三极管,1.2.3 晶体三极管的特性曲线,(2) 三极管输出特性曲线, 截止区 IB0那条输出特性曲线以下的区域。在这个区域内的三极管两个PN结均处于反向偏置状态。相当于三极管内部各极开路，即相当于开关断开。, 饱和区 每条曲线拐点连线左侧的区域。在这个区域内的三极管两个PN结均处于正向偏置状态。, 放大区 每条曲线的平直部分所构成的区域。在该区域三极管满足发射结正偏、集电结反偏的放大条件，具有电流放大作用。,管子相当于开关闭合。,*1.3 场效应管,场效应晶体管简称场效应管，它也是一种具有结的半导体器件。,1. 场效应管的类型 场效应管按其结构的不同分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，其外形如图所示。而结型场效应管又分为沟道、沟道两类；绝缘栅型场效应管分为增强型和耗尽型两类，每类又有P沟道和N沟道两种。 2.场效应管的结构及符号,N沟道增强型绝缘栅场效应管 (a)结构示意图 (b) 电路符号,外形图,1.4 晶闸管,1.4.1 普通晶闸管的结构及导电特性,1. 结构 晶闸管是用硅材料制成的半导体器件。它是由P型和N型半导体交替迭合而成的P-N-P-N四层半导体元件，具有三个PN结和三个电极。如图所示，图（a）给出了晶闸管的外形，有螺栓式和平板式两种，图 (b)为内部结构，图（c）为其图形符号，文字符号为SCR。,1.4 晶闸管,1.4.1 普通晶闸管的结构及导电特性,2. 导电特性 晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。 晶闸管单向导电性可用图所示实验电路验证。（建议采用仿真）,结论：要使晶闸管由阻断状态变为导 通状态，必须在晶闸管上加正向电压的 同时，在控制极上加一定大小的正向电 压（这个电压成为触发电压）这样才能 使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制 极就失去控制作用。,1.4 晶闸管,1.4.2 双向晶闸管,1. 结构 双向晶闸管是一种新型的半导体三端器件，它具有相当于两个单向晶闸管反向并联工作的作用。图为双向晶闸管的实物图和符号。,双向晶闸管的外形和符号 (a) 实物图 (b) 符号,2. 导电特性 双向晶闸管具有比较对称的正反向伏安特性。若控制极加正极性触发信号，晶闸管导通，电流方向是从T2流向T1；若控制极加负极性触发信号，晶闸管导通，电流方向是从T1流向T2。由此可见，双向晶闸管只用一个控制极，就可以控制它的正向导通和反向导通了。,本 章 小 结 1二极管由一个PN结构成，其主要特性是单向导电，即正偏时导通，反偏时截止。二极管两端电压与通过二极管的电流之间的关系为二极管的伏安特性，它详细的描述了二极管电压与电流间的关系。 2特殊二极管有稳压二极管、发光二极管、光电二极管等，稳压二极管工作在二极管伏安特性曲线的反向击穿区，在工作电流允许范围内其电压是稳定的；发光二极管具有将电信号转换成光信号的作用；而光电二极管则是将光信号转换成电信号。 3三极管由两个PN结构成，按其结构分为