二极管、三极管ppt课件.ppt

项目一半导体二极管,学习目标：一、了解半导体的基本概念；二、掌握PN结的单向导电性；三、掌握二极管的基本结构、工作原理、特性曲线及主要参数；四、掌握二极管质量、极性判别的方法。,任务导入,二极管在实际电路中已被广泛应用，如电视机、洗衣机等电器设备接通电源后，看到指示灯亮，用的大多都是发光二极管；手机、录音机等的充电器大都用到整流二极管等。掌握二极管的特性，是电类专业学生必备的基本技能。,预习问题：,1、自然界中根据物质导电能力分为几种？分别是什么？2、半导体热敏特性的含义是什么？3、半导体光敏特性的含义是什么？4、半导体掺杂特性的含义是什么？5、什么是本征半导体？6、本征激发的含义是什么？7、半导体中两种载流子是什么？分别带什么电荷?8、N型半导体中掺入的是哪种元素？多数载流子是什么？少数载流子是什么？9、P型半导体中掺入的是哪种元素？多数载流子是什么？少数载流子是什么？,1.1PN结的形成和特性,一、PN结的形成,P区和N区交界处形成一特殊层，叫PN结。,二、PN结的特性,PN结加正向电压导通，加反向电压截止，即单向导电性。,1.2半导体二极管,1.2.1二极管的结构、外形与符号,二极管：将PN结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，并从P区和N区分别焊出两根金属引线做正、负极。,外形：,符号：,二极管是由半导体材料制成，常用的半导体有锗和硅。,二极管的分类,1.2.1二极管的结构、外形与符号,半导体二极管又称晶体二极管。按半导体材料划分：硅二极管、锗二极管等；按PN结结构划分：点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管；按用途划分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。,1.2.2二极管的伏安特性,1正向特性（正向偏置或导通状态）,当二极管两端所加的正向电压比较小时，正向电流很小，如图中0A段。,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。,外加电压超过死区电压以后，正向电流迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中AB段所示。,导通后管子两端电压几乎恒定，硅管约为0.60.7V，锗管约为0.20.3V。,1.2.2二极管的伏安特性,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。,当反向电压大到一定数值时，反向电流会突然增大，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，是不允许出现这种现象的。,C,D,正偏导通,2反向特性（反向偏置或截止状态）,结论：,二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。,从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。,应用,1、如下图所示，哪个导通？哪个截止？,2、如下图所示，灯泡是否发光？,动画,1.2.3二极管的主要参数,1最大整流电流IFM,二极管长时间工作时允许通过的最大正向电流的平均值。,二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。,2最高反向工作电压URM,3最大反向电流IR,二极管加最大反向电压时的反向电流。,IR愈小，单向导电性愈好。,拓展：,1、怎样用万用表判别二极管的正、负极？,2、用万用表测量二极管，发现正向电阻和反向电阻都很大，说明什么问题？,3、用万用表测量二极管，发现正向电阻和反向电阻都很小，说明什么问题？,任务二半导体三极管,学习目标：一、掌握三极管的结构及其三种工作状态；二、理解半导体三极管的伏安特性及各工作状态的特点；三、能用万用表判别三极管的好坏、类型和管脚极性。,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,2.1BJT的结构简介,(a)NPN型管结构示意图(b)PNP型管结构示意图(c)NPN管的电路符号(d)PNP管的电路符号,2.1BJT的结构简介,(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管,按照所用的半导体材料分：硅管、锗管；按照工作频率分：低频管、高频管；按照功率分：小、中、大功率管。,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。,2.2放大状态下BJT的工作原理,1.内部载流子的传输过程,发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子（以NPN为例）,由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。,放大状态下BJT中载流子的传输过程,外部条件：发射结正偏集电结反偏,放大状态下BJT中载流子的传输过程,发射结正偏,多子扩散,IE=IEN+IEP,很多电子扩散到基区,IEIEN,发射极电流IE,放大状态下BJT中载流子的传输过程,基极复合电流IBN,扩散到基区的电子与基区的多子（空穴）复合，形成复合电流IBN,IB=IBN-ICBO,19,可编辑,放大状态下BJT中载流子的传输过程,集电极电流IC,集电结反偏,漂移增强,载流子被集电极收集形成电流ICN,加上集电极和基极间的反相饱和电流,集电极电流,IC=ICN+ICBO,2.电流分配关系,根据传输过程可知,IEN=ICN+IBN=IC-ICB0+IB+ICB0=IC+IB=IE,IC=IB,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,2.3三极管的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极。,共基极接法，基极作为公共电极；,共发射极接法，发射极作为公共电极；,BJT的三种组态,2.4BJT的V-I特性曲线,所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。,1.输入特性曲线,以常用的共射极放大电路为例说明,UCE=0V,令UBB从0开始增加,令UCC为0,UCE=0时的输入特性曲线,UCE为0时,令UBB重新从0开始增加,增大UCC,让UCE=0.5V,UCE=1V,UCE=0.5V,UCE=0.5V的特性曲线,继续增大UCC,让UCE=1V,令UBB重新从0开始增加,UCE=1V,UCE=1V的特性曲线,继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。,实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。,UCE1V的特性曲线,2.输出特性曲线,先把IB调到某一固定值保持不变。,当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。,然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。,根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。,IB,0,2.4BJT的V-I特性曲线,再调节IB1至另一稍小的固定值上保持不变。,仍然调节UCC使UCE从0增大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。,根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。,IB1,IB2,IB3,IB=0,如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。,输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。,当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。,当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。,当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移，且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。,从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数。,取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；,再读出这两条曲线对应的集电极电流之差IC=1.3mA；,IC,于是我们可得到三极管的电流放大倍数：=IC/IB=1.30.04=32.5,输出特性曲线上一般可分为三个区：,饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。,截止区。当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使UBE小于和等于零。,放大区,晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。,1.电流放大系数,2.5BJT的主要参数,电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。,2.极间反向电流,（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，集电结的反向饱和电流。ICBO越小越好。,（2）集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,2.5BJT的主要参数,（1）集电极最大允许电流ICM,（2）集电极最大允许功率损耗PCM,PCM=ICVCE,3.极限参数,2.5BJT的主要参数,（3）反向击穿电压,V(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压。,V(BR)EBO集电极开路时发射结的反向击穿电压。,V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO,2.6测试三极管的好坏、结构类型与引脚极性,测试三极管的好坏、结构类型与引脚极性,任务要求,测试环境,用万用表判别三极管的好坏、结构类型和b、e、c三个极。,万用表一只，三极管若干。,测试方法1三极管好坏的测试,由于三极管内部是由两个PN结构成的，因此，和二极管类似，也可以用万用表对三极管的电极、好坏作大致的判断。,2三极管的结构、管脚的判别（1）确定三极管的基极及结构,判断三极管的基极及结构时，可把三极管等效为两个二极管，如图1-41所示。,图1-41判别三极管的基极和结构类型时的等效电路,将万用表欧姆挡置于“R100”或“R1k”的位置（注意万用表红表笔接内置电池负极，黑表笔接内置电池正极）。,先假设三极管的某引脚为“基极”，并把黑表笔接在假设的基极上，将红表笔先后接到其余两个引脚上测量电阻值，如果两次测得的电阻值都很小（约为几百欧姆至几千欧姆），则认为该引脚为基极的假设是正确的，且被测三极管为NPN型管。,如果两次测得的电阻值都很大（约为几千欧姆至几十千欧姆），则关于该引脚为基极的假设也是正确的，但被测三极管为PNP型管；如果两次测得的电阻一大一小，则原来假设的基极是错误的，这时必须重新假设另一引脚为“基极”，再重复上述测试。最多重复两次就能找出真正的基极。,（2）确定三极管的集电极和发射极,在已知三极管结构和基极的前提下（假设NPN型），假定其余的两个引脚中一个是集电极，另一个是发射极，用潮湿的手指把假设的集电极和已知的基极捏起来（但两个金属引脚不能相碰），将黑表笔接假定的集电极，红表笔接假定的发射极上，读出并记下此电阻值。然后再作相反假设，即把原来假设为集电极的引脚假设为发射极，做同样的测试并记下此电阻值。比较两次的阻值大小，阻值小的一次假设是对的。,若判断的是PNP型晶体管，仍用上述方法，但必须把表笔对调一下。,针对若干个三极管，首先用万用表判断出好坏。,万用表选择1k挡，判断出基极及结构。,在确定基极及结构的前提下，用上面介绍的方法再判别出引脚e、c。,知