半导体二极管、三极管、场效应管(1).ppt

第07讲 第4章半导体二极管 三极管 场效应管 1 电子电路技术基础 教学回顾 第1章直流电路习题1 11 2 教学内容 4 1pn结 4 2半导体二极管 pn结的特性 单向导电性伏安特性反向击穿电容效应 类型伏安特性主要参数等效电路及应用稳压二极管 教学要求 了解半导体基本知识理解pn结的特性掌握半导体二极管的特性会计算和分析含有二极管的电路 4 1pn结 什么叫半导体 物质按其导电能力可分为导体 半导体和绝缘体 而把导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体 如硅 si 锗 ge 等 4 1 1半导体 1 热敏性 制成各种热敏元件 2 光敏性 制成各种光敏元件 3 掺杂性 制成各种晶体管器件 半导体的三个独特性质 一些半导体对温度的反应很灵敏 其电阻率随着温度的上升而明显地下降 利用这种特性很容易制成各种热敏元件 如热敏电阻 温度传感器等 有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显地下降 利用这种特性很容易制成光敏元件 如光敏电阻和光电管等 半导体的电阻率受掺入的 杂质 影响极大 在半导体中即使掺入的杂质十分微量 也能使其电阻率大大地下降 利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体管器件 4 1pn结 4 1 4pn结的特性1 pn结的单向导电性 pn结外加正向电压时的特点 pn结处于正向导通状态 正向电流id较大 正向电阻很小 4 1pn结 pn结外加反向电压时的特点 pn结处于反向截止状态 反向电流is较小 反向电阻很大 2 pn结的伏安特性3 pn结的反向击穿当pn结上的反向电压增大到某个数值时 反向电流急剧增大的现象 4 pn结的电容效应 略 4 1pn结 反向击穿 二极管是由pn结加上电极引线和管壳构成的 1 点接触型二极管 a 2 面接触型二极管 b 3 硅平面型二极管 c 按管子的结构分 4 2半导体二极管 二极管按结构分三大类 1 点接触型二极管 4 2半导体二极管 pn结面积小 结电容小 允许通过的电流小 3 平面型二极管 2 面接触型二极管 pn结面积大 用于大电流整流电路 用于集成电路制造工艺中 pn结面积可大可小 半导体二极管的电路符号与基本结构半导体二极管内部就是一个pn结 将其封装并接出两个引出端 从p区引出的端称为阳极 正极 从n区引出的端称为阴极 负极 电路符号如图所示 阳极 阴极 d 二极管电路符号 根据pn结的单向导电性 二极管只有当阳极电位高于阴极电位时 才能按箭头方向导通电流 符号箭头指示方向为正 色点则表示该端为正极 为了防止使用时极性接错 管壳上标有 符号或色点 如果二极管极性接错 不仅造成电路无法正常工作 还会烧坏二极管及电路中其他元件 1 正向特性 伏安曲线 o ud ubr id id u uon od段 二极管电流较小 cd段 当正向电压加到一定值时 u uon时 二极管导通 uon 死区电压 开启电压 硅0 5v锗0 1v导通后的正向压降 硅0 6 1v锗0 2 0 5v 4 2 2二极管的伏安特性i f v 2 反向特性 ba段 当反向电压加到一定值时 pn结产生击穿现象 电流迅速增大 伏安曲线 o ud ubr id id u uon c ob段 i is 反向电阻很大 4 2 3二极管的伏安特性数据 3 反向击穿特性 外加反向电压超过某一数值时 反向电流会突然增大 这种现象称为击穿 击穿时 二极管失去单向导电性 对应的电压称为击穿电压 正向导通 反向截止 击穿 0 5 锗 硅 0 2 反向饱和电流 反向曲线 正向曲线 4 2 3半导体二极管主要参数 1 最大整流电流if 二极管长时间安全工作所允许流过的最大正向平均电流 由pn结结面积和散热条件决定 超过此值工作可能导致过热而损坏 4 2半导体二极管 2 反向工作峰值电压ur 为保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电压 一般为反向击穿电压的一半 3 反向电流ir 二极管未被击穿时 流过二极管的反向电流 此值越小 单向导电性越好 硅管优于锗管 4 最高工作频率fm 二极管维持单向导电性的最高工作频率 由于二极管中存在结电容 当频率很高时 电流可直接通过结电容 破坏二极管的单向导电性 4 2半导体二极管 4 2 3半导体二极管主要参数 1 理想二极管等效电路 理想模型 正向时 导通电压ud 0v 二极管用短路线代替 反向时 id 0 二极管断开 2 考虑正向压降的等效电路 恒压模型 正向时 导通电压ud 0 7v 硅管 锗管为0 2v 二极管用电压源代替 反向时 id 0 二极管断开 4 2 4二极管的等效电路及应用 4 2半导体二极管 例题1 设二极管为理想二极管 试求出ui 5v时的输出电压u0的大小 4 2半导体二极管 解题方法 关键是判断二极管的导通与截止 首先假设二极管断开 然后求得二极管正极和负极之间的电压 如该电压大于导通电压 说明该二极管导通 两端的实际电压为二极管的导通电压 如果该电压小于导通电压 说明该二极管截止 然后进一步计算所要求的各物理量 如果电路中出现两个以上二极管 则假设二极管全部断开 求得每个二极管正极和负极之间的电压 正向电压较大者优先导通 其两端电压为导通电压 然后再用上述方法判断其余二极管 例题1 设二极管为理想二极管 试求出ui 5v时的输出电压u0的大小 解 1 断开二极管d 2 求出断开两点间的电位差ud vd ui 5v vd 0v ud vd vd 5v 例题1 设二极管为理想二极管 试求出ui 5v时的输出电压u0的大小 3 判断二极管的导通状态 vd 5v 0 二极管d导通 例题1 设二极管为理想二极管 试求出ui 5v时的输出电压u0的大小 4 求出输出电压u0 u0 0v 例题2 设二极管为理想二极管 试画出输出电压u0的波形 设ui 5sin t v 解 vd uivd 0v vd vd vd ui 讨论 1 当vd ui 0时d导通 uo 0v 2 当vd ui 0时d截止 uo uiv 例题2 设二极管为理想二极管 试画出输出电压u0的波形 设ui 5sin t v 5 5 例题3 设二极管为理想二极管 试画出输出电压u0的波形 设ui 10sin t v 解 vd uivd 5v vd vd vd ui 5v 讨论 1 当vd ui 5v 0即ui 5v时d导通uo 5v 2 当vd ui 5v 0即ui 5v时d截止uo uiv 例题3 设二极管为理想二极管 试画出输出电