电工与电子7到14章教案.ppt

(1-1),7.1.1本征半导体,本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体。（99.9999999）,(1-2),半导体晶体中，相邻原子之间以共价键结合。每个原子的最外层均是八个电子，形成稳定结构。,共价键共用电子对,硅和锗的共价键结构,共价键中的电子称束缚电子，束缚电子不导电。,常温下束缚电子很难成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱。,(1-3),束缚电子,常温下，一些价电子获得足够的能量，成为自由电子(称热激发)，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。,本征半导体中自由电子和空穴的数量相等。,(1-4),在力的作用下，空穴能吸引附近的电子来填补，这相当于空穴的迁移，空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。,半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。,半导体的特点:温度对半导体性能的影响很大。,(1-5),7.1.2杂质半导体,在本征半导体中掺入微量的某些杂质，会使半导体的导电性能显著提高。原因是掺杂使半导体的某种载流子浓度大大增加。,1.N型半导体,(1-6),N型半导体中，掺杂形成的自由电子是热激发的(103104)倍；自由电子数量大大多于空穴数量。自由电子称多数载流子（多子），空穴称少数载流子（少子）；N型半导体主要靠电子导电。,2.P型半导体,空穴,(1-7),7.2PN结及及其单向导电性,在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了一个特殊的薄层，称PN结。,P型半导体中空穴是多子，电子是少子。,P型半导体主要靠空穴导电。,(1-8),P型半导体,N型半导体,扩散使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽，内电场越强。,内电场越强，使漂移运动越强，漂移使空间电荷区变薄。,(1-9),当扩散和漂移这对相反的运动达到动态平衡时，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,(1-10),PN结的单向导电性:PN结正偏时导通，反偏时截止；称为PN结的单向导电性。,PN结加正向电压或正向偏置是指：P区接电源的正、N区接电源的负。,PN结加反向电压或反向偏置是指：P区接电源的负、N区接电源的正。,扩散运动:P区中的空穴和N区中的电子向对方运动（都是多子）。,漂移运动:P区中的电子和N区中的空穴的运动（都是少子），少子数量有限，因此由它们形成的电流很小。,(1-11),PN结正向偏置,P,N,+,_,内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的正向电流。,(1-12),PN结反向偏置,N,P,+,_,内电场加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。,R,E,(1-13),7.3半导体二极管,7.3.基本结构,PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,(1-14),7.3.2伏安特性和主要参数,死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。,导通压降:硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,1伏安特性二极管的端电压与电流关系曲线,(1-15),2.主要参数,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。,反向工作峰值电压URWM保证二极管不被反向击穿的最大电压，约为UBR的(1/2)(2/3)。,反向峰值电流IRM反向峰值电压下的电流。IRM大二极管的单向导电性差；故IRM越小越好。IRM受温度影响大，温度越高IRM越大。硅管的IRM较小，锗管IRM比硅管大几十到几百倍。,(1-16),硅二极管：死区电压=0.5V，正向压降0.7V理想二极管：死区电压=0，正向压降=0,二极管的应用举例：二极管半波整流,7.3.3二极管的等效电路及其应用,等效电路：正偏导通开关通，反偏截止开关断。,(1-17),曲线越陡，电压越稳定。,7.4几种特殊二极管,(1-18),稳定电流IZ:最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。稳压管正常工作时允许的最大电流、要求的最小电流。,最大允许功耗:,稳压二极管的参数:,稳定电压UZ:正常工作时，稳压管两端的电压（反向击穿电压）。,动态电阻:反向特性曲线越陡，rZ越小；稳压性能越好。,(1-19),7.4.2光电二极管,暗电流：无光照时的反向电流，(0.2A)光电流：有光照时的电流，（可达几十A）。,(1-20),7.4.3发光二极管（LED）,LED正偏导通时，若电流足够大，LED可发出不同颜色的光；光的颜色由LED的材料确定。,LED的电特性与一般二极管类似：工作电压：1.53V，工作电流：几几十mA,(1-21),基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,7.5晶体管,又称半导体三极管，简称三极管。,(1-22),基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大掺杂浓度较低,发射区：掺杂浓度较高,集电结,发射结,*故E、C不能互换,NPN管和PNP管的工作原理类似，仅电源极性要求不同。,(1-23),7.5.2电流放大原理,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,放大电流必要条件：发射结正偏，集电结反偏。,(1-24),EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,(1-25),IB=IBE-ICBOIBE,(1-26),ICE与IBE之比称为电流放大倍数,(1-27),7.5.3特性曲线,描述三极管各极电压、电流之间关系的曲线。常用的是共射极电路的输入、输出特性曲线。,(1-28),1.输入特性曲线,工作压降：硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,(1-29),2.输出特性,IC(mA),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关:IC=IB。,(1-30),此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,(1-31),此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V,(3)截止区：UBE死区电压，IB=0，IC=ICEO0,(1-33),例1：=50，UCC=12V，RB=70k，RC=6k当UB=-2V，2V，5V时，晶体管工作于何种状态？,解：UB=-2V时：,IB=0，IC=0,晶体管工工作于截止区,UB=2V时：,IC最大饱和电流：,ICVT时，IDUGS；MOS管导通开关接通,UGSVT时，ID=0；MOS