电工电子学课件第09章二极管和晶体管1

电工电子学下篇-电子技术

电子技术是把电子元器件组成的电子电路应用到科学、技术、生产、生活各领域的应用技术，电子电路是信息社会产生、传送、处理信号的硬件载体。1电工电子学下篇-电子技术电子技术是把电子电工电子学下篇-电子技术第9章二极管和晶体管第10章基本放大电路第11章运算放大器第12章直流稳压电源第13章门电路和组合逻辑电路第14章触发器和时序逻辑电路第15章模拟量和数字量转换2电工电子学下篇-电子技术第9章二极管和晶体管29.1半导体的导电特性9.2半导体二极管9.3稳压二极管

第9章二极管和晶体管39.1半导体的导电特性第9章二极管和晶体管3半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。4半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一半导体的导电能力受外界因素的影响很大：对温度敏感热敏元件掺杂半导体二极管、三极管、场效应管、晶闸管等半导体器件半导体及其特点对光照敏感光电管、光电池等光敏元件半导体的这些特点是由其原子结构决定的5半导体的导电能力受外界因素的影响很大：对温度敏感热敏9.1.1本征半导体1、本征半导体的结构特点硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si本征半导体：完全纯净的、晶体结构的半导体。9.1半导体的导电特性69.1.1本征半导体1、本征半导体的结构特点硅和锗，它们的在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。共价键结构本征半导体的共价键结构硅原子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+47在热力学温度零度共价键结构本征半导体的共价键结构硅+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴本征激发复合在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对消失8+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴本征激发复合+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量五价元素磷原子+4+5多余价电子正离子N型半导体中的载流子:1、自由电子2、空穴多数载流子少数载流子9.1.2

N半导体和P型半导体9+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体在硅或锗的晶

N型半导体结构示意图空穴是少数载流子电子是多数载流子正离子10N型半导体结构示意图空穴是少数载流子电子是多数载流子正+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半导体在硅或锗的晶体中

掺入少量的三价元素,形成P型半导体

+4+4硼原子填补空位+3负离子P型半导体中的载流子是:1、自由电子2、空穴多数载流子少数载流子11+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半导体在硅或锗的晶P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子12P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，导电能力明显变化,半导体对温度敏感

。往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。半导体的导电特性13半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，（三）PN结1、PN结的形成flash1多子的浓度差多子的扩散空间电荷区少子的漂移……扩散=飘移形成稳定的PN结注：PN结的结电容很小14（三）PN结1、PN结的形成flash1多子的浓度差多子的扩2、PN结的特性（1）PN结外加正向电压flash2PN结正偏PN结正向导通外电场与内电场方向相反有利于扩散进行扩散>飘移PN结变窄外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流I正152、PN结的特性（1）PN结外加正向电压flash2、PN结的特性（2）PN结外加反向电压flash3PN结反偏PN结反向截止外电场与内电场方向相同有利于漂移进行飘移>扩散PN结变厚外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流I反

162、PN结的特性（2）PN结外加反向电压flash3（3）PN结的特性：加正向电压导通加反向电压截止单方向导电性+-正向电压17（3）PN结的特性：加正向电压导通加反向电压截止单方向导电性9.2半导体二极管189.2半导体二极管189.2.1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0.6~0.8V锗0.2~0.3V死区电压PN+–PN–+理想二极管：导通压降=0iDuDUI0(mA)(µA)199.2.1伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿导9.2.2主要参数1.最大整流电流

IF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.最高反向工作电压UR二极管工作是允许外加的最大反向电压值。超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般是击穿电压U（BR）的一半。PN二极管符号：+U-209.2.2主要参数1.最大整流电流IF二极管长期使用时3.反向电流

IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。213.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。4、微变电阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：工作点Q处的直流电阻：R=UD/ID

224、微变电阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二极

例9.1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管，求输出端Y的电位并说明二极管的作用。解：DA优先导通，则VY=3–0.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止,起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA

–12VYABDBR3V0V-0.3V2.7V23例9.1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DE3VRuiuouRuD例9.2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui=6sintV,E=3V,试画出

uo波形。t

t

ui

/Vuo/V6330022–624DERuiuouRuD例9.2：下图是二极管限幅注意:实际使用中要加保护措施KULRiLKULVRiLuV例9.3：保护电路D25注意:实际使用中要加保护措施KULRiLKULVRiLuV9.3稳压二极管1.符号UZIZIZMUZIZ2.伏安特性稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。_+UIO269.3稳压二极管1.符号3.主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率

PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。273.主要参数(1)稳定电压UZ(2)电压4.稳压原理~+—U0RL+C+—UiDzIzIoIR当电源波动或负载电流的变化引起Uo变化时UoUzIzI=(Iz+Io)URUo=Ui—UR限流电阻必有，起到电压调节作用和保护作用。284.稳压原理~+—U0RL+C+—UiDzIzIoIR当电例9.3.1求通过稳压二极管的电流IZ？R是限流电阻，其阻值合适否？IZDZR=1.6kΩ+20VUZ=12VIZM=18mA解:IZ<IZM,电阻值合适29例9.3.1求通过稳压二极管的电流IZ？R是限流电阻，其阻

作业1：P263-266页A选择题：9.2.1、9.2.2、9.3.1B基本题：

9.2.4（b）、9.2.6、9.3.3

30作业1：P263-266页3电工电子学下篇-电子技术

电子技术是把电子元器件组成的电子电路应用到科学、技术、生产、生活各领域的应用技术，电子电路是信息社会产生、传送、处理信号的硬件载体。31电工电子学下篇-电子技术电子技术是把电子电工电子学下篇-电子技术第9章二极管和晶体管第10章基本放大电路第11章运算放大器第12章直流稳压电源第13章门电路和组合逻辑电路第14章触发器和时序逻辑电路第15章模拟量和数字量转换32电工电子学下篇-电子技术第9章二极管和晶体管29.1半导体的导电特性9.2半导体二极管9.3稳压二极管

第9章二极管和晶体管339.1半导体的导电特性第9章二极管和晶体管3半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。34半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一半导体的导电能力受外界因素的影响很大：对温度敏感热敏元件掺杂半导体二极管、三极管、场效应管、晶闸管等半导体器件半导体及其特点对光照敏感光电管、光电池等光敏元件半导体的这些特点是由其原子结构决定的35半导体的导电能力受外界因素的影响很大：对温度敏感热敏9.1.1本征半导体1、本征半导体的结构特点硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si本征半导体：完全纯净的、晶体结构的半导体。9.1半导体的导电特性369.1.1本征半导体1、本征半导体的结构特点硅和锗，它们的在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。共价键结构本征半导体的共价键结构硅原子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+437在热力学温度零度共价键结构本征半导体的共价键结构硅+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴本征激发复合在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对消失38+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴本征激发复合+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量五价元素磷原子+4+5多余价电子正离子N型半导体中的载流子:1、自由电子2、空穴多数载流子少数载流子9.1.2

N半导体和P型半导体39+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体在硅或锗的晶

N型半导体结构示意图空穴是少数载流子电子是多数载流子正离子40N型半导体结构示意图空穴是少数载流子电子是多数载流子正+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半导体在硅或锗的晶体中

掺入少量的三价元素,形成P型半导体

+4+4硼原子填补空位+3负离子P型半导体中的载流子是:1、自由电子2、空穴多数载流子少数载流子41+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半导体在硅或锗的晶P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子42P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，导电能力明显变化,半导体对温度敏感

。往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。半导体的导电特性43半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，（三）PN结1、PN结的形成flash1多子的浓度差多子的扩散空间电荷区少子的漂移……扩散=飘移形成稳定的PN结注：PN结的结电容很小44（三）PN结1、PN结的形成flash1多子的浓度差多子的扩2、PN结的特性（1）PN结外加正向电压flash2PN结正偏PN结正向导通外电场与内电场方向相反有利于扩散进行扩散>飘移PN结变窄外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流I正452、PN结的特性（1）PN结外加正向电压flash2、PN结的特性（2）PN结外加反向电压flash3PN结反偏PN结反向截止外电场与内电场方向相同有利于漂移进行飘移>扩散PN结变厚外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流I反

462、PN结的特性（2）PN结外加反向电压flash3（3）PN结的特性：加正向电压导通加反向电压截止单方向导电性+-正向电压47（3）PN结的特性：加正向电压导通加反向电压截止单方向导电性9.2半导体二极管489.2半导体二极管189.2.1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0.6~0.8V锗0.2~0.3V死区电压PN+–PN–+理想二极管：导通压降=0iDuDUI0(mA)(µA)499.2.1伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿导9.2.2主要参数1.最大整流电流

IF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.最高反向工作电压UR二极管工作是允许外加的最大反向电压值。超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般是击穿电压U（BR）的一半。PN二极管符号：+U-509.2.2主要参数1.最大整流电流IF二极管长期使用时3.反向电流

IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。513.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。4、微变电阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：工作点Q处的直流电阻：R=UD/ID

524、微变电阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二极

例9.1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管，求输出端Y的电位并说明二极管的作用。解：DA优先导通，则VY=3–0.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止,起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA

–12VYABDBR3V0V-0.3V2.7V53例9.1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DE3VRuiuouRuD例9.2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui=6sintV,E=3V,试画出

uo波形。t

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/Vuo/V6330022–654DERuiuouRuD例9.2：下图是二极管限幅注意:实际使用中要加保护措施KULRiLKULVRiLuV例9.3：保护电路D55注意:实际使用中要加保护措施KULRiLKULVRiLuV9.3稳压二极管1.