电工与电子到章教案

电工与电子到章教案1第1页，课件共45页，创作于2023年2月7.1.1本征半导体GeSi·锗和硅都是四价元素，最外层都是四个电子。·本征半导体—完全纯净的、具有晶体结构的半导体。（99.9999999﹪）+4简化表示+4表示除价电子以外的部分2第2页，课件共45页，创作于2023年2月·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+4+4+4+4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。3第3页，课件共45页，创作于2023年2月+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子·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。4第4页，课件共45页，创作于2023年2月·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。5第5页，课件共45页，创作于2023年2月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·在本征半导体中掺入少量的

五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代。+4+4+5+4磷原子多余电子·

磷原子最外层有五个价电子，四个与相邻的半导体原子形成共价键，多出的一个电子，很容易激发成为自由电子。6第6页，课件共45页，创作于2023年2月·N型半导体中，掺杂形成的自由电子是热激发的

(103～104)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

型半导体空穴硼原子+4+4+3+4·在本征半导体中掺入少量的三价元素硼，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。

(不产生自由电子)7第7页，课件共45页，创作于2023年2月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。8第8页，课件共45页，创作于2023年2月P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动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。空间电荷区，也称耗尽层。9第9页，课件共45页，创作于2023年2月漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E

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。10第10页，课件共45页，创作于2023年2月·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。11第11页，课件共45页，创作于2023年2月－－－－++++RE·

PN结正向偏置内电场外电场变薄PN+_

内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的正向电流。12第12页，课件共45页，创作于2023年2月·PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_

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。RE13第13页，课件共45页，创作于2023年2月7.3

半导体二极管7.3.１基本结构·

PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型PN结面接触型PN二极管的电路符号：14第14页，课件共45页，创作于2023年2月7.3.2伏安特性和主要参数UI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR1．伏安特性二极管的端电压与电流关系曲线15第15页，课件共45页，创作于2023年2月2.主要参数①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。②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)。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。16第16页，课件共45页，创作于2023年2月·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=0RLuiuouiuott·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。17第17页，课件共45页，创作于2023年2月曲线越陡，电压越稳定。7.4几种特殊二极管UIIZUZ7.4.1

稳压二极管·特殊的面接触型硅二极管，工作于反向击穿区；与适当电阻配合能稳定电压。符号18第18页，课件共45页，创作于2023年2月②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。④最大允许功耗:·稳压二极管的参数:①稳定电压

UZ:正常工作时，稳压管两端的电压（反向击穿电压）。③动态电阻:反向特性曲线越陡，

rZ越小；稳压性能越好。19第19页，课件共45页，创作于2023年2月7.4.2光电二极管·反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加·

暗电流：无光照时的反向电流，(＜0.2μA)

光电流：有光照时的电流，（可达几十μA）。符号20第20页，课件共45页，创作于2023年2月7.4.3发光二极管（LED）

符号·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：1.5～3V，工作电流：几～几十mA21第21页，课件共45页，创作于2023年2月BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型7.5晶体管·又称半导体三极管，简称三极管。7.5.1

基本结构·靠得很近的两个PN结组成，有NPN和PNP两种形式22第22页，课件共45页，创作于2023年2月BECNNP基极发射极集电极基区：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。23第23页，课件共45页，创作于2023年2月7.5.2电流放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE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。24第24页，课件共45页，创作于2023年2月BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO

ICEIBEICE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。25第25页，课件共45页，创作于2023年2月IB=IBE-ICBO

IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE26第26页，课件共45页，创作于2023年2月BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管·ICE与IBE之比称为电流放大倍数27第27页，课件共45页，创作于2023年2月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。ICmA

AVVUCEUBERBIBECEB测量电路28第28页，课件共45页，创作于2023年2月1.输入特性曲线UCE1VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。29第29页，课件共45页，创作于2023年2月2.输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A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。30第30页，课件共45页，创作于2023年2月IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCE

UBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3V称为饱和区。31第31页，课件共45页，创作于2023年2月IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压称为截止区。32第32页，课件共45页，创作于2023年2月·输出特性三个区域的特点：放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,

IC=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区：

UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

33第33页，课件共45页，创作于2023年2月例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：①

UB

=-2V时：IB=0，IC=0晶体管工工作于截止区

②

UB

=2V时：IC最大饱和电流：ICUCEIBUCCRBUBCBERCUBEIC<ICmax，工作于放大状态34第34页，课件共45页，创作于2023年2月例1：

=50，UCC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当UB

=-2V，2V，5V时，晶体管工作于何种状态？ICUCEIBUCCRBUBCBERCUBE③UB

=5V时:晶体管工作于饱和状态，此时IC≠IB

。35第35页，课件共45页，创作于2023年2月7．5．4主要参数直流放大倍数：交流放大倍数：1.电流放大倍数和

·晶体管的参数是设计电路，选择元件的依据。

IB和

IC为IB和IC的变化量

近似处理：

=例2：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,

IC=2.3mA；求：和

。解：36第36页，课件共45页，创作于2023年2月2.集-基极反向截止电流ICBO

AICBOICBO：发射极开路、集电结反偏时，由少子的漂移形成的反向电流，数值很小，但受温度变化影响大。ICBO越小越好。37第37页，课件共45页，创作于2023年2月BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBE

IBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流

IBE。集电结反偏有ICBO3.集-射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。38第38页，课件共45页，创作于2023年2月4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的

值的下降，当

值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。39第39页，课件共45页，创作于2023年2月6.集电极最大允许功耗PCM

集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE

必定导致结温上升，所以PC

有限制。PC

PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区40第40页，课件共45页，创作于2023年2月·场效应管是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。7.6场效应晶体管简介·应用最多的是金属-氧化物-半导体场效应晶体管MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor简称MOS管·MOS管按导电沟道的不同分为：N沟道和P沟道按工作方式不同分为：增强型与耗尽型结型场效应管绝缘栅型场效应管·场效应管有两种:1.分类·