第12章 常用半导体器件.pptx

1、电子技术概述5,课时：40+16学时 授课对象：农机、交运、机制等非电专业 教材：柴玉华主编.电工电子技术.中国农 业出版社 电子技术三大范畴： 电子器件 电子电路 电子系统 应用：电子燃油喷射系统、高速预警等,第12章 常用半导体器件,第一节 PN结及其单向导电性 第二节 半导体二极管 第三节 晶体管,习 题,目录,第一节 PN结及其单向导电性,半导体的导电特点 PN结,返 回,一、半导体的导电特点,1.半导体材料,物质分为导体、半导体、绝缘体。半导体是4价元素。,半导体材料的特点： 半导体的导电能力受光和热影响。 T 导电能力 光照导电能力 纯净的半导体掺入杂质导电性会大大增强。,返回,+

2、4,纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 本征半导体中的载流子 自由电子 () 空 穴 （+）,2. 本征半导体,空穴与电子成对出现并可以复合。,* 空穴的移动,返回,3. 杂质半导体,N型半导体 掺5价元素，如磷，自由电子数多于空穴数，自由电子数是多子。,P型半导体 掺3价元素，如硼， 空穴数多于自由电子数，空穴是多子。,返回,N型半导体,磷原子,硅原子,硅或锗 +少量磷 N型半导体,多余电子,返回,P型半导体,硼原子,硅原子,硅或锗 +少量硼 P型半导体,多余空穴,返回,返回,4扩散运动与漂移运动 载流子由于浓度差异而形成运动叫扩散运动。 在电场作用下，载流子的定向运动叫漂移运动。

3、,1. PN结的形成,二、 PN结,扩散运动,空间电荷区,削弱内电场,漂移运动,内电场,动态平衡,电荷区空间,返回,外电场方向与内电场方向相反 空间电荷区(耗尽层)变薄 扩散漂移 导通电流很大 ,呈低阻态。,2. PN结的单向导电性,P,N,加正向电压（正偏） P（+） N（）,返回,少子形成的电流，可忽略。,外电场与内电场相同 耗尽层加厚 漂移扩散 少子形成反向电流IR，很小，呈高阻态。,N,加反向电压（反偏）P（） N（+）,返回,第二节 半导体二极管,半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的主要参数 特殊二极管 半导体二极管的应用 半导体二极管的性能和极 性的判别,返 回,一、半导体二极管

4、的伏安特性,+,P区阳极 N区阴极,阳极,阴极,1. 正向特性 死区电压 硅管 0.5V 锗管 0.1V 正向导通电压 硅管 0.7V 锗管 0.3V,2. 反向特性 反向饱和电流很小，可视为开路； 反向电压过高，电流急增，二极管发生击穿。,VD,返回,O,二、半导体二极管的主要参数,1. 最大整流电流 IF 二极管允许通过的最大正向平均电流。 2. 最高反向工作电压 URM 保证二极管不被击穿允许加的最大反向电压。 3. 最大反向饱和电流 IR 室温下，二极管加最高反向电压时的反向电流，与温度有关。,返回,例1、如图，当E5V时， I5mA，则 E=10V，I（ ） A. I10mA B.

5、I 10mA C. I10mA D. 不确定,E,VD,I,B,返回,1. 稳压管是一种特殊的二极管，具有稳定电压的作用。,稳压管工作于反向击穿区。 特点：电流变化大，电压变化小。,稳压原理,稳压管：1）加正向电压时等同于二极管。 2）加反向电压时使其击穿后稳压。,VS,三、特殊二极管,O,返回,1) 稳定电压UZ 正常工作下，稳压管两端电压。 同一型号的稳压管分散性较大。 2) 稳定电流 IZ 正常工作下的参考电流。 大小由限流电阻决定。 3) 动态电阻rZ rZ =U/I rZ 越小，稳压效果越好。,稳压管参数,返回,4) 温度系数u 温度改变1，稳压值改变的百分比。 其值可正，可负。 5

6、) 最大允许耗散功率PZM 管子不至于产生热损坏时的最大功率损耗值叫做最大耗散功率。稳压管工作时，功耗超过PZM ，管子将会因热击穿而损坏。,返回,例1、如图，已知UZ=10V，负载电压UL（ ） （） 5 （）10 （）15 （）20,A,UL,稳压管的工作条件 （）必须工作在反向击穿状态。 （）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不超过允许范围。,返回,例2、已知ui = 6sint，UZ =3V，画输出波形。,3,3,O,O,返回,例3、图示电路中，稳压管VS1、VS2的稳压值分别为UZ15V，UZ27V，正向压降为0.7，若输入电压Ui波形如图所示，试画出输出电压波形。,R,R,VS1,

7、VS2,Ui,Uo,Ui 经电阻分压 URUi/2,当UR UR5V，VS1反向导通，VS2截止 ，Uo=UZ1 UR 0.7V， VS1、VS2正向导通，Uo=0.7V,3V,5V,0.7V,解：,返回,2.光敏二极管,光敏二极管(或称光电二极管)是一种将光能转换成电流的器件。,光敏二极管的PN结接受光线照射时，会像热激发一样，可以成对地产生大量的电子和空穴，使半导体中少子的浓度提高。 这些载流子在反向偏置下可以产生漂移电流，使反向电流显著增加。 反向电流的大小与光照强度成正比。,返回,VL,3.发光二极管,发光二极管是一种将电能转换为光能的半导体器件，简称为LED。,当LED正向导通时，由

8、于电子与空穴的复合而以光的形式放出能量。,发光二极管的发光颜色取决于使用的材料。,发光二极管只能工作在正向偏置状态，工作 时电路中必须串接限流电阻。,返回,利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，二极管有以下应用：,整流,检波,钳位,限幅,保护其他元器件,在数字电路中将二极管当作开关,四、半导体二极管的应用,返回,VD1,u2,uo,u1,RL,a,b,VD2,VD3,VD4,析 正半周(0) a(+) b(),电流方向,负半周() a() b(+) 电流方向,t,t,返回,1. 整流,二极管组成电路如图，设二极管导通电压为0.3V，试求输出电压UF 。,+3V,UF,12V,R,0V,V

9、D1,VD2,3V 0 12V,VD1率先导通， UF3V0.3V2.7V,VD2截止,解：,返回,2. 钳位,O,如图，E5V，二极管正向压降忽略不计，画出 uo波形。,E,VD,ui,uo,10,ui /V,t,ui E VD截止 uo =E,ui E VD导通 uo = ui,5,5,利用二极管的单向导电性可对输出信号起限幅作用。,返回,O,3. 限幅,如图，E6V，二极管正向压降忽略不计，画出 uo波形。,E,VD1,ui,uo,10,ui /V,t,6,E,VD2,R,6,ui E，VD1导通，VD2截止 uo=E=6V Eui E ，VD1、VD2截止， uo=ui,解：,ui E

10、， VD2导通，VD1截止 uo=E=6V,6,返回,O,O,在开关S接通时，电源E给线圈供电，L中有电流通过，在开关S突然断开时，L中将产生感生电动势eL，电动势eL和电源E叠加作用在开关S的端子上，会使端子产生火花放电，影响设备的正常工作。接入二极管后，eL通过二极管放电，使端子两端的电压不会很高，从而保护了开关S。,L和R是线圈的电感和电阻,工作原理：,4. 保护元器件,返回,1、判别方法： 识别法：通过二极管管壳上的符号、标志来识别. 检测法：用万用表的欧姆档，量程为R100或R1k档测量其正反向电阻,a） 正向特性 b） 反向特性 图1-15 二极管的测试,四、半导体二极管的性能和极

11、性的判别,返回,2、二极管的材料辨别： 一般硅材料二极管的正向电阻为几千欧，而锗材料二极管的正向阻值为几百欧。 3、二极管的质量好坏辨别： 看它有无单向导电性能，正向电阻越小，反向电阻越大的二极管的质量越好。如果一个二极管正、反向电阻相差不大，则必为劣质管。如果正、反向电阻值是无穷大或都是零，则二极管内部已断路或已被击穿短路。,返回,第三节 晶体管,晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线 晶体管的主要参数 晶体管选择注意事项 晶体管的测试法,返 回,一、晶体管的基本结构和类型,基区,集电区,发射区,基极,集电极,发射极,集电结,发射结,NPN型,VT,返回,PNP

12、型,特点：发射区参杂浓度很大， 基区薄且浓度低， 集电结体积大。,VT,返回,二、晶体管的电流分配和放大原理,放大条件 （）内部特点决定 发射区产生大量载流子; 基区传送载流子; 集电区收集载流子。,（）外部条件 发射结正偏，集电结反偏。,返回,RB,RC,EB,EC,N,N,P,发射区电子,发射结正偏 利于发射区发射电子,基区,集电结反偏利于集电区收集电子,集电区,2. 电流分配,返回,少子的移动,RB,EB,RC,EC,基极电流很小的变化，将引起集电极电流一个很大的变化。,直流放大系数,交流放大系数,返回,1. 输入特性曲线,三、晶体管特性曲线,IBf (UBE) UCE =常数,发射结、

13、集电结正偏，两个二极管正向并联。,集电结反偏，IB 减小 UCE 1 IB 变化很小，与 UCE = 1 曲线重合。,返回,O,2输出特性曲线,饱和区,截止区,放大区,截止区 IB0 ，IC0 ，UBE0 发射结反偏，集电结反偏。,放大区 ICIB 发射结正偏，集电结反偏。,饱和区 UCEUBE ，发射结、集电结正偏。,返回,O,2极间反向电流 ICBO：发射极开路，基极与集电极间的反向饱和电流，受温度影响大。 ICEO：基极开路，集电极与发射极间的穿透电流。,四、晶体管主要参数,1 放大倍数,返回,3.极限参数,ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。,U(BR)CBO 发射极开路时

14、 C、B 极间反向击穿电压。,PCM 集电极最大允许功率损耗,PC = iC uCE。,U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。,U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。,返回,1)根据电路工作要求选择 PCM、 ICM 、U(BR)CEO,应保证：,PC PCm ICM Cm U(BR)CEO VCC,2)在温度变化较大的场合，尽可能选用硅管；在信号小和电源电压低（1.5V）的情况下，尽可能选用锗管。,五、晶体管选择注意事项,3)一般三极管的 值在50200 之间为好，穿透电流尽可能小些。,4)根据电路信号频率选择低频管或高频管,5)根据电路负载大小选择晶

15、体管功率，使用大功率管时，注意散热条件。,返回,1.判别晶体管的管型及管脚,2）根据晶体管的外形特点判别三个管脚。常见典型晶体管的引脚排列如图1-22所示。,（1）根据晶体管外壳上的型号及晶体管的外形特点判别,1）根据晶体管外壳上的型号判别。例如：型号为3AG11C的晶体管，为锗材料PNP型高频小功率晶体管。,六、晶体管的测试,返回,图1-22 典型晶体管的引脚排列图,返回,2.用万用表判别晶体管的引脚及管型,1）基极的判别,设晶体管的一管脚为基极。将万用表的R100或R1k档，测量它对另外两管脚的电阻，其阻值应基本相等。若不相等，应重新选定基极，重复上述测试过程，直到测得阻值基本相等为止，此

16、时选定的管脚即为基极。若晶体管的三个管脚都不能判断为基极，说明此晶体管已损坏。,操作方法：,2）类型判别,判别出基极后，用黑表笔接基极，红表笔接另外任一管脚，若阻值较大，为PNP型，若阻值较小，为NPN型。,返回,假设未确定的两电极中的一极为集电极，另一极为发射极。用手指捏住基极，另一手指瞬间搭接所假设的集电极（注意不要使两电极短路）。按下图搭接表笔，记下阻值，再对调两个表笔，重复上述测试过程，比较两次测量结果，阻值小的情况为正确的假设（也可用100k电阻搭接在基极与集电极间，观测阻值判断）。,3）集电极和发射极的判别,注意哟： 锗管不用此方法判别,锗管的电极辨别： 在基极悬空的情况下测量集电

17、极与发射极间的电阻值，电阻值小的一次，黑表笔接的为发射极，红表笔为集电极。,返回,例1：由晶体管各管脚电位判定晶体管属性 （1） A: 1V B：0. 3V C: 3V （2 ）A: 0. 2V B: 0V C: 3V,如何区分硅管和锗管 如何区分NPN、PNP管 如何区分三个极,A. UBE 0. 2V(锗管） UBE 0. 7V(硅管）,B.,步骤：1. 区分硅管、锗管，并确定C极（以 相近两个电极的电压差为依据， UBE硅0.7V UBE锗0.2V0.3 V） 2. 区分NPN、PNP管 （NPN：VC最高 ， PNP： VC最低 ） 3. 区分三极 （ NPN： VC VB VE PN

18、P： VC UB VE）,解：,（1） 硅管 、NPN管 A：基极 ；B: 发射极； C: 集电极 （2） 锗管 、 PNP管 A: 基极； B: 发射极 ； C: 集电极,返回,例2. 已知晶体管三个电极的对地电压，试判断它们其管型、材料、并确定三个电极。,UBE 0. 3V(锗管） UBE0. 7V(硅管）,（1） 硅管 、NPN管,集电极 发射极基极,返回,发射极基极 集电极,（3） 硅管 、 PNP管,VT, 0V, 0.3V, 5V,基极发射极集电极,（2）锗管 、 NPN管,返回,返回,1)在本征半导体中加入 元素可形成N型半导体，加入 元素可形成P型半导体。 A、五价B、六价C、三价D、四价,2)