电工电子技术基础课件第七章.ppt

1、半导体器件和电路，第三届电子技术基础第七章半导体器件和电路第一节半导体二极管，三极管第二节第一节基本放大电路第三节单相整流电路第四节集成电路简介，半导体器件和电路，第一节半导体二极管，三极管第一半导体的基本知识半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料包括硅和锗等，它们都是四价元素。半导体的载流子中有两种。一个是带负电荷的自由电子，另一个是带正电荷的空穴。半导体的自由电子和空穴的数量相同，但总数不多，远低于金属导体中的载流子数量，因此半导体的导电性比导体差强。半导体器件及电路，纯半导体(也称为本征半导体)的导电性很弱，但人工掺入某种稀有元素，其导电性会大大提高，这是半导体的掺杂

2、特性。大部分半导体是利用牙齿特性制造的。随着环境温度的升高或照明的增加，半导体的导电性也提高了。部分半导体对气体、磁性、机械力等各有敏感，可用于各种特殊用途的半导体器件制作。半导体器件及电路，2P型半导体及N型半导体在纯半导体中混合微量三价元素钚或铟等，可以得到P型半导体，又名空穴型半导体。其内部空穴的数量大于自由电子的数量。也就是说，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。如果在纯半导体中混合微量5价元素磷或锑等，就可以得到N型半导体，又称电子型半导体。内部自由电子的数量大于空穴的数量。也就是说，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。半导体器件和电路、3PN结和单向导电性分别在硅或锗单晶基

3、板上加工P型区域和N型区域，在交叉接口上形成称为PN结的特殊薄层，如图71所示。图71 PN结图表，半导体器件和电路，PN结加上正向电压，PN结的P区电源阴极，N区电源阴极，PN结流更大的电流，正向电阻大小较小，PN结通。在PN结上加上逆压，即PN结上的N区连接电源两极，P区连接电源阴极，PN结上只能通过很小的电流，或者可以认为电流不能通过。反向电阻，PN结处于关闭状态。这是PN接头的重要性质，即单向传导。二极管、三体管及其他各种半导体器件的工作特性都基于PN结的单向导电。半导体器件和电路、2、二极管结构、符号和类型1结构以及符号半导体二极管(二极管)是由一个PN结构成的最简单的半导体器件。在

4、PN结的P型区和N型区各拉出一条线，包装在外壳里，就可以制作出一只二极管。p型区域的引线端称为正极，N型区域的引线端称为负极。如图72a所示。二极管文字符号为“VD”，图形符号中的箭头指示PN连接正向电流的方向，如图72b所示。半导体器件和电路、图72二极管结构和符号图73几个茄子常见二极管外形规格在实际应用中使用二极管其他功能和用途，因此除二极管大小外，外观和软件包也不同。在图73中，从左到右从小功率到大功率的几个茄子典型二极管形状。VD、半导体器件和电路、类型2二极管外形规格、结构、材料、功率和用途。(1)按二极管材料分类：硅二极管和锗二极管(2)二极管制造工艺分类：点接触和面接触。(3)

5、按二极管用途分类：一般二极管、换向二极管、调节器二极管、光敏二极管、热二极管、发光二极管等。根据GB 249 174规定，国产二极管型号命名方法见表71。、半导体器件和电路、表71二极管型号、半导体器件和电路、3、二极管电压电流特性曲线二极管电压电流特性是二极管两端附加电压和二极管流动电流之间的关系。如图76所示，通过改变二极管正向电压和反向电压，将测量的电压和电流之间的对应数据绘制在横坐标、电流为纵坐标的直角坐标系上，产生二极管电压特性曲线。可以看出，二极管伏安特性曲线具有以下特性：半导体器件和电路，1正向传导特性如果正向电压超过特定值(硅管05V，锗管02V，死区电压)，则通过二极管电流的

6、电流将随着电压的上升而大幅增加，二极管电阻大小较小，进入传导状态。如图76所示，通过后二极管两端的正向压降为电流大小，硅管道的正向压降约为07V，锗管道约为03V。半导体器件和电路、图76二极管伏安特性曲线、反向击穿电压、半导体器件和电路、2反向切断特性如图76所示。在二极管逆偏转切口时，在一定范围内，逆电流较小，几乎不随逆压力变化。在牙齿情况下，电流称为反向饱和电流。一般说来，硅胶管的反向流可以达到几微安培到几十微安培，钨管的反向流可以达到数百微安培。牙齿电流是衡量二极管质量优劣的重要参数。3反向击穿特性反向电压增加到特定值后，反向电流急剧增加。牙齿现象称为反向击穿，牙齿情况下电压称为反向击

7、穿电压。反向击穿破坏二极管单向导电，如果没有限制的流动措施，二极管可能会损坏。半导体器件和电路，4，三极管的结构，符号和模型1结构和符号通过极薄的硅或锗基板上的两个特定工艺PN结形成三层半导体。在三层半导体中，每个引线是三极管的三个电极，封装在管壳中，形成三极管。三个电极分别称为发射极E、基准B、集电极C，相应的每个半导体层分别称为发射区、基准区、集电区。发射区和器械交界处的PN结称为发射结，聚集区和器械交界处的PN结称为聚集结。它们的基本结构如图77所示。半导体器件和电路，77三极管的结构，半导体器件和电路，三极管的字符符号是VT，三极管是否为N型半导体P型半导体，三极管有两种茄子组合：NP

8、N型和PNP型。图78中(A)和(B)显示了图形符号。两种符号的区别在于，转箭头的方向已经不同。箭头的方向是发射连接正向电压时电流的方向。功率大小晶体管的体积和封装形式不同。图7是几种常见的茄子国产三极管的包装和外形。半导体器件和电路；(a)NPN型(b)PNP型图78三极管的符号也包括7三极管的外形、半导体器件和电路；2型号根据国家标准GB24974，国产三极管的型号由5部分组成，各部分的含义见表72。半导体器件和电路、表72三极管型号、半导体器件和电路、5、三极管电流放大1三极管电流放大条件三极管要实现电流放大，必须满足两个茄子条件。首先，发送连接必须加上正向电压。第二，集电极结必须加上逆

9、电压。图710所示的两个茄子结构的三极管在放大状态下使用双电源供应设备的接线图。2在三极管电流分配关系图711所示的实验电路中调节电位器RP，可以测量基准电流IB的大小，相应地测量集电极电流IC和发射极电流IE集。半导体器件和电路，(a)NPN型，(b)PNP型图710三极管电源连接图711三极管电流放大实验电路，半导体器件和电路，分析表明。IE=IB IC表明，发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。您可能还认为基极电流IB比集电极电流IC小得多，并且集电极电流和集电极电流几乎相同。也就是说，根据IE IC 3三极管的电流放大作用实验，当基极电流IB发生一些变化时，会引起集电极电流IC的巨大

10、变化，这就是三极管的电流放大作用。半导体器件和电路，通常是聚合电极电流的变化量与基极电流的变化量的比较，称为三极管的共发射极交流电流放大系数，=IC/IB三极管放大的实质是用小电流控制和放大高电流后信号的能量由电力供给，不是凭空增加。(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧，6)。三极管的输入和输出特性曲线三极管的特性曲线是三极管各极电压和电流之间的关系曲线。输入特性和输出特性。半导体器件和电路，1输入特性曲线输入特性曲线是在三极管的集电极和发射极之间的电压UCE为值时基准电流IB和发射结偏置UBE之间的曲线，如图712所示。如图所示，当UBE非常小时，IB=0，三极管关闭，只有当UBE大于死区电压

11、时，三极管才开始通。开通后IB在大范围内发生变化时，UBE几乎没有变化。此时，UBE称为释放运动类型的正向压力降。硅管的UBE约为07V，锗管的UBE约为03V。半导体器件和电路、712三极管输入特性曲线、半导体器件和电路、2输出特性曲线输出特性曲线是当三极管的基准电流IB为常量值时，集电极电流IC与集电极和发射极之间的电压UCE之间的关系曲线(参见图713)。徐璐与其他基准极IB相对应，可以徐璐创建其他曲线以形成曲线族。输出特性曲线族一般分为三个区域，讨论三极管的工作特性。半导体器件和电路、图713三极管输出特性曲线、半导体器件和电路、(1)闭合区域，即IB=0牙齿曲线下的区域。三极管处于截

12、止状态，没有放大效果。三极管处于关闭状态的条件是发射结，集电结反向偏转。(2)饱和区域是输出特性曲线起点左侧的区域。在饱和区域内，IC随着UCE的增加快速增长，不再受IB控制，并且没有放大效果。三极管饱和的条件是发射结是正偏转，集电结是正偏转。(3)放大区域是位于输出特性曲线中间的平面区域。在放大区域中，IC几乎不受UCE影响，仅受IB控制。即满足三极管的电流放大关系。三极管处于放大状态的条件是发射结为正偏转，集电结为反偏转。半导体器件和电路、2段1段基本放大电路1、三极管的工作电压三极管放大时，在发送连接上添加净电压，在集电连接上添加反向电压。因此，NPN型管的发射极电位低于基极电位。PNP

13、管与图710所示相反。可见两种管道外部电路连接电源的极性相反。发射极和基座之间添加的电压称为偏置电压。一般硅管为05 V 08V，锗管为01 V 03V。集电极和基座之间的电压一般是几伏到几十伏。在图710中，GC是收集器电源供应设备，GB是基准电源供应设备，Rb是基准电阻，偏置电阻，Rc是收集器电阻。半导体器件和电路、2、3极管是电路内默认连接方法电路中的三极管，输入端有两个外部端连接到管道外部电路，因此必须配置输入回路以在管道中输入电流。输出端子还需要两个外部端连接到管道电路外部，配置输出电路以将电流输出到管道外部。但是，因为三极管只有三个电极，所以必须有用作输入电路和输出电路共同端点的电

14、极。这称为“公共端点”。如图714所示，半导体器件和电路、一球发射极连接方法具有纪宁非常输入端、集电极为输出端、非常输入和输出端发射两个电路共同端的三种茄子基本连接方法(如图714(a)所示)。2共同基准连接如图714(b)所示，作为输出端发射非常输入端，集电极作为输出端，基准非常输入，输出两个电路的共同端如图714 (B)所示。如图714(c)所示，三种共同的集电极连接方法作为纪宁极输入端子发射非常输出端子，集电极是输入和输出两个电路的共同端(见图714 (C)。半导体器件和电路，图714三极管电路内的三种茄子基本连接方法，半导体器件和电路，3，1段基本扩展电路共同发射极扩展电路是最常见的。

15、牙齿部分介绍了总发射极一级基本放大电路。由单个三极管组成的放大电路称为单级放大电路，图715是由NPN型三极管组成的最基本的放大电路。整个电路包括输入电路和输出电路两部分：ui端作为放大机的输入端接收信号。Uo端是放大器的输出端，用于输出放大器的信号。在插图中，表示共用端点，用作位移的参考点，电路中每个其他点的位移均为相对。在图中，发射极是输入和输出电路的共同端，因此牙齿电路被称为共同发射极放大电路。半导体器件和电路，以下面的图715为例，说明了放大电路内每个部件的作用。1三极管VT具有电流放大作用，使集电极电流随着基极电流发生相应变化，是扩大电路中的核心部件。2基带偏置电阻RB的作用是为三极

16、管的基座提供适当的偏置电流，并提供发射连接所需的正向偏置电压。选择适当的RB后，晶体管将具有适当的静态工作点。静态是放大电路输入信号ui=0时的状态。RB一般采取数千欧元到数百千欧元之间。半导体器件和电路、图715总发射极放大电路、半导体器件和电路、三集电极电源UCC通过集电极负载电阻Rc对三极管的集电连接进行反向偏置。另外，通过基准偏置电阻RB，在三极管的发射接头上添加正向偏置，扩大三极管。另一方面，为放大器提供能量，三极管的放大实质上是输入侧能量用小信号控制输出侧能量大信号。三极管本身不能制造新能源。输出信号的能量来自集中电极电源UCC。所以是整个放大器能量的提供者。半导体器件及电路，4集

17、电极负载电阻Rc的作用是将三极管的电流放大表示为电压放大，输出比输入电压大得多的电压。Rc通常在数千欧元到数十千欧元之间.5耦合电容C1和C2分别连接到放大器的输入和输出。利用电容器“直通交流”的特点，防止放大器的输入端和信号源之间、输出端和负载之间的直流交互，防止三极管的静态操作影响信号源和负载的访问。另一方面，我们必须保证输入和输出信号的平稳传输。通常，C1和C2选择电解电容器，其值从几微法到几十微法。半导体器件和电路、三级单相整流电路1、单相半波整流电路图716(a)是单相半波整流电路图，电路由电源变压器T、整流二极管VD和负载电阻RL组成。整流变压器将电压u1改变为整流电路所需的电压。半导体器件和电路、图716单相半波整流电路、半导体器件和电路；1工作原理设置在交流电压正伴奏(0t1)下，A侧电位高于B侧电位，二极管VD通过添加电压实现，电流IL的路径为AVDRLBA。RL的电流方向和电压极性如图716(a)所示。在交流电压的负伴奏(t1t2)下，A