9章二极管和晶体管(2011)

null第九章 二极管和晶体管第九章 二极管和晶体管9.1 半导体的导电特性9.1 半导体的导电特性9.1.1 本征半导体 自由电子 用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。在获得一定能量(热、光等)后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中就留下一个空位，称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。null　　在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流。　　可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。空穴移动方向 电子移动方向 外电场方向null9.1.2 N 型半导体和 P 型半导体1. N 型半导体　　在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型半导体。 SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子　　本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。null2. P 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼，在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为 P 型半导体。 null9.1.3 PN 结及其单向导电性1. PN 结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成 P 型半导体区域和 N 型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 null2. PN 结的单向导电性(1) 外加正向电压外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷nullP 区N 区内电场方向R2. 外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过 PN 结形成很小的反向电流 9.2 半导体二极管9.2 半导体二极管9.2.1 基本结构 将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。null9.2.2 伏安特性 二极管和 PN 结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6 -0.7V，锗管约为0.2 -0.3V。604020– 0.02– 0.0400.40.8–25–50I / mAU / V正向特性硅管的伏安特性反向特性null 在二极管上加反向电压时，反向电流很小。但当反向电压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压 U(BR)。9.2.3 主要参数 1. 最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，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 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是 反向击穿电压的一半或三分之二。 3. 反向峰值电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。null二极管的命名和应用 二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。 材料: 锗（A与B 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示） A是N型半导体、B是P型半导体 硅（C与D表示） C是N型半导体、D是P型半导体类型： P（普通管）、W（稳压管）Z（整流管）K（开关管）例1 判断二极管D的导通情况例1 判断二极管D的导通情况已知：E1=12V E2=9V R=3K （二极管是理想管） 求：U0值例2例2已知：在下图中，输入电位 VA = + 3 V， VB = 0 V， 电阻 R 接负电源 –12 V。（二极管是理想管） 求： 输出端电位 VY。*二极管的优先导通到此到此null已知：E1=18V E2=12V R=50欧（二极管是理想管） 求：U0值优先导通例判断二极管导通及优先导通的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 判断二极管导通及优先导通的方法1、判断二极管是否导通 断开二极管，设定断开点电压方向（一般设定二极管受正向电压的方向为正向）、计算断开点之间的电压。电压为正时，管子导通;电压为负时,管子截止。（管子为理想元件，导通-电阻为0,截止-电阻为无穷大）2、二极管优先导通 断开电路中所有二极管，分别计算出各断开点之间的电压。受正向电压最大的管子，优先导通。优先导通的管子，用导线连接(电阻视为0) 。再计算其它的断开点的电压、正向电压大的管子，第二次优先导通。依次一步步计算，直到全部管子都判定好。例3 求RAB的等效电阻例3 求RAB的等效电阻已知：下图中电阻R=6欧 （二极管是理想管）null下图中电阻R=6欧 （二极管是理想管）例4 画波型例4 画波型已知：E=5V （二极管是理想管） 求：画出U0的波形9.3 稳压管9.3 稳压管 稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。其表示符号如下图所示。 曲线特点 1、受正向电压时，曲线形状同二极管正压曲线、受反向电压时，曲线比二极管的反向曲线要陡。 2、工作在反向击穿区，反向击穿是可逆的。null反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，稳压管反向击穿。 电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起作用。稳压原理null 稳压管的主要参数有下面几个：4. 稳定电流 IZ 3. 动态电阻 rZ2. 电压温度系数 U5. 最大允许耗散功率 PZM [例 1] 图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？R 是限流电阻，其值是否合适？IZ < IZM ，电阻值合适。[解]例例已知:UZ1=5.5V UZ2=8.5V 稳压管受正压电压使稳压管导通时，二端的电压是0.5V 求:下图中稳定电压的值null如何组成稳定电压是3V的稳压电路？UZ1=5.5V UZ2=8.5V 稳压管正压是0.5VnullUZ1=5.5V UZ2=8.5V 稳压管正压是0.5V9.4 半导体三极管9.4 半导体三极管9.4.1 基本结构且有NPN型与PNP型两种null1. NPN 型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极 C基极 B发射极 EP 不论平面型或合金型， NPN型或PNP型两类。 都有 二个结、三个区、三个极null集电区集电结基区发射结发射区N集电极 C发射极 E基极 BNPPN2. PNP 型三极管null9.4.2 电流分配和放大原理 我们通过实验来说明晶体管的放大原理和其中的电流分配，实验电路采用共发射极接法，发射极是基极电路和集电极电路的公共端。实验中用的是 NPN 型管，为了使晶体管具有放大作用，电源 EB 和 EC 的极性必须使 发射结加正向电压(正向偏置) 集电结加反向电压(反向偏置)。 设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB，则基极电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结果如下表：null晶体管电流测量数据(2) IC 和 IE 比 IB 大得多。从第三列和第四列的数据可得式中， 称为动态电流(交流)放大系数null (3)当 IB = 0(将基极开路)时，IC = ICEO，表中 ICEO < 0.001 mA = 1 A。 (4)要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置，发射区才可向基区发射电子；而集电结必须反向偏置，集电区才可收集从发射区发射过来的电子。 下图给出了起放大作用时 NPN 型和 PNP 型晶体管中电流实际方向和发射结与集电结的实际极性。null对于 NPN 型三极管应满足: UBE > 0 UBC < 0 即 VC > VB > VE对于 PNP 型三极管应满足: UEB > 0 UCB < 0 即 VC < VB < VE三极管放大状态发射结加正向电压(正向偏置) 集电结加反向电压(反向偏置)。null1. 输入特性曲线 输入特性曲线是指当集 —射极电压UCE为常数时，输入电路(基极电路)中，基极电流 IB 与基—射极电压 UBE 之间的关系曲线 I B = f (UBE)。（UCE变化时，曲线变化不大，所以UCE=1为准） 晶体管的输入特性也有一段死区，只有在发射结外加电压大于死区电压时，才会产生 IB。9.4.3特性曲线null2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流 IB 为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流 IC 与集—射极电压 UCE 之间的关系曲线 IC = f (UCE)。在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性曲线是一组曲线。 晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲组分为三个工作区(1) 放大区放 大 区 null(2) 截止区 IB = 0 的曲线以下的区域称为截止区。IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。对 NPN 型硅管，当UBE < 0.5 V 时，即已开始截止，但为了使晶体管可靠截止，常使 UBE  0（发电结处于反压），此时, IC  0 ，UCE  UCC 。截止区：（发电结与集电结都处于反向偏置）null 当晶体管饱和时， UCE  0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC  0 ，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。 当 UCE < UBE 时， 集电结处于正向偏置(UBC > 0)，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IC 和 IB 不成正比。此时，发射结也处于正向偏置。 发射极正偏与集电极正偏(3) 饱和区null晶体管的三种工作状态如下图所示放大：发射极正向电压、集电极反向电压。（简称正偏、反偏） 截止：发射极反偏、集电极反偏 饱和：发射极正偏、集电极正偏null9.4.4 主要参数晶体管结电压的典型值 当晶体管接成共发射极电路时，在静态(无输入信号)时集电极电流与基极电流的比值称为静态电流(直流)放大系数 null 当晶体管工作在动态(有输入信号)时，基极电流的变化量为 IB ，它引起集电极电流的变化量为 IC 。 IC 与 IB的比值称为动态电流(交流)放大系数 2. 集—基极反向截止电流 ICBO ICBO 是当发射极开路时流经集电结的反向电流，其值很小。3. 集—射极反向截止电流 ICEO ICEO 是当基极开路(IB = 0)时的集电极电流，也称为穿透电流，其值越小越好。 4. 集电极最大允许电流 ICM 当  值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流 ICM 。null 5. 集—射反相击穿电压 U(BR)CEO 6. 集电极最大允许耗散功率 PCM 基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集—射反相击穿电压 U(BR)CEO 。 当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率，称为集电极最大允许耗散功率 PCM。 由 ICM 、 U(BR)CEO 、 PCM 三者共同确定晶体管的安全工作区。null