电子技术课程.ppt
电子技术课程：,模拟电子技术：,数字电子技术：,以放大电路分析为主，重在分析电路的外部特性，例如放大倍数，输入输出阻抗等,以门电路和触发器为基本，重在分析组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能,学习方法：抓住电路的宏观特征,第9章 二极管和晶体管,9.2 二极管,9.3 稳压二极管,9.4 晶体管,9.1 半导体的导电特性,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。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。,9.1 半导体的导电特性,依照导电性能，可以把材料分为导体、绝缘体和半导体。,导体有良好的导电能力，常见的有铜、铝等金属材料；,绝缘体基本上不能导电，常见的有玻璃、陶瓷等材料；,半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等材料。,9.1.1 本征半导体,一、本征半导体的结构特点,用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,本征半导体：完全纯净的、晶体结构的半导体。,共价键：共用电子对,+4表示除去价电子后的原子,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,束缚电子,在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,在常温下自由电子和空穴的形成,成对出现,成对消失,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,外电场方向,空穴导电的实质是共价键中的束缚电子依次填补空穴形成电流。,价电子填补空穴,自由电子能导电,空穴能导电,半导体中两种载流子:自由电子和空穴,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,9.1.2 N半导体和P型半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体。,N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.N 型半导体,在硅或锗的晶体中掺入少量五价元素,多余价电子,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,N 型半导体结构示意图,在N型半导中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。,+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,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,P 型半导体结构示意图,P型半导体,N型半导体,9.1.3 PN结及其单向导电性,内电场阻止扩散，有利于漂移,1.PN 结正向偏置,_,PN 结加正向电压、正向偏置：P 区加正、N 区加负电压,内电场方向,R,P 区,N 区,内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。,二、PN结的单向导电性,P 区,N 区,内电场方向,R,2.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,多数载流子的扩散运动难于进行,伏安特性,PN结的单向导电性！,一、基本结构,PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,点接触型,面接触型,9.2 半导体二极管,600,400,200,0.1,0.2,0,0.4,0.8,50,100,I/mA,U/V,正向特性,反向击穿特性,硅管的伏安特性,二、伏安特性,导通压降:硅管0.60.7V,导通压降:锗管0.20.3V,3.反向峰值电流 IRM,1.最大整流电流 IOM：最大正向平均电流,2.反向工作峰值电压URWM,理想二极管：死区电压=0，正向压降=0,例1：二极管半波整流,D,3V,R,ui,uo,uR,uD,例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui=6 sin t V,E=3V,试画出 uo波形。,t,t,ui/V,uo/V,6,0,0,2,例3：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管(导通压降0.3V)，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=30.3=2.7V,DA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。,9.3 稳压二极管,稳压二极管的参数:,（1）稳定电压 UZ,（2）动态电阻,曲线越陡，动态电阻愈小，电压越稳定。,（3）.最大稳定电流 IZmax,稳压二极管是利用PN结反向击穿后具有稳压特性制作的二极管，其除了可以构成限幅电路之外，主要用于稳压电路。,例：设 DZ1 的 稳 定 电 压 为 6 V，DZ2 的 稳 定 电 压 为 12 V，设 稳 压 管 的 正 向 压 降 为 0.7 V，则 输 出 电 压UO 等 于（）。(a)18V(b)6.7V(c)30V(d)12.7V,二极管的单向导电性：,PN结正向偏置，近似短路，有0.20.6的压降,PN结反向偏置，处于高阻状态，类似断路,稳压管的反向稳压性：,小结：,作业：P264-2669.2.4(a)(b)、9.2.6、9.3.3、,N型硅,N+,P型硅,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺杂浓度较高,9.4.1 半导体三极管的结构,9.4 半导体三极管,1.NPN 型三极管,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,N,N,集电极C,基极B,发射极E,P,三极管的结构 分类和符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,C,B,E,N,集电极C,发射极E,基极B,N,P,P,N,2.PNP型三极管,C,E,B,9.4.2 三极管的电流控制作用,三极管具有电流控制作用的外部条件:,（1）发射结正向偏置；,（2）集电结反向偏置。,对于NPN型三极管应满足:UBE 0UBC VB VE,对于PNP型三极管应满足:UEB 0UCB 0即 VC VB VE,IC,N,P,N,三极管的电流控制原理,VCC,RC,VBB,RB,发射结正偏,扩散强,E区多子（自由电子）到B区,B区多子（空穴）到E区,穿过发射结的电流主要是电子流,形成发射极电流IE,IE是由扩散运动形成的,1 发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。,2 电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流IB,E区电子到基区B后，有两种运动,同时基区中的电子被EB拉走形成,IB,IEB=IB时达到动态平衡,形成稳定的基极电流IB,IB是由复合运动形成的,3 集电极收集电子，形成集电极电流IC,集电结反偏,阻碍C区中的多子（自由电子）扩散，同时收集E区扩散过来的电子,有助于少子的漂移运动，有反向饱和电流ICBO,形成集电极电流IC,为了反映扩散到集电区的电流ICE与基区复合电流IBE之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数 为,三极管的伏安特性反映了三极管电极之间电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了解其伏安特性。输入特性 输出特性,9.4.3 特性曲线,9.4.3 特性曲线,IC,V,UCE,UBE,RB,IB,EC,EB,实验线路,一、输入特性,UCE=0.5V,二、输出特性,IC(mA),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。,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，称为饱和区。,UCE=0,此区域中:IB=0,UBE 死区电压，称为截止区。发射结反偏,UCE=VCC,小结：三极管的三种工作状态,集电结，发射结均正偏，三极管处于饱和状态,集电结，发射结均反偏，三极管处于截止状态,集电结正偏，发射结反偏，三极管处于放大状态,9.4.4、主要参数,三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1.电流放大倍数和,2.集电极最大允许功耗PCM,ICUCE=PCM,安全工作区,3.集-基极反向截止电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响大。,4.集-射极反向截止电流ICEO,ICEO受温度影响很大，三极管的温度特性较差。,场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载流子，使流过半导体内的电流大小随电场强弱的改变而变化的电压控制电流的放大器件。其英文名称为：Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor，缩写为MOSFET 场效应管是的外型与晶体管（三极管）相似，但它除了具有三极管的一切优点以外，还具有如下特点：基本上不需要信号源提供电流 输入阻抗很高（可达1091015）受温度和辐射等外界因素影响小，制造工艺简单、便于集成化等；只有多数载流子参与导电，所以又称其为单极性晶体管,绝缘栅型场效应晶体管,习题9.4.10,
