半导体二极管、三极管、场效应管.ppt

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1、.,第07讲：第4章 半导体二极管、三极管、场效应管(1),电子电路技术基础,教学回顾,第1章 直流电路 习题1-1 1-2,教学内容,4.1 PN结,4.2 半导体二极管,PN结的特性：单向导电性 伏安特性 反向击穿 电容效应,类型 伏安特性 主要参数 等效电路及应用 稳压二极管,教学要求,了解半导体基本知识 理解PN结的特性 掌握半导体二极管的特性 会计算和分析含有二极管的电路,4.1 PN结,什么叫半导体？,物质按其导电能力可分为导体、半导体和绝缘体。而把导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等。,4.1.1 半导体,（1）热敏性制成各种热敏元件,（2）光

2、敏性制成各种光敏元件,（3）掺杂性制成各种晶体管器件,半导体的三个独特性质:,一些半导体对温度的反应很灵敏，其电阻率随着温度的上升而明显地下降，利用这种特性很容易制成各种热敏元件，如热敏电阻、温度传感器等。,有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显地下降，利用这种特性很容易制成光敏元件，如光敏电阻和光电管等。,半导体的电阻率受掺入的“杂质”影响极大，在半导体中即使掺入的杂质十分微量，也能使其电阻率大大地下降，利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体管器件。,4.1 PN结,4.1.4 PN结的特性1.PN结的单向导电性,PN结外加正向电压时的特点：,PN结处于正向导通状态，正向电流ID较大，正向

3、电阻很小,4.1 PN结,PN结外加反向电压时的特点：,PN结处于反向截止状态，反向电流IS较小，反向电阻很大,2.PN结的伏安特性3.PN结的反向击穿当PN结上的反向电压增大到某个数值时，反向电流急剧增大的现象。4.PN结的电容效应（略）,4.1 PN结,反向击穿,二极管是由PN结加上电极引线和管壳构成的。,(1)点接触型二极管(a),(2)面接触型二极管(b),(3)硅平面型二极管(c),按管子的结构分：,4.2 半导体二极管,二极管按结构分三大类：,(1)点接触型二极管,4.2 半导体二极管,PN结面积小，结电容小，允许通过的电流小,(3)平面型二极管,(2)面接触型二极管,PN结面积大

4、，用 于大电流整流电路。,用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小,半导体二极管的电路符号与基本结构 半导体二极管内部就是一个PN结，将其封装并接出两个引出端，从 P 区引出的端称为阳极（正极），从 N 区引出的端称为阴极（负极）。电路符号如图所示。,阳极,阴极,D,二极管电路符号,根据PN结的单向导电性，二极管只有当阳极电位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。,符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。,为了防止使用时极性接错，管壳上标有“,”符号或色点，,如果二极管极性接错，不仅造成电路无法正常工作，还会烧坏二极管及电路中其他元件。,1.正向特性,伏安曲线,o,uD,UBR,iD

5、,+,ID,U,Uon,OD段：二极管电流较小。,CD段：当正向电压加到一定值时，U Uon时，二极管导通。Uon（死区电压、开启电压）：硅0.5V 锗0.1V导通后的正向压降：硅0.61V 锗0.20.5V,4.2.2 二极管的伏安特性I=f(V),2.反向特性,BA段：当反向电压加到一定值时，PN结产生击穿现象，电流迅速增大。,伏安曲线,o,uD,UBR,iD,-,+,ID,U,Uon,C,OB段：I=IS，反向电阻很大。,4.2.3 二极管的伏安特性数据,3.反向击穿特性,外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。对应的电压称为击穿

6、电压。,正向导通,反向截止,击穿,0.5,锗,硅,0.2,反向饱和电流,反向曲线,正向曲线,4.2.3 半导体二极管主要参数,（1）最大整流电流 IF：二极管长时间安全工作所允许流过的最大正向平均电流。由PN结结面积和散热条件决定，超过此值工作可能导致过热而损坏。,4.2 半导体二极管,（2）反向工作峰值电压UR：为保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电压，一般为反向击穿电压的一半。（3）反向电流 IR：二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流。此值越小，单向导电性越好。硅管优于锗管。（4）最高工作频率 fM：二极管维持单向导电性的最高工作频率。由于二极管中存在结电容，当频率很高时，电流可

7、直接通过结电容，破坏二极管的单向导电性。,4.2 半导体二极管,4.2.3 半导体二极管主要参数,1.理想二极管等效电路(理想模型)正向时：导通电压UD=0V，二极管 用短路线代替。反向时：ID0，二极管断开。2.考虑正向压降的等效电路(恒压模型)正向时：导通电压UD=0.7V(硅管，锗管为0.2V)，二极管用电压源代替。反向时：ID0，二极管断开。,4.2.4 二极管的等效电路及应用,4.2 半导体二极管,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U0的大小。,4.2 半导体二极管,解题方法（关键是判断二极管的导通与截止）：首先假设二极管断开，然后求得二极管正极和负极之间的电

8、压。如该电压大于导通电压，说明该二极管导通，两端的实际电压为二极管的导通电压；如果该电压小于导通电压，说明该二极管截止。然后进一步计算所要求的各物理量。如果电路中出现两个以上二极管，则假设二极管全部断开，求得每个二极管正极和负极之间的电压。正向电压较大者优先导通，其两端电压为导通电压，然后再用上述方法判断其余二极管。,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U0的大小。,解:(1)断开二极管D,(2)求出断开两点间的电位差UD。,VD=Ui=5V,VD=0V,UD=VD VD=5V,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U0的大小。,(3)判断二极管的导通

9、状态,VD=5V0二极管D导通,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U0的大小。,(4)求出输出电压U0,U00V,例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设Ui=5Sint(v),解:VD+=Ui VD-=0V,VD=VD+-VD-=Ui,讨论：(1)当VD=Ui0时D导通，Uo0V,(2)当VD=Ui0时D截止，UoUiV,例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设Ui=5Sint(v),5,-5,例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设Ui=10Sint(v),解:VD+=Ui VD-=5V,VD=VD+-VD-=Ui-5V,讨论：(1)当VD=Ui-5V 0即Ui 5V 时D导通Uo5V,(2)当VD=Ui-5V 0即Ui 5V时D截止UoUiV,例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设Ui=10Sint(v),10,-10,5,10,-10,5,PN结的特性是研究半导体器件的基础；半导体二极管的种类很多，本节只介绍普通二极管，其他二极管的分析方法基本相同，有兴趣的同学请参阅有关文献。,课堂小结,作业题,本节无！,预习内容,实验一、电路元件识别及仪表使用,