电工学第七版下册第14章半导体.ppt

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1、(14-0),符号,UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,伏安特性,稳压管正常工作时，需加反向电压，工作于反向击穿区。,稳压原理：稳压管反向击穿以后，电流变化很大，但其两端电压变化很小。,14.4 稳压二极管,曲线越陡电压越稳,(14-1),UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,伏安特性,稳压管反向击穿是可逆的，当去掉反向电压后，稳压二极管恢复正常。,使用时要加限流电阻，稳压二极管在电路中可以起到稳压作用。,反向电流超过允许范围时稳压二极管会发生过热击穿而损坏。,曲线越陡电压越稳,注意：,(14-2),(1)稳定电压 UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。,(2)电压温度系数 U 稳压值受温度

2、变化影响的系数，环境温度每 变化1C引起稳压值变化的百分数。,(3)动态电阻,(4)稳定电流 IZ、最大稳定电流 IZM,(5)最大允许耗散功率 PZM=UZ IZM,rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,稳压二极管的主要参数:,(14-3),例1：已知：Uz=12V，IZM=18mA，R=1.6K。试求：Iz=?限流电阻 R 的阻值是否合适？,解：,Iz=(20 Uz)/R=(20-12)/1.6x103=5mA因：IZ IZM故：限流电阻 R 的阻值合适,P14：例,(14-4),负载电阻：,例2：稳压管的技术参数:,解：uimax=1.2ui 流过稳压管的电流为 IZmax,试求：限流电阻

3、 R 和输入电压 ui 的正常值。,要求：ui 发生20%波动时，负载电压基本不变。,(14-5),联立方程、可解得：,uimin=0.8ui 流过稳压管的电流为 IZmin,(14-6),14.5 晶体管,常见晶体管外形图,(14-7),基本结构,常见：硅管主要是平面型，锗管都是合金型,晶体管结构图,(14-8),NPN型晶体管,PNP型晶体管,发射区,集电区,基区,集电结,发射结,基极,发射极,集电极,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,集电极,发射极,基极,晶体管结构示意图,(14-9),基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,结构特点：,集电区：面积最大,(14-10),三极

4、管放大的外部条件：发射结正偏、集电结反偏,PNP发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,NPN 发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,14.5.2 电流分配和放大原理,从电位的角度看,集电结,发射结,(14-11),晶体管电流放大的实验电路,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：,公共端,基极电路,集电极电路,(14-12),(1)IE=IB+IC 符合基尔霍夫定律(2)IC IB，IC IE(3)IC IB(4)IB=0时，IC=ICEO 0,晶体管的电流放大作用：基极电流的微小变化能够引起集电极电流较

5、大的变化。,放大实质：用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，晶体管是电流控制器件。,晶体管电流测量数据,结论:,(14-13),晶体管内部载流子运动发射区向基区扩散电子电子在基区扩散和复合集电区收集从发射区扩散过来的电子,发射区,集电区,基区,集电结,发射结,(14-14),电流分配和放大原理,基区空穴向发射区的扩散可忽略.,进入P 区的电子除极少数与基区空穴复合，形成电流IBE,基区要薄，浓度小，使绝大多数电子扩散到集电结.,发射结正偏,发射区电子不断向基区扩散,形成发射极电流 IE。,(14-15),EB,RB,EC,IC=ICE+ICBOICE,集电结反偏，由少子形成的反向电流I

6、CBO，受温度影响比较大。,从发射区扩散到基区到达集电区边缘的电子被拉入集电区形成 ICE。,IB=IBE ICBO IBE,N,N,P,IC,(14-16),直流电流放大倍数：ICE 与 IBE之比,要使晶体管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,(14-17),NPN 型晶体管,PNP 型晶体管,晶体管起放大作用的条件：,发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。,电流方向和发射结与集电结的极性,(14-18),14.5.3 特性曲线,管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线：1）直观地分析管子的工

7、作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,(14-19),输入回路,输出回路,B,E,C,(14-20),一、输入特性曲线,0,(14-21),特点:非线性,工作压降 硅管UBE0.60.7V锗管UBE0.20.3V,死区电压硅管0.5V锗管0.1V,(14-22),二、输出特性曲线,IC(mA),IB=0,20A,40A,60A,80A,100A,0,(14-23),线性放大区,IC(mA),0,UCE 大于一定数值时,IC 只与 IB 有关,IC=IB,发射结正偏，集电结反偏,(14-24),0,深度饱和时硅管UCES 0.3V锗

8、管UCES 0.1V,IB的变化对IC的影响小，IBIC,UCEUBE,发射结正偏，集电结正偏，,饱和区,(14-25),0,IB=0,IC=ICEO UBE 死区电压,截止区,发射结反偏，集电结反偏,(14-26),输出特性三个区域的特点,放大区：发射结正偏，集电结反偏。IC=IB,且 IC=IB,UCE UBE,(14-27),(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。IC IB，ICUCC/RC，UCE0,UCE 0 发射极和集电极之间如同开关接通，电阻很小。,UCE UBE,(14-28),(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏。IB=0，IC=ICEO 0，UCE UCC,IC 0 发射极

9、和集电极之间如同开关断开，电阻很大。,UBE 死区电压,(14-29),输出特性三个区域的特点,放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且 IC=IB,(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。IC IB，ICUCC/RC，UCE0,(3)截止区：UBE 死区电压，IB=0，IC=ICEO 0，UCE UCC,(14-30),例1:=50，USC=12V,RB=70k，RC=6k 当USB=-2V，2V，5V 时，晶体管工作于哪 个区？,解：当USB=-2V时：,IB=0，IC=0,T 管工作于截止区,(14-31),T 管工作于放大区,解：USB=2V时：,IC最大饱和电流：,(14-3

10、2),解：USB=5V时:,T 管工作于饱和区，因IC 和IB 已不是 倍的关系,IC最大饱和电流：,(14-33),在以后的计算中，一般作近似处理：=,解：,Q1,Q2,P23：例,(14-34),例3：现测得放大电路中两晶体管各管脚电位如下：a：V1=12V，V2=3.7V，V3=3V；b：V1=-6V，V2=-2.1V，V3=-1.9V 试判别各管的管脚、类型、材料。,解：,分析：b极-中间电位,e极 Ube很小 硅管:Ube=0.6 0.8V 锗管:Ube=0.2 0.3V NPN:Vc=max,Vc Vb Ve PNP:Vc=min,Ve Vb Vc,方法：先确定 b、e、c 脚,然

11、后确定材料、类型,a：脚2=b 脚 脚3=e 脚 脚1=c 脚 硅管,NPN管,b：脚2=b 脚 脚3=e 脚 脚1=c 脚 锗管,PNP管,PNP管,NPN管,(14-35),三、主要参数,前述电路中，三极管的发射极是输入和输出的公共点，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：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。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,(14-36),2.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBO,3.集-射极反

12、向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,(14-37),4.集电极最大允许电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,基极开路时，加在集-射极之间的最大允许电压，称为集-射极反向击穿电压。手册上给出的数值是25C的值。温度上升时，其值将降低。,(14-38),6.集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管，所发出的焦耳 热为：,PC=ICUCE,必定导致结温 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,安全工

13、作区,ICUCE=PCM,(14-39),14.6 光电器件,发光二极管 光电二极管 光电晶体管,有兴趣的同学自学！,第十四章课后习题,P13:14.3.8-二极管的应用(双)：限幅 P32：14.3.8-二极管的应用：与门 P34:14.4.3-稳压管的应用14.5.8-晶体管：工作区14.6.1-发光二极管及综合P35:14.5.11-综合应用(选做),(1-41),结 束,(14-42),1半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和P型半导体。2采用一定的工艺措施，使P型和N型半导体结合在一起，就形成了PN结。PN结的

14、基本特点是单向导电性。3二极管是由一个PN结构成的。其特性可以用伏安特性和一系列参数来描述。,内容小结,(14-43),4.三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。5.是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。6.晶体管特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。7.有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。,(14-44),例3：已知：Ui=10 sinwt V，二极管为理想元件。试画出Uo的波形。,Ui 5V：Uo=Ui,解：,方法：判断二极管何时 导通、截止。,Ui5V：Uo=5V,(14-45),例4：二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，输入信号为ui。(1)若 ui为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压uo,解：（1）采用理想模型分析。,采用理想二极管串联电压源模型分析。,例题,(14-46),（2）如果ui为幅度4V的交流三角波，波形如图（b）所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。,解：采用理想二极管模型分析。波形如图所示。,(14-47),采用理想二极管串联电压源模型分析，波形如图所示。,