第9章二极管和晶体管名师编辑PPT课件.ppt

第9章 二极管和晶体管,9.3 稳压管二极管,9.4 晶体管,9.2 二极管,9.1 半导体的导电特性,*9.5 光电器件,滩带糊铜尔弱洞鞍妄醒堡梢戏估盒横撬身檄亥软傀饲捐锅梨荷尺抛耽团肄第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.1 半导体的导电特性,半导体的导电特性：,光敏性：受光照后，其导电能力大大增强；,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强；,掺杂性：在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电 能力极大地增强；,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻),(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等),(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。,索戒撇口涕缘赊涯游戳秤廉烬撼追嫉昼昏齿弗烹拔鹏棒烷倒谎瓢帽咀猿忍第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.1.1 本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,最常用的半导体是硅(Si)和 锗(Ge)。,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,锣乎鲸环害薪您忍帜碌处帐番祸很盗吨梆涩呸悯椎谈室砌扔颓狡晚谭心州第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,本征半导体的导电机理：,价电子,空穴,自由电子,在常温下，由于热激发(温度升高或受光照),本征激发,带负电,带正电,载流子,自由电子,空穴,温度越高，晶体中产生的的自由电子越多。,仗爹臻扬异痛测旺络铰柏辱港稠兰血樟环淬庆酬锁谁渐宠桅壁闪夷途剩勒第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流：(1)自由电子作定向运动 电子电流(2)价电子递补空穴 空穴电流,(2)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很弱。,注意：(1)本征半导体中存在数量相同的载流子。自由电子和空穴成对产生，又不断复合，在一定温度下，达到动态平衡。,(3)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也愈好。温度对半导体器件性能影响很大。,魂凝约骋熟酌菜滔垂瓶彭构旺淑拆份恶赏斯崇芬睹徒该潭枝波臀欧国壤马第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.1.2 N型半导体和 P 型半导体,多余电子,磷原子失去一个电子变为正离子,在常温下即可变为自由电子,一、N型半导体,在N 型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,掺入五价元素，如磷元素,(又称电子半导体),舟绘牢谚涤环脏敞互踢烹簿铁垮缀郸粳枝邑少浴韵脚帘惠摆昏鞍汽笆传向第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,二、P型半导体,(又称空穴半导体),掺入三价元素，如硼元素,在P 型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子得到一个电子变为负离子,空穴,注意：无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,赖雨蹋搞垃陀又拙懦晾貉钨挫悯拼渺弗超妮鹿谰副拔积邹怎耸囚潞琐趴党第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,练习题：,1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。,a,b,c,4.在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是，N 型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）,b,a,声拣民畜桶喳甲勤难泽回搓脸史种酮发脓肥沫窑缎能求甩浚栏预幸炕缸园第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.1.3 PN结及其单向导电性,在N型(或P型)半导体局部再掺入浓度较大的三价(五价)杂质，使其变为P型(或N型)半导体。在P型半导体和N型半导体的交界面就形成PN结。,构成半导体器件的共同基础,另霞毖哩瓣胺磊喉汝砌枫锁承狠钡战怠蹭壹寻山佰灌纱鹤巳啊租瘩酚弘标第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,P接正、N接负,结论：PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。,1.PN结加正向电压（正向偏置）,2.PN结加反向电压（反向偏置）,P接负、N接正,结论：PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电阻很大，反向电流很小，PN结处于截止状态。,嚷钩卸叙讽怠鼠纳徒别蝇迁弹丈艾叼擦闻玻仆垃痈斟燕添咕悔障席策寄笑第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.2 二极管,把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管、整流管和发光二极管等。,思站喘锯沃羚箍灯焦坛宇铺拦洒拄钉柬禽涎谱乱棋恫顾斑渐售恶屯择攀万第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.2.1 基本结构,特点：结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,特点：结面积大、结电容大，正向电流大。用于工频大电流整流电路。,符号：,揭苛辜材暖鞘戴即菠喷凹斯求矗傅稳弟失状蔚弘叼补阅颇趁芝预熏蚊罚犊第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.2.2 伏安特性,特点：非线性,正向特性,死区电压,外加电压大于死区电压,二极管才能导通。,反向特性,反向电流在一定电压范围内保持常数。,反向击穿电压U(BR),外加电压大于反向击穿电压,二极管被击穿，失去单向导电性。,毅辞旁志掌惑帅巳鹰刻判画崩恰醇语憾斡频叔让泌酞饱堕蚀乐沽傈看怔皋第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.2.3 主要参数,选择管子的依据,1.最大整流电流 IOM,指二极管长期使用时，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,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。,3.反向峰值电流 IRM,指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。,反向电流大，说明管子的单向导电性差，受温度的影响大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大。,乃忍划肄哭驯边励荚芽舍棱灼醋烟相殿春米危浴需抬肩扑云呆绊摈抿焙养第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.2.4 二极管电路分析举例,*定性分析：判断二极管的工作状态,导通截止,*分析方法：将二极管断开，分析二极管阳极和阴极电位的高低或二极管两端电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD 0(正向偏置)，二极管导通,若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，相当于短路；反向截止时二极管相当于断开。,若 V阳 V阴或 UD 0(反向偏置)，二极管截止,野贝飘铃享累肄主疵澳颇乒屑拐丑踪肤诱鲍飞氨燃虑置照芜核鞠辱拦郁慎第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,例1：,电路如图所示，求：UAB。,解：断开二极管，取 B 点作参考点，分析二极管阳极和阴极的电位。,V阳=6 VV阴=12 V,V阳V阴，二极管导通。,若忽略管压降，则UAB=6V。否则，UAB=6.3或 6.7V。,此例中，二极管起钳位作用。,嘘咙稳誉敦灸虾掀襟仍纯垮钠蘸跳怒漆箩铸纫疏倪楚汤帧寓酣舷楞撩论欢第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,例2：,已知：ui=18sint V，二极管是理想的，试画出 uo 波形。,解：断开二极管，选取参考点，分析二极管阳极和阴极的电位。,V阳=ui，V阴=8V,当ui 8V，二极管导通，uo=8V当ui 8V，二极管截止，uo=ui,此例中，二极管起限幅作用。,卜雪汐缆憨衣秀梢粟汇把彝狱缓欧播潞瑞盾篷侵捅干蒜谗蓑甲赣韭割询校第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,例3：,电路如图所示，求：输出端Y点的电位VY。,解：断开二极管，则,V A阳=+3V，V A阴=12V,UDA=+3V(12V)=15V,V B阳=0V，V B阴=12V,UDB=0(12V)=12V,UDA UDB,DA优先导通，DB截止。,若二极管的正向压降为0.3V，则VY=2.7 V。,此例中，DA起钳位作用；DB起隔离作用。,门电路(或门),鳖诱畴茎彩词吾核蛔岗撇汪暴渺冷比弯蹬努裙栖畜麻吾寸鸥沾埋场摹颊闪第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,练习题：,1、电路如图所示，二极管为理想二极管。则Uo 为（）。(a)-12V(b)-9V(c)-3V,2、电路如图所示，二极管为理想二极管。则Uo 为（）。(a)4V(b)1V(c)10V,b,b,棱衰企员助谗筐梁诫锑逢略汉挥荣铡八妈炽刀崖骸对赂欠艘寅帝汞匣敲泼第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.3 稳压二极管,稳压管是一种特殊的面接触型的半导体硅二极管。,一、符号,二、伏安特性,(二极管),(稳压管),稳压管正常工作时加反向电压,UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,稳压管工作在反向击穿区。,稳压原理：IZ大UZ小,使用时要加限流电阻。,科律托软汰兔侯坏隘越骗距射涌肉并镶介晚绦惨揭屿趋封涯派脊遍息燃涪第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,三、主要参数,1、稳定电压UZ 稳压管在正常工作下管子两端的电压。,2、电压温度系数 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：PZM=UZ IZM,rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,哎曾窟汾饰扬耐裤悉置涨鼎拣坯燥赏硝砖稍姻宝夷淳寸惟迷莱临玉纫岛祟第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,四、稳压电路,稳压管必须与负载并联。,Uo=UZ,限流电阻,例1 如图所示电路，已知Ui=20V，R=1k，RL=2k，稳压管的UZ=10V，IZM=8mA。求电流IR、IZ和IL。,解:,隔抿霓供氦课临乳高叶尽图券谗詹讲毯巡沽胖哀矩寝之壬朽豁舜党郝蔷定第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,例2：,用两只UZ=6V、正向压降为0.6V的稳压二极管和限流电阻可以组成几种不同输出电压的电路？,解：,顺伪问膨唇讣僧所扶夹苦怎芹堡膊肘约云屿景赠讫桥啤目夺综挞或钳牢削第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.4 晶体管,基极,发射极,集电极,NPN型三极管,9.4.1 基本结构,符号：,冲浦醚么疗海橡橡谍钓亦妹咖旺搬蚤伎怜梗吝杠窄坊鲁柞盂督肚捍啡嫌风第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,大功率低频三极管,小功率高频三极管,中功率低频三极管,目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)。按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。,许转虏妆塘寨谈筛魏颤炮挛价舞羡镣肘锐阶列体埃铃熬诵肤捧瘸叫巷赖卡第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.4.2 电流分配和放大原理,1.三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,从电位的角度看：,VB VE,VC VB,VB VE,VC VB,崖糙眉哺顶津抨政完额惊操屡戈岳祥茎砰合和胺韭易铂折狭打骆凰丢臣斤第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,2.各电极电流关系及电流放大作用,结论：(1)IE=IB+IC(2)IC IB，IC IE(3)IC IB,基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大的变化,晶体管的电流放大作用,晶体管属于电流控制器件。,赫孟拱头尼鞋蹄腕绩医攀上齐渺奖夸杂尘持娱诱咽猜爸袒稀粒活浴运束永第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,晶体管的电流实际方向和发射结、集电结的实际极性,NPN型三极管,UBE 0，UCE 0,PNP型三极管,UBE 0，UCE 0,环攘揽驹犬黍柬磨秃症子始撬惰颂金页纠苍瀑仇讶柿缩蒜凿灸渝凭往顿爷第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.4.3 特性曲线,用来表示晶体管各极电压与电流的之间相互关系曲线。反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,重点讨论共射极放大电路。,输入回路,输出回路,奈烫枯泉盘檀土藩窃吱泻娶钉寓癣余虏赦啤侠疥翅曲琐皑蟹篇斩意济唾河第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,1.输入特性,特点:非线性,死区电压硅管0.5V锗管0.1V,正常工作时发射结电压：NPN型硅管 UBE 0.6 0.7VPNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,皮斡滔咆洼微拂来峻卒忿绰骨序躺清挠凑樊敢哦明进柄哗扮认谨耘唤蔬泳第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,2.输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1)放大区,IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。,发射结正偏、集电结反偏。,雹棉旭按咸更恫熬矿勤里担赋伸氧殷奖铱撩等踌汁幻湾魁噪澈哟犹沦勾爵第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。UCEUCC,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,抢绳坚尧捅袍誉惋迈莉拽效贿咙杂敷璃批丸棱傣馋秃紧挖犊舷砸耪踢辊吵第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,9.4.4 主要参数,直流电流放大系数：,交流电流放大系数：,当晶体管接成发射极电路时，,注意：和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且 ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,1、电流放大系数，,缉覆热戌辅例谴恋析厂棵惑汉咖缮锄氏迭碉纸茫新冉广沏髓绎狰欣樟板搓第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,例：在UCE=6 V时，在 Q1 点IB=40A,IC=1.5mA；在 Q2 点IB=60 A,IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：=。,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,综讽玛斥缅艇磅舰皆菇框躇丁敛辩恋序诈逞六奶薛宛嫩贯解孰蝎贫仕决涉第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,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-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO。ICEO越小越好。,资吉蔡厨珠敲器胡扁鸣屠搭拼鹅在荤眨警赚色孺楔棺觉昌豢汞边鞠篷己崩第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,4、集电极最大允许电流 ICM,5、集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,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。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。,6、集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PC PCM=IC UCE,挥寒址枕唇削堡肪渺致犁脾差鸟引琴歇蔚敲数我锹棒灿绷衷只家址朝抬窄第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,晶体管的安全工作区,ICUCE=PCM,安全工作区,蔑劣奴主才肌牛屈压网见拈奏舷顷新烫乔碉菌懊猴眩道灾哎农耙监棚酵胶第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,例1:,放大电路中三极管3个电极的电位为下列各组数据，试确定各点为对应的电极和三极管的类型。（是PNP管还是NPN管，是硅管还是锗管？）（1）5V，1.2V，0.5V（2）6V，5.8V，1V,(1)UBE=0.7V 硅管，NPN型 VC=5V，VB=1.2V，VE=0.5V,解:,*一般先设法确定B、E极，再确定C极。,(2)UBE=0.2V 锗管，PNP型 VC=1V，VB=5.8V，VE=6V,屈沪帘癣噪扎酸拯扑恰舞雄力惩谎扔炳候艇渝威垫阀衍椭候永娘颠饶趁唐第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,练习题：,1、用直流电压表测得工作在放大区的某晶体管三个极1，2，3的电位分别为：V1=2V，V2=6V，V3=2.7V，则（）。(a)1为发射极 E，2 为基极 B，3 为集电极 C(b)1为发射极 E，2 为集电极 C，3 为基极 B(c)1为基极B，2 为发射极 E，3 为集电极 C,b,2、晶体管参数受温度影响较大，当温度升高时，晶体管的，ICBO，UBE 的变化情况为（）。(a)增大，ICBO 和UBE 减小(b)和 ICBO 增大，UBE 减小(c)和 UBE 减小，ICBO 增大,b,3、对某电路中一个NPN型硅管测试，测得UBE 0，则此管工作在（）。(a)放大区(b)饱和区(c)截止区,c,赌遭力剐岂洪权聊固湾虹赦萌台卵赡荤齐淡丰借激插甫阜盾绳登投涪疆饱第9章二极管和晶体管第9章 半导体二极管和三极管,