电子电路2008下半年.ppt
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1、半导体特点:,当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。,往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。,本征半导体的导电机理,在其它力的作用下,空穴吸引附近的电子来填补,这样的结果相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以认为空穴是载流子。,本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。,温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,本征半导体中电流由两部分组成: 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。,在本征半导
2、体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。,1. N型半导体,在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,砷等,称为N型半导体。,N型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,多数载流子自由电子,少数载流子 空穴,施主离子,自由电子,电子空穴对,在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。,空穴,硼原子,硅原子,多数载流子 空穴,少数载流子自由电子,受主离子,空穴,电子空穴对,2. P型半导体,杂质半导体的示意图,多子电子,少子空穴,多子空穴,少子电子,少子浓度与温度有关,多子浓度与掺杂有关,因多子浓度差,形成内电场,多子的扩散,空间电荷区,阻止多子扩散,促使少子漂移。,PN结合,空间电荷区,多子
3、扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,1 . PN结的形成,2. PN结的单向导电性,(1) 加正向电压(正偏)电源正极接P区,负极接N区,外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子扩散形成正向电流I F,(2) 加反向电压电源正极接N区,负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流I R,在一定的温度下,由本征激发产生的少子浓度是一定的,故IR基本上与外加反压的大小无关,所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。,PN结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻, PN结导通; PN结
4、加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻, PN结截止。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。,3. PN结的伏安特性曲线及表达式,根据理论推导,PN结的伏安特性曲线如图,正偏,IF(多子扩散),IR(少子漂移),反偏,反向饱和电流,反向击穿电压,反向击穿,热击穿烧坏PN结,电击穿可逆,2.2 半导体二极管,二极管 = PN结 + 管壳 + 引线,结构,符号,二极管的模型,串联电压源模型,U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V;锗管 0.2V。,理想二极管模型,正偏,反偏,(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
5、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。,采用理想二极管串联电压源模型分析,波形如图所示。,二极管:死区电压=0 .5V,正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管:死区电压=0 ,正向压降=0,二极管的应用举例1:二极管半波整流,请画出下面电路在正弦信号作用下的输出波形。,vo,请画出下面电路在正弦信号作用下的输出波形。,vo,请画出下面电路在正弦信号作用下的输出波形。,vo,一.BJT的结构,NPN型,PNP型,符号:,三极管的结构特点: (1)发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。 (2)基区要制造得很薄且浓度很低。,2019/4/3,二 BJT的内部工作原
6、理(NPN管),三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。,若在放大工作状态: 发射结正偏:,+ UCE , UBE , UCB ,集电结反偏:,由VBB保证,由VCC、 VBB保证,UCB=UCE - UBE, 0,(1)因为发射结正偏,所以发射区向基区注入电子 ,形成了扩散电流IEN 。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动,形成的电流为IEP。但其数量小,可忽略。 所以发射极电流I E I EN 。,(2)发射区的电子注入基区后,变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉,形成IBN。所以基极电流I B I BN 。大部分到达了集电区的边缘。,1BJT内部的载流子传输过程,(3)因为集电结反偏
7、,收集扩散到集电区边缘的电子,形成电流ICN 。,另外,集电结区的少子形成漂移电流ICBO。,三. BJT的特性曲线(共发射极接法),(1) 输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const,(1)uCE=0V时,相当于两个PN结并联。,(3)uCE 1V再增加时,曲线右移很不明显。,(2)当uCE=1V时, 集电结已进入反偏状态,开始收集电子,所以基区复合减少, 在同一uBE 电压下,iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。,(2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const,现以iB=60uA一条加以说明。,(1)当uCE=0 V时,因集电极无收集作用,iC=0。,(2) uCE
8、 Ic 。,(3) 当uCE 1V后,收集电子的能力足够强。这时,发射到基区的电子都被集电极收集,形成iC。所以uCE再增加,iC基本保持不变。,同理,可作出iB=其他值的曲线。,2. 输出特性曲线,表示IB一定时,iC与vCE之间的变化关系。,(1) 放大区 JE正偏,JC反偏,对应一个IB,iC基本不随vCE增大,IC= IB 。 处于放大区的三极管相当于一个电流控制电流源。,截止区:对应IB0的区域, JC和JE都反偏, IB= IC =0,输出特性曲线,(3) 饱和区 对应于vCEvBE的区域,集电结处于正偏,吸引电子的能力较弱。随着vCE增加,集电结吸引电子能力增强,iC增大。 JC
9、和JE都正偏, VCES约等于0.3V,IC IB,饱和时c、e间电压记为VCES,深度饱和时VCES约等于0.3V。饱和时的三极管c、e间相当于一个压控电阻。,输出特性曲线总结,饱和区iC受vCE显著控制的区域,该区域内vCE的 数值较小,一般vCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。,截止区iC接近零的区域,相当iB=0的曲线的下方。 此时,发射结反偏,集电结反偏。,放大区iC平行于vCE轴的区域,曲线基本平行等距。 此时,发射结正偏,集电结反偏,电压大于0.7 V左右(硅管) 。,动画2-2,四. BJT的主要参数,一般取20200之间,2.3,1.5,(1)
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