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1、电工电子技术基础,人民邮电出版社,知识模块十一 半导体元件,主要内容 二极管、三极管的结构和基本特性; 三极管的测量方法。 重点 二极管和三极管结构、类型和特性,一、二极管,1半导体基础知识 半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)和硒(Se)等。半导体材料是4价元素,例如硅原子,最外层的4个价电子分别和周围4个硅原子的价电子形成共用电子对,构成共价键结构,如图所示。,(a)硅原子简化模型 (b)共价键,一、二极管,半导体具有光敏、热敏和掺杂特性,一、二极管,纯净的不含任何杂质的半导体叫做本征半导体。 常温时,本征半导体仅有极少数价电子能够挣脱共价键
2、的束缚成为自由电子,同时在共价键相应位置处留下一个空位,称为空穴。自由电子和空穴都称为载流子,即自由电子载流子和空穴载流子。在半导体中占少数的载流子称为少子,占多数的载流子称为多子。,一、二极管,在本征半导体中掺入微量五价元素,比如磷元素,就形成了N型半导体。在本征半导体中掺入微量三价元素,比如硼元素,就形成P型半导体。,一、二极管,二极管的结构和类型 以PN结为管芯,在P区和N区均接上电极引线,并以外壳封装,就制成了半导体二极管,简称二极管。,一、二极管,二极管的伏安特性 二极管的特性就是单向导电性。理想的二极管可以看作一个开关,施加正向电压时相当于开关闭合,施加反向电压时相当于开关断开。,
3、一、二极管,二极管的伏安特性方程为:,二极管伏安特性曲线 :,一、二极管,(1)正向特性 OA段为死区,二极管为截止状态,此时A点的电压称为死区电压Uth硅管的死区电压为0.5V,锗管的死区电压为0.1V。 AB段为缓冲区,二极管逐渐导通。 BC段为正向导通区。电压稍增大,正向电流显著增加,二极管处于完全导通状态,完全导通后电压基本不变。硅管为0.70.8V,一般取0.7V,锗管为0.20.3V,通常取0.2V。 (2)反向特性 如图 OD段所示,二极管处于截止状态,在电路中相当于开关处于关断状态。反向电流基本上不随反向电压的变化而变化。 (3)反向击穿特性 如图DE段所示,反向电流在E处急剧
4、上升,二极管失去单向导电的特性,这种现象称之为反向击穿,此时E点电压为反向击穿电压UBR。对于非特殊要求的二极管,反向击穿时会使二极管PN结过热而损坏。,一、二极管,二极管的主要参数,二、特殊二极管,稳压管 稳压二极管简称稳压管,其表示符号如图11-7(a)所示,图中(+)代表正极(P区),(-)代表负极(N区)。稳压管的伏安特性曲线与普通二极管类似,如图11-7 (b)所示,图中IZmin为流过稳压管的最小电流,如流过稳压管的电流小于IZmin,在外界条件变化时,不能很好地稳压;IZmax为流过稳压管的最大电流,加正向电压时其具有一般二极管的特性曲线,而反向特性曲线比普通二极管要陡。,二、特
5、殊二极管,稳压管在电路中加反向电压,并要求外接直流电压V大于VZ,输出电压Vo等于稳压管的稳定电压VZ,即稳压管的反向击穿电压。R为限流电阻,流过电阻R的电流为I=(V-Vo)/R,R的作用是保证负载电阻RL开路时,流过稳压管D的电流IZIZmax,当V或RL变化时,电路能自动调整IZ大小,以改变R上的压降IR,达到维持输出电压Vo基本恒定的目的。,当V不变,RL变化时,自动调整如下:,二、特殊二极管,发光二极管 半导体发光二极管(Light Emitting Diode,简称写为LED)是一种可将电能变为光能的一种器件,属于固态光源,其图形符号如图11-8所示。发光二极管相对其他二极管正向导
6、通电压较大,一般在2V左右。 发光二极管是由如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,选用不同材料的半导体,就可以制造出发光颜色不同的发光二极管。,二、特殊二极管,光电二极管 光电二极管在其PN结处通过管壳上的一个玻璃窗口能接受外部的光照,PN结在反向偏置状态下运行,反向电流随光照强度的增加而上升,图11-9(a)是光电二极管的符号,(b)是其特性曲线。其主要特点是,反向电流与照度成正比。,三、三极管,常用三极管,三、三极管,内部结构,三、三极管,符号,三、三极管,分类,三、三极管,三极管的电特性 三极管具有电流放大特性,模拟电子电路主要利用的是三极管的电流
7、放大特性,讨论的是信号的放大。,三、三极管,(1)三极管电流放大作用的外部条件 要使三极管具有电流放大作用就必须为三极管提供适当的外部条件,即:发射结正偏,集电结反偏。 对于NPN型三极管,若要满足这一条件,则三极管三极电压应满足:uCuBuE;PNP型三极管,为:uCuBuE。,三、三极管,(2)三极管电流放大作用的基本电路 三极管构成放大电路时有三种连接形式:共发射极接法、共集电极接法和共基极接法。,三、三极管,(3)三极管共发射极直流电流放大电路 在三极管共发射极接法的应用电路中,常采用单电源供电电路,三、三极管,三极管特性曲线 三极管的特性曲线包括输入特性曲线和输出特性曲线。这两种特性曲线可以用图11-13所示的电路来测试。,三、三极管,(1)输入特性曲线 (2)输出特性曲线,三、三极管,晶体三极管的四种工作状态,三、三极管,晶体三极管的四种工作状态,三、三极管,三极管的主要参数 (1)共发射极电流放大倍数 (2)极间反向电流 (3)极限参数,
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