电工学(少学时)唐介第8半导体器件、直流稳压电源张幻灯片.ppt
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1、1 1、性质:、性质:是一门技术基础课。是一门技术基础课。2、特点:、特点:a、非纯理论性课程、非纯理论性课程b、实践性很强、实践性很强c、以工程实践的观点处理电路中的一些问题、以工程实践的观点处理电路中的一些问题3、内容:、内容:以器件为基础,以信号为主线,研究各种电以器件为基础,以信号为主线,研究各种电 路的工作原理、特点及性能指标等路的工作原理、特点及性能指标等。4、目的:、目的:了解一般的常用器件,掌握对基本电子电路了解一般的常用器件,掌握对基本电子电路 的分析方法及计算方法的分析方法及计算方法。模模拟拟电电子子技技术术电子元器件电子元器件电子电路及其应用电子电路及其应用二极管二极管三
2、极管三极管集成电路集成电路放大电路放大电路滤波电路滤波电路电源电源 信号检测信号检测 压力、温度、水位、流量等的测量与调节压力、温度、水位、流量等的测量与调节 电子仪器电子仪器 电子技术的应用电子技术的应用智能小区智能小区8.1 8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识8.2 8.2 半导体二极管半导体二极管8.3 8.3 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 特殊二极管特殊二极管8.4 8.4 整流电路整流电路9.1 9.1 双极型晶体管双极型晶体管8.5 8.5 滤波电路滤波电路8.6 8.6 稳压电路稳压电路 了解半导体的基本概念。了解二极管、稳压管的基本了解半导体的基本概念。了解二极管
3、、稳压管的基本结构、工作原理、工作状态和特性曲线。掌握二极管的结构、工作原理、工作状态和特性曲线。掌握二极管的特性,理解其主要参数的物理意义。掌握其主要应用领特性,理解其主要参数的物理意义。掌握其主要应用领域。域。理解整流电路、滤波电路和稳压管电路的工作原理。理解整流电路、滤波电路和稳压管电路的工作原理。了解双极型晶体管的基本结构,掌握晶体管的种类、了解双极型晶体管的基本结构,掌握晶体管的种类、工作原理、工作状态和特性曲线。了解其主要参数。工作原理、工作状态和特性曲线。了解其主要参数。重点:重点:二极管的特性及其应用,稳压管电路的工作原二极管的特性及其应用,稳压管电路的工作原理,晶体管工作状态
4、和特性曲线。理,晶体管工作状态和特性曲线。难点:难点:整流、滤波,晶体管的放大原理。整流、滤波,晶体管的放大原理。教学要求:教学要求:半导体:半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间导电能力介于导体和绝缘体之间。如:硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧如:硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧化物等化物等。u 当受外界热和光的作用时,导电能力明显变化。当受外界热和光的作用时,导电能力明显变化。u 往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显 改变。改变。结构特点:结构特点:最外层电子(价电子)都是四个最外层电子(价电子)都是四个。半导体的主要特点:半导体的主要特点:共价键
5、共价键被紧紧束缚在共价键中,称为被紧紧束缚在共价键中,称为 Si Si Si Si价电子价电子形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 在绝对在绝对0度度(T=0K)和没有外界激发时和没有外界激发时,价电子完全被价电子完全被共价键束缚着,没有可以运动的带电粒子(共价键束缚着,没有可以运动的带电粒子(即即载流子载流子),它),它的导电
6、能力为的导电能力为 0,相当于绝缘体相当于绝缘体。本征半导体中存在数量相等的两种载流子,本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即即和和本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。载流子的浓度越高,载流子的浓度越高,P 型半导体:型半导体:N N 型半导体:型半导体:空穴数量空穴数量 自由电子数量自由电子数量多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子自由电子数量自由电子数量 空穴数量空穴数量与浓度有关与浓度有关与温度有关与温度有关靠空穴导电靠空穴导电靠自由电子导电靠自由电子导电定义:渗入杂质的半导体。定义:渗入杂质的半导体。形成:在本征半导体中渗入少量的形成:
7、在本征半导体中渗入少量的 3 3 价价元素元素形成:在本征半导体中渗入少量的形成:在本征半导体中渗入少量的 5 5 价元素价元素P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。荷区逐渐加宽。漂移使空间电漂移使空间电荷区变薄。荷区变薄。空间电荷区,空间电荷区,也称耗尽层。也称耗尽层。扩散和漂移这一对相反的运动扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡,空间电荷区的最终达到平衡,空间电荷区的厚度固定不变厚度固定不变。称为称为PNPN结结在同一片半导体基片上,分别制造在同一片半导体基片上,分别制造P 型半导体和型半导
8、体和N 型半导体,经过载流子的扩散、漂移,在它们的交型半导体,经过载流子的扩散、漂移,在它们的交界面处就形成了界面处就形成了PN 结。结。扩散运动:多数载流子由浓度差形成的运动。扩散运动:多数载流子由浓度差形成的运动。漂移运动:少数载流子在内电场作用下形成的运动。漂移运动:少数载流子在内电场作用下形成的运动。+RE(1 1)PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变窄变窄PN+_内电场被削弱,多子内电场被削弱,多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。I扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动(2)PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP
9、+_内电场被被加强,多子内电场被被加强,多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强,但少子数量有移加强,但少子数量有限,只能形成较小的反限,只能形成较小的反向电流。向电流。REI0+扩散运动扩散运动 漂移运动漂移运动 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 正向偏置时,正向偏置时,PN结处于导通状态结处于导通状态 呈现呈现正向电阻很小,电流较大正向电阻很小,电流较大 反向偏置时,反向偏置时,PN结处于截止状态结处于截止状态 呈现呈现反向电阻很大,电流较小反向电阻很大,电流较小 反向电流受温度影响较大反向电流受温度影响较大通过分析可知通过分析可知PNPN PN 结加上管壳和引线,就成为半导
10、体二极管。结加上管壳和引线,就成为半导体二极管。引线引线外壳外壳触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型二极管的电路符号二极管的电路符号:反向特性反向特性UIPN+PN+1、正向特性:、正向特性:当正向电压超过死区电压后,当正向电压超过死区电压后,二极管二极管导通导通反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+2 2、反向特性:、反向特性:硅管:几硅管:几AA锗管:几百锗管:几百AA反向饱和电流反向饱和电流:IU03 3、近似和理想伏安特性、近似和理想伏安特性考虑二极管导通电压时的伏安特性考虑二极管导通电压时的伏安特性DUIU0忽略二极管导通电压时的伏
11、安特性忽略二极管导通电压时的伏安特性0UD=DU硅管硅管:0.6-0.7V锗管锗管:0.2-0.3V(1 1)近似特性)近似特性(2 2)理想特性)理想特性三、主要参数三、主要参数1.1.额定正向平均电流(最大整流电流额定正向平均电流(最大整流电流)IF3.3.最高反向工作电压最高反向工作电压UR R 4.4.最大反向电流最大反向电流 IRm 选择和使用二极管的依据选择和使用二极管的依据2.2.正向电压降正向电压降UFI IF F所对应的电压所对应的电压。BR)U32(or21=U定性分析:定性分析:判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的,若二极管是理想的,
12、已知:已知:DA和和DB为硅二极管,求下列情况下输出端电位为硅二极管,求下列情况下输出端电位VF的值。的值。(1 1)AVBV6VADBDFVRV3VVBA0VV,3(2)VBA0V(3)VBA例例2:D6V12V3k BAUAB+电电 路路 如如 图图 所所 示,设示,设 二二 极极 管管 D1,D2,D3 的的 正正 向向 压压 降降 忽忽 略略 不不 计,求计,求 输输 出出 电电 压压 uO。0 V6 V 2 V12VRD3D2D1uO+-例例4:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin3itut :当:当Us 分别为分别为 2 V、4 V,而,而 ui 分别
13、为分别为3 V、3sint V 时,时,uo 的波形又将如何?的波形又将如何?P216 图图8.2.5RLuiuouiuott 定义定义:交流交流直流直流整流整流逆变逆变应用一、箝制电位作用应用一、箝制电位作用应用二、隔离作用应用二、隔离作用二极管的特性:二极管的特性:应用三、限幅作用应用三、限幅作用应用四、整流作用应用四、整流作用UZIZminIZmax UZ IZUIO利用二极管的反向特性工作利用二极管的反向特性工作曲线越陡,曲线越陡,电压越稳定电压越稳定稳压稳压误差误差UoIZDZRI0IUIRL)(00IIRUIRUUZIIIU0UZUZI IR0U0I IRU0限制稳压管电流不会超过
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