城市轨道交通电工电子课件项目七半导体器件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《城市轨道交通电工电子课件项目七半导体器件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 城市 轨道交通 电工 电子 课件 项目 半导体器件
- 资源描述:
-
1、半导体特性与二极管类型半导体特性与二极管类型1晶体管及其输出特性曲线晶体管及其输出特性曲线2晶闸管的工作条件晶闸管的工作条件3可关断晶闸管可关断晶闸管(GTO)的工作特性的工作特性4知识要点知识要点 了解本征半导体、P型和N型半导体的特征;了解PN结的形成过程;熟悉二极管的伏安特性及其种类、用途;深刻理解晶体管的电流放大原理,掌握晶体管的输入和输出特性。半导体:半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体有硅、锗等。半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间,但半导体的应用却极其广泛,这是由半导体的独特性能决定的。半导体受光照后,其导电能力大大增强;在半导体中掺入少量特殊杂
2、质,其导电 能力极大地增强;半导体材料的独特性能是由其半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理内部的导电机理所决定的所决定的。受温度的影响,半导体导电能力变化很大;半导体基础知识半导体基础知识(1)纯净的半导体(本征半导体)纯净的半导体(本征半导体)最常用的半导体为硅硅(Si)和锗锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素,即每个原子最外层电子数为4个。+Si(硅原子)Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图因为原子呈电中性,所因为原子呈电中性,所以简化模型图中的原子以简化模型图中的原子核只用带圈的核只用带圈的+4+4符号表符号表示即可。示即可。天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过高
3、度提纯,形成晶格结构完全对称的本征半导体本征半导体。在本征半导体的晶格结构中,每一个原子均与相邻的四个原子结合,即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对,构成共价键结构共价键结构。444444444晶格结构晶格结构共价键结构共价键结构444444444从共价键晶格结从共价键晶格结构来看,每个原构来看,每个原子外层都具有子外层都具有8 8个个价电子。但价电价电子。但价电子是相邻原子共子是相邻原子共用,所以稳定性用,所以稳定性并不能象绝缘体并不能象绝缘体那样好。那样好。在游离走的价电子原在游离走的价电子原位上留下一个不能移位上留下一个不能移动的空位,叫动的空位,叫空穴空穴。受光照或温度上升受光照或温
4、度上升影响,共价键中价电影响,共价键中价电子的热运动加剧,一子的热运动加剧,一些价电子会挣脱原子些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间核的束缚游离到空间成为成为自由电子自由电子。444444444受光照或温度上受光照或温度上升影响,共价键升影响,共价键中其它一些价电中其它一些价电子子直接跳进直接跳进空穴空穴,使失电子的原,使失电子的原子子重新恢复电中重新恢复电中性性。(2)杂质半导体杂质半导体 本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子,但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质,将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。五价元素磷(P)444444444P掺入磷杂质的硅半掺
5、入磷杂质的硅半导体晶格中,自由导体晶格中,自由电子的数量大大增电子的数量大大增加。因此加。因此自由电子自由电子是这种半导体的是这种半导体的导导电主流电主流。掺入五价五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子电子型型半导体,也叫做N型型半导体。444444444三价元素硼(B)B掺入硼杂质的硅半掺入硼杂质的硅半导体晶格中,空穴导体晶格中,空穴载流子的数量大大载流子的数量大大增加。因此增加。因此空穴空穴是是这种半导体的这种半导体的导电导电主流主流。掺入三价三价元素的杂质半导体,由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴空穴型半导体,也叫做P型型半导体。结是采用特定的制造工艺,使一块
6、半导体的两边分别形成型半导体和型半导体,它们的交界面就形成结。杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强,但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中,PN结是一切半导体器件的“元概念元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷元素硼和五价元素磷+空间电荷区内电场一、一、PN结的形成结的形成动画演示 PN结的单向导电性 PN结反向偏置时的情况结具有单向导电性结具有单向导电性 正偏:正偏:在结上加正向电在结上加正向电压时,结电阻很低,正压时,结电阻很低,正向电流较大,结处于导向电流较大,结处于导通状态。通状态。反偏:反偏:加反向电压时,加反向电压
7、时,结电阻很高,反向电流很小,结电阻很高,反向电流很小,结处于截止状态。结处于截止状态。二、二极管的结构和符号二、二极管的结构和符号 半导体二极管,其结构与图形符号如图半导体二极管,其结构与图形符号如图5-1。PN(阳阳极极)外外壳壳阴阴极极引引线线阳阳极极引引线线+-+-(阳阳极极)(阴阴极极)(阴阴极极)a)b)VD 二极管的结构与图形符号二极管的结构与图形符号结构结构图形符图形符号号 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检波管、开关管开关管、稳压稳压管管和整流管整流管等。硅高频检波管开
8、关管稳压管整流管发光二极管 电子工程实际中,二极管应用得非常广泛,上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060(A)4020 二极管的伏安特性是指流过二极管的电流电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结,其伏安特性当然具有“单向导电性单向导电性”。死区正向导通区 当外加正向电压很低时,二极管呈现较大的电阻,几乎没有正向电流通过。这一区域称之为死区死区(硅管0.5V,锗管0.1V)。外加正向电压超过死区电压时,内电场大大削弱,正向电流迅速增长,二极管进入正向导通区正向导通区。该区电流上升曲线很陡。三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安
9、特性1正向特性正向特性 当二极管承受反向电压时,其反向电阻很大,此时仅有非常小的反向电流(称为反向饱和电流或反向漏电流)。进入反向截反向截止区止区。实际应用中二极管的反向饱和电流值越小越好,可近似视为零值。通常加在二极管上的反向电压不允许超过击穿电压,否则会造成二极管的损坏(稳压管除外)。外加反向电压超过反向击穿电压时,反向电流突然增大,二极管失去单向导电性,进入反向击穿区反向击穿区。U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060(A)4020反向截止区反向击穿区2反向特性反向特性 (1)最大整流电流最大整流电流IDM:指二极管长期运行时,允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的
10、结面积和外界散热条件决定。(2)最高反向工作电压最高反向工作电压URM:指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反射工作电压值。(3)反向电流反向电流IR:指二极管未击穿时的反向电流。IR值越小,二极管的单向导电性越好。对温度很敏感,温度增加,反向电流会增加很大,这一点要特别加以注意。四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数二极管的应用举例二极管的应用举例注意:注意:分析实际电路时为简单化,通常把二极管进行理想化处理,即正偏时视其为“短路短路”,截止时视其为“开开路路”。UD=0UD=正向导通时相当一个闭合的开关反向阻断时相当一个打开的开关(1)二极管
11、的二极管的开关作用开关作用(2)二极管的二极管的限幅作用限幅作用DuS10K IN4148u0iD 图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲,高电平幅值为+5V,低电平幅值为-5V。试分析电路的输出电压为多少。uS+5V-5Vt0当输入电压ui=5V时,二极管反偏截止,此时电路可视为开路,输出电压u0=0V;当输入电压ui=+5V时,二极管正偏导通,导通时二极管管压降近似为零,故输出电压u0+5V。显然输出电压u0限幅限幅在0+5V之间。u0半导体二极管工作在半导体二极管工作在击穿区,是否一定被击穿区,是否一定被损坏?为什么?损坏?为什么?何谓死区电压?硅管何谓死区电压?硅管和锗管死区
12、电压的典和锗管死区电压的典型值各为多少?为何型值各为多少?为何会出现死区电压?会出现死区电压?把一个把一个1.5V1.5V的干电池直接的干电池直接正向联接到二极管的两端,正向联接到二极管的两端,会出现什么问题?会出现什么问题?二极管的伏安特性曲线上二极管的伏安特性曲线上分为几个区?能否说明二分为几个区?能否说明二极管工作在各个区时的电极管工作在各个区时的电 压、电流情况?压、电流情况?为什么二极管的反为什么二极管的反向电流很小且具有向电流很小且具有饱和性?当环境温饱和性?当环境温度升高时又会明显度升高时又会明显增大增大?I(mA)40302010 0-5-10-15-20 (A)0.4 0.8
13、12 8 4U(V)稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性显著特性。D 稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管,其反向击穿可逆可逆。正向特性与普正向特性与普通二极管相似通二极管相似反向反向IZUZ1.稳压二极管稳压二极管实物图图符号及文字符号 显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。五、特殊二极管五、特殊二极管 工作区工作区域域USDZ使用稳压二极管时应该注意的事项使用稳压二极管时应该注意的事项(1)稳压二极管正负极的判别DZ(2)稳压二极管使用时,应反向反向接入电路UZ(3)稳压管应接入限流电阻(4)电源电压应高于稳压二极管的稳压值ZSUU(5)稳
14、压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V,高的可达 300V,稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。二极管的反向击穿特性:当外加反向电压超过击穿电压时,通过二极管的电流会急剧增加。在反向击穿状态下,让通过管子的电流在一定范围内变化,这时管子两端电压变化很小,利用这一点可以达到“稳压”效果。稳压二极管就是工作在反向击穿区。击穿并不意味着管子一定要损坏,如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流,如在稳压管稳压电路中加限流电阻R,使稳压管工作电流在Izmax和Izmix的范围内,就能保证管子不因过热而烧坏。发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。实物
展开阅读全文