学习任务二极管三极管晶闸管及其应用课件.ppt
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- 学习 任务 二极管 三极管 晶闸管 及其 应用 课件
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1、二极管、三极管及其应用二极管、三极管及其应用学习目标了解半导体导电与导体导电的本质区别,了解P型半导体和N型半导体的电特点;掌握二极管的单向导电性,了解二极管伏安特性曲线;掌握稳压二极管稳压原理;了解发光二极管、光敏二极管的工作原理及相关应用。掌握单相半波整流电路、单相全波整流电路、三相半波整流电路和三相桥式整流电路的搭建及整流原理;了解汽车整流器的整流原理。二极管、三极管及其应用学习目标掌握三极管电流放大特性,理解三极管输入特性和输出特性;掌握三极管电压放大原理;了解晶闸管电气特性及工作原理,了解晶闸管在汽车上的典型应用电路的搭建及工作原理。二极管、三极管及其应用(1)理解PN结的形成及其单
2、向导电性;(2)掌握稳压二极管稳压电路的搭建;(3)掌握三极管共射极电压放大电路的搭建。(4)汽车电子电压调节器电路和电子闪光器电路的搭建及工作原理。二极管、三极管及其应用(1)二极管三相整流电路整流原理;(2)三极管共射极电压放大电路的放大原理及三极管开关原理。(3)汽车电子电压调节器电路和电子闪光器电路的搭建及工作原理。(4)三相桥式整流电路的搭建及整流原理;汽车整流器的整流原理。二极管、三极管及其应用一一.半导体基础知识半导体基础知识二二.二极管二极管三三.二极管整流电路二极管整流电路四四.三极管三极管五五.三极管放大电路及开关电路三极管放大电路及开关电路六六.晶闸管及其应用电路晶闸管及
3、其应用电路一.半导体基础知识一.半导体基础知识1.半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间,如:硅、锗、金属氧化物和金属硫化物等;半导体特性:对温度敏感热敏电阻对光照敏感光敏电阻对压力敏感压敏电阻2.本征半导体1)定义:完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体;2)晶体结构(以Si为例)一.半导体基础知识掺入某种杂质后,导电能力增强。半导体器件一.半导体基础知识硅原子硅原子与硅原子之间通过共价键连接硅单晶体中的共价键结构最外层达到8个电子的稳定结构一.半导体基础知识由于价电子距离原子核较远,可挣脱原子核束缚,成为自由电子。在电子挣脱共价键束缚成为自由电子后,共价键中留下一个空位,称为空穴空穴
4、;带空穴的原子由于缺乏一个电子,带一个单位的正电荷;一.半导体基础知识空穴移动一.半导体基础知识在外电场的作用下,有空穴的A原子可以吸引相邻B原子中的价电子,B原子失去价电子成了带空穴的原子,B原子也可以由相邻C原子的价电子来递补,这样好像空穴由A原子运动到了C原子。带空穴的A原子带空穴的B原子带空穴的C原子空穴空穴空穴空穴价电子价电子价电子价电子空穴的移动与价电子的移动相反;空穴的移动相当于正电荷的移动空穴的移动相当于正电荷的移动;3)半导体导电在半导体的两端加外电压时,半导体内部出现两部分电流:一是电子的定向移动形成的电子电流,二是价电子的递补形成的空穴电流;一.半导体基础知识在半导体中,
5、同时存在着电子导电和空穴导电;自由电子和空穴统称为载流子;一.半导体基础知识3.N型半导体和P型半导体1)本征半导体:自由电子和空穴的数量极少,导电能力很低,需要掺入微量的元素,可使导电能力大大增强2)根据掺入的杂质的不同,杂质半导体分为两大类:在半导体(例如:硅)中掺入磷(或其他五价元素)一.半导体基础知识在掺入磷元素的半导体中,自由电子的数目大大增加,自由电子导电称为主要导电方式,这种杂质半导体称为电子半导体或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;一.半导体基础知识在半导体(例如:硅)中掺入硼(或其他三价元素)硼原子与相邻硅原子构成共价键结构,将因缺少一个电子
6、而产生一个空穴,于是在半导体中形成大量空穴。一.半导体基础知识以空穴为主要导电方式的半导体称为空穴半导体或P型半导体;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;4.PN结及其单向导电性1)PN结:将P型半导体和N型半导体结合在一起,在P型半导体和N型半导体的交界面形成一个特殊的薄层,称为PN结;一.半导体基础知识P型半导体和N型半导体的交界面处出现自由电子和空穴的浓度差。一.半导体基础知识由于浓度的差别,自由电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散。于是在交界面附近形成了自由电子和空穴的扩散运动扩散运动。空穴:一.半导体基础知识P区N区扩散到自由电子:N区P区扩散到扩散运动
7、扩散运动的结果:交界面附近的P区剩下带负电的杂质B原子;在交界面附近的N区剩下带正电荷的杂质P原子;在交界面形成了一个空间电荷区,这个空间电荷区就是PN结;结;一.半导体基础知识PN结内部是一个电场,称为内电场;N区P区指向内电场方向:内电场内电场阻挡了进一步的扩散运动扩散运动内电场是怎么削弱扩散运动的?一.半导体基础知识扩散运动越强形成的空间电荷区越宽内电场越强削弱了扩散运动少数载流子在内电场的作用下,越过PN结进入对方的运动称为漂移运动漂移运动;漂移运动使空间电荷区变窄;一.半导体基础知识P区N区的空穴内电场的作用P区的自由电子N区扩散运动和漂移运动的比较一.半导体基础知识名称名称形成原因
8、形成原因参与的载流子参与的载流子和运动方向和运动方向运动的结果运动的结果扩散运动浓度差P区的空穴向N区运动;N区的自由电子向P区运动;形成空间电荷区,扩散运动越强,空间电荷区越宽,内电场越强漂移运动内电场P区的自由电子向N区运动;N区的空穴向P区运动;削弱了空间电荷区,使空间电荷区变窄扩散运动与漂移运动的关系一.半导体基础知识扩散运动形成空间电荷区形成内电场漂移运动抑制最后,扩散运动和漂移运动达到动态平衡;一.半导体基础知识扩散运动形成空间电荷区,使之变宽形成内电场漂移运动阻碍空间电荷区变宽一.半导体基础知识PN结形成过程扩散运动漂移运动空间电荷区宽度dPN结开始形成时开始无空间电荷区开始形成
9、形成过程强,逐步减弱弱,逐步增强d逐渐变宽形成过程结束扩散运动=漂移运动扩散运动=漂移运动d基本稳定PN结形成过程:一.半导体基础知识PN结刚形成时,只有扩散运动,随着扩散运动的继续,逐步形成空间电荷区并逐渐变宽,内电场逐步增强,载流子在 内电场的作用下开始漂移运动,漂移运动阻碍了空间电荷区进一步变宽,最后扩散运动和漂移运动达到动态平衡,空间电荷区宽度基本确定,PN结处于基本稳定状态。从PN结的形成过程得到以下结论:一.半导体基础知识扩散运动漂移运动空间电荷区d变宽扩散运动漂移运动=空间电荷区d不变扩散运动漂移运动0时,即A点电位高,B点电位低,电流路径:三.二极管整流电路当u EB,即给发射
10、结加较小的正向偏压,给集电结加较大的反向偏压。此时三极管才具有电流放大作用用三个电流表分别测基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE。调节可变电阻RP可得到多组测量值。四.三极管序号 1 2 3 4 5 6 7IB(A)020406080100120IC(A)0.00170014002100280029102910IE(A)0.001720144021602880302030302)实验结论四.三极管三极电流满足:基极电流IB增大时,集电极电流IC成相应比例相应增大,即IB 与IC的比值保持不变;称为三极管直流电流放大系数;集电极电流的变化量与基极电流的变化量的比值为一常数,二者比值称为晶
11、体管交流电流的放大系数;四.三极管一般情况下,集电极电流IC较大变化基极电流IB微小变化引起引起控制控制四.三极管当基极开路,即IB=0时,集电极电流IC很小,称为穿透电流,可忽略不计;当时,所以,三极管可起到开关的作用四.三极管序号 1 2 3 4 5 6 7IB(A)020406080100120IC(A)0.00170014002100280029102910IE(A)0.00172014402160288030203030当IB过大时,IC保持不变,IB失去了对IC的控制作用;3)产生IB、IC、IE三种电流的微观解释四.三极管发射区向基区扩散电子发射结正偏发射结自由电子扩散到基区形成
12、发射极电流IE四.三极管电子在基区扩散和复合自由电子聚集发射结附近自由电子扩散到集电结附近当中一小部分电子被基区拉走发射结自由电子扩散到基区形成基极电流IB四.三极管集电区收集从发射区扩散过来的电子集电结反偏内电场增强自由电子被拉入集电区大部分电子扩散到集电结附近形成集电极电流IC3.三极管特性曲线四.三极管指三极管各极电压与电流之间的关系曲线;1)输入特性曲线;指当集射极电压UCE为常数时,基极电流IB和基射极电压uBE之间的关系曲线;当uCE1V时,不同的uCE值的输入特性曲线基本重合;解释:当uCE1V时,集电结内电场足够大,可以把从发射结扩散到基区的绝大部分电子拉入集电区。此时若再增加
13、uCE,只要uBE保持不变,则从发射区扩散到基区的电子数就一定,IB电流就不会再明显增加了。四.三极管2)输出特性曲线指当基极电流IB为常数时,集电极电流IC与集-射极电压uCE之间的关系曲线。四.三极管输出特性曲线划分为三个区域:截止区截止区、放大区放大区和饱和区饱和区;四.三极管截止区当IB=0时曲线以下区域称为截止区;在截止区,三极管的发射结和集电结都处于反偏;四.三极管放大区当IB一定时,也就是UBE一定,从发射区扩散到基区的电子数一定,在uCE1V后,这些电子绝大部分被拉入集电区而形成IC,以至于再增加UCE,IC也不会有明显的增加;当IB增加时,相应的IC也增加,曲线上移;输出特性
14、曲线近于水平部分是放大区四.三极管在放大区内:发射结正偏;集电结反偏:当uCE0.5V,集电极反偏电压很小,对由发射区扩散到基区的载流子(电子)收集能力不足,造成载流子在基区大量积累,uCE稍有增加,IC增加很快。IB增加,IC几乎不变,即IC不受IB控制,三极管没有放大作用。四.三极管饱和区时,三极管达到临界饱和状态。时,处于过饱和状态。发射结和集电结都并处于正向偏置状态。4.三极管的主要参数1)电流放大系数四.三极管直流放大系数:交流放大系数:计算时,不加严格区分.2)集电极-基极反向饱和电流ICBO四.三极管指发射极开路,集电极和基极两极间加反向电压时的电流;集电结反偏集电结进行漂移运动
15、形成反向电流ICBOICBO测量电路基极开路时(IB=0)时,三极管集电极-发射极间的反向电流,.这个电流好像是从集电极直接穿透晶体管而到达发射极的,又称为穿透电流.四.三极管2)穿透电流ICEO(集-射极反向穿透电流)ICEO测量电路集电结反偏,发射结正偏电流从集电极穿透晶体管到达发射极形成穿透电流ICEO四.三极管2)穿透电流ICEO微观解释基极开路时,电源EC的电压大部分加在集电结上,发射结只分得一小部分正向电压。集电结反偏,发射结正偏集电结上形成漂移运动集电区的空穴进入基区,形成反向电流ICBO四.三极管集电结反偏,发射结正偏发射结上形成扩散运动发射区自由电子扩散到基区形成电流ICEO
16、四.三极管发射区扩散到基区的自由电子,形成电流ICEO一部分电子与基区的空穴复合一部分电子被电源拉到集电区 1 :集电区的空穴进入基区,形成反向电流ICBO通过集电区到电源正极四.三极管得到电流ICBO和电流ICEO之间的关系:4)集电极最大允许电流ICM序号 1 2 3 4 5 6 7IB(A)020406080100120IC(A)0.00170014002100280029102910IE(A)0.00172014402160288030203030集电极电流超过一定值时,值要下降。当值下降到正常数值的2/3时的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM四.三极管集电极电流IC超过ICM时,
17、三极管不一定要损坏,但是值要下降,导致三极管不能够正常工作。5)集电极最大允许耗散功率PCM集电极损耗功率为:集电极最大允许耗散功率为:四.三极管三极管正常工作时:1.共射极电压放大电路的组成五.三极管基本放大电路1)工作过程m1和m2是输入端,n1和n2是输出端,是四端网络;五.三极管基本放大电路无信号输入时,直流电源EB和EC保证了发射结正偏和集电结反偏,电路中有直流电,三极管处于放大状态;直流电源EB和EC保证发射结正偏和集电结反偏三极管处于放大状态电路中只有直流电满足五.三极管基本放大电路有信号输入时,不断变化的电信号通过电容C1,电流信号与直流电流叠加,然后通过三极管进行放大,放大后
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