电工电子技术14-1课件.ppt

1、电 工 学 电子技术主讲：陈静主讲：陈静教教 材材 及及 参参 考考 书书电工学电工学教材：教材：电工学电工学 （下册）（下册）秦曾煌主编秦曾煌主编 高等教育出版社高等教育出版社电工与电子技术电工与电子技术（下册）（下册）2005王鸿明主编王鸿明主编 高等教育出版社高等教育出版社参考书：参考书：模拟电子技术基础模拟电子技术基础1999 童诗白童诗白 高等教育出版社高等教育出版社 主要教学内容主要教学内容电电子子技技术术模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术半导体器件半导体器件单级放大电路单级放大电路运算放大器运算放大器直流稳压电源直流稳压电源电子技术的应用：电子技术的应用：学会用工程

2、观点分析问题，就是根据实际情况，对学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。目的在于应用。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。不要过分追究精确的数值

3、。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变

4、化当受到光照时，导电能力明显变化(可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全

5、纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征本征半导体半导体。本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成为为自由电子自由电子（带负电），同（带负电），同时共价键中留下一个空位，时共价键中留下一个空位，称为称为空穴空穴（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴 温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子自由电子

6、 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流现两部分电流 (1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流 (2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流注意：注意：(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导

7、电性能很差；(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能半导体的导电性能也就愈好。也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成

8、为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在N 型半导体中型半导体中自由电子自由电子是多数载流子，空穴是少数是多数载流子，空穴是少数载流子。载流子。动画动画 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体

9、的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在 P 型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数数载流子，自由电子是少数载流子。载流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴空穴无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。动画动画多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使空扩散的

10、结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区动画动画 1.PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被削内电场被削弱，多子的扩弱，多子的扩散加强，形成散加强，形成较大的扩散电较大的扩散电流。流。PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，PN结

11、处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+扩散扩散 飘移飘移加正向电压加正向电压+PN 结变宽结变宽 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，PN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场PN+加反向电压加反向电压14.3 半导体二极管半导体二极管14.3.1 基本结构基本结构(a)

12、点接触型点接触型 结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型符号符号:阴极阴极阳极阳极D铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型(b)面接触型面接触型 结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。(c)平面型平面型 用于集成电路制用于集成电路制作工艺中。作工艺中。PN结结结结面积可大可

13、小，用面积可大可小，用于高频整流和开关于高频整流和开关电路中。电路中。阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型14.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅0 0.60.8V锗锗0.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电

14、流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。14.3.3 主要参数主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加反向工作峰值电

15、压时的反向电流。反指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。二极管二极管的单向导电性的单向导电性 1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。2.二极管

16、加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。去单向导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。二极管电路分析举例二极管电路分析举例 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否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.

17、60.7V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通若若 V阳阳 V阴阴 二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=6V否则，否则，UAB低于低于6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或6.7V例例1：取取 B 点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二

18、极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取 B 点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。V1阳阳=6 V，V2阳阳=0 V，V1阴阴=V2阴阴=12 VUD1=6V，UD2=12V UD2 UD1 D2 优先导通，优先导通，D1截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0 V例例2:D1承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流过 D2 的电流为的电流为mA43122D I求：求：UAB 在这里，在这里，D2 起起钳位作用，钳位作用，D1起起隔离作用。隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+ui 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 uo=8V ui 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 uo=ui已知：已知：二极管是理想的，试画二极管是理想的，试画出出 uo 波形。波形。V sin18itu 8V例例3：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。uit 18V参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 VD8VRuoui+作业：作业：P32 14.3.6(ac)14.3.8