电子技术基础.ppt
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1、电子技术基础电子技术基础2022/6/2611.1 PN结1.2 半导体二极管1.3 双极型三极管1.4 场效应晶体管第一章 半导体器件基础 2022/6/262 半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。1.1 PN结2022/6/263 1.1.1 本征半导体的导电特征半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体:纯净的半导体。如硅、锗单晶体。热激发:热激发产生自由电子和空穴对。载流子:自由运动的带电粒子。共价键:相邻原子共有价电子所形成的束缚。2022/6/264 本征半导体的电子空穴对2
2、022/6/265【结论】纯净半导体也称为本征半导体 1本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少; 2半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电; 3本征半导体导电能力弱,并与温度有关。2022/6/2661.1.2 杂质半导体的导电特性 杂质半导体(N型半导体、P型半导体)在纯净半导体中掺入某些微量杂质,其导电能力将大大增强 1N型半导体:在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素,靠自由电子导电。 N 型半导体2022/6/267 2P型半导体:在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素,靠空穴运动P 型半导体2022/6/268 【结论】掺入的杂质元素的浓度越高,多数载流子的数量越多,导电能力越强
3、。少数载流子是热激发而产生的,其数量的多少决定于温度。 无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的,对外不显电性。2022/6/2691.1.3 PN结及其单向导电性 1PN结的形成:将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体,另一侧掺杂成N型半导体,在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 PN结。PN 结的形成与单相导电性2022/6/26102PN结的单向导电性外加正向电压(也叫正向偏置):外加电场与内电场方向相反扩散运动加强,形成较大的正向电流,这时称PN结处于导通状态。外加反向电压(也叫反向偏置)外加电场与内电场方向相同,漂移运动产很小反向电流,这时称PN结处于截止状态。【PN结的单向导电性
4、】 正偏导通,呈小电阻,电流较大; 反偏截止,电阻很大,电流近似为零。2022/6/26111.2 半导体二极管1.2.1 半导体二极管的结构和特性1二极管的结构构成:PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管半导体二极管按材料不同分硅、和锗二极管半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。二极管的电路符号2022/6/2612 2半导体二极管的伏安特性(1)正向特性 外加正向电压较小时, PN结仍处于截止状态 。通常死区电压硅管约为0.5V,锗管约为0.2V。正向电压大于死区电压后,正向电流 随着正向电压增大迅速上升。导通电压 UD(on) (0.6 0.8) V硅管 0.7 V (
5、0.1 0.3) V锗管 0.2 V2022/6/2613(2)反向特性外加反向电压时, PN结处于截止状态,反向电流很小。 反向电压大于击穿电压时,反向电流急剧增加。(3)反向击穿类型:电击穿 PN 结未损坏,断电即恢复。热击穿 PN 结烧毁。二极管伏安特性曲线2022/6/26141.2.2 半导体二极管的主要参数(超过时单向导电 性变差)(1)IOM最大整流电流(最大正向平均电流)(2)UB反向击穿电压指管子反向击穿时的电压值。(3)UDRM最大反向工作电压(约为UB 的一半)。(4)IRM最大反向电流(越小单向导电性越好)(5)fM最高工作频率(超过时单向导电性变差) 2022/6/2
6、615【影响工作频率的原因 】主要取决于PN结结电容的大小 (1)低频时,因结电容很小,对 PN 结影响很小;高频时,因容抗增大,使结电容分流,导致单向导电性变差。 (2) 结面积小时结电容小,工作频率高。【二极管的理想模型】正向电阻为零,正向导通时为短路特性,正向压降忽略不计;反向电阻为无穷大,反向截止时为开路特性,反向漏电流忽略不计。二极管理想模型的伏安特性2022/6/2616【二极管的恒压降模型】正向导通时等效为恒压源,硅材料为0.7V电压,锗材料为0.2V电压;反向截止时为开路特性,反向漏电流忽略不计。二极管的恒压降模型2022/6/2617 【结论】VDD (二极管两端的电压)大,
7、采用理想模型;VDD小,采用恒压降模型2022/6/26181.2.3 二极管的应用 利用二极管的单向导电性,可以组成整流、限幅、钳位,检波及续流等应用电路。1单相半波整流电路 将交流电变成脉动直流电的过程叫做整流。 在交流电压u2的负半周,二极管D上作用着反向电压,二极管不导通,电路中没有电流,负载RL上没有电压,交流电压u2的负半周全部作用在二极管上。2022/6/2619单向半波整流电路单向半波整流电路工作波形2单相全波整流电路 为了克服单相半波整流的不足,出现了单相全波整流电路,如图所示。在u2的正半周,D1导通,D2承受反向电压而截止;在u2的负半周,D2导通,Dl承受反向电压而截止
8、。 即一个周期内两个二极管轮流导通,从而正、负半周具有同一方向的电流流过负载RL,故叫全波整流电路,其电流、电压波形如图所示。2022/6/2621单向全波整流电路单向全波整流电路工作波形3半导体二极管限幅电路限制输出信号幅度的电路叫限幅电路。当输入信号幅度变化较大时,为了使信号幅度能够限制在一定范围内,可将输入信号接入限幅电路。限幅电路限幅电路波形2022/6/26234钳位电路将电路中某点电位值钳制在选定的数值上而不受负荷变动影响的电路叫钳位电路。 钳位电路2022/6/26245二极管检波电路检波就是将低频信号从已调制信号(高频信号)中取出的电路。检波电路及波形2022/6/2625 在
9、电视、广播及通讯中,为了使图像、声音能远距离传送,需要将这一低频电信号装载到高频信号(叫载波信号)上,以便从天线上发射出去。其中高频信号的振幅、频率或相位随低频信号变化,这个过程叫做调制。2022/6/2626 为防止含电感元件电路在换路时出现高电压,以免损坏元器件,可以采用二极管续流电路来实现。正常工作时,续流二极管不导通,当电感与电压断开瞬时,电感电流仍维持原大小并按原方向继续流动,此时续流二极管为电感提供了放电通路。放电时电感两端电压始终等于续流二极管的正向电压,避免了电感上出现高电压。6续流二极管电路 为防止电感元件换路出现过电压而并接一个二极管的电路称之为续流二极管电路。续流原理电路
10、2022/6/26271.2.4 特殊二极管1 稳压管稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管,稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于:电流增量很大,只引起很小的电压变化。稳压二极管伏安特性稳压二极管符号2022/6/2628稳压管的主要参数:(1)稳定电压UZ(2)稳定电流IZ:越大稳压效果越好,小于 Imin 时不稳压。(3)动态电阻rZ:rZ=UZ/IZ,越小稳压效果越好(4)额定功率PZ和最大稳定电流IZM : PZ=UZ*IZM2022/6/26292发光二极管当发光二极管的PN结加上正向电压时,导通并发光,常用于信号指示、数字和字符显示。发光二极管符号及应用电路20
11、22/6/26303光电二极管 光电二极管的又称为光敏二极管,反向偏置时光照通。光电二极管符号2022/6/26314变容二极管 对PN结,当外加反向电压增大时,耗尽层加宽,相当于平板电容两极板之间距离加大,电容减小。反之,反向电压减小时,耗尽层变窄,等效平板电容两极板之间距离变小,电容增加。变容二极管就是利用PN结这个特性制成的。其符号及特性如图所示。变容二极管容量很小,所以主要用于高频场合下。 2022/6/2632变容二极管符号及特性2022/6/26335光电耦合器件 将发光二极管和光电二极管组合起来可以构成二极管型光电耦合器件,如图所示。它以光为媒介实现电信号的传递。 光电耦合器件由
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