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作者:admin 发布时间:2020-05-12 05:01

  第15章 半导体二极管和三极管 15.1 半导体的导电个性 15.2 PN结 15.3 半导体二极管 15.4 稳压二极管 15.5 半导体三极管 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 第15章 半导体二极管和三极管 本章哀求: 一、剖判PN结的单指引电性,三极管的电流分拨和 电放逐大效力; 二、明晰二极管、稳压管和三极管的根基构制、工 作道理和个性弧线,剖判重要参数的意旨; 三、会了解含有二极管的电道。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 看待元器件,核心放正在个性、参数、身手目标和 精确利用本领,不要过分深究其内部机理。协商器 件的方针正在于利用。 学会用工程观念了解题目,即是依照本质情状, 对器件的数学模子和电道的处事要求实行合理的近 似,以便用简洁的了解本领取得具有本质意旨的结 果。 对电道实行了解筹算时,只消能满意身手目标, 就不要过分深究无误的数值。 器件口角线性的、个性有分袂性、RC 的值有误 差、工程上应允必然的偏差、采用合理估算的本领。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.1 半导体的导电个性 半导体的导电个性: 热敏性:当境况温度升高时,导电才能明显加强 (可做成温度敏锐元件,如热敏电阻)。 光敏性:当受到光照时,导电才能昭彰转移 (可做 成百般光敏元件,如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电 才能昭彰改换(可做成百般分歧用处的半导 体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.1.1 本征半导体 统统纯净的、具有晶体构造的半导体,称为本征 半导体。 价电子 Si Si Si 共价健 晶体中邦子的摆列形式 Si 硅单晶中的共价健构造 共价键中的两个电子,称为价电子。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 本征半导体的导电机理 价电子正在取得必然能量 (温度升高或受光照)后, 即可挣脱原子核的管制, Si Si 成为自正在电子(带负电), 同时共价键中留下一个空 Si Si 位,称为空穴(带正电)。 这一形象称为本征胀舞。 空穴 温度愈高,晶体中产 价电子 生的自正在电子便愈众。 正在外电场的效力下,空穴吸引相邻原子的价电子 来填充,而正在该原子中涌现一个空穴,其结果相当 于空穴的运动(相当于正电荷的搬动)。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 自正在电子 本征半导体的导电机理 当半导体两头加上外电压时,正在半导体中将出 现两个别电流 (1)自正在电子作定向运动 ?电子电流 (2)价电子递补空穴 ?空穴电流 自正在电子和空穴都称为载流子。 自正在电子和空穴成对地形成的同时,又无间复 合。正在必然温度下,载流子的形成和复合抵达动态 均衡,半导体中载流子便支撑必然的数目。 留意: (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电本能很差; (2) 温度愈高, 载流子的数目愈众,半导体的导电性 能也就愈好。因此,温度对半导体器件本能影响很大。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.1.2 N型半导体和 P 型半导体 正在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素), 造成杂质半导体。 正在常温下即可 变为自正在电子 掺入五价元素 掺杂后自正在电子数目 Si Si 众 余 大方加众,自正在电子导电 电 成为这种半导体的重要导 p+ Si Si 子 电形式,称为电子半导体 动画 或N型半导体。 失落一个 电子变为 正离子 磷原子 正在N 型半导体中自正在电子 是众半载流子,空穴是少数 载流子。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.1.2 N型半导体和 P 型半导体 Si Si Si B– Si 硼原子 承受一个 电子变为 负离子 掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大方 加众,空穴导电成为这 种半导体的重要导电方 式,称为空穴半导体或 P型半导体。 正在 P 型半导体中空穴是众 数载流子,自正在电子是少数 载流子。 动画 无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 1. 正在杂质半导体中众子的数目与 a (a. 掺杂浓度、b.温度)相闭。 2. 正在杂质半导体中少子的数目与 b (a. 掺杂浓度、b.温度)相闭。 3. 当温度升高时,少子的数目 c (a. 淘汰、b. 稳固、c. 增加)。 4. 正在外加电压的效力下,P 型半导体中的电流 重要是 b ,N 型半导体中的电流重要是 a 。 (a. 电子电流、b.空穴电流) 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.2 PN结 15.2.1 PN结的造成 空间电荷区也称 PN 结 少子的漂移运动 内电场越强,漂移运 动越强,而漂移使空间 电荷区变薄。 P 型半导体 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 动画 内电场 N 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - + + + + + + 扩散和漂移 这一对相反的 运动最终抵达 动态均衡,空 间电荷区的厚 度固定稳固。 浓度差 造成空间电荷区 众子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.2.2 PN结的单指引电性 1. PN 结加正向电压(正向偏置) P接正、N接负 PN 结变窄 --- - - - --- - - - --- - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + 动画 P IF + – 内电场 外电场 N 内电场被 衰弱,众子 的扩散巩固, 造成较大的 扩散电流。 PN 结加正向电压时,PN结变窄,正向电流较 大,正向电阻较小,PN结处于导通形态。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 2. PN 结加反向电压(反向偏置) P接负、N接正 - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + 动画 P 内电场 外电场 N – + 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 2. PN 结加反向电压(反向偏置) P接负、N接正 PN 结变宽 - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + 动画 P IR 内电场 外电场 N – 内电场被加 强,少子的漂 移巩固,因为 少子数目很少, 造成很小的反 向电流。 + PN 结加反向电压时,PN结变宽,反向电流较小, 反向电阻较大,PN结处于截止形态。 温度越高少子的数目越众,反向电流将随温度加众。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.3 半导体二极管 15.3.1 根基构造 (a) 点接触型 结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电道。 (b)面接触型 结面积大、 正向电流大、 结电容大,用 于工频大电流 整流电道。 (c) 平面型 用于集成电道创制工艺中。PN结结面积可大可 小,用于高频整流和开闭电道中。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.3 半导体二极管 二极管的构造示图谋 金属触丝 阳极引线 N型锗片 阴极引线 N型硅 P 型硅 阳极引线 二氧化硅爱护层 ( a) 点接触型 铝合金小球 N 型硅 外壳 阴极引线 阳极引线 PN结 金锑合金 底座 (c ) 平面型 阳极 D 阴极 阴极引线 ( d) 符号 ( b) 面接触型 图 1 – 12 半导体二极管的构造和符号 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.3.2 伏安个性 特质:非线性 反向击穿 电压U(BR) I 正向个性 P + – N 硅0.6~0.8V 导通压降 锗0.2~0.3V U 硅管0.5V, 死区电压 锗管0.1V。 外加电压大于死区 电压二极管才调导通。 反向电流 正在必然电压 规模内维持 常数。 P – +N 反向个性 外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿, 失落单指引电性。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.3.3 重要参数 1. 最大整流电流 IOM 二极管长久利用时,应允流过二极管的最大正向 均匀电流。 2. 反向处事峰值电压URWM 是确保二极管不被击穿而给出的反向峰值电压, 凡是是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。 二极管击穿后单指引电性被捣蛋,乃至过热而烧坏。 3. 反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向处事电压时的反向电流。反 向电流大,注释管子的单指引电性差,IRM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, 锗管的反向电流较大,为硅管的几十到几百倍。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 二极管的单指引电性 1. 二极管加正向电压(正向偏置,阳极接正、阴 极接负 )时, 二极管处于正指引通形态,二极管正 向电阻较小,正向电流较大。 2. 二极管加反向电压(反向偏置,阳极接负、阴 极接正 )时, 二极管处于反向截止形态,二极管反 向电阻较大,反向电流很小。 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿,失 去单指引电性。 4. 二极管的反向电流受温度的影响,温度愈高反 向电流愈大。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 二极管电道了解举例 导通 截止 若二极管是理思的,正指引通时正向管压降为零, 反向截止时二极管相当于断开。 定性了解:判定二极管的处事形态 不然,正向管压降 硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V 了解本领:将二极管断开,了解二极管两头电位 的凹凸或所加电压UD的正负。彩票投注 若 V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 ),二极管导通 若 V阳 V阴或 UD为负( 反向偏置 ),二极管截止 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 例1: D + 3k? A 电道如图,求:UAB 取 B 点作参考点, 断开二极管,了解二 极管阳极和阴极的电 位。 6V 12V UAB – B V阳 =-6 V V阴 =-12 V V阳V阴 二极管导通 若无视管压降,二极管可看作短道,UAB =- 6V 不然, UAB低于-6V一个管压降,为-6.3V或-6.7V 正在这里,二极管起钳位效力。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 例2: D2 D1 求:UAB 3k? 12V 6V 两个二极管的阴极接正在一块 A + 取 B 点作参考点,断开二极 UAB 管,了解二极管阳极和阴极 – B 的电位。 V1阳 =-6 V,V2阳=0 V,V1阴 = V2阴= -12 V UD1 = 6V,UD2 =12V ∵ UD2 UD1 ∴ D2 优先导通, D1截止。 若无视管压降,二极管可看作短道,UAB = 0 V 流过 D2 的电流为 12 正在这里, D2 起 I D2 ? ? 4mA 钳位效力, D1起 3 D1经受反向电压为-6 V 远离效力。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 例3: + ui – R D + uo – 8V 已知:ui ? 18sin? t V 二极管是理思的,试画 出 uo 波形。 二极管的用处: 整流、检波、 限幅、钳位、开 闭、元件爱护、 温度赔偿等。 ui 18V 8V 参考点 ?t 二极管阴极电位为 8 V ui 8V,二极管导通,可看作短道 uo = 8V ui 8V,二极管截止,可看作开道 uo = ui 动画 上一页 下一页 总目次 章目次 返回 15.4 稳压二极管 1. 符号 2. 伏安个性 I _ + UZ 稳压管寻常处事 时加反向电压 O U 稳压管反向击穿 IZ 后,电流转移很大, ? IZ 但其两头电压转移 ? U Z IZM 很小,使用此个性, 稳压管正在电道中可 利用时要加限流电阻 起稳压效力。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 3. 重要参数 (1) 不变电压UZ 稳压管寻常处事(反向击穿)时管子两头的电压。 (2) 电压温度系数?u 境况温度每转移1?C惹起稳压值转移的百分数。 ?UZ (3) 动态电阻 r Z ? IZ ? rZ愈小,弧线愈陡,稳压本能愈好。 (4) 不变电流 IZ 、最大不变电流 IZM (5) 最大应允耗散功率 PZM = UZ IZM 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 光电二极管 反向电流随光照强度的加众而上升。 I 符号 U 照度加众 发光二极管 有正向电流流落后,发出必然波长规模的光,目 前的发光管可能发出从红外到可睹波段的光,它的 电个性与凡是二极管相似,正向电压较凡是二极管 高,电流为几 ~ 几十mA 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 光电二极管 发光二极管 15.5 半导体三极管 15.5.1 根基构造 集电极 C 符号: C NPN型 N P N 发射极 E 集电极 基极 B NPN型三极管 IC B 发射极 P N P E C 基极 B PNP型三极管 C IC PNP型 B E IE IB IB E IE 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 构造特质: 集电区: 面积最大 集电结 集电极 C N P N 基区:最薄, 掺杂浓度最低 基极 B 发射结 E 发射极 发射区:掺 杂浓度最高 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15. 5. 2 电流分拨和放大道理 1. 三极管放大的外部要求 发射结正偏、集电结反偏 从电位的角度看: NPN 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB C N B RB E EB P RC 发射结正偏 集电结反偏 PNP VBVE VCVB N EC 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 2. 各电极电流联系及电放逐大效力 IB(mA) IE(mA) 结论: 0 0.02 0.04 1.50 1.54 0.06 IC(mA) 0.001 0.70 0.001 0.72 2.30 2.36 0.08 3.10 3.18 0.10 3.95 4.05 1)三电极电流联系 I E = IB + IC 2) IC ?? IB , IC ? IE 3) ? IC ?? ? IB 把基极电流的微细转移可以惹起集电极电流较大变 化的个性称为晶体管的电放逐大效力。 本质:用一个微细电流的转移去把握一个较大电流的 转移,是CCCS器件。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 3.三极管内部载流子的运动秩序 集电结反偏, 有少子造成的 反向电流ICBO。 基区空穴 向发射区的 扩散可无视。 B RB IBE E IE C ICBO ICE N P 从基区扩散来的 电子动作集电结 的少子,漂移进 入集电结而被收 集,造成ICE。 EC 进入P 区的电 E B 子少个别与基区 的空穴复合,形 成电流IBE ,众 数扩散到集电结。 N 发射结正偏, 发射区电子无间 向基区扩散,形 成发射极电流IE。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 3. 三极管内部载流子的运动秩序 IC = ICE+ICBO ? ICE IB = IBE- ICBO ? IBE C IC ICBO ICE N P ICE 与 IBE 之比称为共 发射极电放逐大倍数 IB B EC I CE I C ? I CBO I C ?? ? ? I BE I B ? I CBO I B RB EB IBE N E I E I C ? ? I B ? (1 ? ? ) I CBO ? ? I B ? I CEO 若IB =0, 则 IC? ICE0 集-射极穿透电流, 温度??ICEO? 无视I CEO ,有 I C ? ? I B (常用公式) 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.5.3 个性弧线 即管子各电极电压与电流的联系弧线,是管子 内部载流子运动的外部外示,反应了晶体管的本能, 是了解放大电道的按照。 为什么要探究个性弧线)直观地了解管子的处事形态 2)合理地抉择偏置电道的参数,计划本能优良的 电道 核心协商利用最广博的共发射极接法的个性弧线 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 衡量晶体管个性的实践线道 IC mA IB ?A + + V UCE 输出回道 – + – EC RB V UBE 输入回道 – + – EB 共发射极电道 发射极是输入回道、输出回道的大家端 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 1. 输入个性 特质:非线 I B ? f (U BE ) U CE ?常数 UCE?1V 20 O 寻常处事时发射结电压: NPN型硅管 UBE ? 0.6~0.7V PNP型锗管 UBE ? ?0.2 ~ ? 0.3V 0.4 0.8 UBE(V) 死区电压: 硅管0.5V, 锗管0.1V。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 2. 输出个性 IC(mA ) 4 I C ? f (UCE ) I B ?常数 输出个性弧线平凡分三个处事区: (1) 放大区 100?A 3 2 1 O 正在放大区有 IC=? IB , 也称为线?A 放大区 正在放大区,发射结处 40?A 于正向偏置、集电结处 20?A 于反向偏置,晶体督工 IB=0 3 6 9 12 U (V) 作于放大形态。 CE 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 (2)截止区 IB 0 以下区域为截止区,有 IC ? 0 。 正在截止区发射结处于反向偏置,集电结处于反 向偏置,晶体督工作于截止形态。 (3)饱和区 IC(mA ) 当UCE? UBE时,晶 100?A 饱 4 体督工作于饱和形态。 和 80?A 3 正在饱和区,?IB ?IC, 区 60?A 发射结处于正向偏置, 2 40?A 集电结也处于正偏。 20?A 1 深度饱和时, IB=0 硅管UCES ? 0.3V, O 3 6 9 12 U (V) CE 锗管UCES ? 0.1V。 截止区 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 15.5.4 重要参数 外现晶体管个性的数据称为晶体管的参数,晶体 管的参数也是计划电道、选用晶体管的按照。 1. 电放逐大系数?,? ? 当晶体管接成发射极电道时, 直流电放逐大系数 ___ IC ?? IB 留意: 相易电放逐大系数 Δ IC ? ? ΔI B ? 和? 的寓意分歧,但正在个性弧线近于平行等 距而且ICE0 较小的情状下,两者数值亲昵。 常用晶体管的? 值正在20 ~ 200之间。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 例:正在UCE= 6 V时, 正在 Q1 点IB=40?A, IC=1.5mA; 正在 Q2 点IB=60 ?A, IC=2.3mA。 IC(mA ) 4 3 100?A 正在 Q1 点,有 B 80?A 由 Q1 和Q2点,得 60?A 40?A Δ IC 20?A ? ? ? 2.3 ? 1.5 ? 40 Δ I B 0.06 ? 0.04 IB=0 12 U (V) I ? 1.5 ? 37.5 ??I 0.04 C Q2 2 1 0 3 6 9 Q1 CE 正在此后的筹算中,凡是作近似经管:? = ?。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 2.集-基极反向截止电流 ICBO ICBO – ?A + EC ICBO是由少数载流子的 漂移运动所造成的电流, 受温度的影响大。 温度??ICBO? 3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO – ?A + ICEO受温度的影响大。 IB=0 温度??ICEO?,因此IC ICEO 也相应加众。三极管的 温度个性较差。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 4. 集电极最大应允电流 ICM 集电极电流 IC上升会导致三极管的?值的低落, 当?值低落到寻常值的三分之二时的集电极电流即 为 ICM。 5. 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 当集—射极之间的电压UCE 超出必然的数值时, 三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25?C、 基极开道时的击穿电压U(BR) CEO。 6. 集电极最大应允耗散功耗PCM PCM取决于三极管应允的温升,花费功率过大, 温升过高会烧坏三极管。 PC ? PCM =IC UCE 硅管应允结温约为150?C,锗管约为70?90?C。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页 由三个极限参数可画出三极管的太平处事区 IC ICM ICUCE=PCM 太平处事区 O U(BR)CEO UCE 上一页 下一页 总目次 章目次 返回 晶体管参数与温度的联系 1、温度每加众10?C,ICBO增大一倍。硅管优 于锗管。 2、温度每升高 1?C,UBE将减小 –(2~2.5)mV, 即晶体管具有负温度系数。 3、温度每升高 1?C,? 加众 0.5%~1.0%。 总目次 章目次 返回 上一页 下一页


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