电子技术基础曾令琴教学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础主编主编 曾令琴曾令琴主编：曾令琴制作：曾令琴8月欢迎学习欢迎学习第1页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件第第1 1章章 电子技术中惯用半导体器件电子技术中惯用半导体器件第第2 2章章 基本放大电路基本放大电路第第3 3章章 集成运算放大器集成运算放大器第第4 4章章 数字逻辑基础数字逻辑基础第第6 6章章 触发器触发器第8章 存放器第第9 9章章 数数/模和模模和模/数转换器数转换器第第5 5章章 逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路第第7 7章章 时序逻辑电路时序逻辑电路第2页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件1.1半导体基本知识1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4双极型三极管1.5单极型三极管第3页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件学习目与要求 了解本征半导体、了解本征半导体、P型和型和N型半导体特征及型半导体特征及PN结形成过程；熟悉二极管伏安特征及其分结形成过程；熟悉二极管伏安特征及其分类、用途；了解三极管电流放大原理，掌握类、用途；了解三极管电流放大原理，掌握其输入和输出特征分析方法；了解双极型和其输入和输出特征分析方法；了解双极型和单极型三极管在控制原理上区分；初步掌握单极型三极管在控制原理上区分；初步掌握工程技术人员必需具备分析电子电路基本理工程技术人员必需具备分析电子电路基本理论、基本论、基本知识和基本技能。知识和基本技能。第4页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件1.1 半导体基本知识半导体基本知识 绕原子核高速旋转核外电绕原子核高速旋转核外电子子带负电带负电带负电带负电。自然界一切物质都是由分子、原子组成。原子又由一个带正电原子核和在它周围高速旋转着带有负电电子组成。正电荷正电荷正电荷正电荷负电荷负电荷负电荷负电荷=原子结构中：原子核原子核原子核中有质子和中子，其中质子带正电带正电，中子不带电。1.1.导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体第5页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件（1）导体导体导体最外层电子数通常是13个，且距原子核较远，所以受原子核束缚力较小。因为温度升高、振动等外界影响，导体最外层电子就会取得一定能量，从而摆脱原子核束缚而游离到空间成为自由电子。所以，导体在常温下存在大量自由电子，含有良好导电能力。惯用导电材料有银、铜、铝、金等。原子核原子核导体特点：导体特点：内部含有大量自由电子第6页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件（2）绝缘体绝缘体 绝缘体最外层电子数普通为68个，且距原子核较近，所以受原子核束缚力较强而不易摆脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，所以导电能力极差或不导电。惯用绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。原子核原子核绝缘体特点：绝缘体特点：内部几乎没有自由电子，所以不导电。第7页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件（3）半导体半导体 半导体最外层电子数普通为4个，在常温下存在自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体导电能力也是介于导体和绝缘体之间。惯用半导体材料有硅、锗、硒等。原子核原子核半导体特点：半导体特点：导电性能介于导体和绝缘体之间，但含有光敏性、热敏性和参杂性独特征能，所以在电子技术中得到广泛应用。第8页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件金属导体电导率普通在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体电导率通常是10-2210-14s/cm量级；半导体电导率则在10-9102s/cm量级。半导体导电能力即使介于导体和绝缘体之间，但半导体应用却极其广泛，这是由半导体独特征能决定：光敏性光敏性半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性热敏性受温度影响，半导体导电能力改变很大；掺杂性掺杂性在半导体中掺入少许特殊杂质，其导电能力极大地增强；半导体材料独特征能是由其内部导电机理内部导电机理所决定。2.2.半导体独特征能半导体独特征能第9页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件3.本征半导体最惯用半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们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)硅原子和锗原子简化模型图SiSi+4+4GeGe+4+4因为原子呈电中性，所因为原子呈电中性，所以简化模型图中原子核以简化模型图中原子核只用带圈只用带圈+4+4符号表示即符号表示即可。可。第10页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件 天然硅和锗是不能制作成半导体器件。它们必须先经过高度提纯，形成晶格结构完全对称本征半导体。本征半导体原子核最外层价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐晶格结构。在本征半导体晶格结构中，每一个原子均与相邻四个原子结合，即与相邻四个原子价电子两两组成电子对，组成共价键结构共价键结构。444444444实际上半导体晶实际上半导体晶格结构是三维。格结构是三维。晶格结构晶格结构共价键结构共价键结构第11页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件444444444从共价键晶格结从共价键晶格结构来看，每个原构来看，每个原子外层都含有子外层都含有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。在游离走价电子原位在游离走价电子原位上留下一个不能移动上留下一个不能移动空位，叫空穴。空位，叫空穴。受光照或温度上升受光照或温度上升影响，共价键中价电影响，共价键中价电子热运动加剧，一些子热运动加剧，一些价电子会摆脱原子核价电子会摆脱原子核束缚游离到空间成为束缚游离到空间成为自由电子自由电子。由于热激发而在晶体中出现电子空穴对现象称为本征激发。本征激发结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动产生，由此本征半导体电中性被破坏，使失掉电子原子变成带正电荷离子。因为共价键是定域，这些带正电离子不会移动，即不能参与导电，成为晶体中固定不动带正电离子。第12页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件444444444受光照或温度受光照或温度上升影响，共上升影响，共价键中其它一价键中其它一些价电子直接些价电子直接跳进跳进空穴，使空穴，使失电子原子失电子原子重重新恢复电中性新恢复电中性。价电子填补空穴现象称为复合复合。此时整个晶体此时整个晶体带电吗？为何带电吗？为何？参加复合价电子又会留下一个新空位，而这个新空穴仍会被邻近共价键中跳出来价电子填补上，这种价电子填补空穴复合运动使本征半导体中又形成一个不一样于本征激发下电荷迁移，为区分于本征激发下自由电子载流子运动，我们把价电子填补空穴复合运动称为空穴载流子运动。第13页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件 半导体导电机理与金属导体导电机理有本质上区分：金属导体中只有自由电子一个载流子参加导电；而半导体中则是由本征激发产生自由电子和复合运动产生空穴两种载流子同时参加导电同时参加导电。两种载流子电量相等、符号相反，电流方向为空穴载流子方向即自由电子载流子反方向。444444444 自由电子载流子运动能够形容为没有座位人移动；空穴载流子运动则可形容为有座位人依次向前挪动座位运动。半导体内部这两种运动总是共存，且在一定温度下到达动态平衡。半导体导电机理第14页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件 本征半导体即使有自由电子和空穴两种载流子，但因为数量极少导电能力依然很低。假如在其中掺入某种元素微量杂质，将使掺杂后杂质半导体导电性能大大增强。+五价元素磷(P)444444444P掺入磷杂质硅半导掺入磷杂质硅半导体晶格中，自由电体晶格中，自由电子数量大大增加。子数量大大增加。所以所以自由电子自由电子是这是这种半导体种半导体导电主流导电主流。在室温情况下，本征硅中磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子数目将增加几十万倍。掺入五价元素杂质半导体因为自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。4.本征半导体第15页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件444444444三价元素硼(B)B+掺入硼杂质硅半导掺入硼杂质硅半导体晶格中，空穴载体晶格中，空穴载流子数量大大增加。流子数量大大增加。所以所以空穴空穴是这种半是这种半导体导体导电主流导电主流。普通情况下，杂质半导体中多数载流子数量可到达少数载流子数量1010倍或更多，所以，杂质半导体比本征半导体导电能力可增强几十万倍。掺入三价元素杂质半导体，因为空穴载流子数量大大于自由电子载流子数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动离子带负电。第16页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件不论是N型半导体还是P型半导体，其中多子和少子移动都能形成电流。不过，因为多子数量远大于少子数量，所以起主要导电作用是多数载流子。注意：注意：掺入杂质后即使形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体依然呈电中性。普通可近似认为多数载流子数量与杂质浓度相等。P型半导体中空穴多型半导体中空穴多于自由电子，是否意于自由电子，是否意味着带正电味着带正电？自由电子导电和空自由电子导电和空穴导电区分在哪里穴导电区分在哪里？空穴载流子形成？空穴载流子形成是否由自由电子填是否由自由电子填补空穴运动形成？补空穴运动形成？何谓杂质半导体中多子和何谓杂质半导体中多子和少子少子？N N型半导体中多子是型半导体中多子是什么？少子是什么？什么？少子是什么？第17页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件5.PN结及其形成过程PN结形成结形成杂质半导体导电能力即使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“元概念”和技术起始点。在一块晶片两端分别注入三价元在一块晶片两端分别注入三价元素硼和五价元素磷素硼和五价元素磷+P P区区N N区区空间电荷区内电场第18页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件动画演示第19页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件 PN结形成过程中，多数载流子扩散和少数载流子漂移共存。开始时多子扩散运动占优势，扩散运动结果使PN结加宽，内电场增强；其次，内电场又促使了少子漂移运动：P区少子电子向N区漂移，补充了交界面上N区失去电子，同时，N区少子空穴向P区漂移，补充了原交界面上P区失去空穴，显然漂移运动降低了空间电荷区带电离子数量，削弱了内电场，使PN结变窄。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稳定，即PN结形成。PN结内部载流子基本为零，所以导电率很低，相当于介质。但PN结两侧P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相同，所以说PN结含有电容效应。第20页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件4.PN结单向导电性第21页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件PN结反向偏置时情况第22页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件PN结单向导电性PN结上述“正向导通，反向阻断”作用，说明它含有单向单向导电性导电性，PN结单向导电性是它组成半导体器件基础。因为常温下少数载流子数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内改变时，反向电流几乎不随外加电压改变而改变，所以反向电流又称为反向饱和电流。反向饱和电流因为很小普通能够忽略，从这一点来看，PN结对反向电流呈高阻状态，也就是所谓反向阻断反向阻断作用。值得注意是，因为本征激发随温度升高而加剧，造成电子空穴对增多，因而反向电流将随温度升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声主要原因之一，所以，在设计电路时，必须考虑温度赔偿问题。PN结中反向电流讨论第23页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件2.半导体受温度和光照影响，产生本征激发觉象而出现电子、空穴对；同时，其它价电子又不停地“转移跳进”本征激发出现空穴中，产生价电子与空穴复合。在一定温度下，电子、空穴正确激发和复合最终到达动态平衡状态。平衡状态下，半导体中载流子浓度一定，即反向电流数值基本不发生变化。1.半导体中少子浓度即使很低，但少子对温度非常敏感，所以温度对半导体器件性能影响很大。而多子因浓度基本上等于杂质原子掺杂浓度，所以说多子数量基本上不受温度影响。4.PN结单向导电性是指：PN结正向偏置时，展现电阻很小几乎为零，所以多子组成扩散电流极易经过PN结；PN结反向偏置时，展现电阻趋近于无穷大，所以电流无法经过被阻断。3.空间电荷区电阻率很高，是指其内电场妨碍多数载流子扩散运动作用，因为这种妨碍作用，使得扩散电流难以经过空间电荷区，即空间电荷区对扩散电流展现高阻作用。学习与归纳学习与归纳第24页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件6.PN结反向击穿问题PN结反向偏置时，在一定电压范围内，流过PN结电流很小，基本上可视为零值。但当电压超出某一数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿反向击穿。反向击穿发生在空间电荷区。击穿原因主要有两种：当PN结上加反向电压大大超出反向击穿电压时，处于强电场中载流子取得足够大能量碰撞晶格，将价电子碰撞出来，产生电子空穴对，新产生载流子又会在电场中取得足够能量，再去碰撞其它价电子产生新电子空穴对，如此连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿雪崩击穿。雪崩击穿属于碰撞式击穿，其电场较强，外加反向电压相对较高。通常出现雪崩击穿电压均在7V以上。(1)雪崩击穿第25页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件当PN结两边掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层内载流子与中性原子碰撞机会大为降低，因而不会发生雪崩击穿。(2)齐纳击穿PN结非常薄时，即使阻挡层两端加反向电压不大，也会产生一个比较强内电场。这个内电场足以把PN结内中性原子价电子从共价键中拉出来，产生出大量电子空穴对，使PN结反向电流剧增，这种击穿现象称为齐纳击齐纳击穿穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂PN结中，对应击穿电压较低，普通均小于5V。雪崩击穿是一个碰撞击穿，齐纳击穿是一个场效应击穿，二者均属于电击穿电击穿。电击穿过程通常可逆：只要快速把PN结两端反向电压降低，PN结就可恢复到原来状态。利用电击穿时PN结两端电压改变很小电流改变很大特点，人们制造出工作在反向击穿区稳压管。第26页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件若PN结两端加反向电压过高，反向电流将急剧增加，造成PN结上热量不停积累，从而引发结温连续升高，当这个温度超出PN结最大允许结温时，PN结就会发生热击热击穿穿，热击穿将使PN结永久损坏。热击穿过程是不可逆，应该尽可能防止发生。(3)热击穿能否说出能否说出PN结有何结有何特征？半导体导电特征？半导体导电机理与金属导体有机理与金属导体有何不一样？何不一样？什么是本征激发？什么是本征激发？什么是复合？少数什么是复合？少数载流子和多数载流载流子和多数载流子是怎样产生子是怎样产生？试述雪崩击穿和齐纳击穿试述雪崩击穿和齐纳击穿特点。这两种击穿能否造成特点。这两种击穿能否造成PN结永久损坏结永久损坏？空间电荷区电空间电荷区电阻率为何很阻率为何很 高？高？第27页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件1.2 半导体二极管半导体二极管把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，即可组成一个二极管。二极管是电子技术中最基本半导体器件之一。依据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。硅高频检波管开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，上图所表示即为各类二极管部分产品实物图。第28页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件1.二极管基本结构和类型点接触型点接触型：结面积小，适合用于高频检波、脉冲电路及计算机中开关元件。外壳触丝N型锗片正极引线负极引线N型锗型锗面接触型：面接触型：结面积大，适合用于低频整流器件。负极引线底座金锑合金PN结铝合金小球正极引线普通二极管图符号稳压二极管图符号发光二极管图符号DDZD使用二极管时，必须注意极性不能接反，不然电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其它元件可能。第29页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件2.二极管伏安特征U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060(A)4020二极管伏安特征是指流过二极管电流与两端所加电压函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特征当然含有“单向导电性”。二极管伏安特征呈非线性，特征曲线上大致可分为四个区：外加正向电压超出死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大减弱，正向电流快速增加，二极管进入正向导通区。死区正向导通区反向截止区当外加正向电压很低时，因为外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。外加反向电压超出反向击穿电压UBR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。反向击穿区反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。第30页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件正向导通区和反向截止区讨论U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060(A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流快速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。硅二极管正向导通电压约为0.7V，锗二极管正向导通电压约为0.3V。在二极管两端加反向电压时，将有很小、由少子漂移运动形成反向饱和电流经过二极管。反向电流有两个特点：一是它随温度上升增加很快，二是在反向电压不超出某一范围时，反向电流大小基本恒定，而与反向电压高低无关(与少子数量有限)。所以通常称它为反向饱和电流。第31页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件3.二极管主要参数（1）最大整流电流IDM：指二极管长久运行时，允许经过最大正向平均电流。其大小由PN结结面积和外界散热条件决定。（2）最高反向工作电压URM：指二极管长久安全运行时所能承受最大反向电压值。手册上普通取击穿电压二分之一作为最高反向工作电压值。（3）反向电流IR：指二极管未击穿时反向电流。IR值越小，二极管单向导电性越好。反向电流随温度改变而改变较大，这一点要尤其加以注意。（4）最大工作频率fM：此值由PN结结电容大小决定。若二极管工作频率超出该值，则二极管单向导电性能将变得较差。第32页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件4.二极管应用举例注意：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”，截止时视其为“开路”。UD=0UD=正向导通时相当一个闭合开关+D D+D D+D DP PN N+反向阻断时相当一个打开开关+D DP PN N(1)二极管开关作用第33页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件(2)二极管整流作用将交流电变成单方向脉动直流电过程称为整流。利用二极管单向导电性能就可取得各种形式整流电路。二极管半波整流电路二极管全波整流电路桥式整流电路简化图B220V RLDIN4001B220V RLD1D2二极管桥式整流电路D4B220V RLD1D2D3B220V RL第34页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件(3)二极管限幅作用+DuS10K IN4148+u0iD图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路输出电压为多少。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限幅在0+5V之间。u0第35页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件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？为何？损坏？为何？你会做吗？何谓死区电压？硅管何谓死区电压？硅管和锗管死区电压经典和锗管死区电压经典值各为多少？为何会值各为多少？为何会出现死区电压？出现死区电压？把一个把一个1.5V1.5V干电池直接正干电池直接正向联接到二极管两端，向联接到二极管两端，会出现什么问题？会出现什么问题？二极管伏安特征曲线上分二极管伏安特征曲线上分为几个区？能否说明二极为几个区？能否说明二极管工作在各个区时电管工作在各个区时电 压、电流情况？压、电流情况？为何二极管反向电为何二极管反向电流很小且含有饱和流很小且含有饱和性？当环境温度升性？当环境温度升高时又会显著增大高时又会显著增大？第36页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件I(mA)403020100-5-10-15-20(A)0.40.81284U(V)稳压二极管反向电压几乎不随反向电流改变而改变、这就是稳压二极管显著特征。D稳压二极管是一个特殊面接触型二极管，其反向击穿可逆。正向特征与普正向特征与普通二极管相同通二极管相同反向反向IZUZ1.3 特殊二极管特殊二极管1.稳压二极管实物图图符号及文字符号显然稳压管伏安特征曲线比普通二极管愈加陡峭。第37页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件+USDZ使用稳压二极管时应该注意事项(1)稳压二极管正负极判别DZ+(2)稳压二极管使用时，应反向接入电路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稳压值(5)稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高可达300V，稳压二极管在工作时正向压降约为0.6V。第38页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件二极管反向击穿特征：当外加反向电压超出击穿电压时，经过二极管电流会急剧增加。击穿并不意味着管子一定要损坏，假如我们采取适当办法限制经过管子电流，就能确保管子不因过热而烧坏。如稳压管稳压电路中普通都要加限流电阻R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmix范围内。在反向击穿状态下，让经过管子电流在一定范围内改变，这时管子两端电压改变很小，稳压二极管就是利用这一点到达“稳压”效果。稳压管正常工作是在反向击穿区。第39页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件发光二极管是一个能把电能直接转换成光能固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结组成，含有单向导电性。实物图图符号和文字符号D单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中发光元件等。发光二极管普通使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有发光二极管能发出红黄绿等颜色光。发光管正常工作时应正向偏置，因发光管属于功率型器件，所以死区电压较普通二极管高，其正偏工作电压最少要在1.3V以上。发光管惯用来作为数字电路数码及图形显示七段式或阵列器件。2.发光二极管第40页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号半导体器件，其关键部分也是一个PN结。光电二极管PN结结面积较小、结深很浅，普通小于一个微米。D光电二极管正常工作状态是反向偏置。在反向电压下，无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照射时，携带能量光子进入PN结，把能量传给共价键上束缚电子，使部分价电子摆脱共价键束缚，产生电子空穴对，称光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。3.光电二极管光电二极管也称光敏二极管，一样含有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线“窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光经过透镜恰好射在管芯上。实物图图符号和文字符号第41页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件1.利用稳压管或利用稳压管或普通二极管正向普通二极管正向压降，是否也能压降，是否也能够稳压？够稳压？你会做吗？2.现有两只稳压管，它们稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，可得到几个稳压值？各为多少？(2)若将它们并联相接，又可得到几个稳压值？各为多少？3.在右图所表示电路中，发光二极管导通电压UD1.5V，正向电流在515mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？R取值范围又是多少？第42页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件N NN NP P1.4 双极型三极管双极型三极管三极管是组成各种电子电路关键器件。三极管产生使PN结应用发生了质飞跃。1.双极型三极管基本结构和类型双极型晶体管分有NPN型和PNP型，即使它们外形各异，品种繁多，但它们共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出电极：发射极发射极e发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区集电极集电极c基极基极bNPNNPN型型型型PNPPNP型型型型P PP PN N第43页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件依据制造工艺和材料不一样，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部自由电子载流子和空穴载流子同时参加导电，就是所谓双极型。假如只有一个载流子参加导电，即为单极型。NPN型三极管图符号大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管当前国内生产双极型硅晶体管多为NPN型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)，按频率高低有高频管、低频管之别；依据功率大小可分为大、中、小功率管。e ec cb bPNP型三极管图符号e ec cb b注意：注意：图中箭头方向为发射极电流方向。第44页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件2.双极型三极管电流放大作用晶体管芯结构剖面图晶体管芯结构剖面图e e发发发发射射射射极极极极集电区集电区集电区集电区N N基区基区基区基区P P发射区发射区发射区发射区N Nb b基基基基极极极极c c集集集集电电电电极极极极晶体管实现电流放大作用内部结构条件内部结构条件(1)发射区掺杂浓度很高，方便有足够载流子供“发射”。(2)为降低载流子在基区复合机会，基区做得很薄，普通为几个微米，且掺杂浓度极低。(3)集电区体积较大，且为了顺利搜集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。可见，双极型三极管并非是两个PN结简单组合，而是利用一定掺杂工艺制作而成。所以，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。第45页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件晶体管实现电流放大作用外部条件外部条件N NN NP PUBBRB(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。UCCRC(2)集电结必须“反向偏置”，以利于搜集扩散到集电结边缘多数扩散电子，搜集到集电区电子形成集电极电流ic。IEICIB整个过程中，发射区向基区发射电子数等于基区复合掉电子与集电区搜集电子数之和，即：I IE E=I IB B+I IC C第46页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件第47页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件结论 因为发射结处正偏，发射区多数载流子自由电子将不停扩散到基区，并不停从电源补充进电子，形成发射极电流I IE E。1.1.发射区向基区扩散电子过程发射区向基区扩散电子过程发射区向基区扩散电子过程发射区向基区扩散电子过程 因为基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来电子只有极少一部分和基区空穴相复合形成基极电流I IB B，剩下绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。2.2.电子在基区扩散和复合过程电子在基区扩散和复合过程电子在基区扩散和复合过程电子在基区扩散和复合过程 集电结因为反偏，可将从发射区扩散到基区并抵达集电区边缘电子拉入集电区，从而形成较大集电极电流I IC C。3.3.集电区搜集电子过程集电区搜集电子过程集电区搜集电子过程集电区搜集电子过程只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄内部条件内部条件，再加上晶体管发射结正偏、集电结反偏外部外部条件条件，三极管就含有了放大电流能力。第48页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件三极管集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB比值在一定范围内基本保持不变。尤其是基极电流有微小改变时，集电极电流将发生较大改变。比如，IB由40A增加到50A时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：显然，双极型三极管含有电流放大能力。式中值称为三极管电流放大倍数。不一样型号、不一样类型和用途三极管，值差异较大，大多数三极管值通常在几十至几百范围。由此可得：微小基极电流IB能够控制较大集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。第49页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件3.双极型三极管特征曲线所谓特征曲线是指各极电压与电流之间关系曲线，是三极管内部载流子运动外部表现。从工程应用角度来看，外部特征更为主要。(1)输入特征曲线以惯用共射极放大电路为例说明UCE=0VUBE/VIB/A0UCE=0VUBBUCCRC+RB令令UBB从从0开始增加开始增加IBIE=IBUBE令令UCC为为0UCE=0时输入时输入特征曲线特征曲线UCE为为0时时第50页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件UCE=0.5VUCE=0VUBE/VIB/A0UBBUCCRC+RB令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加IBICUBE增大增大UCC让让UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V特特征曲线征曲线继续增继续增大大UCC让让UCE=1V令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加UCE=1VUCE=1V特特征曲线征曲线继续增大UCC使UCE=1V以上多个值，结果发觉：之后全部输入特征几乎都与UCE=1V特征相同，曲线基本不再改变。实用中三极管UCE值普通都超出1V，所以其输入特征通常采取UCE=1V时曲线。从特征曲线可看出，双极型三极管输入特征与二极管正向特征非常相同。UCE1V特特征曲线征曲线第51页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件(2)输出特征曲线先把先把IB调到调到某一固定值某一固定值保持不变。保持不变。当IB不变时，输出回路中电流IC与管子输出端电压UCE之间关系曲线称为输出特征。然后调整然后调整UCC使使UCE从从0增增大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC改变改变并统计下来。并统计下来。UCEUBBUCCRC+RBICIBUBEmA AIE依据统计可给出IC随UCE改变伏安特征曲线，此曲线就是晶体管输出特征曲线。IBUCE/VIC /mA0第52页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件UBBUCCRC+RBICIBUBEmA AIE再调整再调整IB1至至另一稍小固另一稍小固定值上保持定值上保持不变。不变。依然调整依然调整UCC使使UCE从从0增增大，继续观察毫安表中大，继续观察毫安表中IC改变并统计下来。改变并统计下来。UCE依据电压、电流统计值可绘出另一条IC随UCE改变伏安特征曲线，此曲线较前面稍低些。UCE/VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不停重复上述过程，我们即可得到不一样基极电流IB对应对应IC、UCE数值一组输出特征曲线。输出曲线开始部分很输出曲线开始部分很陡，说明陡，说明IC随随UCE增加增加而急剧增大。而急剧增大。当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(普通小于普通小于1V)，输出特征曲线变得平坦，表明，输出特征曲线变得平坦，表明IC基基本上不再随本上不再随UCE而改变。而改变。第53页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件当IB一定时，从发射区扩散到基区电子数大致一定。当UCE超出1V以后，这些电子绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有显著增加，含有恒流特征。UCE/VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3当IB增大时，对应IC也增大，输出特征曲线上移，且IC增大幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管电流放大作用。从输出特征曲线可求出三极管电流放大系数。IB=40 A取任意再两条特征曲线上平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应集电极电流之差IC=1.3mA；IC于是我们可得到三极管电流放大倍数：=I IC C/I IB B=1.3=1.3 0.04=32.50.04=32.5第54页电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件UCE/VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3输出特征曲线上普通可分为三个区：饱和区饱和区。当。当发射结和发射结和集电结均为正向偏置集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和时，三极管处于饱和状态。此时集电极电状态。此时集电极电流流IC与基极电流与基极电流IB之之间不再成百分比关系，间不再成百分比关系，IB改变对改变对IC影响很小。影响很小。截止区截止区。当基极电。当基极电流流IB等于等于0时，晶体时，晶体管处于截止状态。管处于截止状态。实际上当发射结电实际上当发射结电压处于正向死区范压处于正向死区范围时，晶体管就已围时，晶体管就已经截止，为让其可经截止，为让其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。放放放放 大大大大 区区区区晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成倍数量关系，即晶体管在放大区时含有电流放大作用。第55页电子技术基础电子技术基础电子技术基