模块一—常用电子元器

模块一 常用电子元器件,电子技术,课 程 安 排,一、内容划分,模拟部分,器件：,二极管 、三极管 、场效应管,放大器：,基本放大器 、反馈放大器、,功率放大器,集成电路：,集成运算放大器,电源：,振荡电路、直流稳压电源,数字部分,逻辑代数,:,数制、码制、化简等,逻辑门电路：,基本逻辑门 、复合逻辑门,组合逻辑电路：,编码器、译码器、选择器等,555,集成定时器：,原理 、应用,时序逻辑电路：,触发器、计数器、寄存器,D/A,转换与,A/D,转换：,原理及应用,绪 论,二,.,时间安排,学习时间,1,学年,第一学期：,模拟部分,第二学期：,数字部分,三,.,学习注意事项,课程特点,电路图多、内容分散、,计算简单,注重理论与实践相结合、实用性强,学习方法,掌握基本概念、电路的构成、记住几个典型电路,及时总结和练习、掌握近似原则、与实验有机结合,绪 论,模块一 常用电子元器件,半导体基本知识,半导体二极管,半导体三极管,特种半导体器件,本 模 块 主 要 内 容,1.1,半导体基本知识,1.1.1,本征半导体,锗,硅,半导体,:,导电性能介于导体与绝缘体之间的物质，如硅和锗。它们的原子最外层都有四个价电子。,本征半导体,：,完全纯净的半导体晶体,。,将硅或锗提纯后，其原子结构排列成晶体状，称单晶硅和单晶锗。,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。,硅和锗的晶体结构,特点：,（）导电性能不如导体。（）自由电子是半导体中的载流子之一。,（）空穴是半导体中的载流子之二。,本征半导体中电流由两部分组成：,（）,自由电子移动产生的电流。（）,空穴移动产生的电流。,在本征半导体中掺入微量有用杂质后的半导体称为杂质半导体。,杂质半导体可分为空穴（,P,）型半导体和电子（,N,）型半导体两大类。,P,型半导体：,在硅（或锗）的晶体内掺入微量的三价元素硼（或铝），成为,P,型半导体。,N,型半导体：,在硅（或锗）的晶体内掺入微量的五价元素磷（或砷），成为,N,型半导体。,P,型,N,型,1.1.3 PN,结及其单向导电性,1.,本征半导体中受热激发产生的电子空穴对很少。,2.N,型半导体中电子是多子,(,由掺杂形成,),，空穴是少子,(,由热激发形成,),。,3.P,型半导体中空穴是多子,(,由掺杂形成,),，电子是少子,(,由热激发形成,),。,PN,结,:,在同一片半导体基片上，分别制造,P,型半导体和,N,型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了,PN,结。,PN,结的形成演示,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄,空间电荷区,也称耗尽层,P,型半导体,N,型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,漂移运动,内电场,(1)PN,结加正向电压,（正向偏置）,PN,结变窄,外电场,I,F,外电场的方向与内电场方向相反,外电场削弱内电 场,使,PN,结变薄，呈现出很小的电阻，称,PN,结导通。,PN,结加正向电压,(,P,接正、,N,接负,),时，,PN,结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，,PN,结处于导通状态。,内电场,P,N,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,PN,结的单向导电性,(2)PN,结加反向电压,（反向偏置）,外电场,P,接负、,N,接正,内电场,P,N,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,PN,结变宽,(2)PN,结加反向电压,（反向偏置）,外电场,内外电场方向相同,外电场加强内电 场,使,PN,结变厚，呈现出很大的电阻，称,PN,结截止。,I,R,少子的数目随温度升高而增多，故反向电流将随温度增加。,+,PN,结加反向电压,(,P,接负、,N,接正,),时，,PN,结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，,PN,结处于截止状态。,内电场,P,N,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,结论,:PN,结具有单向导电性,阴极引线,阳极引线,二氧化硅保护层,P,型硅,N,型硅,(,c,),平面型,金属触丝,阳极引线,N,型锗片,阴极引线,外壳,(,a,),点接触型,铝合金小球,N,型硅,阳极引线,PN,结,金锑合金,底座,阴极引线,(,b,),面接触,型,阴极,阳极,(,d,),符号,D,1.2,半导体二极管,1.2.1,分类、结构与符号,1.2.2,二极管的伏安特性,二极管两端的电压与通过的电流的关 系曲线，称二极管的伏安特性。,（,1,）正向特性,（,2,）反向特性,（,3,）反向击穿,U,I,死区电压,:,硅管,0.5V,锗管0,.1V,导通压降,:,硅管,0.60.7V,锗管,0.2,0.3V,反向击穿电压,U,BR,（,1,）最大整流电流,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,（,2,）最高反向工作电压,二极管反向击穿时的电压值。手册上给出的最高反向工作电压一般是反向击穿电压的一半。,I,F,U,RM,1.2.3,二极管的主要参数,1.2.4,特殊二极管,1.,稳压二极管,稳压二极管简称稳压管。是一种用特殊工艺制造的面结合型二极管，电路符号及伏安特性如 右图所示。,曲线越陡，动态电阻越小，稳压管的稳压性能越好。,2.,发光二极管（,LED,）,U,Z,I,Z,I,ZM,U,Z,I,Z,使用时要加限流电阻,U,I,O,_,+,发光二极管,3.,光电二极管,利用半导体的光敏特性制造而成。在电路中，给光电二极管加反向电压，无光照射时，因,PN,结反偏，电流很小；当有光照射时，产生,“,光电流,”,，其大小与光照强度成正比。,1.2.5,应用实例,1,整流应用（如右图所示）,所谓整流是指将交流电变为直流电。利用二极管的单向导电性可组成各种整流电路。,光电二极管,+,+,a,Tr,D,u,o,u,b,R,L,i,o,u,t,O,u,o,O,3,检波应用,从高频载波信号中将低频信号取出来，称为解调或检波。（如右图所示）,2,限幅应用,将输出电压限制在某一电压值以内的电路称为限幅电路。,4,保护应用,保护其他元件免受过高电压的损害。,1.3,半导体三极管,1.3.1,结构与符号,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN,型,P,N,P,集电极,基极,发射极,B,C,E,PNP,型,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,型三极管,B,E,C,I,B,I,E,I,C,PNP,型三极管,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：,面积较大,发射区：掺杂浓度较高,三极管制造工艺特点是：,发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，集电区面积大。,1.3.2,电流分配与电流放大作用,外部工作条件,:,即给三极管的发射结加正向电压（习惯称正向偏置或正偏），集电结加反向电压（习惯称反向偏置或反偏）。,I,C,m,A,A,V,V,U,CE,U,BE,R,b,I,B,U,CC,U,BB,VT,R,P,先做一个实验,.,结论,:,1.,发射极电流等于基极电流与集电极电流之和，即,I,E,=I,C,+I,B,2.I,C,要比,I,B,大得多。由表可知,:,3.,I,B,的小变化引起,I,C,的大变化。,4.,要使晶体管有电流放大作用,发射结必须正偏,集电结必须反偏,。,1.3.3,三极管的特性曲线,1.,输入特性,当,U,CE,一定时，,I,B,与,U,BE,之间的关系曲线称为三极管的输入特性，即,三极管的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。,一,.,输入特性,U,CE,1V,工作压降：,硅管,U,BE,0.6-0.7V,锗管,U,BE,0.2-0.3V,。,U,CE,=0V,I,B,(,A),U,BE,(V),20,40,60,80,0.4,0.8,U,CE,=0.5V,死区电压，硅管,0.5V,，,锗管,0.1V,。,共射极接法硅,NPN,型三极管的输入特性曲线,2.,输出特性,当,I,B,一定时，,I,C,与,U,CE,之间的关系曲线称为三极管的输出特性，即,I,C,(,m,A,),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域满足,I,C,=,I,B,称为线性区（,放大区,）,当,U,CE,大于一定的数值时，,I,C,只与,I,B,有关，,I,C,=,I,B,。,此区域中,U,CE,U,BE,集电结正偏，,I,B,I,C,，,U,CE,0.3V,称为,饱和区,。,此区域中,:,I,B,=0,I,C,=,I,CEO,U,BE,I,C,，,U,CE,0.3V,1.3.4,三极管的主要参数及温度影响,1.,三极管的主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,(1),电流放大倍数,和,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为,I,B,，,相应的集电极电流变化为,I,C,，,则交流电流放大倍数为：,在以后的计算中，一般作近似处理,：,=,和,虽然定义不同，但两者数值较为接近。,(2),极间反向电流,a.,集,-,基极反向截止电流,I,CBO,A,I,CBO,I,CBO,是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,b.,集,-,射极反向截止电流,I,CEO,I,CEO,=,I,BE,+,I,CBO,I,CEO,受温度影响很大，当温度上升时，,I,CEO,增加很快，所以,I,C,也相应增加。,三极管的温度特性较差,。,指基极开路,集电结反偏和发射结正偏时的集电极电流，习惯称穿透电流,。,（,4,）极限参数,a.,集电极最大电流,I,CM,集电极电流,I,C,上升会导致三极管的,值的下降，当,值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为,I,CM,。,b.,集,-,射极反向击穿电压,当集,-,射极之间的电压,U,CE,超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是,25,C,、,基极开路时的击穿电压,U,(BR)CEO,。,c.,集电极最大允许功耗,P,CM,集电极电流,I,C,流过三极管，所发出的功率为：,P,C,=I,C,U,CE,，必定导致结温 上升，所以,P,C,有限制。,P,C,P,CM,除了上述主要参数以外，还有其他参数，需要时可查阅有关手册。下图中标示出了三极管的,安全工作区。,I,C,U,CE,I,C,U,CE,=,P,CM,I,CM,U,(BR)CEO,安全工作区,0,2.,温度对三极管参数的影响,(1),温度对,的影响,三极管的,值会随温度的变化而变化，温度每升高,1,，,值增大,0.5%,1%,。,(2),温度对,I,CBO,的影响,实验证明，,I,CBO,随温度按指数规律变化。温度每升高,10,，,I,CBO,约增加一倍。,(3),温度对,U,BE,的影响,U,BE,具有负的温度系数。一般说来，温度每升高,1,，,U,BE,下降约,2,2.5mv,。,1.3.5,应用实例,(,略,),晶体管作开关使用的电路如右图所示。试根据输入信号来验证晶体管是否工作在开关状态？,想一想，做一做。,场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是,电压控制元件,。,具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还具有输入阻抗高（可高达 以上）、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、便于大规模集成化的优点，被广泛应用于各种电子线路。,结型场效应管,按结构不同场效应管有两种,:,绝缘栅型场效应管,本节仅介绍绝缘栅型场效应管,1.4,MOS,场效应管及其基本放大电路,绝缘栅场效应管由称金属,-,氧化物,-,半导体制成故又称为,MOS,场效应管。,MOS,管共有四种类型：,N