半导体二极管、三极管、场效应管课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第07讲：第4章 半导体二极管、三极管、场效应管(1),电子电路技术基础,.,第07讲：第4章 半导体二极管、三极管、场效应管(1)电子电,教学回顾,第1章 直流电路,习题1-1 1-2,教学回顾第1章 直流电路,教学内容,4.1 PN结,4.2 半导体二极管,PN结的特性：,单向导电性,伏安特性,反向击穿,电容效应,类型,伏安特性,主要参数,等效电路及应用,稳压二极管,教学内容4.1 PN结 4.2 半导体二极管 类型,教学要求,了解半导体基本知识,理解PN结的特性,掌握半导体二极管的特性,会计算和分析含有二极管的电路,教学要求 了解半导体基本知识,4.1 PN结,什么叫半导体？,物质按其导电能力可分为导体、半导体和绝缘体。,而把导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等。,4.1.1 半导体,4.1 PN结 什么叫半导体？物质按其导电能力可分为,（1）热敏性,制成各种热敏元件,（2）光敏性,制成各种光敏元件,（3）掺杂性,制成各种晶体管器件,半导体的三个独特性质:,一些半导体对温度的反应很灵敏，其电阻率随着温度的上升而明显地下降，利用这种特性很容易制成各种热敏元件，如热敏电阻、温度传感器等。,有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显地下降，利用这种特性很容易制成光敏元件，如光敏电阻和光电管等。,半导体的电阻率受掺入的“杂质”影响极大，在半导体中即使掺入的杂质十分微量，也能使其电阻率大大地下降，利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体管器件。,4.1 PN结,（1）热敏性制成各种热敏元件（2）光敏性制成各种光敏元件,4.1.4 PN,结的特性,1.PN,结的单向导电性,PN结外加正向电压时的特点：,PN结处于正向,导通,状态,，,正向电流,I,D,较大，正向,电阻很小,4.1 PN结,PN结外加反向电压时的特点：,PN结处于反向,截止,状态,，反,向电流,I,S,较小，反向,电阻很大,4.1.4 PN结的特性 PN结外加正向电压时的特点：P,2.PN,结的伏安特性,3.PN结的反向击穿,当PN结上的反向电压增大到某个数值时，反向电流急剧增大的现象。,4.PN,结的电容效应,（略）,4.1 PN结,反向击穿,2.PN结的伏安特性4.1 PN结反向击穿,二极管是由PN结加上电极引线和管壳构成的。,(1)点接触型二极管(a),(2)面接触型二极管(b),(3)硅平面型二极管(c),按管子的结构分：,按材料分：,(1)硅二极管,(2)锗二极管,4.2 半导体二极管,二极管是由PN结加上电极引线和管壳构成的。(1)点接触型,二极管按结构分三大类：,(1),点接触型二极管,4.2 半导体二极管,PN结面积小，结电容小，允许通过的电流小,适用于高频电路的检波或小电流整流,二极管按结构分三大类：4.2 半导体二极管PN结面积小，结,(3),平面型二极管,(2),面接触型二极管,PN,结面积大，用,于大电流整流电路。,用于集成电路制造工艺中。,PN 结面积可大可小,(3)平面型二极管 (2)面接触型二极管,半导体二极管的电路符号与基本结构,半导体二极管内部就是一个PN结，将其封装并接出两个引出端，从 P 区引出的端称为阳极（正极），从 N 区引出的端称为阴极（负极）。电路符号如图所示。,阳极,阴极,D,二极管电路符号,根据PN结的单向导电性，二极管只有当阳极电位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。,符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。,为了防止使用时极性接错，管壳上标有“,”符号或色点，,如果二极管极性接错，不仅造成电路无法正常工作，还会烧坏二极管及电路中其他元件。,半导体二极管的电路符号与基本结构阳极阴极D二极管电路符号,1.正向特性,伏安曲线,o,u,D,U,BR,i,D,+,I,D,U,U,on,B,A,C,D,OD段：,二极管电流较小。,CD段：,当正向电压加到一定值时，,U,U,on时，二极管导通。,U,on（死区电压、开启电压）：硅0.5V 锗0.1V,导通后的正向压降：硅0.61V 锗0.20.5V,4.2.2 二极管的伏安特性,I,=,f,(,V,),1.正向特性伏安曲线ouDUBRiD+IDUUonBA,2.反向特性,BA段：当反向电压加到一定值时，PN结产生击穿现象，,电流迅速增大。,伏安曲线,o,u,D,U,BR,i,D,-,+,I,D,U,U,on,B,A,C,D,OB段：,I,=,I,S,，,反向电阻很大。,二极管的伏安曲线不是直线，说明二极管是,非线性元件。,2.反向特性BA段：当反向电压加到一定值时，PN结产生击穿,4.2.3 二极管的伏安特性数据,伏安曲线,o,U,(V),U,B,I,D,I,(mA),+,I,D,U,U,on,C,D,A,B,硅管,锗管,死区电压,0.5V,0.1V,导通电压,0.6V1V,0.2V0.5V,典型电压,0.7V,0.2V,4.2.3 二极管的伏安特性数据伏安曲线oU(V)UBIDI,3.反向击穿特性,外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。对应的电压称为,击穿电压,。,u,D,i,D,0,正向导通,反向截止,击穿,0.5,锗,硅,0.2,反向饱和电流,反向曲线,正向曲线,3.反向击穿特性 外加反向电压超过某一数值时，反向电流,4.2.3 半导体二极管主要参数,u,D,i,D,0,U,R,I,R,I,F,U,BR,（1）,最大整流电流,I,F,：二极管长时间安全工作所允许流过的最大正向平均电流。由PN结结面积和散热条件决定，超过此值工作可能导致过热而损坏。,4.2 半导体二极管,4.2.3 半导体二极管主要参数uDiD0URIRIFUBR,（2）,反向工作峰值电压,U,R,：,为保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电压，一般为反向击穿电压的一半。,（3）,反向电流,I,R,：二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流。此值越小，单向导电性越好。硅管优于锗管。,（4）,最高工作频率,f,M,：二极管维持单向导电性的最高工作频率。由于二极管中存在结电容，当频率很高时，电流可直接通过结电容，破坏二极管的单向导电性。,4.2 半导体二极管,4.2.3 半导体二极管主要参数,u,D,i,D,0,U,R,I,R,I,F,U,BR,（2）反向工作峰值电压UR：为保证二极管不被反向击穿而规定,1.理想二极管等效电路,(理想模型),正向时：导通电压,U,D,=0V，,二极管,用短路线代替。,反向时：,I,D,0，二极管断开。,2.考虑正向压降的等效电路,(恒压模型),正向时：导通电压,U,D,=0.7V(硅管，,锗管为0.2V)，,二极管用电压源代替。,反向时：,I,D,0，二极管断开。,4.2.4 二极管的等效电路及应用,4.2 半导体二极管,1.理想二极管等效电路(理想模型)4.2.4 二极管的等效,例题1：设二极管为理想二极管，试求出,U,i,=5V时的输出电压,U,0,的大小。,R,D,U,i,+,_,U,0,4.2 半导体二极管,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U,解题方法（关键是判断二极管的导通与截止）：,首先假设二极管断开，然后求得二极管正极和负极之间的电压。如该电压大于,导通电压,，说明该二极管导通，两端的实际电压为二极管的,导通电压,；如果该电压小于,导通电压,，说明该二极管截止。然后进一步计算所要求的各物理量。,如果电路中出现两个以上二极管，则假设二极管全部断开，求得每个二极管正极和负极之间的电压。,正向电压较大者优先导通，,其两端电压为,导通电压,，然后再用上述方法判断其余二极管。,解题方法（关键是判断二极管的导通与截止）：,例题1：设二极管为理想二极管，试求出,U,i,=5V时的输出电压,U,0,的大小。,R,D,U,i,+,_,U,0,R,D,+,_,U,D,U,i,解,:(1)断开,二极管D,(2)求出断开两点间的,电位差,U,D,。,V,D,=,U,i,=5V,V,D,=0V,U,D,=V,D,V,D,=5,V,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U,例题1：设二极管为理想二极管，试求出,U,i,=5V时的输出电压,U,0,的大小。,R,D,U,i,+,_,U,0,R,D,+,_,U,0,U,i,(3)判断二极管的导通状态,V,D,=,5,V,0,二极管D导通,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U,例题1：设二极管为理想二极管，试求出,U,i,=5V时的输出电压,U,0,的大小。,R,D,U,i,+,_,U,0,R,D,+,_,U,0,U,i,(4),求出输出电压,U,0,U,0,0V,例题1：设二极管为理想二极管，试求出Ui=5V时的输出电压U,例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压,U,0,的波形。设,U,i,=5,Sin,t,(v),R,D,U,i,+,_,U,0,+,_,解,:V,D,+,=,U,i,V,D,-,=0,V,V,D,=V,D,+,-V,D,-,=,U,i,讨论：,(1)当V,D,=,U,i,0时,D导通，,U,o,0V,(2)当V,D,=,U,i,0时,D截止，,U,o,U,i,V,例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设U,例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压,U,0,的波形。设,U,i,=5,Sin,t,(v),解,:V,D,+,=,U,i,V,D,-,=0,V,V,D,=V,D,+,-V,D,-,=,U,i,讨论：,(1)当V,D,=,U,i,0时,D导通，,U,o,0,V,(2)当V,D,=,U,i,0时,D截止，,U,o,U,i,V,t,U,i,0,t,U,o,0,5,-,5,例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设U,例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压,U,0,的波形。设,U,i,=10,Sin,t,(v),R,D,U,i,+,_,U,0,+,_,5V,解,:V,D,+,=,U,i,V,D,-,=5V,V,D,=V,D,+,-V,D,-,=,U,i,-5V,讨论：,(1)当V,D,=,U,i,-5V,0,即,U,i,5V,时D导通,U,o,5V,(2)当V,D,=,U,i,-5V,0,即,U,i,5V,时D截止,U,o,U,i,V,例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设U,例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压,U,0,的波形。设,U,i,=10,Sin,t,(v),解,:V,D,+,=,U,i,V,D,-,=5V,V,D,=V,D,+,-V,D,-,=,U,i,-5V,讨论：,(1)当V,D,=,U,i,-5V,0,即,U,i,5V,时D导通,U,o,5V,(2)当V,D,=,U,i,-5V,0,即,U,i,5V,时D截止,U,o,U,i,V,t,U,i,0,t,U,o,0,10,-10,5,10,-10,5,例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压U0的波形。设U,PN结的特性是研究半导体器件的基础；,半导体二极管的种类很多，本节只介绍普通二极管，其他二极管的分析方法基本相同，有兴趣的同学请参阅有关文献,。,课堂小结,PN结的特性是研究半导体器件的基础；课堂小结,作业题,本节无！,作业题本节无！,预习内容,实验一、电路元件识别及仪表使用,预习内容实验一、电路元件识别及仪表使用,