電工電子技術(shù)

教學(xué)課件

(模塊6常用半導(dǎo)體器件)

單元6二極管一、半導(dǎo)體及PN結(jié)1.半導(dǎo)體（1）導(dǎo)體

導(dǎo)電性能好的物質(zhì)，諸如金屬銅、鋁和鐵之類。（2）絕緣體

幾乎不能導(dǎo)電，諸如橡膠、陶瓷、塑料、石英等。（3）半導(dǎo)體

導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如四價元素硅、鍺、硒等都是常用的材料。2.純凈半導(dǎo)體純凈半導(dǎo)體也稱本征半導(dǎo)體，是由一種原子構(gòu)成的半導(dǎo)體。純凈半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常溫下，核外電子不易參與導(dǎo)電，導(dǎo)電能力很差。3.摻雜半導(dǎo)體

如果在純凈的半導(dǎo)體中摻入少量雜質(zhì)元素，其導(dǎo)電能力也會顯著增強。由于摻雜的方式不同，可構(gòu)成兩種半導(dǎo)體，即N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：內(nèi)部自由電子（帶負(fù)電）濃度高，主要靠電子導(dǎo)電。P型半導(dǎo)體：

內(nèi)部空穴（帶正電）濃度高，主要靠空穴導(dǎo)電。4.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)的形成在一塊半導(dǎo)體芯片上（如硅或鍺），通過不同的摻雜工藝，使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，在這兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體的交界面處會形成一個具有特殊性質(zhì)的薄層，這個特殊的薄層稱為空間電荷區(qū)，即PN結(jié)。（2）單向?qū)щ娦訮N結(jié)其實就是空間電荷層，具有內(nèi)部電場。當(dāng)不加外加電壓時，內(nèi)部電場和PN結(jié)兩邊載流子濃度差的擴散作用相等而處于電平衡狀態(tài)。但當(dāng)加有外接電壓時，平衡被打破，將有不同大小的電流通過PN結(jié)。

當(dāng)電壓按下圖(a)中正負(fù)極性所加時（稱電壓正向偏置），這時電流很大，認(rèn)為PN結(jié)導(dǎo)通。

當(dāng)電壓按下圖(b)中正負(fù)極性所加時（稱電壓反向偏置），這時電流很?。s為零），認(rèn)為PN結(jié)截止（不通）。所以，PN結(jié)的特性是單方向?qū)娏?，即單向?qū)щ娦浴N結(jié)的特性歸納為：

正向?qū)?，反向截止，單向?qū)щ娦浴?/p>

二、半導(dǎo)體二極管（1）結(jié)構(gòu)及符號在一個PN結(jié)的兩側(cè)分別引出電極引線，用管殼封裝就制成半導(dǎo)體二極管。其管芯就是一個PN結(jié)。（2）特性

二極管具有PN結(jié)所具備的特性，即二極管的特性歸納為：正向?qū)ǎ聪蚪刂?，單向?qū)щ娦远O管按芯片材料的不同，可分為硅二極管和鍺二極管兩種。（3）二極管的特性曲線①

正向特性

從正向曲線知，當(dāng)加于二極管兩端的正向偏置電壓很小且小于某一數(shù)值時，二極管中的正向電流很小，近似為零，這一電壓值稱為死區(qū)電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。當(dāng)正向偏置電壓超過死區(qū)電壓后，二極管開始導(dǎo)通，正向電流隨電壓增大而迅速增大。二極管導(dǎo)通后，電流在一定范圍內(nèi)變化，二極管的正向?qū)妷?正向管壓降)幾乎維持不變，常溫下，硅管的正向管壓降約為0.7V，鍺管約0.3V。②反向特性當(dāng)二極管兩端加上反向電壓時，當(dāng)反向偏置電壓小于某一數(shù)值時，只有極小的反向電流，約為幾到幾十微安。反向電流大小基本恒定，不隨反向電壓的增大而增大，故稱為反向飽和電流，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)反向偏置電壓超過某一數(shù)值時，反向電流突然急劇增加，管子不再截止而失去單向?qū)щ娦裕@種現(xiàn)象稱為反向擊穿，對應(yīng)的反向偏置電壓稱為為反向擊穿電壓。二極管一旦擊穿，由于電流、電壓值均很大，將使管子過熱而損壞。所以在使用二極管時，所加反向電壓應(yīng)遠小于其反向擊穿電壓，以保證二極管可靠工作。實際中，常將二極管視為理想二極管，即忽略管壓降和反向飽和電流，認(rèn)為：二極管正向?qū)〞r，正向壓降為0，相當(dāng)于開關(guān)閉合；在二極管反向截止時，反向電壓為0，相當(dāng)于開關(guān)斷開，即具備開關(guān)作用。三、特殊二極管1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是用特殊工藝制作的，它工作在反向擊穿區(qū)，利用它反向擊穿時電流增加而電壓則保持恒定的特性來穩(wěn)定電壓。如圖，它通常工作在反向擊穿特性的A、B點之間。當(dāng)通過穩(wěn)壓管的反向電流I在Izmin<IZ<Izmax之間變化時，兩端電壓UZ基本保持穩(wěn)定，穩(wěn)壓管正是利用這一點實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管被反向擊穿，但不一定損壞，只要限制流過管子的反向電流就可保證不因過熱而損壞。2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管（簡稱LED）是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的發(fā)光元件。當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓時，它能發(fā)出一定顏色的光。光的顏色取決于制作二極管的材料，不同的材料可使二極管發(fā)紅光、綠光、黃光等。3.光電二極管

光電二極管是一種光控器件，它的管殼上有一個玻璃窗口，以便接受光照。

光電二極管工作在反向偏置狀態(tài)，當(dāng)在PN結(jié)上加上反向電壓，再用光照射到PN結(jié)上時，就能形成反向的光電流，光電流大小與光照強度成正比。電工電子技術(shù)

教學(xué)課件

(模塊6常用半導(dǎo)體器件)

單元2晶體管

一、半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)

在一塊半導(dǎo)體芯片上，形成P型和N型半導(dǎo)體相隔的三個大小不等的導(dǎo)電區(qū)域和兩個PN結(jié)，分別從三個區(qū)引出電極引線，加上管殼封裝，就制成三極管。根據(jù)組成三個區(qū)P型或N型半導(dǎo)體的排列順序的不同，三極管分為NPN型和PNP型兩類。圖中，中間的較小的區(qū)叫基區(qū)，基區(qū)兩側(cè)面積較大的區(qū)叫集電區(qū)，另一個是發(fā)射區(qū)，引出的電極分別叫基極（B）、集電極（C）、發(fā)射極（E）。兩個PN結(jié)分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。三極管按芯片材料不同，有硅管和鍺管兩種。二、晶體管的特性

三極管在不同的外部電壓作用下，可呈現(xiàn)出三種特性：1．電流放大作用三極管具有電流放大作用的條件是：發(fā)射結(jié)（BE兩極間）加正向電壓，集電結(jié)（BC兩極間）加反向電壓（VC＞VB，VB＞VE）。即發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。這時，滿足以下關(guān)系：（1）三極管各極電流的分配關(guān)系為：發(fā)射極電流等于集電極電流與基極電流之和，即IE=IC+IB

且IC>>IB（2）集電極電流IC與基極電流IB滿足放大關(guān)系：

β

＝IＣ/IB或

β=△IC/△IB其中，β稱為三極管的電流放大系數(shù)。

以上表明，三極管的基極電流發(fā)生微小變化時，集電極電流會發(fā)生較大變化，且比值基本恒定，這種小電流對大電流的控制作用，就是三極管的電流放大作用。

2．開關(guān)作用

三極管除具有電流放大狀態(tài)外，還可處于另外兩種狀態(tài)，這就是截止或飽和狀態(tài)。（1）截止?fàn)顟B(tài)

三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)的條件是：發(fā)射結(jié)（BE兩極間）加反向電壓，集電結(jié)（BC兩極間）也加反向電壓（VC＞VB，VE＞VB）。即發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置。

三極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，兩PN結(jié)均近于斷開狀態(tài)。這時，IC≠βIB,三極管不具備電流放大作用，而是相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)。（2）飽和狀態(tài)

三極管工作在飽和狀態(tài)的條件是：發(fā)射結(jié)（BE兩極間）加正向電壓，集電結(jié)（BC兩極間）也加正向電壓（VB＞VE，VB＞VC）。即發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置。

三極管處于飽和狀態(tài)時，兩PN結(jié)均處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，且

。這時，IC≠βIB

，三極管不具備電流放大作用，而是相當(dāng)于一個閉合的開關(guān)。

綜上，三極管的截止和飽和狀態(tài)統(tǒng)稱為開關(guān)作用，即三極管截止時相當(dāng)于開關(guān)閉合，飽和時相當(dāng)于開關(guān)斷開。三、晶體管的特性曲線（1）輸入特性曲線

輸入特性曲線是指集-射電壓UCE一定時，基極電流

b隨基-射電壓UBE而變化的曲線。即：

b=f(UBE)|UCE一定。曲線與二極管的正向特性相似，三極管正常放大時，工作在陡直的部分，電壓UBE數(shù)值不大，變化也較小，可近似認(rèn)為硅管UBE=0.7V，鍺管UBE=0.3V。（2）輸出特性曲線輸出特性曲線是指基極電流IB一定時，集電極電流IC隨集-射電壓UCE而變化的曲線。其函數(shù)關(guān)系為

c=f(UCE)|UBE一定

圖中表明，三極管輸出特性曲線可劃分為三個不同的區(qū)域，分別對應(yīng)三種不同的工作狀態(tài)，即放大狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)。電工電子技術(shù)

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(模塊6常用半導(dǎo)體器件)

單元3晶閘管

一、晶閘管的結(jié)構(gòu)、外形晶閘管是晶體閘流管的簡稱，又稱為可控硅。1.晶閘管的結(jié)構(gòu)及符號晶閘管由P型和N型半導(dǎo)體組成四層PNPN結(jié)構(gòu)，形成三個PN結(jié)，有三個電極，依次為陽極（A）、控制極（G）和陰極（K）。2.晶體管的實物外形二、晶閘管的工作特性

晶閘管在不同的外部電壓作用下，可呈現(xiàn)出不同特性：1．反向阻斷特性如圖，當(dāng)晶閘管陽極A與陰極K間加反向電壓時，不管控制極(門極)G有無正向觸發(fā)電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，處于反向阻斷狀態(tài)。2.正向阻斷特性將電源VAA的極性調(diào)換，即在晶閘管的陽極與陰極間加正向電壓，若S斷開，HL不亮，說明晶閘管不導(dǎo)通，處于正向阻斷狀態(tài)。3.觸發(fā)導(dǎo)通及導(dǎo)通條件在晶閘管陽極與陰極間加正向電壓的同時，將開關(guān)S閉合，給門極與陰極間加上正向觸發(fā)電壓，HL亮，說明晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。導(dǎo)通條件：在晶閘管的陽極與陰極間加正向電壓，同時在門極與陰極間加正向電壓，晶閘管就能導(dǎo)通。兩者缺一不可。4.去除觸發(fā)信號后持續(xù)導(dǎo)通晶閘管一旦