1、电子技术概述5 课时 40 16学时授课对象 农机 交运 机制等非电专业教材 柴玉华主编 电工电子技术 中国农业出版社电子技术三大范畴 电子器件电子电路电子系统应用 电子燃油喷射系统 高速预警等 第12章常用半导体器件 第一节PN结及其单向导电性第二节半导体二极管第三节晶体管 习题 目录 第一节PN结及其单向导电性 半导体的导电特点PN结 返回 一 半导体的导电特点 1 半导体材料 物质分为导体 半导体 绝缘体 半导体是4价元素 半导体材料的特点 半导体的导电能力受光和热影响 T 导电能力 光照 导电能力 纯净的半导体掺入杂质导电性会大大增强 返回 4 纯净的 具有晶体结构的半导体称为本征半导
2、体 本征半导体中的载流子自由电子 空穴 2 本征半导体 空穴与电子成对出现并可以复合 空穴的移动 返回 3 杂质半导体 N型半导体掺5价元素 如磷 自由电子数多于空穴数 自由电子数是多子 P型半导体掺3价元素 如硼 空穴数多于自由电子数 空穴是多子 返回 N型半导体 磷原子 硅原子 硅或锗 少量磷 N型半导体 多余电子 返回 P型半导体 硼原子 硅原子 硅或锗 少量硼 P型半导体 多余空穴 返回 返回 4 扩散运动与漂移运动载流子由于浓度差异而形成运动叫扩散运动 在电场作用下 载流子的定向运动叫漂移运动 1 PN结的形成 二 PN结 扩散运动 空间电荷区 削弱内电场 漂移运动 内电场 动态平衡
3、 电荷区空间 返回 外电场方向与内电场方向相反空间电荷区 耗尽层 变薄扩散 漂移导通电流很大 呈低阻态 2 PN结的单向导电性 P N 加正向电压 正偏 P N 返回 少子形成的电流 可忽略 外电场与内电场相同耗尽层加厚漂移 扩散少子形成反向电流IR 很小 呈高阻态 N 加反向电压 反偏 P N 返回 第二节半导体二极管 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的主要参数特殊二极管半导体二极管的应用半导体二极管的性能和极性的判别 返回 一 半导体二极管的伏安特性 P区 阳极N区 阴极 阳极 阴极 1 正向特性死区电压硅管0 5V锗管0 1V正向导通电压硅管0 7V锗管0 3V 2 反向特性反向饱和电
4、流很小 可视为开路 反向电压过高 电流急增 二极管发生击穿 VD 返回 O 二 半导体二极管的主要参数 1 最大整流电流IF二极管允许通过的最大正向平均电流 2 最高反向工作电压URM保证二极管不被击穿允许加的最大反向电压 3 最大反向饱和电流IR室温下 二极管加最高反向电压时的反向电流 与温度有关 返回 例1 如图 当E 5V时 I 5mA 则E 10V I A I 10mAB I 10mAC I 10mAD 不确定 E VD I B 返回 1 稳压管是一种特殊的二极管 具有稳定电压的作用 稳压管工作于反向击穿区 特点 电流变化大 电压变化小 稳压原理 稳压管 1 加正向电压时等同于二极管
5、2 加反向电压时使其击穿后稳压 VS 三 特殊二极管 O 返回 1 稳定电压UZ正常工作下 稳压管两端电压 同一型号的稳压管分散性较大 2 稳定电流IZ正常工作下的参考电流 大小由限流电阻决定 3 动态电阻rZrZ U IrZ越小 稳压效果越好 稳压管参数 返回 4 温度系数 u温度改变1 稳压值改变的百分比 其值可正 可负 5 最大允许耗散功率PZM管子不至于产生热损坏时的最大功率损耗值叫做最大耗散功率 稳压管工作时 功耗超过PZM 管子将会因热击穿而损坏 返回 例1 如图 已知UZ 10V 负载电压UL 5 10 15 20 A UL 稳压管的工作条件 必须工作在反向击穿状态 电路中应有限
6、流电阻 以保证反向电流不超过允许范围 返回 例2 已知ui 6sin t UZ 3V 画输出波形 3 3 O O 返回 例3 图示电路中 稳压管VS1 VS2的稳压值分别为UZ1 5V UZ2 7V 正向压降为0 7 若输入电压Ui波形如图所示 试画出输出电压波形 R R VS1 VS2 Ui Uo Ui经电阻分压UR Ui 2 当URUR 5V VS1反向导通 VS2截止 Uo UZ1UR 0 7V VS1 VS2正向导通 Uo 0 7V 3V 5V 0 7V 解 返回 2 光敏二极管 光敏二极管 或称光电二极管 是一种将光能转换成电流的器件 光敏二极管的PN结接受光线照射时 会像热激发一样
7、 可以成对地产生大量的电子和空穴 使半导体中少子的浓度提高 这些载流子在反向偏置下可以产生漂移电流 使反向电流显著增加 反向电流的大小与光照强度成正比 返回 VL 3 发光二极管 发光二极管是一种将电能转换为光能的半导体器件 简称为LED 当LED正向导通时 由于电子与空穴的复合而以光的形式放出能量 发光二极管的发光颜色取决于使用的材料 发光二极管只能工作在正向偏置状态 工作时电路中必须串接限流电阻 返回 利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点 二极管有以下应用 整流 检波 钳位 限幅 保护其他元器件 在数字电路中将二极管当作开关 四 半导体二极管的应用 返回 VD1 u2 uo u1 R
8、L a b VD2 VD3 VD4 析正半周 0 a b 电流方向 负半周 a b 电流方向 t t 返回 1 整流 二极管组成电路如图 设二极管导通电压为0 3V 试求输出电压UF 3V UF 12V R 0V VD1 VD2 3V 0 12V VD1率先导通 UF 3V 0 3V 2 7V VD2截止 解 返回 2 钳位 O 如图 E 5V 二极管正向压降忽略不计 画出uo波形 E VD ui uo 10 ui V t ui EVD截止uo E ui EVD导通uo ui 5 5 利用二极管的单向导电性可对输出信号起限幅作用 返回 O 3 限幅 如图 E 6V 二极管正向压降忽略不计 画出
9、uo波形 E VD1 ui uo 10 ui V t 6 E VD2 R 6 ui E VD1导通 VD2截止uo E 6V E ui E VD1 VD2截止 uo ui 解 ui E VD2导通 VD1截止uo E 6V 6 返回 O O 在开关S接通时 电源E给线圈供电 L中有电流通过 在开关S突然断开时 L中将产生感生电动势eL 电动势eL和电源E叠加作用在开关S的端子上 会使端子产生火花放电 影响设备的正常工作 接入二极管后 eL通过二极管放电 使端子两端的电压不会很高 从而保护了开关S L和R是线圈的电感和电阻 工作原理 4 保护元器件 返回 1 判别方法 识别法 通过二极管管壳上的
10、符号 标志来识别 检测法 用万用表的欧姆档 量程为R 100 或R 1k 档测量其正反向电阻 a 正向特性b 反向特性图1 15二极管的测试 四 半导体二极管的性能和极性的判别 返回 2 二极管的材料辨别 一般硅材料二极管的正向电阻为几千欧 而锗材料二极管的正向阻值为几百欧 3 二极管的质量好坏辨别 看它有无单向导电性能 正向电阻越小 反向电阻越大的二极管的质量越好 如果一个二极管正 反向电阻相差不大 则必为劣质管 如果正 反向电阻值是无穷大或都是零 则二极管内部已断路或已被击穿短路 返回 第三节晶体管 晶体管的基本结构和类型晶体管的电流分配和放大原理晶体管的特性曲线晶体管的主要参数晶体管选择
11、注意事项晶体管的测试法 返回 一 晶体管的基本结构和类型 基区 集电区 发射区 基极 集电极 发射极 集电结 发射结 NPN型 VT 返回 PNP型 特点 发射区参杂浓度很大 基区薄且浓度低 集电结体积大 VT 返回 二 晶体管的电流分配和放大原理 放大条件 内部特点决定发射区产生大量载流子 基区传送载流子 集电区收集载流子 外部条件发射结正偏 集电结反偏 返回 RB RC EB EC N N P 发射区电子 发射结正偏利于发射区发射电子 基区 集电结反偏利于集电区收集电子 集电区 2 电流分配 返回 少子的移动 RB EB RC EC 基极电流很小的变化 将引起集电极电流一个很大的变化 直流
12、放大系数 交流放大系数 返回 1 输入特性曲线 三 晶体管特性曲线 IB f UBE UCE 常数 发射结 集电结正偏 两个二极管正向并联 集电结反偏 IB减小UCE 1IB变化很小 与UCE 1曲线重合 返回 O 2 输出特性曲线 饱和区 截止区 放大区 截止区IB 0 IC 0 UBE 0发射结反偏 集电结反偏 放大区IC IB发射结正偏 集电结反偏 饱和区UCE UBE 发射结 集电结正偏 返回 O 2 极间反向电流ICBO 发射极开路 基极与集电极间的反向饱和电流 受温度影响大 ICEO 基极开路 集电极与发射极间的穿透电流 四 晶体管主要参数 1 放大倍数 返回 3 极限参数 ICM
13、 集电极最大允许电流 超过时 值明显降低 U BR CBO 发射极开路时C B极间反向击穿电压 PCM 集电极最大允许功率损耗 PC iC uCE U BR CEO 基极开路时C E极间反向击穿电压 U BR EBO 集电极极开路时E B极间反向击穿电压 返回 1 根据电路工作要求选择PCM ICM U BR CEO 应保证 PC PCmICM CmU BR CEO VCC 2 在温度变化较大的场合 尽可能选用硅管 在信号小和电源电压低 1 5V 的情况下 尽可能选用锗管 五 晶体管选择注意事项 3 一般三极管的 值在50 200之间为好 穿透电流尽可能小些 4 根据电路信号频率选择低频管或高
14、频管 5 根据电路负载大小选择晶体管功率 使用大功率管时 注意散热条件 返回 1 判别晶体管的管型及管脚 2 根据晶体管的外形特点判别三个管脚 常见典型晶体管的引脚排列如图1 22所示 1 根据晶体管外壳上的型号及晶体管的外形特点判别 1 根据晶体管外壳上的型号判别 例如 型号为3AG11C的晶体管 为锗材料PNP型高频小功率晶体管 六 晶体管的测试 返回 图1 22典型晶体管的引脚排列图 返回 2 用万用表判别晶体管的引脚及管型 1 基极的判别 设晶体管的一管脚为基极 将万用表的R 100或R 1k档 测量它对另外两管脚的电阻 其阻值应基本相等 若不相等 应重新选定基极 重复上述测试过程 直
15、到测得阻值基本相等为止 此时选定的管脚即为基极 若晶体管的三个管脚都不能判断为基极 说明此晶体管已损坏 操作方法 2 类型判别 判别出基极后 用黑表笔接基极 红表笔接另外任一管脚 若阻值较大 为PNP型 若阻值较小 为NPN型 返回 假设未确定的两电极中的一极为集电极 另一极为发射极 用手指捏住基极 另一手指瞬间搭接所假设的集电极 注意不要使两电极短路 按下图搭接表笔 记下阻值 再对调两个表笔 重复上述测试过程 比较两次测量结果 阻值小的情况为正确的假设 也可用100k电阻搭接在基极与集电极间 观测阻值判断 3 集电极和发射极的判别 注意哟 锗管不用此方法判别 锗管的电极辨别 在基极悬空的情况
16、下测量集电极与发射极间的电阻值 电阻值小的一次 黑表笔接的为发射极 红表笔为集电极 返回 例1 由晶体管各管脚电位判定晶体管属性 1 A 1VB 0 3VC 3V 2 A 0 2VB 0VC 3V 如何区分硅管和锗管如何区分NPN PNP管如何区分三个极 A UBE 0 2V 锗管 UBE 0 7V 硅管 B 步骤 1 区分硅管 锗管 并确定C极 以相近两个电极的电压差为依据 UBE硅 0 7V UBE锗 0 2V 0 3V 2 区分NPN PNP管 NPN VC最高 PNP VC最低 3 区分三极 NPN VC VB VEPNP VC UB VE 解 1 硅管 NPN管A 基极 B 发射极
17、C 集电极 2 锗管 PNP管A 基极 B 发射极 C 集电极 返回 例2 已知晶体管三个电极的对地电压 试判断它们其管型 材料 并确定三个电极 UBE 0 3V 锗管 UBE 0 7V 硅管 1 硅管 NPN管 集电极 发射极 基极 返回 发射极 基极 集电极 3 硅管 PNP管 VT 0V 0 3V 5V 基极 发射极 集电极 2 锗管 NPN管 返回 返回 1 在本征半导体中加入元素可形成N型半导体 加入元素可形成P型半导体 A 五价B 六价C 三价D 四价 2 PN结最重要的特性是 它是一切半导体器件的基础 3 PN结加正向电压时 空间电荷区将 A 变窄B 基本不变C 变 4 稳压二极管是利用二极管的 特性工作的 A C A 单向导电性 反向击穿 5 半导体有两种载流子和 返回 6 N型半导体的少子是 P型半导体多子是 8 三极管有三个工作区域 分别是工作在放大区时需满足的条件是 9 Vc VB VE的是型管 Vc VB VE是型管A PNPB NPNC 其他 自由电子 空穴 7 PN结的单向导电性的含义是 正偏导通 反偏截止 空穴 B A 截止区 放大区和饱和区 集电结反偏 发射结正偏
