1、1,第1章 常用半导体器件,1.1 半导体的基本知识,1.2 半导体二极管,1.3 晶体三极管,1.4 场效应管,1.5 单结晶体管和晶闸管,1.6 集成电路,预习,上网查询IN4007的英文资料，翻译前两页，了解二极管的基本特性和参数。,3,1.2 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，即可构成一个二极管。 根据其用途不同，可以分为：。,检波管,开关管,稳压管,整流管,发光管,二极管简介,4,a. 二极管的结构,点接触型：1.结面积小，不能通过较大的电流2.结电容校小，工作频率高适用于高频检波、脉冲电路及计算机中的开关元件。,外壳,触丝,N型锗片,正极引线,
2、负极引线,1.2 半导体二极管,5,a. 二极管的结构,面接触型：1.结面积大，能够通过较大的电流2. 结电容也大，工作频率低适用于低频整流器件。,负极引线,底座,金锑合金,PN结,铝合金小球,正极引线,1.2 半导体二极管,6,常用二极管的符号,普通二极管检波管整流管,稳压二极管,1.2 半导体二极管,7,b. 二极管的伏安特性,外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，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，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之
3、为死区。,外加反向电压超过反向击穿电压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。,1.2 半导体二极管,UBR,8,正向导通区的讨论,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，电流迅速增大，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。,硅二极管的正向导通电压约为0.7V， 锗二极管的正向导通电压约为0.3V。,1.2 半导体二极管,9,反向截止区的讨论,在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。,反向电流有两个特点： 1.随温
4、度的上升增长很快， 2.在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。 所以通常称它为反向饱和电流。,1.2 半导体二极管,10,反向击穿区的讨论,在二极管两端加反向电压超过反向击穿电压时，反向电流突然变大，发生击穿。,1.2 半导体二极管,两种不同反向击穿：齐纳击穿：掺杂浓度高，击穿电压低；雪崩击穿：掺杂浓度低，击穿电压高。,11,c. 二极管的主要参数,（1）最大整流电流IF (IDM)：由PN结的结面积和外界散热条件决定。,（2）最高反向工作电压UR：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。,（3）反向电流IR：指二极管未击穿时的
5、反向电流。 随温度的变化而变化较大，可以用作温度传感器。,（4）最大工作频率fM：此值由PN结的结电容大小决定。,1.2 半导体二极管,12,d. 二极管的等效电路（由伏安特性折线化得到的等效电路）,1.2 半导体二极管,13,二极管正向电流估算方法,UR,I,UD,14,例1.估算图中开关断开和闭合时的输出电压,1. 开关断开时，二极管正向导通,2. 开关闭合时，二极管反向截止,15,d. 二极管的等效电路（微变等效电路）,1.2 半导体二极管,UD,iD,16,3.半导体二极管工作在击穿区，是否一定被损坏？为什么？,1何谓死区电压？硅管和锗管死区电压的典型值各为多少？为何会出现死区电压？,
6、2.把一个1.5V的干电池直接正向联接到二极管的两端，会出现什么问题？,4.二极管的伏安特性曲线上分为几个区？能否说明二极管工作在各个区时的电压、电流情况？,作业3,17,整流二极管的应用（详见第10章）,将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。利用二极管的单向导电性能就可获得各种形式的整流电路。,半波整流电路,全波整流电路,桥式整流电路,1.3 常用二极管之一:整流二极管,18,用指针万用表测量整流二极管的方法,正向导通电阻很小。指针偏转大。,反向阻断时电阻很大，指针基本不动。,选择万用表R1k 的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电
7、性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。,19,稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性。,稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。,正向特性与普通二极管相似,反向,IZ,实物,符号,显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。,1.3 常用二极管之二:稳压二极管,20,二极管的反向击穿特性：当外加反向电压超过击穿电压时，通过二极管的电流会急剧增加。 击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过热而烧坏。如稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmin的范围内。 在
8、反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就是利用这一点达到“稳压”效果的。 稳压管正常工作是在反向击穿区。,21,使用稳压二极管时应该注意的事项,(1)判别稳压二极管的正负极，稳压二极管使用时，应反向接入电路,(2)稳压管应接入合适的限流电阻,(4)电源电压应高于稳压二极管的稳压值,(3)负载与稳压管并联,如何估算稳压管的限流电阻？,请按上述原则设计一个稳压电路，已知：稳压管的稳定电压Uz=6V；最小稳定电流Izmin=5mA;最大稳定电流Izmax=25mA;负载电阻RL=600欧姆；求限流电阻的取值范围,22,23,发光二极管是一种能把电能直接
9、转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。,实物图,图符号和文字符号,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的发光元件等。发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。,发光管正常工作时应正向偏置，因发光管属于功率型器件，因此死区电压较普通二极管高，其正偏工作电压至少要在1.3V以上。,发光管常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。,1.3 常用二极管之三:发光二极管,24,用万用表测量发光二极管的方法,反向阻断时电阻很大，发光管不亮。,正向导通电阻很小。发光管亮。,思考作
10、业:1.如何用数字表测量发光二极管?2.如何测量八段LED数码显示管?,如何计算发光二极管的限流电阻？,课堂练习：已知电源电压为5V，发光二极管的正向导通电压为1.5V，正向电流为5mA就可以发光，最大不能超过20mA,请计算电阻的取值范围；确定一个能买到的电阻，计算该电路的效率。,25,如何设计高亮LED驱动电路？,课堂练习：已知电源电压为12V，高亮LED的正向导通电压为3.3V，正常发光的电流为30mA,请设计LED的驱动电路，并计算参数；计算该电路的效率。,26,27,光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管PN结的结面积较小、结
11、深很浅，一般小于一个微米。,光电二极管的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，携带能量的光子进入PN结，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，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。,光电二极管也称光敏二极管，同样具有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线的“窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。,实物图,图符号和文字符号,1.3 常用二极管之四: 光电二极管,28,1.利用稳压管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？,3.在右图所示电路中，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R的取值范围又是多少？,现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问： (1)按不同的方式串联相接（画图），有几种稳压值？各为多少？ (2)按不同的方式串联相接（画图），有几种稳压值？各为多少？,作业4,
