精品课件-电子技术基础-第1章

有U A U B ，显然二极管反偏截止。
2.整流电路
例 1.5.3二极管的电路如图1-16所示，已知 为正弦波，利用二 极管的理想模型，定性的画出 的波形。
解：忽略二极管的正向导通压降，由于 us 为正弦波，当 us 为正半周时，二极管正向导通， 由理想模型可知 uo = us 。
当 us 为负半周时，二极管反向截止。 uo 0 。 uo 输出波形如图 1-16（b）所示。
（1）稳定电压：U Z 是指定电流下得到的额定电压值。由于半导体生产的离散型，手册
中给出的是电压范围值。
（2）稳定电流 I Z ： I Z 是指工作电压为U Z 时的稳定工作电流。 （3）最小工作电流 I Z min ： I Z min 稳压管工作在稳压状态下的最小工作电流。反向电流 小于 I Z min 时，稳压管进入反向截止状态，稳压特性消失。 （4）最大工作电流 I Z max： I Z max稳压管工作在稳压状态下的最大工作电流。反向电流 大于 I Z max时，可能电流过大，稳压管热击穿被烧毁。
103 ~ 109 Ω cm
在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体， 如硅（Si）、锗（Ge）等：化合物半导体，如砷化镓（GaAs） 等。
1.1.1本征半导体
本征半导体是纯净的不含杂质的，结构完整的半导 体晶体。
本征激发
本征半导体中存在着两种 运载电荷的粒子，即载流子。带 负电荷的自由电子和带正电荷的 空穴。
1.1半导体材料
根据导电性能的不同，自然界中的许多不同物质大体可以分 为导体、绝缘体和半导体三大类。
❖ 电阻率小于
的物质称为导体，例金属材料。
❖ 电阻率大于 104 Ω cm 的物质称为绝缘体，例如塑料、橡胶、
陶瓷等材料。
❖ 导电能力介于导体和绝缘体之间的，电阻率
在
范围的物质称为1半01导0 Ω体 c。m
用函数表示为
iC f (uCE) iB 常数
(1) 放大区。此时三极管发射结正偏，集电结反偏。由图 1-36（b）可知，在放大区
内，各条输出特性曲线近似为水平线，表示当 iB 一定时，iC 的值基本上不随 uCE 而变化。但 是当基极电流有一个微小的变化量 iB 时，相应的集电极将产生一个较大的变化量 iC ，即
2.光电二极管
1.7双极型三极管（BJT）
双极型三极管（BJT）也叫晶体三极管，简称三极管， 由于导电载流子含有自由电子和空穴因此得名。它是通过一定工 艺，将两个PN结结合在一起的器件。
按使用的半导体材料分，有硅管和锗管；
按照功率分，有大、中、小功率管；
按工作频率分，有低频功率管和高频功率管；
按结构分；NPN管和PNP 管
2）在理想模型时，当 ui 大于U REF 时，二极管导通，uo U REF 4 V ，当 ui 小于U REF 时，二极管截止。 uo ui 。（如图 1-18b ）。
恒压降模型时，当 ui 大于UREF 时，二极管导通，uo 4.7V ；当 ui 小于UREF 时，二极 管截止。 uo ui 。（如图 1-18b ）。
1.7.1 BJT的结构及符号
1.7.2三极管的电流分配与放大作用
三极管的结构特点是三极管具有电流放大的内部条 件（即制造时使基区很薄且杂质浓度远低于发射区等）。
三极管放大时必须的外部条件：半导体三极管在工 作时一定要加上适当的直流偏置电压（即发射结正向偏置、 集电结反向偏置）。
三极管有三个电极，在放大电路中可有三种联接方式，共基极、共射极和共集电极，即分别 把基极、发射极、集电极作为输入和输出端口的公共端
常见的有齐纳击穿和雪崩击穿。
1.4半导体二极来自百度文库 1.4.1二极管的结构与类型
1.4.2二极管的伏安特性
1.4.3二极管的主要参数
1.最大整流电流 2.最高反向工作电压 3.反向击穿电压 4.反向电流 5.最高工作频率
1.4.4半导体二极管使用注意事项
1.半导体二极管在电路应用中要注意极性连接。
1.7.3半导体三极管的特性曲线
1．共射极输入特性曲线
输入特性曲线是指当集电极与发射极之间的电压 uCE 为定值时，输入回路中的三极管基 极电流 iB 与发射结端电压 uB E 的关系曲线，用函数关系式表示为： iB f (uBE) uCE 常数
2.共射极输出特性曲线
共射极输出特性是在基极电流 iB 不变时，输出的集电极电流 iC 与电压 uCE 之间的关系。
（5）动态电阻 rZ
： rZ
稳压管电压的变化量与相应电流变化量的比值，即 r z
U Z IZ
。
（6）电压温度系数 CTU
表 1.6.1 几种常见稳压管的主要参数
型号
2CW52 2CW57 2DW230
稳 定 电 压 稳 定 电 流 最大稳定电 最大功 率 动 态 电 阻 温度系数
U Z /V
I Z /mA
例 1.5.7 二极管电路如图 1-20 所示，输入电压 ui 是任意变化规律，由电容 C 上输出电 压 uo ，试描述输出电压 uo 波形。
1.6特殊二极管 除了前面介绍了普通二极管，还有一些特殊二极
管，如稳压二极管，光电子器件（包括发光二极管、光电 二极管、激光二极管等）
1.6.1稳压二极管
2 稳压二极管主要参数
500 ，即 R
值可在
250～500
之间
选取。
1.6.2变容二极管
1.6.3双向二极管
1.6.4肖特基二极管
1.6.5光电子器件
光电子器件对于现代化的光电子系统应用是越来越广
泛，光电子系统具有抗干扰能力强，传输损耗小，性能稳定的
优点。发光二极管和光电二极管就属于光电子器件。下面分别
对两种器件简单介绍。 1.发光二极管
此电路称为半波整流电路。
例1.5.4如图1-17所示二极管电路，利用二极管的理想模型， 定性的画出 的波形。
3.限幅电路 在电子电路中，为了降低信号的幅度，满足电路工
作的需要，或者为了保护某些器件不受大的信号电压作用而 损坏，可以利用二极管限制信号的幅度。
例 1.5.5 如图 1-18 所示二极管电路，，R＝1kΩ，UREF =4V，输入信号为 ui 。二极管为
硅管，分别用理想模型和恒压降模型求解。（1）ui =0V、3V、6V 时，求相应输出电压 uo 的
值。（2）当 ui 7sint V ，画出相应的输出电压 uo 波形。
例 1.5.5 如图 1-18 所示二极管电路，，R＝1kΩ，UREF =4V，输入信号为 ui 。二极管为 硅管，分别用理想模型和恒压降模型求解。（1）ui =0V、3V、6V 时，求相应输出电压 uo 的
值。（2）当 ui 7 sin t V ，画出相应的输出电压 uo 波形。
解：（1）理想模型时
ui 0 V 时，二极管截止， uo 0V 。 ui 3V 时，二极管截止， uo 0V 。 ui 6 V 时，二极管导通， uo U REF 4 V 。
恒压降模型时
ui 0 V 时，二极管截止， uo 0 V 。 ui 3V 时，二极管截止， uo 0 V 。 ui 6 V 时，二极管导通， uo U REF 0.7
解：当 ui ＞ U Z ，稳压管击穿，输出电压 uo 恒定；当 ui ＜ U Z 时，稳压管截止，输出
电压 uo = ui 。波形如图 1-23b 所示。
Rm in
Um UZ I Z max
10 5 20 103
250
一般 R 的最大取值为 Rmax
Um UZ I Z min
10 5 10 103
但前提是已知二极管的V-I特性曲线。
例 1.5.1二极管电路如图1-12a所示，设二极管的V-I特性 如图b所示。已知电源 和电阻 ，求二极管的电压 和二极管 电流 。
由公式可在图 b 的坐标系中画出斜率为- 1 R 的直线，称为负载线。与二极管 V-I 特性曲线的 交点 Q 的坐标值（U D ， I D ）就是所求，其中 Q 称为电路的工作点。
1.5.2二极管的简化模型 1．理想模型
2．恒压降模型
1.5.3半导体二极管的应用 1.判断二极管的工作状态
例1.5.2二极管的电路如图1-15所示，判断二极管是导通还 是截止？
将二极管断开，以 “地”为参考点，这时有
20 U A 130 20 15 2V
2
5
U B 18 2 10 25 5 15 3.5V
1.2 PN结的形成及特性 载流子在内电场的作用下的定向运动称为漂移。 载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散。 1.2.1 PN结的形成
1.2.2 PN结的单向导电性 1．外加正向电压
2.外加反向电压
1.3 PN结的反向击穿
PN结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN结的电流很小，但反向电压增大到一定数值时，反向电流 急剧增加，这个现象称为PN结反向击穿。
4钳位电路
例 1.5.6 二极管开关电路如图 1-19，利用二极管的理想模型求解：当 uA ， uB 电压取值 分别为 0V，5V 的不同组合时，输出电压 uo 的值。
uA
uB
二极管工作状态
uo
D1
D2
0V
0V
导通
导通
0V
0V
5V
导通
截止
0V
5V
0V
截止
导通
0V
5V
5V
截止
截止
5V
5峰值采样电路
iC iB 。
放大区体现了三极管基极电流对集电极电流的控制作用，说明三极管是一种具有电流 放大能力的电流控制器件。
（2）截止区。此时发射结反偏，集电结反偏。将 iB 0 以下区域称为截止区，有 iC 0 ，
由于管子的集电极电流接近于零，因此称三极管处于截止状态。
（3）饱和区。此时发射结正偏，集电结正偏。将 uCE uBE 时的区域称为饱和区。三极 管失去了基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用。这时 iC 由外电路决定，而与 iB 无关。将 此时所对用的 uCE 值称为饱和压降，用U CES 表示。一般情况下，小功率管的U CES 小于 0.4V （硅管约为 0.3V，锗管约为 0.1V），大功率管的U CES 为 1~3V 。在理想条件下，U CES 0 。
电子技术基础
第一章 半导体器件
❖ 1.1半导体材料 ❖ 1.2 PN结的形成及特性 ❖ 1.3 PN结的反向击穿 ❖ 1.4半导体二极管 ❖ 1.5半导体二极管的分析方法及应用
第一章 半导体材料
❖ 1.6特殊二极管 ❖ 1.7双极型三极管（BJT） ❖ 1.8单极型三极管场效应管（FET） ❖ 1.9常用新型半导体器件
流 I ZM /mA
pZM /W
rZ /
CTU /×10 4 ℃
3.2～4.5 10
55
8.5～9.5 5
26
5.8～6.6 10
30
0.25 0.25 ＜0.20
＜70 ＜20 ＜20
-8 8 -0.5～0.5
例 1.6.1 电路如图 1-23a，已知 ui 10sint ，双向稳压管 DZ 的稳定电压U z 5V ， 稳定电流 I Z 10mA ，最大稳定电流 I Z max 20mA，试画出输出电压 uo 的波形，并求限 流电阻 R 的最小值。
在输出特性曲线较平坦，各曲线间距相等的条件下，可以认为 。
2、极限参数
（1）集电极最大允许电流 （2）集电极最大允许耗散功耗
1.1.2杂质半导体
1.N（电子）型半导体 在硅（或锗）的晶体内掺入少量五价元素杂质，如磷、
砷、锑等。
N型半导体自由电子称为 多数载流子（简称多子），而空 穴为少数载流子（简称少子）。
2、P（空穴）型半导体 在硅（或锗）中掺入硼、铝等3价元素
P型半导体空穴为多数载流子（多 子），而自由电子是少数载流子（少子）。
2.避免靠近发热元件，保证散热良好。工作在高频或脉 冲电路的二极管引线要尽量短，不能用长引线或把引线弯成 圈来达到散热目的。
3.注意二极管的参数，不允许超过最大值。
4.不允许不同材料的二极管互相替换。硅管和锗管不能 互相代替。
1.5半导体二极管的分析方法及应用 1.5.1二极管的分析方法
二极管是一种非线性器件，因此其电路的分析一 般要采取非线性电路的分析方法，一般比较复杂。多采用 图解法。
1.7.4 三极管的主要参数
（1） 共射极直流电流放大系数
1、电流放大系数
（1） 共射极交流电流放大系数
在输入特性曲线近于平行等距且 I CBO 不大的情况下， 和 的数值较为接近。在工程上， 为了方便，一般都认为 ，以后不再区分。
（1） 共基极直流电流放大系数
共基极交流电流放大系数