电工学第8章SHWord

　　电子技术第8章 导半体件器.81半 体的导基础知识 82 .导体半极管 二83.特 二极殊 管.8 双极型晶体4( 极)三管8 . 其5它件介绍器对于

　　器元，件点放重特性在参数、技、术标指 正确使和用方法不要，分过追其究内部理。讨论机 器件的目的在应于用。学会用程工观点析分问题，是根就据实际况情 对，件器数学的型和模路电工的作件进行条理合近的似，以 便用简的便析方法分获具得实有意际义的 结。 果对路电行进分析算计，只要能时满足术技指，标就 要不分过追究确的数精。值器件是 线非性、的特性分有性散RC、 的值有 误差、程工允上一许定的差误采用合、理算的估法方。

　　8.

　　1导半的体基础识知半导的体电特性： 热敏性导当：境环度升温时高，导能力电著显增强 可(成做度敏温感元件，热敏如阻电)。光 敏：性受当光照时到导，能电明力变显化 可(做 成种光各敏元，件如敏光电、阻敏光二 极、光敏三极管等)。管 杂性：往掺净的纯半导中掺体某些入质，杂导电 能力显明改(可做成各变不同用途种半导 体的器件，如极管、二三管极晶和闸等管)。

　　(

　　(2 P) N结反向加电压反(向置偏 )接P、N负接正N P变结- - - -宽- -- - - - -- - - -- -- + + + + +++ ++ + + + ++ ++ +

　　P+R

　　内电I场 电外场N

　　–+

　　内场被电加强，少子 漂 移加强的由于， 子数量很少少， 形成很的小 向反流电。

　　NP 结加向反压时电，NP结变，宽向电流较反， 小反向电阻较，大NP处于截止状态结 温度。越高少的子数目多，反向电流将越随度增加。

　　温8

　　. 2导体半极管二极管二结的示构意图属金丝触 极阳线引N 型片锗阴 引线极 N型硅P 型 硅阳引线极 二化氧硅护层保( a )点接 触型合铝金球小N 型硅壳外阴极引线阳极引线PN结 金锑合 金 座底(c 平面型)阳极P

　　D极阴N极阴线引

　　b( )面触型

　　接 d ) 符号(

　　半导二极体管图片

　　半体导二极图管片半导

　　二极体图片

　　管半

　　体二极导管片图

　　(二) 伏特安特性点：线非性反向击穿 压U电

　　(B)RI

　　正特向性

　　P+

　　–N

　　硅.0~068. V导通压降锗 .200.~V 3U

　　反向0电流在 一电定 范围压内持 保数常。

　　P–

　　+N硅管05V. ,死电压区锗 0.管V1 。加电外压大于死 区电二极压才管导能通

　　反向特。性外加电大压反向于 击电压穿极二管被穿，击 去单失导电性向。

　　于由反正特性向线在导曲通击或后穿都很陡，可认为 是竖直，的正导向通电后压Si管若0.6为-07.VGe;管 0为2-0..V3反，向击穿由管后子参的决定。数 是于近可和似想化，有相应理曲线的。近 似性I

　　理想特特性I

　　U002-0.3V. 0.6-或.07V

　　0U

　　三) (主参数要. 1额定正向平电均 流F I极二长期管使用，时许允流二极过的最大管正向 平均流。电过超时PN使结热而损坏过 2。. 正电压降向F 指U通过极管二电的流为I时，二F管两端的极电。 3压 .高反最工作电压向R U保指证二管极不被击穿所许允施的加最高向反 电，压般一规定为反向击穿压电的12或//31。 .4 大反向电最流Rm I指极二加上管RU的反时向电，该流流大电说 管明子的单导向电性差，IRM受度的影温，温响度高越反向电流越大 硅。的反向电流管较小锗管的反， 电流较大向为，硅管几的到十几百倍。

　　二极

　　管的向导电单性.1 二管极加正电压(向正向偏，阳置接正极阴 、接极 )时， 负极二处于管正向导状态通，二管正 向极电阻小较正向，流电大较。导通电压07.或.3V0 。. 二极2管反加向电(压向反偏置，极阳接、负阴极 正 接时，)二 极管处于反截止状向态二，极反管向 阻较电，反向电大很小流。 3.外加电压 大于向击反电压穿二管极被击穿失 去单，导向电。性4 .二管的反极向电流受温度影响的温，愈高度 反向电流大愈。

　　二极管电分路举例 析导 截止通 若二管极理是的想，正导向通正向管压时降为零， 向反截时止二极管当相于断开。硅0. 60~7.V否 ，则极二管 是理想的非正向管，压 降锗.2~003.V定分性析判：断二极的工作管状 态析分方：法将二极管假断开想分析二极，两端电管 的高低或位加所电U压的正负D。 若 阳V V阴或 UD正( 为正偏置 )向，二极导管通 若V 阳V 阴或 UD负为( 反向置 偏),二极截止管

　　1:例DAUA

　　+6V R电路如图,DAD、B为管硅 ，1.U=UBA3V;2.UA==V,3UB=0

　　3V.V +6V 6V 6U B:先解开断极二管分，析二管极极阳和阴极的电位。1.D A、DB承受同样都的电正压， B D同导时通硅，管正向压电为降0.6,则V UFU=A+06=3.+.063.6V。=2. 于由UB UA,加则在BD的正上电压高向于DA上的正向 电，压以D所抢先导通，B因此UFU=B0.+6=0+06V.,且D 导B通后使D承A受压反截而，隔断了UA止UF的对响影，使 U被钳制F在.6V,这时0DB起钳作用，位D起A离隔用。作在这里，+ V电6源U对F影无

　　响，其电压余耗 在消电阻上。RF U:求 U F+.6V

　　例 20: ui+– R D+ + u o––

　　V8知已ui: 18s in V 二极管t是理的想试， 出 u画 波o形 二极。管的途用 ：流、整波检 、幅限、钳位开、 、元件关保、 温度护补偿。

　　u等 i1V 88V参考点 t

　　二极阴管电极为位8 V ui 8V,二管极通导可看作短路， o = uV u8 i 8,二极管V截止，看作可开路 uo =iu

　　2有电.容波的滤流整电电路路结构 + – 工u波作 u形2

　　U~ ++ U=U OC R OLuC o –2U O

　　Ut

　　工R原理 t作 0uUC,时极管导二，通电在给源负载LR电的 供时也同给容电电，充 CU增加，U R =U C u。0 UC时，极管二截，止电通过负容R载L放电 ， C按指u规律下降，数UR=UC 二。极管受承最高反的电压为向U D R M 22 U

　　电容。滤波电的路特点 输电出的压脉程度和平均值U动o与都放电间 时常RL数有关C R。CL越大 电容 器放电慢越 输出 电的平均值Uo压 大，波越形平滑越 。了为到得较平直比输的出压电T一 取般 RLCτ 3 ( )52

　　( —T 源电压的电期周

　　)近估算(似有时)取： 载Uo =.12 U当载RL负 路时开，U 2OU

　　3.电有感滤波的整电路流电结路

　　L构工作波 形uU

　　2~

　　+u– 工作原理+ LR– UR

　　OtU

　　Ruo2U

　　O

　　整t流后电分流为流直交流和种分两，由于量L的 通直阻作交用，交分量流被挡阻，有只直流分量通过负载R ,实现了L滤波。

　　. 4电电容滤波感 器+ u ~–L+ + CRL o u–当流过电感的电流生发变化时线圈，中生自产感 电势阻电流的变碍化,使载负流电电压和脉动的减。 小直流分对量 :XL=0,L 相当短于,路电压大部分 在降L上R。谐对分量波:f 越高,L越X大电压,大部分 降在L上。此,在因负载上得到较平滑比的流电压直 L。C波滤合适于电流大较、求输出电要脉压动小 的场较，合于高用频更时合适为。

　　5 . 形波滤 器 形L 滤C器 滤波波效比果L 滤波C更器，但 ~好 极二管冲击电 流较的大。 形 C R波滤器 比形 L C 滤波器的积体 小、成本。低

　　+Lu –

　　+

　　1C CR

　　2RL+

　　u+o –

　　~ +u –

　　+C C2

　　+

　　RL1

　　uo +–

　　R愈 ，C2愈大(容大小),抗流成分交越多落降 在R,滤波效果上好愈但。 R将使大流直压降增， 加主要用适负载于流较电而又要求小输出压脉动电 很的小场合。

　　8.3一)稳(压极二管1. 符

　　特号殊二管极.2 安特性

　　伏I_

　　+U Z IZO 稳压管向击穿后，反 电变化很流，但大 其端两电变化压小，很 利用特此性稳，管压在 路电可起稳压中 作用。 压稳管正工作 时常加向电反压U

　　IZIZM U

　　Z使时用加要限电阻

　　流3.主要 参 (数)1 定电压UZ稳 压稳管常工作(正向反穿)击时子两管端电的压 (2。 电)压温度系数u 环 境温每变化1 度C起引稳值变化压百分数的。 UZ ( 3 )态动电阻r Z ZI

　　rZ愈，小线曲陡，愈压稳能性好。愈4( 稳)电定流IZ 最、稳大定电 I流MZ () 最5大许耗允散率 功ZPM= U ZIMZ4

　　.稳 电压+ 路 u–RIR 限流调压IO

　　作工原 理OU= UI- I R R UI=- (IR+IZ)O 电源电压或负载电流变化使UO变当化时 ZU IR R增加 O略增U使I Z 激 增 RI加 增 O U基不变本Iz ++ + C UI D RL ZU –O– 稳压电 路 UI

　　UO 降低时，稳压过程 与此相反。当工区作

　　(二)电二光极

　　管向电流反随光照强度增加的而上。 符号升I U 光二电管极照度增加

　　三)(发光二极管符号有正向电流流过时，出发一定长范围波的光，目前 发的光可管发以出红从到外见波段的光可，它 电特的与性般一极管二类，似正向压电较般一极二管 ，高电为流 ~ 几几mA。十8

　　.4

　　成稳集器压单片成集压稳器，具有积体,小可靠性高,用使 灵,活价低廉格优点等。最简单集成的稳器压只输入，有出和公共输引出端,故之为三端称集成稳器压。.1分类 三 端稳 压 器输出正压电7 XX8输 出定固电压输 出负电压79X XX X两位字数为输电出值压输可出调压电(1. 25 ~3 V 连续可调7

　　)2. 外

　　及引形脚能功

　　塑封料装2— 输出端 3 公—共端 1—入输 端CW7800列稳压系器外形

　　2— 出输端 —输3端入1 — 公 共 CW端790系0稳列器压外形

　　3.性 能点特(8070、9007系) 列输 出流超过 1.电5 A (散热器)

　　加不 需外要接件 内元有过部热保护 内有过部流保 护 整调管设有全工作安保护 输出电区压差容 为4 输%出压电额定有:值5 V6、V 、V9、21V、 1 5V 1、8、 V42V等 。

　　4.

　　集 稳压成器的应用 (1) 输为出定电压的固路电1+

　　CW805 7

　　32

　　+Ui_

　　Ci .1~1 F0CO1 FU _O用抵来输消端入接 较长线时的感效电， 应止防产自生振激。荡即 以改善波用形。为了瞬时增负减电流载时， 不致起输出电引 有压较的大波。动用来即改善负 的瞬态响应。载

　　()2时同出正输、负电的压路电1 4V21000F 033.F +CC7W851 3Ci 2+1V5C 1OF

　　2022VV4001 F0

　　C+Ci30.3 F31 CW9715CO

　　12

　　F– 5V1

　　4

　　.集成电集成电路:路将整个电路 各个元的做件在同个半导一体片上。基集成电路优的点工：作定、稳使方用便体、积、重小量轻、功 小。耗

　　成电集的路类分：模拟成集路电、数字成电集；路 、小中大、超大、模集规电路成；

　　集成电路内部结构特的：点1.电路元 制作件在个芯一上片元，参件数差偏 方向一，温致度一性均好。2 . 电阻元件由半硅体导成构，范围在几到十2千0 欧精，度低。高阻电阻值用极三管有源元代 替件或外。接 . 3几 十p F下以的电小容PN结的用结电构成容、大 容要电外。接. 二极管一般4三用极的发射结构成。管

　　8.

　　双5极型晶管体半导(三极体管)NPN型NP

　　(N一)基 本结构电集 C 极符号：C

　　发射极

　　E集极电

　　基

　　极B

　　PN型三N极

　　发射管 极PN E C P基 极 BNPP型三极C I管CPN型PI TC BIB

　　BB

　　I E TIEE

　　I

　　E三

　　极图管

　　结特点构集：区电 面：积大 最集电 结集电 C N P极N 区：基最， 薄杂掺度浓最低

　　极 B基射结

　　发 发E极射

　　射区：掺 发浓杂最高度

　　() 二作工态状工作态取决状两于个P结的N偏状置态。由于极三有两个管 结，个极三必，有然个极共一， 可用共发分射极、集电极和共共极三种基法接无论何。 接法，论何无类型管，子作原理工相同现以NP,N管， 射极接共为例法说。明 极三管工状态作放有、饱和大截及三止种状态。

　　1) 放(状大态1.三 管极放大的外部条 件发射结正偏集电结反、偏 电从位的角看：度 NN管P 发结射偏 正BVV E集电反偏 VC结VBP P管 NVBV ECVBVCB BR

　　NP N P NPE RC

　　发结正射偏 集电反偏结

　　BU

　　CUC

　　2 .电极电各流关系电及流放作大用 B(Im)A IEmA)( 论: 0结 .0

　　02 004 1.5. 1.0450. 6

　　I0Cm(A ).0001 0.070.001 .702

　　.203.263008 3.1.03.1

　　0.810 39. 4.5501三)电极流电系 I关 =EIB + I C)2 I C I ,B比成 例且，I C I 3) E IC I,B比成例把基 电流的极小变化微够能引集起极电电较流大变 化的性称为特体管晶电的放大流作用 。质实用一:个微电小的变流去化制一控较个电大流 的化变是，CCS器件C。

　　3.极管三内部流载子的运动规律区基穴 向发空区射的扩散 忽略。 可 BB IBR U EBI

　　ECI NC PN

　　从 基扩散区的 来子作电集电为结的少 子，移进 漂集电入而被结收集 ，成形CIUCC。进入P 区的电子 部少分与基 区的 空穴合，复形 成流电 B I,数 多扩散到 集结电。

　　射结发正偏 发，区射电不子 断向区基扩，散形成发 射极电IE。流

　　3 .极三内部管载子流运的动律规CEOII = EICI+B,U B增EE区载,子增流,者都三增。加 C B =I0时 ICI叫EO穿透C流，电三管极小。很C与II B 增的量比称为直流 之(态)电静放大流数倍BR

　　IC I CO EIC B I0 IB E当变改B使RBEU化变Δ为UBE时， 保持若CU不变，E有 I C IC 叫 三极的管流(动交)电态流放 倍数 大I B U IBCE

　　温度增时，加区E扩到散B区的载流速子度加快，合复 ，到少C的多，区增大。β

　　可见B的I小变微化可使I较大C变，化ΔI C与ΔIB的比值基本为 定，值此象现三叫极的电管流放作用，大 三管极一种是流放电器件大。放状态的特大征是 .aIC=βI Bb0.UCECC,UCE=UCC — RCUIC,C N RB B NP RC

　　I=CU(C C— UC)/ERC

　　. 如cI果B化使I变CIE变化≈,CE随U变化，之极三的管、E极C间相于当一个可电阻。变EE

　　BUCC

　　() 饱2状和态三管饱和的外部极条件发射、结集结都正电。偏开刚始于处放大态，当减少状BRU使E增B加 IB,加，I增C随之也加，增UEC减小， 近接0时 I,≈UCCC /RC已达最大，值增再B, IIC也增不加饱和为状。态时此ICU≈C /RC,C CE≈0U,相当于 开的闭合关B。 N C PN RC此时CV≈VE所以集电结偏正，实只际 U要EUCE就B经已饱，即和VCVE 。饱和状的态征特 是. IC≈aUC C/RCb .U EC≈0c. 三管的C、E极间相极当于路短

　　RB

　　UEBUCC

　　()3截 状止态三极管大放的外条件发射结、部集电都反偏结 。a.I=0B, C=I0C b UC.=UCC c.三极管的CE、极E间当相于路 实开际B为零I就已止，为保险截 起，见发结射反向偏。电子置电基本路分模和拟字数两电类路 ，模电拟中三极路工管在放作大状态 起，大作用；放数电字中，路三极管交替工作在饱 及截止两种和状态，起开 作用。例关题书见P223,用证 法，U反C不E可能负为(改错。N)

　　BRBEB E

　　PN

　　RC

　　CCU(

　　) 特三性线即管子各曲极电压电与电的流关曲线，是管子系内 部流载子运

　　动的部表外，反映了晶现管体性能的，是分 析放电路大的据。依什为要研究么特曲线：性 )1直地分观析管的工作子状态 2合)地理择选偏置电路的参数，计设能良性的好 路 电点重论应用最广讨泛的发共射极法的接特性曲线测

　　晶体管特性的实验量路

　　线C I+Am

　　IBA

　　RB+

　　V UC 输E出回路

　　– –+ VUBE 输入路 回–+ – BE

　　C

　　E发射共极路电

　　射极是发入回路、输出输回路公共端的

　　1 .输入特 特点:性线非 I性( A) B8 006 40I B f ( BE )U UCE 常数

　　CU 1E

　　V02O

　　正工作时常射发结压电 NPN:硅型管 BUE 0 6~..7V0P N型P管锗 UB E .2 ~0 0. V30.40.8UB(E)V

　　死区电压 ：管硅.5V,0 管0锗1.。V2.

　　输 特性I出CmA() 4

　　IC f U(EC) IB 常数

　　出特性曲线通输常三个分工区：作(1)放大区 00 1

　　32A1

　　O在放区有大 IC IB =,也 为线称区性具有， 80 A恒流特 。 性06 放大区A 在放大，区射结发处 04A 于正偏向、集电结处置 0 A2 反于向置，晶体偏管 IB=工 0 6 3 912 U(V) 作放大状态于。CE

　　2)(截区 I止B 0 以区下为域截止，有 区IC 0。 在截止区发结射于处向偏反，置集结处电反于 向置偏，体管晶工作截止于态。状 3(饱和)区 CI(m A)饱 4和 3 区 21 3O当UCE UEB时，体 晶8 A 0工管于饱作和态状 6。0 A在饱区和 IB I,,C 04A 射发结处于向正置偏，集电结也处于正 。 偏2 0AI =0 深B度和时， 6饱 91 U 2(V)硅 管CUES 03V, .C E锗管UCE S.10。V 截止

　　10区0A

　　四() 主要参数表示体管晶特性的数称据晶为体的管参数，晶 体管参数也的设计电路、选用是体管的依晶据。 1 电流.放大系数 ,当晶管体成共发射接极电路，时直电流放流大数系 ___IC I B注 ：意

　　交流流放大电数系

　　ΔIC ΔIB

　　和 的 含义同，但不特在曲线近于性平等行 距且IC并0E较小的情 下，两况数者值接近。常用晶体 管的 在值02 20~0之。间

　　例：在UEC= 6V时， Q在 1I点=B04A , I=1.5CmA;在 2Q I点=6B0 A, CI=2.mA3。I(mC )A 3 4 120 3 6 910 A0

　　在 Q 点，1B 有08 A 由1Q Q2和点得， 0 A 40 6 Δ ACI 0 A 2 2. 3 .15 0 Δ I4 B00.6 0 04. B=0I 12 U ()VQ

　　Q1

　　I2 I 1.5 3.5 0.074

　　CCE以在后计算中，的一作般似处理近 := 。

　　2集-.极基向反止电流截I BCO IBC O –AC

　　+BN P EN

　　ECICBO是由少数载流的 子移运漂所动成的形流， 电受温的度响影。大 度 温 CBI O3.集-射反向极截止电(流透电穿流I)EOC A–+ I =B0IC OEIC EO受温的影响大。度温度 IEC ,所O以C 也I应相增加三极管的。 温度性较特。

　　4. 集电极最差允许电大流 IM C集电电流 IC上升极会致三导管的极 的下值降，当

　　值下到正降值常的三之二时的集电分极电即 流 为IMC 。.5 集射极反-击向穿压U电B()RECO当集— 射之极的电压间CEU超 过定的一数时值， 极三就管被会穿。手击上给册出的值数是2 C、 基极5开时路的穿电压U击BR() CE。O6 . 集极最大电允耗许散耗PC功 MCP取M于三极决允许管的温升，消功耗过率大， 温过高升会坏三极管。烧 C PPM =CICU EC硅 管允结许温约1为05C ,锗约管为07 09 。C

　　由三个限极参可画数出极三的安管全作工区 CIIMCCIUC=PCEM安工作区全

　　OUB(R)EOCUCE

　　晶体

　　参数管温与度的系 1、温度每关增10 加C,IBCO增一大。硅倍管优于 管锗。2、温 每度高 升 C,U1EB减将小 –(2~.25mV),即晶体具管有负度系数。温、温3度升高每1 C, 增 加05.~%10%.。

　　第8章结

　　束