04第一章二三极管结构.docx
- 文档编号:5652331
- 上传时间:2022-12-30
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:353.41KB
04第一章二三极管结构.docx
《04第一章二三极管结构.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《04第一章二三极管结构.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
04第一章二三极管结构
理论课授课教案
课
程
名
称
电子电路基础
(第三版)
第一章常用半导体器件
第1节:
晶体二极管体
(一)
审批签字
授课时间
2013年月日
授课班级
2012级汽修1班
计划课时
2课时
实用课时
教学目的与要求
1、熟悉半导体基础知识。
2、掌握二极管的结构和符号。
教学重点与难点
掌握二极管的结构和特性
授课类型
理论课
教学方法
讲授法
教具
无
参考资料
《电子电路基础》第二版
复习提问
教学过程和内容
时间分配
第一章:
常用半导体器件
一.半导体基础知识
1.什么是半导体:
(1)导体:
具有良好导电性能的材料(铁、铜等金属)。
(2)绝缘体:
不具备导电性能的材料(橡胶、塑料、云母、陶瓷、绝缘油)。
(3)半导体:
导电性能介于导体和绝缘体之间的材料(硅、锗)。
(4)半导体导电的特点:
掺人杂质或受热就会导电。
(5)半导体管:
也叫晶体管由于硅和锗是晶体,所以把半导体管也叫晶体管。
2.半导体的特点:
①热敏性②光敏性③掺杂性在加热或光照加强时,半导体的阻值显著下降,导电能力增强类似于导体
二.半导体导电特性:
(1)物质的组成:
物质由分子组成,分子由原子组成。
(2)原子的组成:
原子核(带正电)电子(带负电)。
(3)硅和锗都是四价元素,外层有四个电子。
由于原子核的吸引力,电子都为束缚电子围绕原子核做圆周运动,当半导体在加热或光照加强时,温度越高,电子脱
离原子核的束缚而成为自由电子的便越多,电子脱离原子核的束缚会在原来的位
点名,课程介绍5分钟。
讲授新课
80分钟
教学过程和内容
时间分配
置留有一个空位,称此空位为空穴。
空穴(如图中位置1)出现以后,邻近的束缚电子(如图中位置2)会来填补这个空穴,而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位,另一个束缚电子(如图中位置3)又会填补这个新的空位,这样就形成束缚电子填补空穴的运动。
为了区别自由电子的运动,称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
(4)空穴运动:
束缚电子填补空穴的运动(空穴在运动)。
(5)电子运动:
束缚电子填补空穴的运动的相对运动(电子在运动)。
(6)载流子:
电子(带负电)空穴(带正电)都是电荷的携带着,统称为载流子。
结论:
(1)半导体中存在两种载流子,一种是带负电的自由电子,另一种是带正电的空穴,它们都可以运载电荷形成电流,即电子电流和空穴电流。
(2)本征半导体中,自由电子和空穴相伴产生,数目相同。
(3)温度升高,激发的电子空穴对数目增加,半导体的导电能力增强。
空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。
三.电子型(N型)半导体
1.在硅(或锗)半导体晶体中,掺入微量的五价元素,如磷(P)、砷(As)等,则构成N型半导体。
2.N型半导体中,电子为多数载流子(多子),空穴为少数载流子(少子)。
N型半导体主要靠电子导电,故称电子型半导体。
四.空穴型(P型)半导体
1.在硅(或锗)半导体晶体中,掺入微量的三价元素,如硼(B)、铟(In)等,则构成P型半导体。
2.P型半导体中,空穴为多数载流子(多子),自由电子为少数载流子(少子)。
P型半导体主要靠空穴导电,故称空穴型半导体。
五.晶体二极管的结构和特性
教学过程和内容
时间分配
1.PN结的形成:
将一块P型半导体和一块N型半导体紧密地结合在一起,在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层(多数载流子已经扩散到对方并复合掉了,红蓝墨水交融区),称此离子层为空间电荷区,这就是所谓的PN结,如图1.7所示。
在空间电荷区中,靠近N区的一边带正电荷,靠近P区的一边带负电荷,这样在空间电荷区内产生一个方向由正电荷指向负电荷的内电场,这个内电场产生的电场力将阻止电子和空穴的继续扩散,因此PN结又称空间电荷区、内电场、阻挡层。
2.二极管的结构和符号:
晶体二极管的基本如图1—1a所示。
采用参杂工艺,是硅或锗晶体的一边形成P型半导体区,另一边形成N型半导体区,两者结合在一起就在它们的交界面处形成PN结。
将PN结用外壳封装起来,并加上电极引线就构成了晶体二极管,简称二极管。
从P区引出的电极为正极,从N区引出的电极为负极。
通常在外壳上都印有标志以便区分正负电极。
小结、作业及课后回顾5分钟
小结
在杂质半导体中,多数载流子起主要导电作用。
作业
P24问答题1、2题
课后
教学
回顾
理论课授课教案
课
程
名
称
电子电路基础
(第三版)
第一章常用半导体器件
第1节:
晶体二极管体
(二)
审批签字
授课时间
2013年月日
授课班级
2012级汽修1班
计划课时
2课时
实用课时
教学目的与要求
1.掌握二极管的单向导电性
2.掌握二极管伏安特性曲线
教学重点与难点
掌握二极管伏安特性曲线
授课类型
理论课
教学方法
讲授法
教具
无
参考资料
《电子电路基础》第二版
复习提问
PN结是如何形成的?
教学过程和内容
时间分配
第一章:
常用半导体器件
二极管的文字符号为V(或VD)。
图形符号如前图1—1b所示,图中箭头指向为二极管正向电流的方向。
图1—2所示为常见二极管的外形。
图1—3所示为一种特殊的片状封装形式,它具有体积小、形状规整、便于自动化装配等优点,目前得到广泛应用。
点名,课程介绍5分钟。
讲授新课
80分钟
教学过程和内容
时间分配
3.二极管的单向导电性
如果在PN结两端加上不同极性的电压,PN结会呈现出不同的导电性能。
其单向导电性可通过图1—4的实验来说明。
按图1—4a连接实验电路,开关闭合后指示灯亮,说明此时二极管的电阻很小,很容易导电。
若将原二极管正负极对调后接入电路,如图1—4b所示,开关闭合后指示灯不亮,说明此时二极管的电阻很大,几乎不导电。
由实验可得出如下结论:
(1)PN结外加正向电压时二极管导通
PN结P端接高电位,N端接低电位,称PN结外加正向电压,又称PN结正向偏置,简称为正偏,二极管的这种状态称为正向导通状态,如下图所示。
(2)PN结外加反向电压二极管截止
PN结P端接低电位,N端接高电位,称PN结外加反向电压,又称PN结反向偏置,简称为反偏,二极管的这种状态称为反向截止状态,如下图所示。
教学过程和内容
时间分配
PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态,外加反向电压时处于截止状态。
4.二极管的伏安特性曲线
1).二极管的伏安特性
二极管两端的电压U及其流过二极管的电流I之间的关系曲线,称为二极管的伏安特性。
(1)正向特性
二极管外加正向电压时,电流和电压的关系称为二极管的正向特性。
如图一所示,当二极管所加正向电压比较小时(0
硅二极管的死区电压约为0.5V,锗二极管的死区电压约为0.1V。
图一
(2)反向特性
二极管外加反向电压时,电流和电压的关系称为二极管的反向特性。
由前图一可见,二极管外加反向电压时,反向电流很小(I≈-IS),而且在相当宽的反向电压范围内,反向电流几乎不变,因此,称此电流值为二极管的反向饱和电流。
(3)反向击穿特性
从前图一可见,当反向电压的值增大到UBR时,反向电压值稍有增大,反向电流会急剧增大,称此现象为反向击穿,UBR为反向击穿电压。
利用二极管的反向击穿特性,可以做成稳压二极管,但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。
2).二极管的温度特性
二极管是对温度非常敏感的器件。
实验表明,随温度升高,二极管的正向压降会减小,正向伏安特性左移,即二极管的正向压降具有负的温度系数(约为-2mV/℃);温度升高,反向饱和电流会增大,反向伏安特性下移,温度每升高10℃,反向电流大约增加一倍。
图1.14所示为温度对二极管伏安特性的影响。
小结、作业及课后回顾5分钟
小结
PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态,外加反向电压时处于截止状态。
作业
课后
教学
回顾
理论课授课教案
课
程
名
称
电子电路基础
(第三版)
第一章常用半导体器件
第1节:
晶体二极管体(三)
审批签字
授课时间
2013年月日
授课班级
2012级汽修1班
计划课时
2课时
实用课时
教学目的与要求
1、了解二极管的主要参数
2、熟悉二极管的简易测试
3、了解常用二极管
教学重点与难点
掌握稳压二极管的主要参数
授课类型
理论课
教学方法
讲授法
教具
无
参考资料
《电子电路基础》第二版
复习提问
二极管具有何特性?
教学过程和内容
时间分配
第一章:
常用半导体器件
六.二极管的主要参数
1.二极管的分类
(1)按所用材料不同,二极管可分为硅二极管和锗二极管两大类。
硅管受温度影响较小,工作较为稳定。
(2)按制造工艺不同,二极管可分为点接触型、面接触型和平面接触型三种,如下图所示:
点名,课程介绍5分钟。
讲授新课
80分钟
教学过程和内容
时间分配
点接触型二极管的特点是:
PN结面积小,结电容小,允许通过的电流小,常用于高频电路和小功率整流电路。
面接触型二极管的特点是:
PN结面积大,结电容大,允许通过的电流大,但只能在低频下工作,通常只用作整流管。
平面型二极管则有两种,结面积较小的可作为数字脉冲电路中的开关管,结面积大的可用于大功率整流电路。
(3)按用途分类,有整流、检波、开关、稳压、发光、光电、热敏、快恢复和变容二极管等。
2.二极管的主要参数
(1)最大整流电流IFM
最大整流电流IFM是指二极管长期连续工作时,允许通过二极管的最大正向电流的平均值。
(2)最高反向工作电压URM
最高反向工作是指二极管正常工作所允许外加的最高反向电压通常取二极管反向击穿电压的1/2~1/3。
(3)反向饱和电流IR
它是指管子没有击穿时的反向电流值。
其值愈小,说明二极管的单向导电性愈好。
(4)最高工作频率fM
它是指二极管工作的上限频率。
超过此值时由于结电容的作用,二极管将不能很好的体现单向导电性。
二极管结电容越大,则工作频率越低。
一般小电流二极管的fM高达几百兆赫,而大电流整流管的fM只有几千赫兹。
七.二极管的简易测试
1.二极管极性的判定
将红、黑表笔分别接二极管的两个电极,若测得的电阻值很小(几千欧以下),则黑表笔所接电极为二极管正极,红表笔所接电极为二极管的负极;若测得的阻值很大(几百千欧以上),则黑表笔所接电极为二极管负极,红表笔所接电极为二极管的正极,如下图所示。
教学过程和内容
时间分配
2.二极管好坏的判定
(1)若测得的反向电阻很大(几百千欧以上),正向电阻很小(几千欧以下),表明二极管性能良好。
(2)若测得的反向电阻和正向电阻都很小,表明二极管短路,已损坏。
(3)若测得的反向电阻和正向电阻都很大,表明二极管断路,已损坏。
八.特殊二极管
1.稳压二极管
稳压二极管又名齐纳二极管,简称稳压管,是一种用特殊工艺制作的面接触型硅半导体二极管,这种管子的杂质浓度比较大,容易发生击穿,其击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化,从而达到稳压的目的。
稳压管工作于反向击穿区。
(1)稳压管的伏安特性和符号
(2)稳压管的主要参数
①稳定电压UZ。
它是指当稳压管中的电流为规定值时,稳压管在电路中其两端产生的稳定电压值。
②稳定电流IZ。
它是指稳压管工作在稳压状态时,稳压管中流过的
教学过程和内容
时间分配
电流,有最小稳定电流IZmin和最大稳定电流IZmax之分。
③耗散功率PM。
它是指稳压管正常工作时,管子上允许的最大耗散功率。
(3)应用稳压管应注意的问题
①稳压管稳压时,一定要外加反向电压,保证管子工作在反向击穿区。
当外加的反向电压值大于或等于UZ时,才能起到稳压作用;若外加的电压值小于UZ,稳压二极管相当于普通的二极管使用。
②在稳压管稳压电路中,一定要配合限流电阻的使用,保证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。
2.发光二极管
发光二极管是一种光发射器件,英文缩写是LED。
此类管子通常由镓(Ga)、砷(As)、磷(P)等元素的化合物制成,管子正向导通,当导通电流足够大时,能把电能直接转换为光能,发出光来。
目前发光二极管的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种,所发光的颜色主要取决于制作管子的材料,例如用砷化镓发出红光,而用磷化镓则发出绿光。
其中白色发光二极管是新型产品,主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领域。
发光二极管应用非常广泛,常用作各种电子设备如仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示等,还可以做成七段数码显示器等。
发光二极管的另一个重要用途是将电信号转为光信号。
普通发光二极管的外形和符号如下图所示。
发光二极管的外形和符号
3.光电二极管
光电二极管又称为光敏二极管,它是一种光接受器件,其PN结工作在反偏状态,可以将光能转换为电能,实现光电转换。
下图所示为光电二极管的基本电路和符号。
教学过程和内容
时间分配
4.变容二极管
下图所示为变容二极管的符号。
此种管子是利用PN结的电容效应进行工作的,它工作在反向偏置状态,当外加的反偏电压变化时,其电容量也随着改变。
5.激光二极管
激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光活性的半导体,构成一个光谐振腔。
工作时接正向电压,可发射出激光。
激光二极管的应用非常广泛,在计算机的光盘驱动器,激光打印机中的打印头,激光唱机,激光影碟机中都有激光二极管。
小结、作业及课后回顾5分钟
小结
在稳压管稳压电路中,一定要配合限流电阻的使用,保证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。
作业
P24问答题5、6题、习题册
课后
教学
回顾
理论课授课教案
课
程
名
称
电子电路基础
(第三版)
第一章常用半导体器件
第2节:
晶体三极管体
(一)
审批签字
授课时间
2013年月日
授课班级
2012级汽修1班
计划课时
2课时
实用课时
教学目的与要求
了解三极管的结构与分类
教学重点与难点
熟悉三极管的工作电压
授课类型
理论课
教学方法
讲授法
教具
无
参考资料
《电子电路基础》第二版
复习提问
二极管的好坏如何判定?
教学过程和内容
时间分配
第一章:
常用半导体器件
一.晶体三极管的结构与分类
1.结构
半导体三极管又称晶体三极管(下称三极管),一般简称晶体管,或双极型晶体管。
它是通过一定的制作工艺,将两个PN结结合在一起的器件,两个PN结相互作用,使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。
三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。
按两个PN结的组合方式不同,可分为NPN型三极管和PNP型三极管。
下图所示为三极管的结构示意图和符号。
点名,课程介绍5分钟。
讲授新课
80分钟
教学过程和内容
时间分配
符号中发射极上的箭头方向,表示发射结正偏时电流的流向。
三极管制作时,通常它们的基区做得很薄(几微米到几十微米),且掺杂浓度低;发射区的杂质浓度则比较高;集电区的面积则比发射区做得大,这是三极管实现电流放大的内部条件。
2.分类
(1)按三极管内部结构不同,分为NPN型和PNP型。
(2)按所用半导体材料不同,分为硅管和锗管。
(3)按工作频率不同,分为高频管(工作频率不低于3MHz)和低频管(工作频率小于3MHz)
(4)按功率不同,可分为小功率管(耗散功率小于1W)和大功率管(耗散功率不低于1W)
(5)按用途不同,分为普通放大三极管和开关三极管等。
3.外形
三极管功率大小不同,它们的体积和封装形式也不一样。
以前多用金属或陶瓷封装,近年来生产的小、中功率管多用硅酮塑料封装;大功率管采用金属封装,通常呈扁平状,并有安装孔,有的还带螺栓,以便和散热器连成一体。
如下图1—19所示为常见的三极管封装形式。
教学过程和内容
时间分配
目前微型片状三极管应用很广,通常额定功率在100~200mW的小功率三极管采用SOT—23形式封装,如图1—20a所示;大功率三极管采用SOT—89形式封装,如图1—20b所示,其中2脚和4脚内部相连作为集电极,使用时可任接一脚。
有些片状三极管带有偏置电阻,称带阻三极管;还有的在一个外壳内封装两只三极管,称复合三极管,如图1—21所示。
4.复合三极管
教学过程和内容
时间分配
所谓复合三极管是把两个以上三极管按一定方式连接起来作为一个三极管使用。
连接时以小功率管作为输入管,大功率管作为输出管,如上图1—22所示。
判断复合三极管连接是否正确,主要是看输入管能否为功率管提高基极电流。
复合管的导电类型由输入管V1决定,如果V1管为NPN型,则组成的复合管也是NPN型。
复合管的输出功率取决于输出管V2。
复合管的电流放大系数β约等于两只管β1、β2的乘积,
即β=β1β2。
小结、作业及课后回顾5分钟
小结
判断复合三极管连接是否正确,主要是看输入管能否为功率管提高基极电流。
作业
课后
教学
回顾
理论课授课教案
课
程
名
称
电子电路基础
(第三版)
第一章常用半导体器件
第2节:
晶体三极管体
(二)
审批签字
授课时间
2013年月日
授课班级
2012级汽修1班
计划课时
2课时
实用课时
教学目的与要求
掌握三极管的电流放大作用
教学重点与难点
了解三极管的共射特性曲线
授课类型
理论课
教学方法
讲授法
教具
无
参考资料
《电子电路基础》第二版
复习提问
如何确定复合管的导电类型?
教学过程和内容
时间分配
第一章:
常用半导体器件
二.三极管的电流放大作用
1.三极管的工作电压
要使三极管具有正常的电流放大作用,必须在其发射极加正向电压,在集电极加反向电压。
NPN型三极管电源接法如图1—23a所示。
c、b、e三个电极的点位应符合:
UC>UB>UE。
对于PNP型三极管,电源的极性与NPN管相反,如图1—23b所示,三个电极的点位应符合UC<UB<UE。
点名,课程介绍5分钟。
讲授新课
80分钟
教学过程和内容
时间分配
在图1—23a、b所示电路中,都以发射极作为输入电路和输出电路的公共端(基极为输入、集电极为输出端),称为共发射极电路。
此外,还有共集电极电路和共基极电路。
三极管电路的三种基本连接方式(或称组态)如图1—24所示。
无论是采用这三种连接方式中的哪一种连接方式,也无论是采用NPN型管还是PNP型管,要使三极管具有放大作用,都必须保证发射极正偏、集电极反偏。
2.三极管的电流放大作用
要实现三极管的电流放大作用,首先要给三极管各电极加上正确的电压。
三极管实现放大的外部条件是:
其发射结必须加正向电压(正偏),而集电结必须加反向电压(反偏)。
1).实验结论
为了了解三极管的电流分配原则及其放大原理,首先做一个实验,实验电路如下图1—25所示。
在电路中,要给三极管的发射结加正向电压,集电结加反向电压,保证三极管能起到放大作用。
改变可变电阻Rb的值,则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化,电流的方向如图中所示。
由实验及测量结果可以得出以下结论。
(1)实验数据中的每一列数据均满足关系:
IE=IC+IB;
此结果符合基尔霍夫电流定律。
(2)每一列数据都有IC>>IB,而且有IC与IB的比值近似相等,大约等于50。
教学过程和内容
时间分配
图1—25三极管电流放大的实验电路
(3)对表1.4中任两列数据求IC和IB变化量的比值,结果仍然近似相等,约等于50。
(4)从表1.4中可知,当IB=0(基极开路)时,集电极电流的值很小,称此电流为三极管的穿透电流ICEO。
穿透电流ICEO越小越好。
2).三极管实现电流分配的原理
上述实验结论可以用载流子在三极管内部的运动规律来解释。
下图为三极管内部载流子的传输与电流分配示意图。
教学过程和内容
时间分配
(1)发射区向基区发射自由电子,形成发射极电流IE。
(2)自由电子在基区与空穴复合,形成基极电流IB。
(3)集电区收集从发射区扩散过来的自由电子,形成集电极电流IC。
3).结论
(1)要使三极管具有放大作用,发射结必须正向偏置,而集电结必须反向偏置。
(2)一般有β>>1;通常认为β≈β。
(3)三极管的电流分配及放大关系式为:
IE=IC+IB
IC=βIB
三.三极管的共射特性曲线
1.三极管的特性曲线
三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线,它反映出三极管的特性。
它可以用专用的图示仪进行显示,也可通过实验测量得到。
以NPN型硅三极管为例,其常用的特性曲线有以下两种。
图1—26三极管输入特性曲线
小结、作业及课后回顾5分钟
小结
三极管实现放大的外部条件是:
其发射结必须加正向电压(正偏),而集电结必须加反向电压(反偏)。
作业
P24问答题8、9题
课后
教学
回顾
理论课授课教案
课
程
名
称
电子电路基础
(第三版)
第一章常用半导体器件
第2节:
晶体三极管体(三)
审批签字
授课时间
2013年月日
授课班级
2012级汽修1班
计划课时
2课时
实用课时
教学目的与要求
1、熟悉三极管的主要参数
2、了解三极管的简易测试
教学重点与难点
熟悉三极管的极限参数
授课类型
理论课
教学方法
讲授法
教具
无
参考资料
《电子电路基础》第二版
复习提问
三极管的电流分配及放大关系式为?
教学过程和内容
时间分配
第一章:
常用半导体器件
(1)输入特性曲线
它是指一定集电极和发射极电压UCE下,三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。
实验测得三极管的输入特性曲线如上图图1—26所示。
(2)输出特性曲线
它是指一定基极电流IB下,三极管的集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。
实验测得三极管的输出特性曲线如图1—27所示。
一般把三极管的输出特性分为3个工作区域,下面分别介绍。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 04 第一章 三极管 结构
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)