第1次小课：半导体器件(二极管三极管)

电子技术电气与信息工程学院小班研讨课安排1、讨论和本门课程有关以及同学们感兴趣的内容进行讨论，欢迎同学们献计献策，踊跃参加；2、习题课堂练习，作业讲评。请大家以后每次上小班课时都带好作业本。第1章半导体器件1.1PN结1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4双极型三极管1.5场效应晶体管（下次小班课内容）半导体二极管和晶体管是常用的半导体器件。它们的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数是学习电子技术和分析电子电路的基础。而PN结又是构成各种半导体器件的基础。因此，本章主要知识点：(1)半导体的导电特性；(2)PN结的形成及其导电特性；(3)半导体二极管的工作原理及其特性曲线、主要参数及应用；(4)特殊二极管；(5)晶体管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。本章小课补充内容：场效应晶体管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数学习的重点是半导体器件的工作原理、特性曲线、主要参数及其应用。一、半导体二极管二极管的特性：单向导电性二极管：死区电压=0.5V，正向压降0.7V(硅二极管0.7V)理想二极管：死区电压=0，正向压降=0二极管的直流参数：最大整流电流：管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流反向击穿电压：管子反向击穿时的电压反向电流：管子未击穿时的反向电流补充介绍二极管的两个交流参数。(1).微变电阻rD(rd)iDuDIDUDQiDuDrD是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：DDDuri显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。26(mV)(mA)DDrI(2).二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。扩散电容：为了形成正向电流(扩散电流)，注入P区的少子(电子)在P区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。P+-N势垒电容CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应rd二极管电路分析定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.7V锗0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。教材P7-8例题1.1钳位、隔离1.2限幅二极管的应用举例：二极管整流图示两个电路。已知ui=10sinωtV，试画出输出电压uo的波形。解：⑴图(a)ui0，D导通，uO=0，ui0，D截止，uO=ui⑵图(b)ui0，D导通，uO=ui，ui0，D截止，uO=010V0ωtui-10V0ωtuOuO10V0ωtuiRD（a）uO-+-+uiRD（b）uO-+-+二极管的应用举例：检波电路中RC构成微分电路，已知ui的波形，试画出输出电压uO的波形。解：⑴t=0时，uR为正脉冲t=t1时，uR为负脉冲t=t2时，uR为正脉冲⑵uR0时，D截止输出uO=0uR0时，D导通输出uO=uR负脉冲uRuiuORRLCD+-+-+-tttuiuRuOOOOt1t2二极管的应用举例：元件保护电工技术中的例题：在图示电路中，开关断开前电路已处于稳态，在t=0时开关S断开，试求断开后电压表两端电压的初始值。已知L=1mH，，电压表内阻，电源电压U=6V。10RK2VR解可见，换路瞬间电压表两端出现了1200V的高电压，会使电压表击穿，损坏电气设备。如何防止损坏电气设备？开关断开前6.0)0(Li根据换路定律6.0)0(Li故V1200)0()0(VLRiuSDLREi加入二极管：元件保护V课堂练习：教材P231.31.3所示电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件（R、VDA、VDB）中的电流，图中的二极管为理想元件。（1）UA=UB=0V。（2）UA=3V,UB=0V。（3）UA=UB=3V。二、特殊二极管：稳压管+_UUOUZR稳压管的稳压作用当UUZ时，电路不通；当UUZ时，稳压管击穿。ZZUUIR此时选R，使IZIZM负载电阻。要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。uoiZDZRiLiuiRLmaxmin10V,20mA,5mAzzzUII例：稳压管的技术参数:k2LR求：电阻R和输入电压ui的正常值。负载电阻。要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。uoiZDZRiLiuiRLmaxmin10V,20mA,5mAzzzUII例：稳压管的技术参数:k2LR解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。求：电阻R和输入电压ui的正常值。max25mAZzLUiIR1.22510izuiRUR——方程1令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin。min10mAZzLUiIR0.81010izuiRUR——方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程1、2，可解得：k50V7518.R,.ui课堂练习：教材P241.7有两个稳压管VDZ1和VDZ2，其稳定电压分别为5.5V和8.5V，正向压降都是0.5V，如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V几种稳定电压，这两个稳压管（还有限流电阻）应该如何连接，画出各个电路。(a)RVDZ1(b)R2VDZ2R1VDZ1+0.5V--3V+RVDZ2+6V-VDZ1(c)(d)RVDZ2+14V-VDZ1(e)RVDZ2+9V-VDZ1三、双极性三极管输出特性三个区域的特点:(1)放大区：发射结正偏，集电结反偏。IC=IB,且IC=IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。UCEUBE，IBIC，UCES0.3V(3)截止区：为可靠截止，常使发射极反偏，集电结也反偏。IB=0，IC=ICEO0例题：如图所示，V,6ccU,k3CR,k10BR25,IU当输入电压V,3V,11V分别为和时，试问晶体管处于何种工作状态？UITRBRC+UCC解：发射结反偏，晶体管截止。当V1IU时，返回目录I1V3VU或时，发射结正偏，三极管是处于放大还是饱和状态？UITRBRC+UCC2mAA102A103633CCCC(sat)RUIC(sat)2mA0.08mA80A25BSII晶体管临界饱和时的基极电流返回目录UITRBRC+UCC6IBEB3B30.7A23010A1010BSUUIIR当V3IU时，晶体管处于饱和状态。6IBEB3B10.7A3010A1010BSUUIIR当V1IU时，晶体管处于放大状态返回目录（讨论：其他方法？）练习：=50，UCC=12V，RB=70k，RC=6k当UBB=-2V，2V，5V时，晶体管静态工作在哪个区？ICUCEIBUCCRBUBBCBERCUBE练习：=50，UCC=12V，RB=70k，RC=6k当UBB=-2V，2V，5V时，晶体管静态工作在哪个区？解：当UBB=-2V时：发射结反偏晶体管工作在截止区。UBB=2V,5V时，发射结正偏，是放大还是饱和？ICUCEIBUCCRBUBBCBERCUBEIBIBS，位于放大区。UBB=2V时：20.70.019mA70BBBEBBUUIR20.04mA50CSBSIIIC最大饱和电流：()122mA6CCCsatCUIRICUCEIBUCCRBUBBCBERCUBE临界基极电流：练习：=50，UCC=12V，RB=70k，RC=6k当UBB=-2V，2V，5V时，晶体管静态工作在哪个区？UBB=5V时:其他方法？50.70.061mA70BBBEBBUUIRIBSIB，位于饱和区。ICUCEIBUCCRBUBBCBERCUBE练习：=50，UCC=12V，RB=70k，RC=6k当UBB=-2V，2V，5V时，晶体管静态工作在哪个区？