电子基础知识(二极管和晶闸管)

课题一电子基础知识2．本征半导体：不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。根据掺杂的物质不同，可分两种：3．杂质半导体：为了提高半导体的导电性能，在本征半导体（4价）中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。（1）P型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素（3价）所形成的半导体，如P型硅。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。一、PN结1．半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。如硅（Si）或锗（Ge）半导体。自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）（2）N型半导体：在本征硅(或锗)中掺入少量磷元素（5价）所形成的半导体，如N型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）P型半导体N型半导体＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋图1ＰＮ结4．PN结：N型和P型半导体之间的特殊薄层叫做PN结。PN结是各种半导体器件的核心。如图1所示。P区接电源正极，N区接电源负极，PN结导通；反之，PN结截止。PN结具有单向导电特性。即：将P型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起，形成PN结。①外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于导通状态。空间电荷区变窄ER内电场外电场PNI＋＋＋②外加反向电压（也叫反向偏置）外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于截止状态。ER内电场外电场空间电荷区变宽PNI＋＋＋＋＋＋＋＋＋二晶体二极管一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。阳极阴极1外形：由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。如图2（a）所示；图2晶体二极管的外形和符号2符号：如图。其中：三角形——正极，竖杠——负极，V——二极管的文字符号。3．晶体二极管的单向导电性：（1）正极电位＞负极电位，二极管导通；（2）正极电位＜负极电位，二极管截止。即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。晶体二极管的单向导电性[例1]图3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2两个指示灯，哪一个可能发光？图3[例1]电路图解由电路图可知，开关S闭合后，只有二极管V1正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。4二极管的伏安特性1．定义：二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性。二极管的伏安特性5．特点：(Ge)0.2V(Si)V5.0TV(Ge)0.3V(Si)V7.0onV导通电压结论：正偏时电阻小，具有非线性。导通后V两端电压基本恒定：②VF＞VT时，V导通，IF急剧增大。①正向电压VF小于门坎电压VT时，二极管V截止，正向电流IF=0；其中，门槛电压（1）正向特性（2）反向特性结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。VR＞VRM时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压VRM称为反向击穿电压。反向电压VR＜VRM（反向击穿电压）时，反向电流IR很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。（1）最大整流电流IFM：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压URM：二极管运行时允许承受的最大反向电压。（3）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。（4）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。6、二极管的主要参数7、二极管的型号与规格如：2AP3A8二极管的简单测试图4万用表检测二极管将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。（1）.判别正负极性用万用表检测二极管如图4所示。万用表测试条件：R×100Ω或R×1kΩ；图5万用表检测二极管万用表测试条件：R×1kΩ。（2）.判别好坏(3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；9二极管的分类（3）按用途：如图6所示。（2）按PN结面积：点接触型（电流小，高频应用）、面接触型（电流大，用于整流）（1）按材料分：硅管、锗管图6二极管图形符号三、晶体三极管晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。特点：管内有两种载流子参与导电。特点：有三个电极，故称三极管。图7三极管外形1三极管的结构（1）.三极管的外形（2）.三极管的结构图8三极管的结构图工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。特点：有三个区——发射区、基区、集电区；两个PN结——发射结（BE结）、集电结（BC结）；三个电极——发射极e(E)、基极b(B)和集电极c©；两种类型——PNP型管和NPN型管。箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：V图9三极管符号2、晶体三极管的符号三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。3三极管的放大作用（1）、晶体三极管的工作电压三极管的基本作用是放大电信号。电流放大作用：电流分配关系：IE=IC+IB电流放大系数：β=IC/IB4、晶体三极管的输出特性曲线基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线。三极管的输出特性在放大状态，当IB一定时，IC不随VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。输出特性曲线可分为三个工作区:（1）截止区条件：发射结、集电结反偏或两端电压为零。（2）饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。（3）放大区条件：发射结正偏，集电结反偏特点：IC受IB控制5、三极管的主要参数（1）电流放大系数β：IC=βIB（2）集、基极反向饱和电流ICBO穿透电流ICEO（3）极限参数（1）集电极最大允许电流ICM：下降到额定值的2/3时所允许的最大集电极电流。（2）集、射极反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。（3）集电极最大允许功耗PCM。6、型号如：3AX52B判别硅管和锗管的测试电路7三极管的简单测试（1）、硅管或锗管的判别当V=0.1~0.3V时为锗管。当V=0.6~0.7V时，为硅管100Rk1R将万用表设置在或挡，用黑表笔和任一管脚相接（假设它是基极b），红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。如图11（a）所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是PNP管的基极。如图11（b）所示。（2）、NPN管型和PNP管型的判断图11基极b的判断首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测β值的方法判断c、e极。方法是先假定一个待定电极为集电极（另一个假定为发射极）接入电路，记下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下欧姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极e，如图12所示。测PNP管时，只要把图12电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。（3）、e、b、c三个管脚的判断图12估测β的电路四、单管基本放大电路由三极管组成的放大电路。其功能是利用三极管的电流控制作用，把微弱的电信号（简称信号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。1、放大电路的组成及作用共发射极基本放大电路（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。共发射极基本放大电路（2）直流电源UCC放大电路的能源；使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，提供电流IB和IC，UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）基极偏置电阻RB。为基极提供一个合适的偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集电极电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）耦合电容或隔直电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。(1)ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化。(2)通过V的电流放大作用，V的集电极电流iC也将变(3)iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化。(4)uCE中的交流分量uce经过C2畅通地传送给负载RL，成为输出交流电压uo,，实现了电压放大作用。2.工作原理静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。3、静态工作情况直流通路：耦合电容可视为开路。RC+UCCVRB+UCEQ－+UBEQ－ICQIBQCCQCCCEQ__RIUUBBEQCCBQ__RUUIICQ=βIBQ共发射极基本放大电路动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量（直流分量和交流分量）。3、动态工作情况交流通路：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。0(a)输入回路(b)输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0t①②③④Q'Q'QQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线00从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（放大器具有倒相作用）（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL'也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。(a)饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQ'QuCEUCEQ0(b)截止失真0uCEiCQICQiCt0tQ'QUCEQ0uCE整流：把交流电变成直流电的过程。五晶体二极管整流电路整流原理：二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。V：整流二极管，把交流电变成脉动直流电；T：电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压值v2。1单相半波整流电路（1）．电路如图（a）单相半波整流电路缺点：整流效率低，脉动较大（2）．负载和整流二极管上的电压和电流（4）二极管反向峰值电压VRM（1）负载电压VL（2）二极管正向电流IV和负载电流IOUTIV=IOUT=UOUT/RLUDRM=U22UOUT=0.45U2V1、V2为性能相同的整流二极管；T为电源变压器，作用是产生大小相等而相位相反的v2a和v2b。2单相全波整流电路变压器中心抽头式单相全波整流电路（1）.电路如图：图变压器中心抽头式全波整流电路（2）.工作原理：（A）v1正半周时，T次级A点电位高于B点电位，在v2a作用下，V1导通（V2截止），iV1自上而下流过RL；（B）v1负半周时，T次级A