电子半导体产品管理

一、半导体二极管半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。1、PN结半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。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。PN结的单向导电性空间电荷区变窄ER内电场外电场PNIF＋＋＋ER内电场外电场空间电荷区变宽PNIR＋＋＋＋＋＋＋＋＋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IR，因为是少子漂移运动产生的，IR很小，这时称PN结处于截止状态。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2．半导体二极管的结构与符号-60-40-200.40.8U/V40302010I/mA0正向特性反向特性3．半导体二极管的伏安特性曲线（1）正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态。正向电压大于死区电压后，正向电流随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。外加反向电压时，PN结处于截止状态，反向电流很小。反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。（2）反向特性4、检查二极管性能的方法将万用表置于R×100档或R×1k档，测二极管正反电阻值。相差很大：正常均很小：击穿短路、漏电损坏均很大：断路相差不大：性能不好整流：把交流电变成直流电的过程。倍压整流桥式变压器中心抽头式全波整流半波整流单相整流电路种类二、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整流电路：利用二极管把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）动画单相半波整流电路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VRM22RMU41.1U2U（1）负载电压ULUL=0.45U2U45.0UL2LLLRRI（2）负载电流IL（3）二极管平均电流IDL2LDU45.0RII（1）二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；（2）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。解决办法：全波整流电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。选管条件：V1、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。桥式变压器中心抽头式全波整流2、单相全波整流电路（一）变压器中心抽头式单相全波整流电路①.电路如图1.2.2：图1.2.2变压器中心抽头式全波整流电路缺点：单管承受的反峰压比半波整流高一倍，变压器T需中心抽头。②．负载和整流二极管上的电压和电流2LU9.0U（1）负载电压ULL2LLLU9.0URRI（2）负载电流ILLD21II（3）二极管的平均电流ID（4）二极管承受反向峰值电压RMV2RMU22U（二）单相桥式全波整流电路1．电路如图V1～V4为整流二极管，电路为桥式结构。动画桥式全波整流电路由波形图1.2.5可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i2叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。优点：输出电压高，纹波小，较低。应用广泛。RMU2．负载和整流二极管上的电压和电流2LU9.0U（1）负载电压ULL2LLLU9.0URRI（2）负载电流ILLD21II（3）二极管的平均电流ID（4）二极管承受反向峰值电压RMU2RMU2U3、三相桥式整流电路3．负载和整流二极管上的电压和电流2L34U.2U（1）负载电压VLL2LLL34U.2URRI（2）负载电流ILLD31II（3）二极管的平均电流IV（4）二极管承受反向峰值电压RMV22RM45U.2U32U三、半导体三极管1、三极管的结构及类型半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN型和PNP型。集电结B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电结B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向2、电流分配和电流放大作用（1）产生放大作用的条件内部：a）发射区杂质浓度基区集电区b）基区很薄外部：发射结正偏，集电结反偏NPNICIEIBRBUBBUCCRC（2）电流分配关系：iE=iC+iBBCii实验表明IC比IB大数十至数百倍，因而有。IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。3、三极管的特性曲线ICIBRBUBBUCCRCVVμAmA+UCE－+UBE－0.40.8UBE/V40302010IB/mA0UCE≥1V测量三极管特性的实验电路三极管的输入特性曲线1．输入特性曲线与二极管类似4321IB=0036912UCE/V20μA40μA60μA80μA100μA饱和区截止区放大区IC/mA2．输出特性曲线（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置BECEBEBuuui,0,0BCii0,0CBiiBCii（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置此时四、三极管单管放大电路1、共发射极基本放大电路的组成及工作原理放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB++（1）晶体管V：放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源UCC和UBB：使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）偏置电阻RB：用来调节基极偏置电流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）集电极负载电阻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）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。2、共发射极基本放大电路的静态分析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。RC+UCCVRB+UCEQ－+UBEQ－ICQIBQBBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU1．估算法直流通路：耦合电容可视为开路。图解步骤：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40μA）。（2）根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压UCE的关系式UCE=UCC－ICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为－1/RC，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40μA的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。2．图解法IB=00UCE/V20μA40μA60μA80μAIC/mAQICQUCEQUCCRCUCCIB=40μA的输出特性曲线由UCE=UCC－ICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ3、共发射极基本放大电路的动态分析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。RsRBus+－+ui－RL+uo－VRCibic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）。1．图解分析法图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。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。（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。产生饱和失真和截止失真。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'QUCEQ0uCErbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－①电压放大倍数beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中RL'=RC//RL。当RL=∞（开路）时beCrRAu②输入电阻beB//rRIURiiirbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－iIRi输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。③输出电阻rbe+U－cIbICBEbIRCRBRsICoRIURRo的计算方法是：信号源sU短路，断开负载RL，在输出端加电压U，求出由U产生的电流I，则输出电阻Ro为：对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。例：图示电路，已知V12CCU，300BRkΩ，3CRkΩ，3LRkΩ，3sRkΩ，50，试求：（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数uA；（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro；（3）输出端开路时的源电压放大倍数susUUAo。Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB++解：先求静态工作点40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIμAmA204.050BQCQIIV63212CCQCCCEQRIUU再求三极管的动态输入电阻963)mA(2m