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第14章二极管和晶体管本章要求1.理解PN结的单向导电性,晶体管的电流分配和电流放大作用;2.了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;3.会分析含有二极管的电路重点1.PN结单向导电性;2.晶体管的电流分配和电流放大作用难点1.晶体管载流子运动;2.二极管电路分析
14.1半导体的导电特性半导体的导电特性热敏性当环境温度升高时,导电能力显著增强光敏性当受到光照时,导电能力明显变化掺杂性往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显改变
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1.1本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的鍺、硅、硒,称为本征半导体晶体中原子以共价键结合,共价键中的两个电子,称为价电子价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,成为自由电子(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的__)所以,半导体有两种导电粒子(载流子)自由电子、空穴当半导体两端加上外电压时,载流子定向运动(漂移运动),在半导体中将出现两部分电流自由电子作定向运动形成的电子电流、价电子递补空穴运动形成的空穴电流温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多,载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好所以,温度对半导体器件性能影响很大
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1.2N型半导体和P型半导体在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂质半导体掺入五价元素后自由电子数目大量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式,称为电子半导体或N型半导体掺入三价元素后空穴数目大量增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式,称为空穴半导体或P型半导体无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性
14.2PN结及其单向导电性P型半导体和N型半导体交界面的特殊薄层称作PN结1.PN结加正向电压(正向偏置)多子在外电场作用下定向__,形成较大的正向电流,正向电阻较小,处于导通状态2.PN结加反向电压(反向偏置)少子在外电场作用下定向__,形成很小的反向电流,反向电阻较大,处于截止状态温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加
14.3半导体二极管
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3.1基本结构二极管由一个PN结加电极引线和管壳构成二极管可分为点接触型、面接触型和硅平面型等类型按所用半导体材料,有硅二极管和锗二极管等
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3.2伏安特性特点非线性二极管是一个非线性电阻元件,它的电流和电压之间不存在比例关系,电阻不是一个常数正向特性外加电压大于死区电压(硅管
0.5V,锗管
0.1V)二极管才能导通导通后,管压降硅
0.6~
0.8V,锗
0.2~
0.3V反向特性反向电流在一定电压范围内保持常数外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿,失去单向导电性
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3.3主要参数最大整流电流IOM、反向工作峰值电压URWM、反向峰值电流IRM
14.4稳压二极管一种特殊二极管稳压管正常工作时加反向电压稳压管反向击穿后,电流变化很大,但其两端电压变化很小,利用此特性,稳压管在电路中可起稳压作用主要参数有稳定电压UZ、电压温度系数au、动态电阻rZ、稳定电流IZ、最大稳定电流IZM、最大允许耗散功率PZM
14.5晶体管
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5.1基本结构三层半导体,两个PN结有两种类型
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5.2电流分配和放大原理晶体管具有放大作用基极电流的微小变化能够引起集电极电流的较大变化晶体管放大的内部条件——制造时使基区很薄且杂质浓度远低于发射区等;外部条件——发射结正向偏置、集电结反向偏置
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5.3特性曲线1.输入特性非线性,类似二极管的正向特性2.输出特性输出特性曲线通常分三个工作区1放大区在放大区有IC=bIB,也称为线性区,具有恒流特性条件发射结正向偏置、集电结反向偏置
(2)截止区IB0以下区域为截止区,有IC»0,U__»UCC条件发射结反向偏置、集电结反向偏置
(3)饱和区U__£UBE时,饱和状态U__»0IC»UCC/RC条件发射结正向偏置、集电结正向偏置
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5.4主要参数电流放大系数b、集-基极反向截止电流ICBO、集-射极反向截止电流穿透电流I__O、集电极最大允许电流ICM、集-射极反向击穿电压UBR__O、集电极最大允许耗散功耗PCM
14.6光电器件
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6.1发光二极管有正向电流流过时,发出一定波长范围的光,目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光它的电特性与一般二极管类似,正向电压较一般二极管高,为
1.5V~3V,电流为几~十几__
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6.2光电二极管反向电压作用下工作无光照时为暗电流;有光照时为光电流光电流随光照强度的增加而上升,但一般很小,只有几十微安,应用时须进行放大
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6.3光电晶体管用入射光控制集电极电流无光照时为暗电流;有光照时为光电流,约零点几毫安到几个毫安PN结加正向电压PN结加正向电压NPN型PNP型。