电子技术基础 教学课件 ppt 作者 庄丽娟 主编 1_ 第1章 半导体器件

第1章 半导体器件,11半导体二极管 12半导体三极管 13 场效应晶体管 14 基础实验 15 技能训练 本章小结,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,一、半导体的基本知识 半导体的定义及举例(硅、锗) 半导体的特性： 热敏性热敏电阻 光敏性光电二、三极管及光敏电阻 掺杂性普通二、三极管 、场效应管,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,一、半导体的基本知识 N型半导体： 在本征半导体硅或锗中掺入微量的五价元素，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，简称多子，空穴成为少数载流子，简称少子，由于主要靠电子导电，故称为电子型半导体，简称N型半导体。,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,一、半导体的基本知识 P型半导体： 在本征半导体硅或锗中掺入微量的三价元素,则空穴的浓度大大增加，空穴成为多子, 而自由电子为少子。这种以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,二、PN结及其单向导电性 在一块完整的晶片上，通过一定的掺杂工艺，一边为P型半导体，另一边为N型半导体，则在它们的交界处形成一个具有特殊物理性能的薄层，称为PN结。,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,二、PN结及其单向导电性： 将P区接电源正极，N区接电源负极，称为PN结正向偏置，此时PN结处于正向导通状态。,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,二、PN结及其单向导电性： 将P区接电源负极，N区接电源正极，称为PN结反向偏置，此时PN结处于反向截止状态。,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,三、半导体二极管结构、符号和类型,www.jiaocaiwang.com,11 半导体二极管,www.jiaocaiwang.com,三、半导体二极管伏安特性,正向特性：硅管的死区电压0.5 V，导通压降0.60.7 V，而锗管为0.1 V和0.20.3 V 反向特性：饱和电流Is 反向击穿特性：UBR 温度特性：温度升高时二极管正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向下移动。,11半导体二极管,三、半导体二极管主要参数 1 最大整流电流IF 2 最高反向工作电压URM 3 二极管的参数除了IF、URM外，还有正向整流压降UF，反向电流IR即IS，二极管的直流电阻R，最高工作频率fM等。,www.jiaocaiwang.com,11半导体二极管,稳压管和普通二极管的正向特性相同，不同的是反向击穿电压较低，且击穿特性陡峭，这说明反向电流在较大范围内变化时，击穿电压基本不变。稳压管正是利用反向击穿特性来实现稳压的，因此，稳压管正常工作时，工作于反向击穿状态，此时的击穿电压称为稳定工作电压，用UZ表示。,www.jiaocaiwang.com,四、特殊二极管稳压二极管,11 半导体二极管,四、特殊二极管光电二极管、发光二极管,www.jiaocaiwang.com,光电二极管正向电阻为几千欧，反向电阻为无穷大，工作在反偏状态，主要用于需要光电转换的自动探测、控制装置以及光导纤维通讯系统中作为接收器件等。符号如下：,发光二极管工作在正向偏置状态，导通时能发光，是一种把电能转换成光能的半导体器件。常用作设备的电源指示灯、音响设备、数控装置中的显示器。符号如下：,12 半导体三极管,一、结构、符号、外形,www.jiaocaiwang.com,12半导体三极管,二、三极管的电流放大作用,www.jiaocaiwang.com,三极管实现电流放大作用的外部条件：发射结正向偏置, 集电结反向偏置。 NPN管必须满足： UCUBUE， 而PNP管必须满足：UCUBUE。,NPN管的偏置电路,12半导体三极管,www.jiaocaiwang.com,二、三极管的电流放大作用,实验电路和实验数据,12半导体三极管,二、三极管的电流放大作用,www.jiaocaiwang.com,数据分析,得出结论：,=,=,IE=0时，IC=-IB= ICBO ，称之为反向饱和电流。,IB=0时，IC=IE =ICEO 0，该电流十分微小，称为集电极发射极的穿透电流。,ICEO=(1+)ICBO IE=(1+)IB+ICEO,12半导体三极管,三、三极管的特性曲线,www.jiaocaiwang.com,12半导体三极管,三、三极管的特性曲线 输入特性曲线与二极管正向特性曲线形状一样，也有一段死区，只有当uBE大于死区电压时，输入回路才有电流iB产生。常温下硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.10.2V。另外，当发射结完全导通时， 三极管也具有恒压特性。常温下，硅管的导通电压为0.60.7 V，锗管的导通电压为0.20.3 V。,www.jiaocaiwang.com,12半导体三极管,三、三极管的特性曲线 放大区:发射结正偏，集电结反偏。iC由iB决定，而与uCE关系 不大。 饱和区:发射结、集电结均正偏，iC由外电路决定，而与iB无 关，所对应的uCE值称为饱和压降，用uCES表示。 截止区:发射结零偏或反偏，集电结反偏， iB=0，iC=ICEO，此时, 三极管的c-e极间相当于开路状态, 类似于开关断开。,www.jiaocaiwang.com,12半导体三极管,四、三极管的主要参数 ： 性能参数： 极间反向电流：ICBO，ICEO 电流放大系数： 极限参数：集电极最大允许电流ICM 集电极最大耗散功率PCM 集电极发射极间的击穿电压U(BR)CEO,www.jiaocaiwang.com,12半导体三极管,五、三极管的温度特性： 特性曲线：当环境温度升高时，输入特性曲线左移，输出特性曲线整族上移，并且曲线间距变大。 主要参数：无论硅管还是锗管，uBE随温度上升都将减小，其温度系数约为-2.5mV/，随温度上升，ICBO，ICEO和都将增大。温度每升高10，ICBO近似增大一倍，值增大5%10%左右。,www.jiaocaiwang.com,12半导体三极管,六、特殊三极管 光电三极管：基本原理与光电二极管相似，但它把光信号变成电信号的同时，还放大了信号电流，因此，具有更高的灵敏度。 光电耦合器：以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。常见的发光源为发光二极管，受光器为光电二极管、光电三极管、光敏电阻等。光电耦合器可以组成开关电路，隔离耦合电路等。,www.jiaocaiwang.com,13 场效应晶体管,一、结型场效应管结构及原理,www.jiaocaiwang.com,a) N沟道结型管结构 b) N沟道管符号 c) P沟道管符号,13 场效应晶体管,一、结型场效应管特性曲线,www.jiaocaiwang.com,N沟道结型管转移特性曲线 N沟道结型管输出特性曲线,13 场效应晶体管,二、绝缘栅型场效应管增强型MOS管,www.jiaocaiwang.com,增强型MOS管的结构及电路符号,13 场效应晶体管,www.jiaocaiwang.com,二、绝缘栅型场效应管增强型MOS管特性曲线,增强型NMOS管转移特性 增强型NMOS管输出特性,13 场效应晶体管,三、绝缘栅型场效应管耗尽型MOS管,www.jiaocaiwang.com,耗尽型MOS管的结构 耗尽型MOS管电路符号,13 场效应晶体管,三、绝缘栅型场效应管耗尽型MOS管特性曲线,www.jiaocaiwang.com,耗尽型NMOS管转移特性 耗尽型NMOS管输出特性,13 场效应晶体管,四、场效应管的主要参数,www.jiaocaiwang.com,夹断电压UGS(off)：耗尽型管子 开启电压UGS(th)：增强型管子 饱和漏极电流IDSS：栅源电压为零所对应的漏极电流 漏源击穿电压U(BR)DS：极限参数 最大耗散功率PDM：极限参数 直流输入电阻RGS：很大 跨导gm：,13 场效应晶体管,五、场效应管使用注意事项：,www.jiaocaiwang.com,1。使用场效应管时，各极电源极性应按规定接入，结型场效应管的栅源电压要使PN结反偏。 2。 MOS管的衬底和源极通常连在一起 3。MOS管的输入电阻很高，应避免栅极悬空以减少外 界感应 4。使用场效应管时，各参数不能超过极限参数的规定值。,14 基础实验,一、计算机仿真部分二极管特性测试,www.jiaocaiwang.com,14 基础实验,一、计算机仿真部分三极管特性测试,www.jiaocaiwang.com,14 基础实验,二、实验室操作部分用万用表简易测试二极管,www.jiaocaiwang.com,14 基础实验,二、实验室操作部分用万用表简易测试三极管,www.jiaocaiwang.com,先判断基极和管型；再判断集电极和发射极；最后判断三极管质量好坏。,三极管集电极和发射极的测试电路,15 技能训练,常用电子仪器仪表的使用介绍 YB1602函数信号发生器：,www.jiaocaiwang.com,15 技能训练,常用电子仪器仪 表的使用介绍 YB2172晶体管毫 伏表,www.jiaocaiwang.com,15 技能训练,常用电子仪器仪表的使用介绍 CA8060型双踪示波器：,www.jiaocaiwang.com,15 技能训练,常用电子仪器仪表的使用介绍 CA8060型双踪示波器,www.jiaocaiwang.com,交流电压测量 直流电压测量,15 技能训练,常用电子仪器仪表的使用介绍 CA8060型双踪示波器测量信号的周期（频率）,www.jiaocaiwang.com,T=m div×n SEC/DIV,15 技能训练,实训任务一完成下表,www.jiaocaiwang.com,15 技能训练,实训任务二完成下表,www.jiaocaiwang.com,本章小结,1。P型半导体：加入三价元素，多子为空穴 N型半导体：加入五价元素，多子为电子 2。PN结：具有单向导电特性，是构成各种半 导体器件的基本单元。 3。普通二极管：伏安特性曲线。死区电压和 导通电压。主要参数：最大正向电流和最高反向工作电压。,www.jiaocaiwang.com,本章小结,4。特殊二极管：稳压二极管工作于反向击穿特性，发光二极管工作在正向偏置状态，光电二极管工作在反偏状态。各有用途。 5。半导体三极管是由三层不同性质的半导体组合而成的, 满足一定的结构特点和外部偏置要求，可实现电流放大作用或作为开关使用。其输出特性可分为三个区域: 放大区、饱和区、截止区。应掌握其偏置要求及特点。,www.jiaocaiwang.com,6。场效应管： 是一种电压控制器件，利用栅源电压来控制漏极电流，有结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类，绝缘栅场效应管又分增强型和耗尽型。每种管子都有N沟道和P沟道两种，转移特性和输出特性反映了管子的工作特点 。应掌握其电路符号、偏置要求和使用特点。,www.jiaocaiwang.com,本章小结,7。二、三极管和场效应管的判断： 根据二、三极管和结型场效应管的结构特点,可用万用表对它们进行简易测量，判断其质量好坏以及管型管脚。 亦可用晶体管特性图示仪直观显示它们的特性曲线， 还用Multisim软件进行特性曲线的仿真。,www.jiaocaiwang.com,本章小结,8。常用电子仪器仪表的使用： 晶体管毫伏表、函数信号发生器和示波器是最常用的电子仪器仪表，应学会它们的操作和使用。 晶体管毫伏表：测量电压大小。 函数信号发