精品《电子技术基础》ppt课件ppt(共73页)【在线阅读】1、电子技术基础,欢迎学习,第1章 半导体基础与常用器件,1 半导体的基本知识,2 半导体二极管,3 特殊二极管,4 双极型三极管,5 单极型三极管,学习目的与要求,了解本征半导体、P型和N型半导体的特征及PN结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性及其分类、用途；理解三极管的电流放大原理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理解双极型和单极型三极管在控制原理上的区别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析电子电路的基本理论、基本 知识和基本技能。

　　,自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。,原子结构中：,原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带 电澳门娱乐娱城官网。,1.导体、半导体和绝缘体,（1）导体,导体的最外层电子数通常是13个，且距原子核较远，因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。,UCE1V的特性曲线)输出特性曲线,先把IB调到某一固定值保持不变。,当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。,然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。,根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线至另一稍小的固定值上保持不变。,仍然调节UCC使UCE从0增 大澳门娱乐网址，继续观察毫安表中IC 的变化并记录下来。,根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。,IB1,IB2,IB3,IB=0,如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。,输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。,当UCE增至一定。2、特点：,内部含有大量的自由电子,（2）绝缘体,绝缘体的最外层电子数一般为68个，且距原子核较近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能力极差或不导电。

　　,绝缘体的特点：,内部几乎没有自由电子，因此不导电。,（3）半导体,半导体的最外层电子数一般为4个澳门太阳游戏网站，在常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有硅、锗、硒等。,半导体的特点：,导电性能介于导体和绝缘体之间，但具有光敏性、热敏性和参杂性的独特性能，因此在电子技术中得到广泛应用。,金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝 缘体的电导率通常是10-2210-14s/cm量级；半导体的电导率 则在10-9102s/cm量级。,半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导 体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：,光敏性半导体受光照后，其导电能力大大B由40 A增加到50A时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：,显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的值称为 三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三 极管，值的差异较大，大多数三极管的值通常在几十 至几百的范围。,由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流件。,3.双极型三极管的特性曲线,所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三 极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外 部特性更为重要。,(1)输入特性曲线,以常用的共射极放大电路为例说明,UCE=0V,令UBB从0开始增加,令UCC为0,UCE=0时的输入特性曲线开始增加,增大UCC,让UCE=0.5V,UCE=1V,UCE=0.5V,UCE=0.5V的特性曲线,继续增大UCC,让UCE=1V,令UBB重新从0开始增加,UCE=1V,UCE=1V的特性曲线,继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后 的所有输入特性几乎都与U。3、半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。,2.半导体的独特性能,3.本征半导体,最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。

　　,Si(硅原子),Ge(锗原子),硅原子和锗原子的简化模型图,因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。,天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。,本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元 素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格 结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四 个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。,实际上半导体的晶格结构是三维的。,晶格结构,共价键结构,从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好。,在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。,IE,IC,IB,整个过程中澳门新莆京游戏大厅，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即：IE=IB+IC,结论,由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。,回顾与总结,1.发射区向基区扩散电子的过程,由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过 来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流IB，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。,2.电子在基区的扩散和复合过程,集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘 的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。,3.集电区收集电子的过程,只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。,三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的 比值在一定范围内基本保持不变。4、本征激发。,本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子。

　　,受光照或温度上升影响，共价键中一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性。,价电子填补空穴的现象称为复合。,此时整个晶体带电吗？为什么？,参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的 空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价 电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同 于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子 载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空 穴载流子运动。,半导体的导电机理与金属导体导电机理有本质上的区别：金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中 则是由本征激发产生的自由电子和复合运动产生的空穴两种 载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，电 流的方向为空穴载流子的方向即型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)，按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。,e,c,b,PNP型三极管图符号,e,c,b,注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。,2.双极型三极管的电流放大作用,晶体管芯结构剖面图,e发射极,集电区N,基区P,发射区N,b基极,c集电极,晶体管实现电流 放大作用的内部结构条件,(1)发射区掺杂浓度很高，以便有 足够的载流子供“发射”。,(2)为减少载流子在基区的复合机 会，基区做得很薄，一般为几个 微米，且掺杂浓度极低。,(3)集电区体积较大，且为了顺利 收集边缘载流子，掺杂浓度界于 发射极和基极之间。,可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。,晶体管实现电流放大作用的外部条件,(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散 电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形 成基极电流ib。5、为有座位 的人依次向前挪动座位的运动。半导体内部的这两种运动总是 共存的，且在一定温度下达到 动态平衡。

　　如果在其中掺入某种元素的微量 杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。,五价元素磷(P),掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。,在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电 子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导 体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。,4.本征半导体,三价元素硼(B),掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。因此空穴是这种半导体的导电主流。,一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数 载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体 的导电能力可增强几十万倍澳门太阳游戏网站。,掺入三价元素的杂质半导体，由结果,2.现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，可得到几种稳压值？各为多少？(2)若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？,3.在右图所示电路中，发光二极管导通电压UD1.5V，正向电流在515mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？R的取值范围又是多少？,1.4 双极型三极管,三极管是组成各种电子电路的核心器件。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。,1.双极型三极管的基本结构和类型,双极型晶体管分有NPN型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极：,发射极e,发射结,集电结,基区,发射区,集电区,集电极c,基极b,NPN型,PNP型,根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电，即为单极型。,NPN型三极管图。