1、汽車電工電子技術(shù)汽車電工電子技術(shù) 下篇下篇電子技術(shù)電子技術(shù)第第6 6章章 半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用 典型的元素半導(dǎo)體有典型的元素半導(dǎo)體有硅硅Si和和鍺鍺Ge ，此外，還，此外，還有化合物半導(dǎo)體有化合物半導(dǎo)體砷化鎵砷化鎵GaAs等。等。導(dǎo)導(dǎo) 體體：導(dǎo)電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。：導(dǎo)電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。 絕緣體絕緣體：不能導(dǎo)電或?qū)щ娔芰懿畹奈矬w，如橡：不能導(dǎo)電或?qū)щ娔芰懿畹奈矬w，如橡 膠、陶瓷、玻璃、塑料等。膠、陶瓷、玻璃、塑料等。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。 共價(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電

2、子價(jià)電子 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子價(jià)電子在獲得一定能量（溫價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為脫原子核的束縛，成為自由電自由電子子（帶負(fù)電），同時共價(jià)鍵中（帶負(fù)電），同時共價(jià)鍵中留下一個空位，稱為留下一個空位，稱為空穴空穴（帶（帶正電）。正電）?？昭昭ㄗ杂呻娮幼杂呻娮赢?dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時，在半導(dǎo)體中將出當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流現(xiàn)兩部分電流 在本征半導(dǎo)體內(nèi)，自由電子和空穴總是成對出在本征半導(dǎo)體內(nèi)，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的。在任何時候，本征半導(dǎo)體中的自由電子和空現(xiàn)的。在任何時候，本征半導(dǎo)體中

3、的自由電子和空穴數(shù)總是相等的。穴數(shù)總是相等的。 注意：注意： Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）, ,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。 在在N N 型半導(dǎo)體中自由電子型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。載流子。 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動少子的漂移運(yùn)動濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使擴(kuò)散的結(jié)果使空間電

4、荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)也稱也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+ 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號 陰極陰極陽極陽極 符號符號D反向擊穿

5、反向擊穿電壓電壓U U(BR)(BR)導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向擊穿特性反向擊穿特性 1.1.正向特性正向特性2.2.反向特性反向特性UI死區(qū)死區(qū)PN+PN+反向電流在反向電流在一定電壓范一定電壓范圍內(nèi)保持圍內(nèi)保持常數(shù)。常數(shù)。門限電壓或閥電壓門限電壓或閥電壓硅管硅管0.5V,0.5V,鍺管鍺管0.1V0.1V。Uth1.1.正向特性正向特性: : 非線性。非線性。 U=0,I=0U=0,I=0。U U較小時，較小時，I I很很小幾乎為零。此段曲線稱為小幾乎為零。此段曲線稱為死區(qū)死區(qū)。 U UUUthth( (稱門限電壓或閾值電壓稱門限電壓或閾值電壓) )，I I隨隨U U幾乎作幾乎作線性增長。把線性

6、增長。把I I隨隨U U作線性增長時對應(yīng)的電壓稱為作線性增長時對應(yīng)的電壓稱為導(dǎo)通電壓，用導(dǎo)通電壓，用U UF F表示。表示。2.2.反向特性反向特性: :二極管加反電壓向，有反向電流二極管加反電壓向，有反向電流I IR R。3.3.反向反向特性：特性：反電壓向增至反電壓向增至U UBRBR時，反向電流時，反向電流I IR R激增，二極管擊穿。激增，二極管擊穿。V sin18itu t 6.2.4 6.2.4 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓u4uou3u2u1 整流

7、電路整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。 二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦詔 uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，Va E1 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 用于自動頻率控制用于自動頻率控制(AFC)和調(diào)諧用的小功率二極管稱和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管符號如圖所示。通過施加反向電變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管符號如圖所示。通過施加反向電壓，壓， 使其使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生

8、變化，因此，常用于自動結(jié)的靜電容量發(fā)生變化，因此，常用于自動頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。 變?nèi)荻O管符號變?nèi)荻O管符號NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC小功率管塑封管硅銅塑封三極管BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO UCE=0的特性與二的特性與二 極管的正向特性相似。極管的正向特性相似。 UCE特性右移。特性右移。 三極管的門值電壓：三極管的門值電壓：IB=020 A

9、40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)O BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+2.4.1 半導(dǎo)體三極管使用基本知識半導(dǎo)體三極管使用基本知識一、外型及引腳排列一、外型及引腳排列EBCE B CEBCBEC第第2章章 二、萬用表檢測晶體三極管的方法二、萬用表檢測晶體三極管的方法1. 根據(jù)外觀判斷極性根據(jù)外觀判斷極性3. 用萬用表電阻擋測量三極管的好壞用萬用表電阻擋測量三極管的好壞PN結(jié)正偏時電阻值較小結(jié)正偏時電阻值較小(幾千歐以下幾千歐以下)反偏時電阻值較大反偏時電阻值較大(幾百千歐以上幾

10、百千歐以上) 指針式萬用表指針式萬用表在在 R 1k 擋進(jìn)行測量擋進(jìn)行測量紅紅表筆是表筆是(表內(nèi)表內(nèi))負(fù)極負(fù)極 , 黑黑表筆是表筆是(表內(nèi)表內(nèi))正極正極注意事項(xiàng)注意事項(xiàng):測量時手不要接觸引腳測量時手不要接觸引腳 1kBEC 1kBEC2. 插入三極管擋插入三極管擋(hFE)，測量，測量 值或判斷管型及管腳值或判斷管型及管腳第二章第二章 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管三、晶體三極管的選用三、晶體三極管的選用1. 根據(jù)電路工作要求選擇高、低頻管根據(jù)電路工作要求選擇高、低頻管2. 根據(jù)電路工作要求選擇根據(jù)電路工作要求選擇PCM、 ICM 、 U(BR)CEO 應(yīng)保證：應(yīng)保證：3. 一般三極管的一般三極管的

11、 值在值在40100之間為好之間為好, 9013、9014等等低噪聲、高低噪聲、高 的管子不受此限制的管子不受此限制.4. 穿透電流穿透電流 ICEO越小越好，硅管比鍺管的小越小越好，硅管比鍺管的小數(shù)字萬用表數(shù)字萬用表1. 可直接用電阻擋的可直接用電阻擋的PN結(jié)擋分別測量結(jié)擋分別測量判斷判斷兩個結(jié)兩個結(jié) 的的好壞好壞注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): 紅紅表筆是表筆是(表內(nèi)表內(nèi))正極正極 , 黑黑表筆是表筆是(表內(nèi)表內(nèi))負(fù)極負(fù)極NPN和和PNP管分別按管分別按EBC排列插入不同的孔排列插入不同的孔需要準(zhǔn)確需要準(zhǔn)確測量測量 值時，應(yīng)先進(jìn)行校正值時，應(yīng)先進(jìn)行校正2. 插入三極管擋插入三極管擋(hFE)，測量，測量

12、 值或判斷管型及管腳值或判斷管型及管腳PC PC ICM C U（BR）CEO C第二章第二章 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管7、三極管的檢測方法、三極管的檢測方法1）、用指針式萬用表判斷晶體三極管好壞及判別三極）、用指針式萬用表判斷晶體三極管好壞及判別三極管的管的e、 b、c電極電極三極管的管腳必須正確辨認(rèn)，否則，接入電路不但不能正常工作，還可能燒壞晶體管。己知三極管類型及電極，指針式萬用表判別晶體管好壞的方法如下:測 NPN 三極管:將萬用表歐姆擋置 R 100 或 R lk 處,把黑表筆接在基極上，將紅表筆先后接在其余兩個極上,如果兩次測得的電阻值都較小，再將紅表筆接在基極上，將黑表筆先后接在

13、其余兩個極上，如果兩次測得的電阻值都很大，則說明三極管是好的。測 PNP 三極管:將萬用表歐姆擋置 R 100 或 R lk 處,把紅表筆接在基極上，將黑表筆先后接在其余兩個極上，如果兩次測得的電阻值都較小，再將黑表筆接在基極上，將紅表筆先后接在其余兩個極上，如果兩次測得的電阻值都很大，則說明三極管是好的。當(dāng)三極管上標(biāo)記不清楚時,可以用萬用表來初步確定三極管的好壞及類型 (NPN 型還是 PNP 型 ),并辨別出e、b、c三個電極。測試方法如下 :用指針式萬用表判斷基極 b 和三極管的類型:將萬用表歐姆擋置 R 100 或Rlk 處,先假設(shè)三極管的某極為基極,并把黑表筆接在假設(shè)的基極上,將紅表

14、筆先后接在其余兩個極上,如果兩次測得的電阻值都很小(或約為幾百歐至幾千歐 ),則假設(shè)的基極是正確的,且被測三極管為 NPN 型管；同上,如果兩次測得的電阻值都很大( 約為幾千歐至幾十千歐 ), 則假設(shè)的基極是正確的,且被測三極管為 PNP 型管。如果兩次測得的電阻值是一大一小,則原來假設(shè)的基極是錯誤的,這時必須重新假設(shè)另一電極為基極，再重復(fù)上述測試。判斷集電極c和發(fā)射極e:仍將指針式萬用表歐姆擋置 R 100或R 1k 處,以NPN管為例,把黑表筆接在假設(shè)的集電極c上,紅表筆接到假設(shè)的發(fā)射極e上,并用手捏住b和c極 ( 不能使b、c直接接觸 ), 通過人體 , 相當(dāng) b 、 C 之間接入偏置電

15、阻 , 如圖 1-12(a) 所示。讀出表頭所示的阻值 , 然后將兩表筆反接重測。若第一次測得的阻值比第二次小 , 說明原假設(shè)成立 , 因?yàn)?c 、 e 問電阻值小說明通過萬用表的電流大 , 偏置正常。其等效電路如圖1-12(b) 所示 , 圖中VCC 是表內(nèi)電阻擋提供的電池 ,R為表 內(nèi)阻 ,Rm 為人體電阻。圖圖 1-12 用指針萬用表判別三極管用指針萬用表判別三極管 c 、 e 電極電極1. 1. 基本電壓放大電路基本電壓放大電路 滿足放大條件的三種電路滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共發(fā)射極共集電極共集電極共基極共基極實(shí)現(xiàn)電路實(shí)現(xiàn)電路uiuoRB

16、RCuouiRCRE第二章第二章 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管三極管的三種基本連接方式三極管的三種基本連接方式共發(fā)射極共基極共集電極2 2）放大電路的基本組成）放大電路的基本組成ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE1. 電路組成電路組成及元件作用及元件作用輸入回路（基極回路）輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）輸出回路（集電極回路）3.2 共共射極放射極放大電路大電路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2

17、T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEUBEIBICUCE無輸入信號無輸入信號(ui = 0)時時: ui = 0時時 uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論：結(jié)論：QIBUBEQUCEICUBEIB無輸入信號無輸入信號(ui = 0)時時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC ui 0 uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE

18、iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO+集電極電流集電極電流直流分量直流分量交流分量交流分量動態(tài)分析動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析靜態(tài)分析uitOuotO直流通路直流通路( IB 、 IC 、 UCE )對直流信號電容對直流信號電容 C 可看作開路（即將電容斷開）可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開斷開斷開+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiERBRCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作可看作短路。忽略電源的內(nèi)短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒阻，電源的端

19、電壓恒定，直流電源對交流定，直流電源對交流可看作短路?？煽醋鞫搪?。短路短路短路短路對地短路對地短路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE放大電路無信號輸入（放大電路無信號輸入（ui = 0）時的工作狀態(tài)。）時的工作狀態(tài)。估算法、圖解法。估算法、圖解法。各極電壓電流的直流分量。各極電壓電流的直流分量。放大電路的直流通路。放大電路的直流通路。 (1)靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q：IB、IC、UCE 。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。確定放大電路的靜態(tài)值。BBECCB RUUI 所以所以BCCBRUI 根據(jù)電流放大作用根據(jù)電流放大作用CEOBC III BB

20、 II 當(dāng)當(dāng)UBE UBE ; . 近于正比關(guān)系：近于正比關(guān)系： IC= IB , O R RC C R RC C故飽和條件是故飽和條件是： / 晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流(a)放大放大+ UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB = 0+ UCE UCC UBC 0 IB+ UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 當(dāng)晶體管飽和時，當(dāng)晶體管飽和時， UCE 0，發(fā)射極與集電極之，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關(guān)的接通，其間電阻很??；當(dāng)晶體管間如同一個開關(guān)的接通，其間電阻很??；當(dāng)晶體管截止時，截止時，IC 0 ，發(fā)射極與集電極之間如同

21、一個開關(guān)，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關(guān)的斷開，其間電阻很大，可見，的斷開，其間電阻很大，可見，晶體管除了有放大晶體管除了有放大作用外，還有開關(guān)作用。作用外，還有開關(guān)作用。O= EOUCE UCCUBE0或加反向偏置?；蚣臃聪蚱谩］敵鎏匦匀齻€區(qū)域的特點(diǎn)輸出特性三個區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：放大區(qū)：.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：即： UCE=UCCICRC ; UCE UBE ; .IC= IB , 且且 IC = IB(2) 飽和區(qū)：飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 即：即： IC UCCRC , UCE UBE ， IBIC，UCE 0.3V 0;

22、(3) 截止區(qū)：截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。 UBEuC時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。UU22DRM 動畫動畫uoU2U2u tO tO1.4.2 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管簡稱發(fā)光二極管簡稱LED，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。導(dǎo)體器件。 發(fā)光二極管的符號如圖所示。發(fā)光二極管的符號如圖所示。發(fā)光二極管常用

23、于作為顯示器件，發(fā)光二極管常用于作為顯示器件，可單個使用，也可作成可單個使用，也可作成7段式或矩段式或矩陣式，工作時加正向電壓，并接入陣式，工作時加正向電壓，并接入相應(yīng)的限流電阻，工作電流一般為相應(yīng)的限流電阻，工作電流一般為幾毫安到幾十毫安，正向?qū)〞r的幾毫安到幾十毫安，正向?qū)〞r的管壓降為管壓降為1.82.2V。 + +發(fā)光二極管符號發(fā)光二極管符號1.4.3 光敏二極管光敏二極管 光敏二極管又稱為光電二極管，它是將光能轉(zhuǎn)換為電能的光敏二極管又稱為光電二極管，它是將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件。 其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個能使其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個能使光線照入的窗口。其符號如圖光線照入的窗口。其符號如圖所所示。示。光敏二極管符號光敏二極管符號 光敏二極管的特性曲線光