1、第五章第五章 电子技术基础知识电子技术基础知识主要学习内容主要学习内容1、半导体的导电机制、半导体的导电机制2、P型半导体和型半导体和N型半导体的形成型半导体的形成3、PN结的形成及其单方向导电性结的形成及其单方向导电性4、晶体二极管的结构及其特性、晶体二极管的结构及其特性5、晶体三极管的结构及电流放大作用、晶体三极管的结构及电流放大作用6、二极管整流电路、二极管整流电路一、一、P型半导体和型半导体和N型半导体型半导体1、半导体的导电机制、半导体的导电机制半导体半导体-根据材料的导电能力，可以将自然界中的根据材料的导电能力，可以将自然界中的物质划分为导体、绝缘体和半导体。典型的半导体材物质划分
2、为导体、绝缘体和半导体。典型的半导体材料是硅料是硅Si和锗和锗Ge。第一节第一节 半导体和半导体和PN结结纯净半导体纯净半导体本征半导体本征半导体也称为物质的组成物质的组成物质物质 分子分子 原子原子 原子核原子核核外电子核外电子带负电带负电带正电带正电一个原子带的正电数目一个原子带的正电数目=带负电数目带负电数目电子按照一定的层次排列在原子核外电子按照一定的层次排列在原子核外每个原子都希望每个原子都希望最外层电子为最外层电子为8个个4共价键价电子44444444半导体晶格图444444444自由电子空穴电子载流子载流子空穴在外界能量的刺激下出现电子空穴对在外界能量的刺激下出现电子空穴对如果在
3、本征半导如果在本征半导体的两端加以电体的两端加以电压，则会有两种压，则会有两种运载电荷的粒子运载电荷的粒子产生电流，一是产生电流，一是自由电子向正极自由电子向正极流动形成电子电流动形成电子电流，另一种是空流，另一种是空穴向负极移动形穴向负极移动形成空穴电流，但成空穴电流，但数目很少，所以数目很少，所以本征半导体的导本征半导体的导电能力很差。电能力很差。形成：形成：在本征半导在本征半导体中掺入微量三体中掺入微量三价元素硼。导电价元素硼。导电性能大加强。性能大加强。1 1）P P型半导体型半导体硅原子硅原子空穴空穴硼原子硼原子+4+4+4+4+4+4+4+4+3硼硼2、P型半导体和型半导体和N型半
4、导体型半导体-杂质半导体杂质半导体多数载流子多数载流子空穴空穴 少数载流子少数载流子电子电子空 穴 导 电 型空 穴 导 电 型444454444键外电子施主原子 N型半导体共价键结构型半导体共价键结构硅原子硅原子磷原子磷原子形成：形成：在本征半导在本征半导体中掺入微量五体中掺入微量五价元素磷。导电价元素磷。导电性能大加强。性能大加强。多数载流子多数载流子电子电子 少数载流子少数载流子空穴空穴电子导电型电子导电型2 2）N N型半导体型半导体 P型半导体 N型半导体 硅原子硅原子空穴空穴硼原子硼原子+4+4+4+4+4+4+4+4+3硅原子硅原子多余电子多余电子磷原子磷原子+4+4+4+4+4
5、+4+4+4+51、PN结的形成 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形分别形成成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半导体和型半导体和P型半导型半导体的结合面上形成空间电荷区体的结合面上形成空间电荷区:二、二、结结 注入三注入三价硼价硼注入五注入五价磷价磷 空穴数目多空穴数目多 电子数目多电子数目多一+结果，在结果，在P型半导体和型半导体和N型半导体结合面上，离型半导体结合面上，离子薄层形成一个子薄层形成一个空间电荷区，空间电荷区，这个空间电荷区，称这个空间电荷区，称为为PN结结。，。，PN结的形成过程结的形成过程
6、2、PN结的单向导电性结的单向导电性定义：定义：加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏加加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏PN结正向导通结正向导通正向导通电流大正向导通电流大 PN结呈低电阻结呈低电阻 PN结反向截止结反向截止 反向截止电流极小反向截止电流极小 PN结呈高阻结呈高阻正向电流正向电流 晶体二极管是由一个晶体二极管是由一个PNPN结，结，两条电极引线和管壳构成。两条电极引线和管壳构成。结构结构类型类型按材料分类按材料分类按结构分类按结构分类按用途分类按用途分类硅管，锗管硅管，锗管点点接接触触型型普通二极管，整流二极管普通二极管，整流二极管开关二极管，稳压二极管开关二极管，稳压
7、二极管面面接接触触型型第二节第二节 晶体二极管晶体二极管N型锗正极引线负极引线外壳金属触丝负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座阳极阳极阴极阴极+-面接触型二极管特点：面接触型二极管特点：结面积大、结电容大，允许通过结面积大、结电容大，允许通过较大的电流，适用于低频整流。较大的电流，适用于低频整流。点接触型二极管特点：点接触型二极管特点：结面积小，因此结电容小，允许通结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。第二节第二节mAmAV VR RWWV VR RDDmAmAV VR R
8、WWV VR RDD第二节第二节ODOD段段称为正向特性。称为正向特性。OCOC段段，正向电压较小，正向电压较小，正向电流非常小，只有当正向电流非常小，只有当正向电压超过某一数值时，正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这才有明显的正向电流，这个电压称为死区电压，锗个电压称为死区电压，锗管管0.2-0.3V,0.2-0.3V,硅管硅管0.6-0.8V0.6-0.8V。CDCD段段，当正向电压大于死区电压后，正向电流近似当正向电压大于死区电压后，正向电流近似以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。1 1 正向特性正向特性第二节第二节ADCBi
9、DuDOUBRA ADDC CB BiDuDo oU UBRBROBOB段称为反向特性。这时二段称为反向特性。这时二极管加反向电压，反向电流很极管加反向电压，反向电流很小小当温度升高时，半导体中本征激当温度升高时，半导体中本征激发增加，是少数载流子增多，故发增加，是少数载流子增多，故反向电流增大，特性曲线向下降反向电流增大，特性曲线向下降3 3 反向击穿特性反向击穿特性BABA段称为反向击穿特性段称为反向击穿特性当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流突然剧增，称为二极管反向击穿。突然剧增，称为二极管反向击穿。2 2 反向特性反向特性第二节第二节
10、参数参数对器件性能的定量描述对器件性能的定量描述器件使用的极限条件器件使用的极限条件半导体半导体二极管二极管的主要的主要参数参数最大整流电流最大整流电流IF最大反向工作电压最大反向工作电压UR反向电流反向电流IR第二节第二节二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。管子使用时允许加的最大反向电压。管子使用时允许加的最大反向电压。二极管未发生击穿时的反向电流值。二极管未发生击穿时的反向电流值。二极管的型号命名及含义：二极管的型号命名及含义：2AP92AP92CW562CW56N N型锗材料型锗材料普通二极管普通二极管N N型硅材料型硅材料稳压二极管稳
11、压二极管2 C Z 52 A 规格号规格号序号序号整流管整流管N型硅材料型硅材料二极管二极管 将红、黑表笔分别接二极管两端。所测将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时电阻小时，黑表黑表笔接触处为正极笔接触处为正极，红表笔接触处为负极红表笔接触处为负极。1.判别正负极性判别正负极性万用表测试条件：万用表测试条件：R100或或R1k；万用表测试条件：万用表测试条件：R1k1k。2.2.判别好坏判别好坏(3)(3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。(2)(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。若正反向电阻非常大，二极管开路。(1)(
12、1)若正反向电阻均为零，二极管短路；若正反向电阻均为零，二极管短路；5-4 整流电路及滤波电路整流电路及滤波电路学习内容学习内容1、单相半波整流电路、单相半波整流电路2、单相全波整流电路、单相全波整流电路3、单相全波桥式整流电路、单相全波桥式整流电路4、滤波电路、滤波电路5、三相全波整流电路、三相全波整流电路1.整流电路的技术指标整流电路的技术指标整流电路工作性能参数整流电路工作性能参数整流二极管的性能参数整流二极管的性能参数 学习整流电路的时候，关键是把握以上四个参数学习整流电路的时候，关键是把握以上四个参数 一、单相半波整流电路一、单相半波整流电路流过管子的正向平均电流流过管子的正向平均电
13、流二极管所承受的最大反向电压二极管所承受的最大反向电压 IV UDM 输出电压的平均值输出电压的平均值它反映整流电路将交流电压转换成直流电压的大小它反映整流电路将交流电压转换成直流电压的大小 脉动系数脉动系数S 反映整流电路输出电压的平滑程度反映整流电路输出电压的平滑程度 Uz2.单相半波整流电路工作原理单相半波整流电路工作原理 tO 2 3 u222U tO 2 3 uz22U245.0UUZ直流电压：tO 2 3 iv tO 2 3 uD22U2DM2UU管子最大反向电压：Z2Z45.0RURUIZV负载电流：RL220 V+UZu2iD+uDRL220 Vu2D1D2R1u2u2u二、单
14、相全波整流电路二、单相全波整流电路D1D2R2u2u1u to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uzu2uD iz22U22U222UD1导通导通D2截止截止D2导通导通D1截止截止D1导通导通D2截止截止245.0UUZ直流电压：2DM2UU管子最大反向电压：Z2Z45.0RURUIZV负载电流：29.0UUZ直流电压：Z2Z9.0RURUIZV负载电流：单相半波整流单相半波整流单相全波整流单相全波整流2DM22UU管子最大反向电压：V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uo u2u1三、单相桥式整流三、单相桥式整流输入正半周输入正半周1.1.工作原理
15、工作原理输入负半周输入负半周+uo 当当u0时，时，二极管二极管D1、D3导通，导通，相当于开关闭合；相当于开关闭合；D2、D4截止；相当截止；相当于开关断开。于开关断开。to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uzu2uD iz22U22U22UD1、D3导通导通D2、D4导通导通D1、D3导通导通29.0UUZ直流电压：2DM2UU管子最大反向电压：Z2Z9.0RURUIZV负载电流：单相桥式全波整流单相桥式全波整流简化画法简化画法+uo RLio+u2 整流桥堆整流桥堆把四只二极管封把四只二极管封装在一起称为整装在一起称为整流桥流桥+-+现实生活当中，需要直流电源的
16、地方很多。现实生活当中，需要直流电源的地方很多。电子设备中电子设备中 需要直流电源供电（小功率）需要直流电源供电（小功率）直流电源的来源？直流电源的来源？干电池干电池由交流市电变为直流电的各种半导体电源（直流稳压电源）由交流市电变为直流电的各种半导体电源（直流稳压电源）直流稳压电源的框图：直流稳压电源的框图：交流电源交流电源变压器变压器整流整流滤波滤波稳压稳压负载负载HOME直流电动机直流电动机 需要需要直流电源供电（大功率）直流电源供电（大功率）OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向单向脉动电压脉动电压合适的合适的交流电压交流电压滤滤 波波稳稳 压压整流变压器io +uo=uc RLV
17、1V4V3V2+u 四、四、滤波电路滤波电路一、电容滤波一、电容滤波1.电路和工作原理电路和工作原理C返回电容电容充电充电电容电容放电放电io +uZ=uc RLV1V4V3V2+u V 导通时给导通时给 C 充电，充电，V 截止时截止时 C 向向 RL 放电放电；滤波后滤波后 uZ 的波形变得平缓，平均值提高。的波形变得平缓，平均值提高。电容电容充电充电电容电容放电放电C2.波形及输出电压波形及输出电压2Z2U U 当当 RL=时：时：O tuZ 2 22U当当 RL 为有限值时：为有限值时：2229.0UUU Z通常取通常取RLC 越大越大 UZ 越大越大2)53(LTCR RL=为获得良
18、好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：(T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期)UZ=1.2U2二、其他形式滤波二、其他形式滤波1.电感滤波电感滤波RLL+u2 整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分量被电感直流分量被电感 L 短路短路交流分量主要降在交流分量主要降在 L 上上 电感越大，滤波效果越好电感越大，滤波效果越好2.型滤波型滤波L C1RL+u2 C2C1、C2 对交流容抗小对交流容抗小L 对交流感抗很大对交流感抗很大负载电流小时负载电流小时Um VuUuWut0NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC三极管结构三极管结构NPNeb ce b c集电区N发
19、射区N基区Pebc集电集电结结发射结集电极发射极基极College of Physics Science&TechnologyYANGZHOU UNIVERSITYCHINA若使三极管起到放大作用若使三极管起到放大作用 三极管等效三极管等效PN结电路结电路集电结发射结二、电流分配关系和电流放大作用二、电流分配关系和电流放大作用bcII：三极管的电流放大倍数bceIII电流分配关系：以基极的小电流以基极的小电流来达到控制集电极的大电流来达到控制集电极的大电流放大作用放大作用三、三、常常数数 CE)(BEBUUfIIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40
20、 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区O 测量三极管三个电极对地电位，测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态试判断三极管的工作状态。放大截止饱和例1：BCII1、直流参数、直流参数ICbO A+EC AICEOIB=0+BCII 2、交流参数、交流参数1BCII3.极限参数：极限参数：使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数O 晶体管工作时由于集电结处于反向连接，所以，电晶体管工作时由于集电结处于反向连接，所以，电阻很大。当电流流过集电结时集电结就会产生热量，阻很大。当电流流过集电结时集
21、电结就会产生热量，为了集电结的温度不超过规定值，集电结的耗散功率为了集电结的温度不超过规定值，集电结的耗散功率将受到限制，一般应使将受到限制，一般应使PC不得超过管子的耗散功率不得超过管子的耗散功率PCM.使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数等损耗线 半导体三极管的型号半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 1/18/2023第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管
22、、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管100R k1R 将万用表设置在将万用表设置在 或或 挡。挡。用两个表笔用两个表笔交替测试交替测试两个管脚阻值都很大，说明另一个管脚两个管脚阻值都很大，说明另一个管脚是基极。是基极。四、三极管的简易测试四、三极管的简易测试 图图2.1.14基极基极b b的判断的判断1、找基极、找基极操作方法在下页集电结发射结100R k1R用两个表笔用两个表
23、笔交替（对调）测试交替（对调）测试两个管脚，当阻值都很大，说两个管脚，当阻值都很大，说明另一个管脚是基极。明另一个管脚是基极。1、找基极、找基极退出放映，演示操作方法100R k1R 将万用表设置在将万用表设置在 或或 挡，用黑表挡，用黑表笔放在基极上，红表笔分别和另外两个管脚相接，如笔放在基极上，红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，说明是果测得两个阻值都很小，说明是NPN型的管子。如果型的管子。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是的是PNP管的基极。管的基极。2、判断、判断NPN管型和管型和PNP管型管型图图2
24、.1.14基极基极b b的判断的判断 首先确定了三极管的基极和管型。首先确定了三极管的基极和管型。先假定一个待定电极为集电极先假定一个待定电极为集电极c（另一个假定为发射极（另一个假定为发射极e）接入）接入电路，记下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一电路，记下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下欧姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次下接入电路，并记下欧姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次（阻值小的一次），黑表笔所连接的管脚是集电极（阻值小的一次），黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔，红表笔所连接的管脚为发射极所连接的管脚为发射极e。3、e、c管脚的判断管脚的判断图
25、图2.1.12估测估测的电路的电路三极管管脚名称的判断方法三极管管脚名称的判断方法我们以半圆塑封三极管为例：我们以半圆塑封三极管为例：1、平面朝上、平面朝上2、三极管的三个管脚朝下。、三极管的三个管脚朝下。3、从左往右三极管的管脚依次是、从左往右三极管的管脚依次是e、b、c本章小结（一）本章小结（一）1 1、本征半导体、本征半导体-纯净、不含杂质的半导体纯净、不含杂质的半导体2 2、本征半导体掺入微量、本征半导体掺入微量三价元素硼三价元素硼 空穴导电型空穴导电型-P-P型半导体型半导体3 3、本征半导体掺入微量、本征半导体掺入微量五价元素磷五价元素磷 电子导电型电子导电型-N-N型半导体型半导
26、体4 4、PNPN结具有单方向导电性结具有单方向导电性 PNPN结正向导通，结正向导通，PNPN结呈低阻结呈低阻 PNPN结反向截止，结反向截止，PNPN结呈高阻结呈高阻5 5、检测、检测PNPN结结 用欧姆档用欧姆档 RX100RX100、RX1KRX1K本章小结（二）本章小结（二）1 1、二极管由一个、二极管由一个PNPN结构成，结构成，单方向导电单方向导电2 2、三极管由二个、三极管由二个PNPN结构成，结构成，发射结和集电结发射结和集电结3 3、三极管有、三极管有 NPN NPN 和和 PNP PNP 两种结构两种结构 有基区、发射区、集电区有基区、发射区、集电区 有基极、发射极、集电
27、极有基极、发射极、集电极4 4、三极管有三个工作状态、三极管有三个工作状态 放大（区）发射结正偏、集电结反偏放大（区）发射结正偏、集电结反偏 饱和（区）发射结正偏、集电结正偏饱和（区）发射结正偏、集电结正偏 截止（区）发射结反偏、集电结反偏截止（区）发射结反偏、集电结反偏5 5、三极管的电流分配关系、三极管的电流分配关系cbeIII本章小结（三）本章小结（三）1 1、将交流电转换成直流电、将交流电转换成直流电-整流整流2 2、单相半波整流电路用、单相半波整流电路用一个二极管一个二极管单相全波整流电路用单相全波整流电路用二个二极管二个二极管单相桥式全波整流电路用单相桥式全波整流电路用四个二极管四个二极管3 3、整流电路输出电压及最高反向电压、整流电路输出电压及最高反向电压单相半波单相半波单相全波单相全波单相桥式全波单相桥式全波 三相桥式全波三相桥式全波222.45.0UUUUDMZ234.2UUZ2222.9.0UUUUDMZ222.9.0UUUUDMZ本章结束再见
