大连理工大学,机械工程学院,机械电子学第二章模拟电子.pptx

第二章 模拟电子技术基础2.1 基本半导体元件2.1.1 半导体的基本知识本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。最多的半导体是硅和锗。受外界热和光的作用往纯净的半导体中掺入某些杂质导电能力明显变化杂质半导体N 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），自由电子浓度远大于空穴浓度。因为多数载流子（多子）的自由电子带负电，所以成为N（Negative）型半导体。P 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），该 型半导体中空穴是多子，电子是少子。因为多子的空穴带正电，所以成为P（Positive）型半导体。2.1.2 PN结及半导体二极管在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。PN 结正向偏置： P 区加正、N 区加负电压PN 结反向偏置： P区加负、N 区加正电压将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为二极管。P区对应的称为阳极（或正极），N区对应的称为阴极（或负极）。阴极阳极IU伏安特性导通压降: 硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。死区电压 硅管0.6V,锗管0.2V。反向击穿电压UBR二极管的应用是主要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等场合。理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 uituiuoRLuot二极管的应用举例 (1)二极管半波整流IU照度增加2.1.3 光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。2.1.4 发光二极管(LED)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。 发光二极管的开启电压比普通二极管的大，红色的在1.6V~1.8V，绿色的约2V。2.1.5 双极型晶体管（三极管）——BJTBipolar Junction TransistorC集电极CPNBNPB基极PNEE发射极集电极NPN型PNP型基极发射极C集电极NPBN基极E发射极集电结CCBBEE发射结NPN型三极管PNP型三极管ICE与IBE之比称为（共射）电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。100?A480?A360?A240?A120?AIB=0312UCE(V)69输出特性IC(mA )输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=?IB , 且 ?IC = ? ? IB(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCE?UBE ， ?IBIC，UCE?0.3V (3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO ?0 在模拟电路中，总是希望三极管工作在放大区，而在数字电路中，总是希望三极管工作在饱和导通区或截止区。 2.1.5 单极型晶体管（场效应管）——FETField Effect Transistor场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，它仅靠半导体中的多数载流子导电，所以又称为单极型晶体管。温度稳定性好，阻抗高。场效应管按其结构的不同可分为:结型场效应管(JFET)——Junction FET绝缘栅型场效应管(IGFET 或 MOS)——Insulated Gate FETMetal-Oxide-SemiconductorD漏极DDNG(栅极)GGPPSSS源极2.1.5.1 结型场效应管:N沟道结型场效应管D漏极DDPG(栅极)GGNNSSS源极P沟道结型场效应管IDDUDSPGNNNNUGSSUDS=0V时工作原理（以P沟道为例）PN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。NNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS ? 0V，漏极电流ID=0A。IDDUDSPGUGSSID0UGSVPIDSS转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线特性曲线（以P沟道为例）夹断电压饱和漏极电流夹断区5V4V3V2V可变电阻区1VUGS=0V预夹断曲线输出特性曲线ID0U DS恒流区IDIDSSVPUGS0N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线IDUGS=0V-1V-3V-4V-5V0U DSN沟道结型场效应管的特性曲线输出特性曲线GSDDNNGPS2.1.5.2 绝缘栅场效应管:金属铝两个N区SiO2绝缘层P型基底导电沟道N沟道增强型GSDDNNGPS预埋了导电沟道 N 沟道耗尽型GSDDPPGNSP 沟道增强型GSDDPPGNS预埋了导电沟道 P 沟道耗尽型2.2 晶闸管（Thyristor）别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 特点：体积小、重