第6章 半导体器件及其应用.ppt

第6章　半导体器件及其应用 6.1 半导体基础知识 6.2 二极管 6.4 光电器件 6.4.1 发光二极管（LED） ① 可见光发光二极管可用于数字、字符显示器件，或电子仪器、仪表指示器等。这类二极管具有亮度强、清晰度高、电压低（1.5～3V）、反应快、体积小、寿命长等特点。在汽车上用LED作指示灯、报警灯、组合仪表显示、故障代码显示等。 ② 红外线发光二极管可用于光电耦合器、红外线遥控装置等。 ③ 激光发光二极管可用于小功率光电设备中，如计算机上的光盘驱动器、激光打印机中的打印头等。 汽车上的液面检测报警电路 6.4.2 光敏（电）二极管 光敏（电）二极管是一种能够实现光电转换的二极管，利用半导体的光敏特性制造而成。 6.4.3 光敏三极管 6.4.4 光耦合器 光耦合器是一种把发光管与光敏管封装在一起的光电器件。它用输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，照射光敏二极管或光敏三极管而产生光电流，转换成电信号，然后送给负载，这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用 6.5 三极管 6.5.2 晶体三极管的电流分配和放大作用 1．晶体三极管的工作电压 欲使三极管起放大作用，除了其本身结构外，还需要一个外部条件，即必须在发射结加正向电压，在集电结加反向电压 2．晶体三极管的电流分配 3．晶体三极管的放大特性 当基极电流Ib有个很小的变化△Ib时，会引起集电极电流Ic的很大变化△Ic。三极管的这种以“小变化的基极电流Ib控制大变化的集电极电流Ic”的性能，称为“三极管的电流放大特性”。三极管电流放大的实质是“以小带大；以小控大”，并非真正放大。 4．晶体三极管的基本连接方式 放大器应有四个端子，用来分别接通输入信号和输出信号。由于三极管只有三个电极，所以用三极管作放大器时，必须有一个电极作为输入和输出信号的公共端。 6.5.3 三极管的特性曲线 1．输入特性曲线 2．输出特性曲线 1）放大区 2）截止区 3）饱和区 4）三极管的电子开关作用实例 6.5.6 功率三极管 1．大功率三极管 大功率三极管分为金属壳封装和塑料封装两种。在汽车电子控制单元中应用较多的是塑料封装的产品，因用途及要求不同而具有多种封装形式 2．达林顿三极管 为了提高大功率三极管的电流放大系数，将两只或多只三极管的集电极连接在一起，将第一只三极管的发射极直接接到第二只三极管的基极，依次级连复合而成，引出E、B、C三个电极，这种三极管称为达林顿管（复合三极管）。 6.6 晶体管的开关特性 6.6.1 二极管的开关特性 二极管在正向电压作用下导通，在反向电压作用下截止，这相当于开关的闭合和断开。可见，二极管具有开关特性。 二极管开关只能近似于理想开关。但较之机械开关，二极管开关具有动作时间短、使用频率高、无触点等优点。因此，在数字电路中，经常用二极管作开关器件。 6.6.2 限幅器和钳位器 限幅器也称削波器，用来削去部分输出波形，以限制输出波形的幅度。 钳位器是将输出波形的顶部或底部钳制在规定的电平上，而原来的波形基本不变。 1．限幅器 2．钳位器 6.6.3 三极管的开关特性 三极管具有饱和、放大、截止三种工作状态。当三极管在饱和和截止状态下交替工作时，三极管只具有开关作用。 1．截止状态 三极管的截止状态是指基极加0V输入电压时的工作状态。当发射极电压Ube＜0.5V时，Ib和Ic都近似为零，三极管处于截止状态，相当于开关断开，如图所示。 2．饱和状态 当三极管的发射结和集电结均处于正向偏置时，三极管处于饱和状态。三极管饱和后，再增大Ib，集电极电流Ic也不再增大。这相当于开关闭合，如图所示。 3．三极管的开关特性 如果有目的地控制三极管各电极上的电位，使三极管在截止和饱和状态下交替工作，三极管就成为一个无触点开关。应当注意的是：三极管也不是理想的开关，从截止到饱和，从饱和到截止，均需要时间来完成，但时间很短，一般为几纳秒到几十纳秒。这在一般脉冲电路中可忽略，但在高速脉冲电路中要加以考虑。另外，三极管饱和时，发射结正向电压一般约为0.7V（硅管）和0.3V（锗管）；集电极与发射极之间的电压降约为0.3V（硅管）和0.1V（锗管）。 6.6.4 反相器 6.7 晶闸管 1、晶闸管的外形、符号及结构 2．晶闸管的工作原理 3、晶闸管的主要参数 图6-44 钳位器电路及波形 a）电路 b）输入信号波形 c）输出信号波形 三极管截止（开关断开） 三极管饱和（开关闭合） 当三极管基极输入信号为低电平时，由于负电源-Ubb的作用，使Ube＜0，三极管发射结处于反向偏置，此时三极管截止，Ie = 0 、UO = Ucc，即输出高电平。 当三极管基极输入信号为高电平时，