自动化及仪表技术基础 教学课件 ppt 作者 薄永军 李駪 主编2.第二单元 电子学基础.ppt

第二单元 电子学基础 单元学习目标 认知常用半导体器件的用途、特性及主要参数； 了解简单电子线路、集成运放； 掌握整流、滤波、稳压及放大电路的组成、工作原理、电路特点及其应用； 熟悉基本数字电路。 学会阅读简单实用电子线路。 第一节 常用电子元件 一、半导体基本知识 1.半导体导电特征及两种杂质半导体 电子电路中常用的半导体器件有二极管、三极管、运算放大器等，它们都是由半导体材料制成的。四价元素硅、锗、硒都是常用的半导体材料，纯净的半导体在常温下导电能力很差。 但若对其掺杂，其导电能力会大大增强。所谓掺杂就是将微量其他元素通过一定的工艺掺入纯净的半导体中。若掺入五价元素如磷，就形成了以自由电子导电为主的半导体，称为N型半导体。若掺入的是三价元素如硼，形成了以空穴导电为主的半导体，称为P型半导体。 自由电子带负电，空穴带正电，它们的存在极大地增强了半导体的导电能力。自由电子和空穴同时参与导电，是半导体导电的基本特征。 一、半导体基本知识 2.PN结及其单向导电性 任意一种半导体基片，无论是P型还是N型通过适当的工艺可以形成P型和N型两种半导体的结合面，这个结合面上能形成一个特殊结构的薄层，称为PN结 图2-1 PN结结构 图2-2 PN结的单向导电性 PN结具有单向导电性。在PN结上加正向电压，即P区接电源正极，N区接电源负极，使PN结正向偏置，PN结处于正向导通状态，呈现低阻性，电路上有较大电流通过。反之，当加入反向电压时，电流则很难通过，PN结处于反向截止状态。 二、二极管 1.二极管的结构 二极管是由PN结加上相应的电极引线和管壳做成的。按结构可分为点接触型和面接触型两种。 2.二极管的基本特性 二极管具有单向导电性，即正向偏置导通，反向偏置截止。正常的二极管正向电阻一般在1kΩ以下，反向电阻一般在100kΩ以上，正、反向电阻的差值越大，则管子性能越好。 二极管的伏安特性是加在二极管两端的电压U和通过二极管的电流I之间的关系曲线。 二、二极管 3.二极管的主要参数 （1）最大整流电流 长期使用时允许通过的最大正向平均电流，当电流超过该值时，将使二极管因过热而损坏。 （2）最高反向工作电压 所能承受的最大反向电压，一般取反向击穿电压的1/2-1/3数值作为最高反向工作电压，以确保二极管安全使用。 （3）最大反向电流 在一定的环境温度下，加最高反向工作电压时所测得的反向电流值。 二极管的种类繁多，用途不一，对其参数的要求也不一样，选用二极管时，可按需要查阅有关手册。常用二极管的种类有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、光电二极管和开关二极管等。 二、二极管 4.特殊二极管 （1）发光二极管。一种把电能直接转换成光能的固体发光器件。一般用磷（砷）化镓材料制成的发光二极管发红光，磷化镓发光二极管发绿光或黄光。 （2）稳压二极管。经过特殊工艺制作而成，其反向击穿电压很低，而且能允许通过较大的反向电流，当反向电流在IZmin～IZmax之间变化时，稳压二极管两端的电压UZ基本保持稳定。即所谓稳压。 三、晶体管 晶体管又称三极管，两个PN结构成的三端半导体元件。 1.三极管的结构 半导体基片分成发射区、基区和集电区，从相应区域引出的三根电极引线分别称作发射极E、基极B和集电极C，并称基极和发射极之间的PN结为发射结，集电极和基极之间的PN结为集电结。根据基片的材料不同，晶体管可分为锗管和硅管两类。根据三层半导体的组合方式，又分为PNP和NPN型。 三、晶体管 2.三极管的电流放大作用 电流放大作用是把微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC。 （1）三极管处于放大工作状态时的外部工作条件：发射结正偏，集电结反偏。 （2）三极管中各电流间的关系为： 三、晶体管 3.三极管的伏安特性曲线 （1）输入特性曲线。指当UCE为定值时， IB随UBE变化的曲线：IB＝f（UBE）UCE＝常数 （2）输出特性曲线。指当IB 为定值时， IC随UCE的变化关系： IC＝f（UCE）IB＝常数 三、晶体管 输出特性曲线将三极管划分为三种工作状态： 截止状态 输出特性IB=0的曲线以下的区域称为截止区。当IB=0时，IC=0，三极管的集电极和发射极之间接近开路，相当于开关的断开状态。三极管处于截止状态时，其发射结反向偏置或零偏。 放大状态 输出特性IB=0的曲线上方，各输出特性曲线近似水平的区域称为放大区，三极管工作在此区域时处于放大状态。三极管工作在放大状态时，发射结正向偏置，集电结反向偏置。 饱和状态 输出特性曲线直线上升段到拐点的左侧区域为饱和区，三极管工作在此区域时处于