1 / 31

计 算 机 电 路 基 础

计 算 机 电 路 基 础. 执教者：谢婷. 本章内容. 开关特性：二极管、三极管、 MOS 管 三种管子的特性曲线与主要参数. 重点和难点. 重点： １、理解 PN 结的单向导电性。 ２、理解三极管的电流放大作用及实现电流作用的外部工作条件。理解三极管的输入特性和输出特性以及主要参数。 ３、掌握三极管输出特性曲线中的截止区、放大区和饱和区等概念。 ４、熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法。 ５、熟悉 MOS 场效应管的分类及符号。 难点： １、载流子运动规律与器件外部特性的关系。只须了解，不必深究. 半导体基本知识. 半导体：

boris
Télécharger la présentation

计 算 机 电 路 基 础

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 计 算 机 电 路 基 础 执教者：谢婷

  2. 本章内容 • 开关特性：二极管、三极管、MOS管 • 三种管子的特性曲线与主要参数

  3. 重点和难点 • 重点： • １、理解PN结的单向导电性。 • ２、理解三极管的电流放大作用及实现电流作用的外部工作条件。理解三极管的输入特性和输出特性以及主要参数。 • ３、掌握三极管输出特性曲线中的截止区、放大区和饱和区等概念。 • ４、熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法。 • ５、熟悉MOS场效应管的分类及符号。 • 难点： • １、载流子运动规律与器件外部特性的关系。只须了解，不必深究

  4. 半导体基本知识 • 半导体： • 定义:导电性能介于导体和绝缘之间的物质 • 材料:常见硅、锗 • 硅、锗晶体的每个原子均是靠共价键紧密结合在一起。

  5. 本征半导体 • 本征半导体：纯净的半导体。0K时，价电子不能挣脱共价键而参与导电，因此不导电。随T上升晶体中少数的价电子获得能量。挣脱共价键束缚，成为自由电子，原来共价键处留下空位称为空穴。空穴与自由电子统称载流子。 • 自由电子：负电荷 • 空穴：正电荷 • 不导电 自由电子与空穴成对出现/复合

  6. 杂质半导体 • 杂质半导体： • 在本征半导体中掺入微量杂质。 • 导电性能发生变化 • N型半导体 • P型半导体

  7. N型半导体/电子型半导体 • 定义：硅晶体中掺入五价元素（磷、锑） • 自由电子（多子）：掺杂+热激发 • 空穴（少子）：热激发

  8. P型半导体/空穴型半导体 • 定义：硅晶体中掺入三价元素（硼、铟） • 自由电子（少子）：热激发 • 空穴（多子）：掺杂+热激发 • 总结： • 多子：掺杂（主）+热激发 • 少子：热激发（主）

  9. PN结的形成 • 多子扩散运动形成耗尽层 • 空穴浓度： P区>N区；自由电子：P区<N区 • 多子由浓度高—>浓度低扩散，扩散到对方复合，交界区仅剩正负离子形成耗尽层/阻挡层/空间电荷区/内电场EIN。 • 少子漂移运动 • 内电场的存在，阻止了多子的扩散，P区的少子——电子，N区少子——空穴， 内电场作用下向对方移动——漂移。 • 总结：PN结中存在：由浓度差引起的多子扩散运动，它使阻挡层变宽；由内电场作用下产生的少子漂移运动，它使阻挡层变窄。当两者强度相当时，达到动态平衡。

  10. 思考 ：PN结内部存在电场，若将P区与N区端点用导线连接，是否有电流流过？ • 无电流流过 • 在无外电压的条件下，扩散电流=漂移电流，且方向相反，处于平衡状态，所以流过交界面的静态电流为0。

  11. （一）PN结的单向导电性 • 1．加正向电压（正向偏置） • P区接电源正极，N区接电源负极。 • 外电场EEXT与内电场EIN方向相反。即削弱了内电场，空间电荷区变窄，有利于多子扩散，不利于少子漂移，使扩散电流大大超过了漂移电流，于是回路形成较大的正向电流IF。 • EEXT< EIN截止 • EEXT> EIN导通

  12. (一)PN结的单向导电性 2.  加反向电压（反向偏置） • P区接电源负极，N区接电源正极。 • 外电场EEXT与内电场EIN方向相同。即加强了内电场，空间电荷区变宽，不利于多子扩散，有利于少子漂移，使漂移电流超过扩散电流，于是回路中形成反向电流IR。因为是少子产生，所以很微弱。 • PN结截止

  13. （一）PN结的单向导电性 • 总结：PN结具有单向导电性，当正向偏置时，有较大的正向电流，电阻很小，成导通状态，反向偏置时电流很小（几乎为0）。电阻很大，成截止状态。

  14. PN结的伏安特性 • 正向特性（u>0） • UON：开启/导通电压 • 硅：0.5V 锗：0.1V • 反向特性 (u<0) • 击穿特性 • U（RB）：击穿电压 • 稳压管使用

  15. 半导体二极管 • A：阳极/正极 K：阴极/负极 • 二极管的伏安特性与PN结伏安特性一致。 • 二极管主要参数： • 1．  最大正向电流IF • 2．  反向击穿电压U（RB） • 3．  反向电流IR • 4．  最高工作频率FT 和反向恢复时间tre • 5、 温度影响

  16. 限幅电路如图示：假设输入UI为一周期性矩形脉冲，低电压UIL=-5V，高电压UIH=5V。限幅电路如图示：假设输入UI为一周期性矩形脉冲，低电压UIL=-5V，高电压UIH=5V。 • 当输入UI为-5V时，二极管D截止， • 视为“开路”，输出UO=0V。 • 当输入UI为+5V时，二极管D导通， • 由于其等效电阻RD相对于负载电 • 阻R的值小得多，故UI基本落在R上， • 即UO=UI=+5V。

  17. 二极管分析 • 1、分析二极管的状态：是导通还是截止——二极管的两端电压：若是反偏则截止；若是正偏还要看P的电压是否比N的电压高Uon（导通电压）是则导通，否则截止。若是理想二级管，Uon=0V。2、二极管导通则相当于一导线（理想状态）或一个小电阻（非理想状态）；截止则相当于断开的开关。

  18. 稳压管及其应用 • 工作在反向击穿状态，输出稳定值 • 与普通二极管相反，阴极：高；阳极：低 • 如图：稳压值5.6V，IZ：5mA~82mA，分析电路 • 不接RL时 ，IL=0，I1=IZD，RMIN=(12-5.6)/IZM=78Ω ， • 若选R=82Ω ，I1MAX=(12-5.6)/82=78mA • 保证IZD>5mA ，ILMAX=I1MAX-5=78-5=73mA， • RLMIN=5.6/73=75Ω ，只要负载电阻RL大于75Ω ,其上可获得稳定的5.6伏输出电压。

  19. 半导体三极管 材料：硅、锗 分类：NPN、PNP 组成：三极：发射极e、基极b、集电极c 三区：发射区、基区、集电区 两结：发射结、集电结

  20. 三极管放大原理 发射区浓度很高，基区浓度低且很簿 要求：发射结正偏，集电结反偏 发射区向基区发射电子 电子在基区中扩散与复合 电子被集电极收集

  21. 输出特性曲线 截止区：ＵBE＜UON iB≈0,iC≈0 放大区：ＵBE≥UON（硅： 0.5V；锗：0.3V）IC=βIB 饱和区：ＵBE＞UON IＢＳ＞IＣＳ／β 截止区

  22. 三极管主要参数 共发射极电流放大系数β 集电极-发射极击穿电压UCEO 集电极最大电流ICM 最大功率PCM 特征频率fT 集电极-发射极饱和压降UCES

  23. 例开关电路如图所示.输入信号U1是幅值为5V频率为1KHZ的脉冲电压信号.已知 β=125,三极管饱和时UBE=0.7V,UCES=0.25V.试分析电路的工作状态和输出电压的波形

  24. 三极管的三种接法 • 共射极电路： • 共基极电路: • 共集极电路（射极跟随器）

  25. MOS场效应管 • 压控电流源器件 • 分类： • 增强型、耗尽型 • PMOS管、NMOS管 • 特性曲线 • 转移特性曲线 • 输出特性曲线

  26. MOS场效应管的主要参数 • 直流参数： • 开启电压 UTN，UTP • 输入电阻 rgs • 交流参数： • 跨导gm • 导通电阻Rds • 极间电容

  27. 例NMOS管构成反相器如图示,其主要参数为UTN=2.0V，gM=1.3MA/V，rDS(ON)=875，电源电压UC=12V。输入脉冲电压源辐值为5V,频率为1KHZ。试分析电路的工作状态及输出电压UO的波形。 • (1)uI=0V，uGS=uI(0)<UTN(2V) • 故管子截止。iD=0，uO=uC=12V • uI=5V,uGS=uI=5V>UTN 管子导通 • uDS=UC*rDS(ON)/(rDS(ON)+R1)=0.9V.

  28. 本章小结 • 开关特性：二极管、三极管、MOS管 • 三种管子的特性曲线与主要参数

  29. 重点和难点 • 重点： • １、理解PN结的单向导电性。 • ２、理解三极管的电流放大作用及实现电流作用的外部工作条件。理解三极管的输入特性和输出特性以及主要参数。 • ３、掌握三极管输出特性曲线中的截止区、放大区和饱和区等概念。 • ４、熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法。 • ５、熟悉MOS场效应管的分类及符号。 • 难点： • １、载流子运动规律与器件外部特性的关系。只须了解，不必深究

  30. 本章小结 • 开关特性：二极管、三极管、MOS管 • 三种管子的特性曲线与主要参数

  31. 主教材重点例题 １、P44 例2.1.1 ２、P51 例2.2.1 ３、P61 例2.3.1 作业： P63 1 P64 5

More Related