電路與電子技術(shù)第4章--半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)2演示文檔
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.,2、二極管限幅電路,當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí),輸出電壓隨輸入電壓做相應(yīng)變化;而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí),輸出電壓保持不變,這種電路就是限幅電路。,通常將輸出電壓uo保持不變的電壓值稱為限幅電平。,當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí),輸出電壓保持不變的限幅,上限幅,下限幅,當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí),輸出電壓保持不變的限幅,.,ui > 8V,二極管導(dǎo)通,可看作短路 uo = 8V ui < 8V,二極管截止,可看作開(kāi)路 uo = ui,例,參考點(diǎn),二極管陰極電位為 8 V,.,電路如圖,求:UAB,V陽(yáng) =-6 V V陰 =-12 V,例,取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn),斷開(kāi)二極管,分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。,在這里,二極管起鉗位作用。,若忽略管壓降,則二極管可看作短路,UAB =- 6V,V陽(yáng)>V陰 二極管導(dǎo)通,若設(shè) UD=0.7V,則 UAB低于-6V一個(gè)管壓降,UAB= -6.7V,.,兩個(gè)二極管的陰極接在一起 取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn),斷開(kāi)二極管,分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。,V1陽(yáng) =-6 V,V2陽(yáng)=0 V,V1陰 = V2陰= -12 V UD1 = 6V,UD2 =12V ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 優(yōu)先導(dǎo)通, D1截止。 若忽略管壓降,二極管可看作短路,UAB = 0 V,,例,D1承受反向電壓為-6 V,流過(guò) D2 的電流為,求:UAB,在這里, D2 起鉗位作用, D1起隔離作用。,.,當(dāng)ui ≤-0.7 V時(shí),D1截止,D2導(dǎo)通,uo = -Uon = -0.7 V;,解 此題中已知二極管的壓降均為0.7V。,圖中兩只二極管D1、D2方向相反,所以當(dāng)ui ≥0.7 V時(shí),D1導(dǎo)通,D2截止,uo = Uon = 0.7 V;,由上分析可畫(huà)出uo與ui的關(guān)系曲線,如圖所示。該電路為一個(gè)雙向限幅電路,D1、D2的接法使uo的大小限在 -0.7 V~+0.7 V之內(nèi)。,當(dāng)-0.7 V<ui <0.7 V時(shí),D1、D2均截止,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi),uo = ui,uo與ui成正比例關(guān)系。,例 在圖所示電路中,已知兩只二極管的導(dǎo)通壓降Uon均為0.7 V,試畫(huà)出輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系曲線(即電壓傳輸特性)。,.,例一個(gè)簡(jiǎn)單的上限幅電路如圖(a)所示,已知輸入為5V的正弦波,解:利用二極管的模型可知,當(dāng)ui≥E +UD(on)=2.7V時(shí),V導(dǎo)通,uo=2.7 V,即將ui的最大電壓限制在2.7V上;,當(dāng)ui <2.7V時(shí),V截止,二極管支路開(kāi)路,uo= ui 。,電路的輸出波形如圖(b)所示。可見(jiàn),上限幅電路將輸入信號(hào)中高出2.7 V的部分削平了。,.,當(dāng)ui>0時(shí)二極管導(dǎo)通, uo=0V;,并聯(lián)二極管上限幅電路,E=0V, 限幅電平為0V。,當(dāng)ui<0V, 二極管截止, uo=ui。波形如圖所示。,.,例:在圖中,輸入電位 UA = + 3 V, UB = 0 V, 電阻 R 接負(fù)電源 –12 V。求輸出端電位 UO。,解:因?yàn)閁A 高于UB ,所以D1 優(yōu)先導(dǎo)通。。,D1起鉗位作用,將輸出端電位鉗制在 + 2.7 V。,設(shè)二極管的正向壓降是 0.3V,則 UO = + 2.7V。,當(dāng) D1 導(dǎo)通后, D2 因反偏而截止。,.,并聯(lián)下限幅電路,并聯(lián)上限幅電路,雙向限幅電路,自行畫(huà)出下限幅和雙限幅電路的波形圖,.,無(wú)線電技術(shù)中經(jīng)常要進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離輸送,這就需要把低頻信號(hào)(如聲頻信號(hào))裝載到高頻振蕩信號(hào)上并由天線發(fā)射出去。,3. 檢波電路,低頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào),高頻振蕩信號(hào)稱為載波,在無(wú)線電路中,受低頻信號(hào)控制的高頻振蕩稱為已調(diào)波,控制的過(guò)程稱為調(diào)制。,信號(hào)經(jīng)放大后,還原成原來(lái)的低頻信號(hào),這一過(guò)程稱為解調(diào)或檢波。,下列為由二極管組成的檢波器,其中D用于檢波,稱為檢波二極管,一般為點(diǎn)接觸型二極管;C為檢波器負(fù)載電容,用來(lái)濾除檢波后的高頻成分;RL為檢波器負(fù)載,用來(lái)獲取檢波后所需的低頻信號(hào)。,.,二極管也可用作保護(hù)器件,如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),直流電壓源US接通大電感L,二極管D因反偏而截止,全部電流流過(guò)電感線圈。,4. 二極管“續(xù)流”保護(hù)電路,若在電路中接有如圖中所示的二極管時(shí),二極管為電感線圈的放電提供了通路,使uL的負(fù)峰值限制在二極管的正向壓降范圍內(nèi),開(kāi)關(guān)S兩端的電弧被消除,同時(shí)電感線圈中的電流將平穩(wěn)地減少。,當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電感線圈中的電流將迅速降到零,大電感兩端會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)瞬時(shí)電壓。如果沒(méi)有提供另外的電流通路,該暫態(tài)電壓將在開(kāi)關(guān)兩端產(chǎn)生電弧,損壞開(kāi)關(guān)。,.,在開(kāi)關(guān)電路中,我們一般把二極管看成理想模型,即二極管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為零,截止時(shí)兩端電阻為無(wú)窮大。,5. 邏輯運(yùn)算(開(kāi)關(guān))電路,僅當(dāng)全部輸入為高電平時(shí),輸出才為高電平;,1)“與”邏輯,只要三個(gè)輸入有一個(gè)為低電平,則對(duì)應(yīng)二極管導(dǎo)通,使輸出電壓鉗位在低電平;,這在邏輯運(yùn)算中稱為“與”邏輯運(yùn)算。,.,5. 邏輯運(yùn)算(開(kāi)關(guān))電路,僅當(dāng)全部輸入為低電平時(shí),輸出才為低電平;,1)“或”邏輯,若三個(gè)輸入中有一個(gè)輸入為高電平,則對(duì)應(yīng)二極管導(dǎo)通,使輸出為高電平;,這種運(yùn)算稱為“或”邏輯運(yùn)算。,.,總之:二極管的用途如下:,1.整流:將正弦交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào) 2.檢波:將周期非正弦信號(hào)變?yōu)閱蜗蛐盘?hào) 3.鉗位(限幅):二極管一端與固定電位相連接,另一端 不高于(低于)該電位。不同方向鉗位構(gòu)成限幅電路 4.開(kāi)關(guān):用于數(shù)字電路 5.元件保護(hù):二極管反向并聯(lián),限制其端電壓 6.溫度補(bǔ)償:利用半導(dǎo)體的溫度特性,.,4.3.1 三極管的基本結(jié)構(gòu)、外形及符號(hào),4.3 晶體三極管,晶體三極管又稱為半導(dǎo)體三極管、雙極型晶體管,簡(jiǎn)稱晶體管或三極管。它具有電流放大作用,是構(gòu)成各種電子電路的基本元件。,三極管有NPN型和PNP型兩種類型,它們的外形圖、結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)如圖所示。,1、 三極管的外型,.,二氧化硅保護(hù)膜,銦球,銦球,(1)發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)的摻雜濃度;,2、 三極管的基本結(jié)構(gòu)及類型,(2)基區(qū)很薄,一般為1μm至幾μm;,(3)集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。,三極管的制作工藝要求,.,按結(jié)構(gòu)可分為:NPN型和PNP型。,集電極,用C表示,集電區(qū),摻雜濃度低,基極,用B表示,基區(qū),薄,發(fā)射區(qū),摻雜濃度高,發(fā)射結(jié),集電結(jié),面積比發(fā)射結(jié)大,發(fā)射極,用E表示,無(wú)論是NPN型或是PNP型的三極管,它們均包含三個(gè)區(qū)、三個(gè)電極和兩個(gè)PN結(jié)。三個(gè)區(qū): 發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū), 并相應(yīng)地引出三個(gè)電極:發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)。同時(shí),在三個(gè)區(qū)的兩兩交界處, 形成兩個(gè)PN結(jié), 分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。,.,發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實(shí)際方向,NPN型與PNP型三極管的工作原理相似,只是使用時(shí)所加電源的極性不同。,常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺, 因此共有四種三極管類型。它們對(duì)應(yīng)的型號(hào)分別為:3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。,3、三極管的符號(hào),.,1、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng),擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE,復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB,擴(kuò)散的集電極電流形成IC。,少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng),發(fā)射區(qū)多子濃度高,大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū),基區(qū)薄且多子濃度低,極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合,集電區(qū)面積大,在外電場(chǎng)作用下,大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū),基區(qū)空穴的擴(kuò)散,,,,4.3.2 三極管的放大原理,.,載流子的傳輸過(guò)程,截止?fàn)顟B(tài): 當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏,放大狀態(tài) :當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,飽和狀態(tài): 當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏,當(dāng)電源電壓VCC>VBB且各電源、電阻取值合適時(shí),能保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,即保證三極管處于放大狀態(tài)。,發(fā)射:發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子,(2) 擴(kuò)散和復(fù)合:電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合,(3) 收集:集電區(qū)收集電子,.,2、電流分配,由于集電結(jié)反向偏置,基區(qū)本身的少子(電子)與集電區(qū)的少子(空穴)將在結(jié)電場(chǎng)的作用下形成漂移電流,即反向飽和電流,稱為ICBO。ICBO數(shù)值很小,可以忽略不計(jì),但由于它受溫度影響大,將影響管子的性能。,集電極電流IC由兩部分組成:ICN和ICBO。,IC=ICN+ICBO,ICN是由發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子被集電極收集后形成的。,ICBO是由集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)形成的(集電結(jié)反向),稱為反向飽和電流。 于是有,.,發(fā)射極電流IE由兩部分組成:,基極電流IB是IBn與ICBO之差:,IEn為發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子所形成的電流。,IEp是由基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的空穴所形成的電流。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)是重?fù)诫s, 所以IEp忽略不計(jì), 即IE≈IEn。,,IEn又分成兩部分,,ICn是由發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子被集電極收集后形成的,IBn是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合時(shí)所形成的電流,基區(qū)空穴是由電源UBB提供的。,IC=ICN+ICBO,.,交流電流放大系數(shù),實(shí)際電路中,三極管主要用于放大動(dòng)態(tài)信號(hào)。當(dāng)輸入回路加上動(dòng)態(tài)信號(hào)后,將引起發(fā)射結(jié)電壓的變化,從而使發(fā)射極電流、基極電流變化,集電極電流也將隨之變化。集電極電流的變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù),用β表示,即滿足,.,上式表明:三極管具有將基極電流變化量△IB放大β倍的能力,這就是三極管的電流放大作用。,在近似分析中可認(rèn)為 ,故在實(shí)際應(yīng)用中不再加以區(qū)分。,在共射放大電路中,三極管共射放大電路中的三個(gè)電極電流關(guān)系可完整表示為: IE = IB + IC = IB + β IB =(1+β)IB,當(dāng)忽略基極電流IB時(shí),上式可寫(xiě)為 IE = IB + IC ≈IC,.,用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明三極管的電流分配與放大作用,實(shí)驗(yàn)電路采用共發(fā)射極接法,NPN 型管。,為了使三極管具有放大作用,電源 EB 和 EC 的極性必須使發(fā)射結(jié)上加正向電壓(正向偏置),集電結(jié)加反向電壓(反向偏置)。,改變可變電阻 RB,則基極電流 IB、集電極電流 IC 和發(fā)射極電流 IE 都發(fā)生變化,,3、電流放大作用,.,三極管電流測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)論:(1),符合KCL,且 IC≈IE,(2) IB 對(duì)IC有控制作用。,IB的改變控制了IC的變化,體現(xiàn)了三極管的電流控制作用。,直電流放大系數(shù),.,NPN 型三極管應(yīng)滿足: UBE > 0 UBC UB > UE,PNP 型三極管應(yīng)滿足: UEB > 0 UCB < 0 即 UC < UB < UE,三極管實(shí)現(xiàn)放大的外部條件: 發(fā)射結(jié)加正向電壓,集電結(jié)加反向電壓。,.,4、三極管的三種連接方式,共基極,共發(fā)射極,共集電極,(c) 共集電極接法,集電極作為公共電極,用CC表示。,(b) 共發(fā)射極接法,發(fā)射極作為公共電極,用CE表示;,(a) 共基極接法,基極作為公共電極,用CB表示;,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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