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电工电子思维脑图思维导图

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半导体,晶体管,二极管等内容讲解

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思维导图大纲

电工电子思维导图模板大纲

常用半导体器件

半导体与PN结

半导体基础

根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

热敏性、光敏性、杂敏性

本征半导体和杂质半导体

本征半导体

在绝对温度T=0K时,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中,不会成为自由电子,因此本征半导体的导电能力很弱,接近绝缘体。

当温度升高或受到光的照射时,束缚电子能量增高,有的电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。

自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,称为空穴。

在一定温度下,本征激发和复合同时进行,达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。

载流子

自由电子 带负电荷 电子流

空穴(束缚电子)带正电荷 空穴流

杂质半导体

N型半导体

在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,砷等,称为N型半导体。

P型半导体

在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。

PN结

PN结的形成

少子漂移电流 <-->多子扩散电流

动态平衡:扩散电流 = 漂移电流 总电流=0

PN结的单向导电性

加正向电压(正偏)——电源正极接P区,负极接N区

外电场的方向与内电场方向相反。

加反向电压——电源正极接N区,负极接P区

在一定的温度下,由本征激发产生的少子浓度是一定的,故IR基本上与外加反压的大小无关,所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。

PN结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻, PN结导通; PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻, PN结截止。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。

二极管

二极管的结构与符

二极管 = PN结 + 管壳 + 引线

二极管的伏安特性

 在二极管的两端加上电压,测量流过管子的电流,则I = f (U )之间的关系曲线为伏安特性。

正向特性

相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关,硅管约 0.5 V 左右,锗管约 0.1 V 左右。

反向特性

当电压超过零点几伏后,反向电流不随电压增加而增大,即饱和

PN结的反向击穿的物理本质

雪崩击穿:碰撞电离

反向电压增加 -->少子漂移加快 -->动能增加 -->碰撞电离 -->连锁反应

齐纳击穿:场致激发

强电场将耗尽层内中性原子的价电子直接变为自由电子

热击穿: PN结过热

功率损耗 --> PN结温升高 -->本征激发加剧 -->反向电流更大 -->连锁反应

二极管的主要参数

最大整流电流 IDM

最高反向工作电压 URM

反向饱和电流 IR

最高工作频率 fM

直流电阻 RD

二极管的分析方法

理想模型

恒压降模型

折线模型

分析步骤:

1. 根据已知条件或实际情况确定二极管采用的模型

2. 将二极管断开,分别计算VA, VK 并判断二极管的通断

3. 套入相应的模型对原电路进行变换

4. 计算

稳压管

稳压管及其伏安特

稳压管工作于反向击穿区

稳压管的主要参数

稳定电压 UZ

最小稳定电流 IZmin

最大稳定电流 IZmax

动态电阻 rZ

rZ 愈小愈好。对于同一个稳压管,工作电流愈大, rZ 值愈小。

稳压管的应用

稳压管在直流稳压电源中获得广泛的应用。图是最简单的稳压电路,UIN为输入直流电压,稳压管并联在负载RL两端,负载两端电压UO在UIN与及IL变化时基本稳定。

其他二极管

发光二极管

光敏二极管

晶体管

晶体管的构造和工作原理

晶体管的构造

三极管有两种导电类型:NPN 型和 PNP 型

晶体管内部结构要求:

1) 发射区高掺杂。

2) 基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米,而且掺杂较少。

3) 集电结面积大, 低掺杂。

晶体管若实现放大,必须从晶体管内部结构和外部所加电源的极性来保证。

晶体管的工作原理

共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示;

共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示;

共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示。

三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。

1)发射结加正向电压,扩散运动形成发射极电流

2) 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动形成基极 电流

3)集电结加反向电压,漂移运动形成集电极电流Ic

晶体管的特性曲线

输入特性曲线

输出特性曲线

(1)当uCE=0 V时,因集电极无收集作用,iC=0。

(2) uCE ↑ → Ic ↑ 。

(3) 当uCE >1V后,收集电子的能力足够强。这时,发射到基区的电子都被集电极收集,形成iC。所以uCE再增加,iC基本保持不变。

三极管工作状态

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