提供网站推广公司电话,室内设计好不好学,天津网站开发制作,广告创意模拟电子基础一--元器件介绍 一、半导体#xff08;了解#xff09;1.1 基础知识1.2 PN结 二、二级管2.1 定义与特性2.2 二极管的分类 三、三级管四、MOS管三、其他元器件管3.1 电容3.2 光耦3.3 发声器件3.4 继电器3.5 瞬态电压抑制器 前言#xff1a;本章为知识的简单复习了解1.1 基础知识1.2 PN结 二、二级管2.1 定义与特性2.2 二极管的分类 三、三级管四、MOS管三、其他元器件管3.1 电容3.2 光耦3.3 发声器件3.4 继电器3.5 瞬态电压抑制器 前言本章为知识的简单复习不适合运用于考试。 一、半导体了解
1.1 基础知识
导体 其原子结构中最外层电子受原子核的束缚力很小因而极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子而在外电场的作用下这些电子产生定向漂移运动从而形成电流一般为低价元素铜、铁、铝)绝缘体 其原子结构中最外层电子受原子核的束缚力很强不易挣脱原子核的束缚而成为自由电子因此导电性能极差一般为高价元素氦、氖、氩、氮等惰性气体或高分子物质塑料)半导体 导电性能介于导体与绝缘体之间的物体 一般为四价元素材料常用硅或锗它们的最外层电子数本身就是对所以本身就是稳定状态本征半导体 将自然界中的半导体材料进行高温、高度提炼、使其纯度达到99.9999999%且物理结构上呈单晶体形态 当受到外界热、光等作用的兴导电性能将明显变化 也就是说当本征半导体的绝对温度为O时它是不导电的 电子和空穴 在本征半导体中一个自由电子对应一个空穴或者说自由电子与空穴总是成对出现。 由于没有多余的自由电子或者空穴在热运动下自由电子一旦碰上并进入一个空穴此时自由电子与空穴同时消失称之为复合运动在一定温度下自由电子与空穴的产生和复合同时存在称之为“动态平衡”。
N型半导体 在本征半导体中,掺入微量5价元素,如磷、锑、砷等,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。由于杂质原子的最外层有5个价电子,因此它与周围4个硅(锗)原子组成共价键时,还多余1个价电子。它不受共价键的束缚,而只受自身原子核的束缚,因此,它只要得到较少的能量就能成为自由电子,并留下带正电的杂质离子,它不能参与导电N型半导体中,自由电子称为多数载流子;空穴称为少数载流子。 P型半导体 在本征半导体中,掺入微量3价元素,如硼,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。 1.2 PN结
单纯的杂质半导体和本征半导体相比仅仅是提高了导电性能一般只能制作电阻器件而无法制成半导体器件。如果采用一定的掺杂工艺在一块本征半导体的两边分别掺入不同的杂质则半导体的一边成为N型半导体另一边就成为P型半导体了。由于两种杂质半导体的相互作用在其交界出形成了一个很薄数量级的特殊导电层这就是PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。
PN结单向导电性 若将电源的正极接P区,负极接N区,则称此为正向接法或正向偏置。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建场方向相反,削弱了自建场,使阻挡层变窄,如图所示。显然,扩散作用大于漂移作用,在电源作用下,多数载流子向对方区域扩散形成正向电流其方向由电源正极通过P区、N区到达电源负极。 若将电源的正极接N区负极接P区则称此为反向接法或反向偏置。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建场方向相同,增强了自建场,使阻挡层变宽,如图此时漂移作用大于扩散作用,少数载流子在电场作用下作漂移运动,由于其电流方向与正向电压时相反故称为反向电流。由于反向电流是由少数载流子所形成的,故反向电流很小而且当外加反向电压超过零点几伏时,少数载流子基本全被电场拉过去形成漂移电流此时反向电压再增加,载流子数也不会增加,因此反向电流也不会增加,故称为反向饱和电流 PN结特性曲线 PN结加正向电压,处于导通状态;加反向电压,处于截止状态,即PN结具有单向导电特性。
PN结处于反向偏置时,在一定电压范围内,流过PN结的电 流是很小的反向饱和电流。但是当反向电压超过某一数值(UB)后,反向电流急剧增加,这种现象称为反向击穿,如图所示。UB称为击穿电压。 PN结的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿。
雪崩击穿 当反向电压足够高时,阻挡层内电场很强,少数载流子在结区内受强烈电场的加速作用,获得很大的能量,在运动中与其它原子发生碰撞时,有可能将价电子“打”出共价键,形成新的电子、空穴对。这些新的载流子与原先的载流子一道,在强电场作用下碰撞其它原子打出更多的电子、空穴对,如此链锁反应,使反向电流迅速增大。这种击穿称为雪崩击穿。齐纳击穿 所谓“齐纳”击穿是指当PN结两边掺入高浓度的杂质时,其阻挡层宽度很小,即使外加反向电压不太高(一般为几伏),在PN结内就可形成很强的电场(可达2×106 V/cm),将共价键的价电子直接拉出来,产生电子-空穴对,使反向电流急剧增加,出现击穿现象。· 二、二级管
2.1 定义与特性
定义: 二极管就是半导体材料被封装之后在PN结两端加上两个正负极引线制作而成。 符号与实物: 特性: 单向导电性伏安特性 电路中二极管导通之后所分电压值为0.7V。 发光二极管导通之后为分压值1 ~ 2v电流范围为5 ~ 20mA multisim仿真 2.2 二极管的分类 ①稳压二极管 能够稳定一定电压的二极管其工作在反向击穿状态反向电压应大于稳压电压 multisim仿真
②整流二极管 用于把交流电变成脉动直流电 multisim仿真 ③开关二极管 功能: 它是电路上为进行“开”、“关”作用而特殊设计的二极管。它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短 应用: 在电路中主要防止反向电流烧坏一些精密器件起保护作用。
例如 当电路遭遇反向电流时电流可以通过右边的开关二级管形成回路从而保护左边的电路。 三、三级管
定义: 由半导体组成具有三个电极的晶体管 特性 输入电流控制输出电流 工作状态
放大状态 – 发射结正偏集电结反偏UBUE,UCUB)饱和状态 – 发射结反偏或两端电压为零截止状态 – 发射结和集电结均为正偏。
主要公式
Ie Ic Ib (1β)IbIc βIb
截至状态集电极和发射极之间相当于开路 放大状态上面的公式 饱和状态Ib与Ic都很大没有倍数关系UCE很小相当于导线工程上我们认为硅饱和导通的UCE的压降为0.3V锗管为0.1V
multisim仿真 四、MOS管 MOS管相当于另一种三极管只有一种载流子(多子)参与导电被称为单极型三极管又因为这种管子是利用电场效应来控制电流的半导体器件被看成是电压控制器件)因此也称为场效应管简称FET)。 场效应管可以分为结型场效应管简称JFET和绝缘栅场效应管简称IGFET)两类。
特点 它是一种电压控电流的器件。它有三个电极栅极(G,漏极D源级S)符号如下 N沟道场效应管 P沟道场效应管 电压电流关系 工作区 1)可变电阻区 (特点:当UDS比较小时ID,随UGS的变化而变化) 2恒流区 (特点: ID不随UDS变化只随UGS增大而增大) 3截止区 (特点:UGS小于1.5VID0场效应管不导通) 4击穿区 (特点:当UDS增大到一定值时场效应管被击穿ID突然增大如无限流措施,管子将烧坏在场效应管使用中一定要注意防止管子击穿) 5过损耗区 特点:如果长时间工作在此区域没有很好的散热措施很可能由于功率较大造成管子烧坏。所以在使用中也要注意。管子的散热和最大功率 MOS管与三极管的比较
三极管MOS管电流控制器件基极电流控制晶体管导电能力)电流控制器件用电压产生电场来控制器件输入阻抗不高输入阻抗极高噪声大噪声小反应速度较快缺点速度慢 不同类型的MOS管 multisim仿真 三、其他元器件管
3.1 电容
定义 它有两个电极板和中间所夹的介质封装而成具有特定功能的电子器件。 作用 旁路、去耦、滤波、和储能的作用。
①旁路电容
使输入电压均匀化减小噪声对后级的影响。进行储能当外界信号变化过快时及时进行电压的补偿。 ②去耦电容
去耦电容和旁路电容的作用是差不多的都有滤除干扰信号的作用只是旁路电容针对的是输入信号而去耦电容针对的是输出信号。去耦电容一般比较大10uF或更大旁路电容一般根据谐振频率是0.1uF或0.01uF。 ③滤波和储能的电容
滤除杂波大电容滤低频小电容滤高频收集电荷 ④实际场景下的电容 铝电容的长脚为正极短接为负极或者电容上标有银色的一边为负极瓷片电容和独石电容无极性但设备生产中也有工艺要求。
总结
电源上的电容作用一般是滤除电源电压的波动。 小电容滤高频大电容滤低频并且还提供一定的电压储备以备后续电路的需要对于一些千扰性强的环境电容的加入可以减少很多电路控制上不必要的麻烦在使用电容时还要注意耐压值和反接问题。电容使用的取值大小可以参考别人的一些电路,很多都是工程上的一些经验 3.2 光耦
定义 光耦实现了是一种“电-光-电”的转换。 实物与符号
multisim仿真 3.3 发声器件
定义 作为电子讯响器运用其发声特性作为提示或播放等功能。 实物图
图1为喇叭无极性器件没有正负之分无源蜂鸣器内部没有振荡源)所以直流不能驱动需要2KHZ~5KHZ的方波才能使其发出声响图2为蜂鸣器有极性长脚为正短接为负有源蜂鸣器内部含有震荡源当给予1.5V~15V的电压后就会发出声响。 3.4 继电器
定义 它是一种“自动开关”通过低电压、小电流去控制高电压、大电流。 继电器术语: 常开触点与常闭触点 实物图 观察的数值
驱动电压可以承受的控制信号量值
multisim仿真 3.5 瞬态电压抑制器
定义 它是一种二极管形式的高效能的保护器件防止瞬态高能量时冲击时保护精密器件免受各种浪涌脉冲的损坏。 作用
加在信号和电源线上能防止微处理器人体静电、交流浪涌或噪声导致处理器的失灵。能释放超过10000V60A以上的脉冲并能持续10ms而一般的TTL器件遇到30ms的10V脉冲时便会导致损坏所以利用TVS是既可以防止器件损坏也可以防止总线之间开关引起的干扰。将TVS放置在信号线和地之间能避免数据及控制总线受到不必要噪声的影响。
典型电路 实物
