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  • 共发射极电路电流、电压和功率放大倍数最高,因而是一种使用最广泛电路;共基极电路频率特性最好,因而它在高频电路中使用得最多;共集电极电路有着输入阻抗高、输出阻抗... 下表列出了这种电路主要特性:  
  • 假定第一层中激子能量大于有机层中激子能量,并且与第二半导体层中激子能量相比,有机层中激子能量更。 结果表明,有机物安装会导致不同参数下某些频率,或者导致反射增加,透射率降低或依赖性降低。...
  • 所谓热敏特性是指外界环境温度升高时,半导体的导电性能也随着温度的升高而增强。所谓掺杂特性是指在纯净的半导体中,如果掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增。 3、什么是P型半导体? 答:根据半导体的掺杂特性,在...
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      半导体压力传感器原理

      半导体压力传感器可分为两类,一类是根据半导体PN结(或肖特基结)在应力作用下,I-υ特性发生变化的原理制成的各种压敏二极管或晶体管。这种压力敏感元件的性能很不稳定,未得到很大的发展。另一类是根据半导体压阻效应构成的传感器,这是半导体压力传感器的主要品种。早期大多是将半导体应变片粘贴在弹性元件上,制成各种应力和应变的测量仪器。60年代,随着半导体集成电路技术的发展,出现了由扩散电阻作为压阻元件的半导体压力传感器。这种压力传感器结构简单可靠,没有相对运动部件,传感器的压力敏感元件和弹性元件合为一体,免除了机械滞后和蠕变,提高了传感器的性能。

      半导体的压阻效应  半导体具有一种与外力有关的特性,即电阻率(以符号ρ 表示)随所承受的应力而改变,称为压阻效应。单位应力作用下所产生的电阻率的相对变化,称为压阻系数,以符号π表示。以数学式表示为 墹ρ/ρ=πσ

      式中σ 表示应力。半导体电阻承受应力时所产生的电阻值的变化(墹R/R),主要由电阻率的变化所决定,所以上述压阻效应的表达式也可写成 墹R/R=πσ

      在外力作用下,半导体晶体中产生一定的应力(σ)和应变(ε),它们之间的相互关系,由材料的杨氏模量(Y)决定,即 Y=σ/ε

      若以半导体所承受的应变来表示压阻效应,则是 墹R/R=Gε

      G 称为压力传感器的灵敏因子,它表示在单位应变下所产生的电阻值的相对变化。

      压阻系数或灵敏因子是半导体压阻效应的基本物理参数。它们之间的关系正如应力与应变之间的关系一样,由材料的杨氏模量决定,即 G=πY

      由于半导体晶体在弹性上各向异性,杨氏模量和压阻系数随晶向而改变。半导体压阻效应的大小,还与半导体的电阻率密切有关,电阻率越低灵敏因子的数值越小。扩散电阻的压阻效应由扩散电阻的晶体取向和杂质浓度决定。杂质浓度主要是指扩散层的表面杂质浓度。

      半导体压力传感器结构

      常用的半导体压力传感器选用N 型硅片作为基片。先把硅片制成一定几何形状的弹性受力部件,在此硅片的受力部位,沿不同的晶向制作四个P型扩散电阻,然后用这四个电阻构成四臂惠斯登电桥,在外力作用下电阻值的变化就变成电信号输出。这个具有压力效应的惠斯登电桥是压力传感器的心脏,通常称作压阻电桥(图1)。压阻电桥的特点是:①电桥四臂的电阻值相等(均为R0);②电桥相邻臂的压阻效应数值相等、符号相反;③电桥四臂的电阻温度系数相同,又始终处于同一温度下。图中R0为室温下无应力时的电阻值;墹RT为温度变化时由电阻温度系数(α)所引起的变化;墹Rδ为承受应变(ε)时引起的电阻值变化;电桥的输出电压为 u=I0墹Rδ=I0RGδ  (恒流源电桥)

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      式中I0为恒流源电流, E为恒压源电压。压阻电桥的输出电压直接与应变(ε)成正比,与电阻温度系数引起的RT无关,这使传感器的温度漂移大大减小。半导体压力传感器中应用最广的是一种检测流体压力的传感器。其主要结构是全部由单晶硅材料构成的膜盒(图2)。膜片制成杯状,杯底是承受外力的部分,压力电桥就制作在杯底上面。用同样的硅单晶材料制成圆环台座,然后把膜片粘结在台座上。这种压力传感器具有灵敏度高、体积小、固体化等优点,已在航空、宇宙航行、自动化仪表和医疗仪器等方面得到广泛应用。

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  • 半导体基础(二)

    千次阅读 2006-04-22 20:16:00
    1、什么叫半导体? 答:半导体顾名思义,就是指它导电能力介于导体和绝缘体... 所谓光敏特性是指某些半导体受到强烈光线照射时,其导电性能大大增强;光线移开后,其导电性能大大减弱。所谓热敏特性是指外界环境温度
    1、什么叫半导体? 
    

     

      答:半导体顾名思义,就是指它的导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 。常用的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)等。

     

      2、半导体主要有哪些特性?

     

      答:半导体主要有三个特性:1)光敏特性;2)热敏特性;3)掺杂特性。
      所谓光敏特性是指某些半导体受到强烈光线照射时,其导电性能大大增强;光线移开后,其导电性能大大减弱。所谓热敏特性是指外界环境温度升高时,半导体的导电性能也随着温度的升高而增强。所谓掺杂特性是指在纯净的半导体中,如果掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增。

     

      3、什么是P型半导体?

     

      答:根据半导体的掺杂特性,在半导体中掺入微量的硼、铝、铟、镓等元素后,半导体中就会产生许多缺少电子的空穴,使半导体中的空穴浓度大大高于自由电子的浓度,这种靠空穴导电的半导体是P型半导体。

     

      4、什么是N型半导体?

     

      答:在半导体中掺入微量磷、锑、砷等元素后,半导体中就会产生许多带负电的电子 ,使半导体中自由电子的浓度大大高于空穴浓度。这种靠电子导电的半导体是N型半导体。

     

      5、如何判别电路中晶体管的工作状态?

     

      答:判别电路中晶体管工作状态,通常通过测量晶体管的极间电压来判别。
    当VBE<0.5V时,管子为截止状态,为使截止可靠,常使VBE≤0,此时发射结和集电结均处于反向偏置状态。当VCE=VBE时,管子为饱和状态。而当VCEVB>VE时 ,发射结处于正向偏置,集电结处于反向偏置。此时管子工作在放大状态。

     

      6、如何判别晶体管是硅管还是锗管?

     

      答:可用万用表R X 100或R X 1K档测量管子PN结的正向电阻,对于NPN型管子,负表笔接基极,正表笔任意一极。对于PNP型管子,测量方法与NPN管相反。如果表针的位置在表盘中间,此管为硅管。如果表针位置在电阻零端时,该管为锗管。

     

      7、晶体管的发射极与集电极可否调换使用?

     

      答:将晶体管的发射极与集电极调换使用是可以的 。称这种方法为倒置使用。但倒置后降低了晶体管的放大倍数 ,因此很少在放大电路中采用这种方法 。若管子倒置使用要特别注意:管子的集-基极的反向电压应小于允许的反向击穿电压,否则要引起晶体管的损坏。

     

      8、场效应管有哪些种类?它们有哪些不同之处?

     

      答:场效应管有两大类 ,结型场效应管和绝缘栅型场效应管。每种类型的场效应管按导电沟道又可分为N型沟道和P型沟道,按工作方式又可以分为增强型和耗尽型。
      绝缘栅型场效应管与结型场效应管的不同之处在于它们的导电机构不同 。绝缘栅型场效应管是利用感应电荷的多少来改变导电沟道的性质 ,而结型场院效应管则是利用导电沟道之间的耗尽区的大小来控制漏极电流的 。绝缘栅型场效应管可分为增强型场效应管和耗尽型场效应管,而结型场效应管均为耗尽型场效应管。

     

      9、使用场效应管时应注意哪些事项?

     

      答:场效应管在使用时除了注意不要使主要参数超过允许值外,对于绝缘栅型场效应管还应特别注意由于感应电压过高而造成的击穿问题。
      一般在使用时应注意以下几点:
      (1)场效应管在使用时要注意不同类型的栅源漏各极电压的极性。保证电压和电流不超过最大允许值。
      (2)为了防止栅极击穿,要求一切测试仪器、电烙铁都必须有外接地线。焊接时,用带有接地线的小功率烙铁焊接,或切断电源后利用余热焊接。焊接时还应当先焊源极后焊栅极。
      (3)绝缘栅场效应管由于输入电阻极高,故不能在开路状态下保存。即无论管子使用与否,都应将三个电极短路或用铝(锡)箔包好,不要用手指触摸以防止感应电势将栅极击穿 。结型场效应管可以在开路状态下保存。
      (4)场效应管(包括结型和绝缘栅型)的漏极与源极通常制成对称的,漏极和源极可以互换使用。但是有的绝缘栅场效应管在制造产品时已把源极和衬底连接在一起了,所以这种管子的源极和漏极就不能互换。有的管子则将衬底单独引出一个管脚,形成四个管脚。一般情况P衬底接低电位,N衬底接高电位。另外,由于陶瓷封装的芝麻型管有光敏特性,使用时应注意避光。

     

      10、如何识别场效应晶体管的管脚?

     

      答:测量场效应晶体管的管脚可以用万用表R X 1K电阻挡位进行测试。试探结型场效应管的哪个管脚为栅极的方法是:将万用表中的红表笔接一个管脚,黑表笔分别去接另外两个管脚。如果两次测出的结果相同,所测的阻值都很大或所测的阻值都很小,则可判断出红表笔所测的管脚为栅极。
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    晶体管(transistor),是一种把输入电流进行放大的半导体元器件。

    晶体管的结构由三极、三区、两个结组成
    在这里插入图片描述

    晶体管的放大原理

    晶体管能实现放大,必须从内部结构外部偏置条件来保证。

    晶体管放大的内部条件

    集电区:面积最大;收集载流子

    基区:最薄,掺杂浓度最低;传送和控制载流子

    发射区:掺杂浓度最高;发射载流子

    晶体管放大的外部条件

    发射结正偏,集电结反偏
    在这里插入图片描述
    晶体管内部载流子的运动规律
    在这里插入图片描述
    参数定义
    在这里插入图片描述

    结论

    外部条件:发射结正偏、集电结反偏

    电流分配关系
    在这里插入图片描述把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用
    电流放大系数只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关,与外加电压无关。

    晶体管的伏安特性

    管子各电极电压与电流的关系曲线;是管子内部载流子运动的外部表现,反映了晶体管的性能。

    为什么要研究特性曲线:
    1)直观地分析管子的工作状态
    2)合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路

    测量晶体管特性的实验线路
    在这里插入图片描述
    输入特性是UCE为常数,UBE与iB之间的关系曲线称之为输入特性曲线

    输出特性是iB为常数时,UCE与iC之间的关系曲线称之为输出特性曲线

    对于晶体管的输入、输出特性曲线都有一个常数的条件,通过电路结构可以看出晶体管的输入、输出回路并不是孤立存在的,两者有共用的一条之路。所以必然会产生相互影响,为了避免这种情况对测量带来的影响,在测量某一回路的时候,要固定另一回路的参数,才能测准我们的特性。

    输入特性曲线

    输入特性曲线是在固定输出电压UCE的前提下,考察输入电流iB和输入电压UBE的关系。
    在这里插入图片描述
    当首先固定UCE为0V的时候,可以测得输入特性曲线。

    根据晶体管的结构在基极和射极之间就是一个PN结,所以他的特性和PN结的特性是一致的,此曲线和二极管的正向曲线非常相似。

    当UCE为1V时,再次测量输入电流iB和输入电压UBE曲线会向右移动。基极电流主要是来源于复合电流的,随着UCE的增大,集电区收集自由电子的能力增强,大部分的自由电子都被收集到了集电区,从而减小了自由电子和基区的空穴复合的机会,这样就使得在同样UBE的情况下IB会减小,使得特性曲线向右移动。

    当继续增大UCE的时候,特性曲线继续右移,但是当UCE增大到一定程度,特性曲线右移的幅度就不再明显。当UCE达到一定程度时,几乎所有的自由电子都已经被收集了,但仍有有一少部分自由电子进行复合,所以此时UCE的增大就不会让iB减小很多了。

    因此对于小功率晶体管,UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有特性曲线。

    输出特性曲线

    输出特性曲线反映的是在IB为常数的情况下,输出电压UCE和输出电流IC的关系;对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CmCAZibp-1606031048090)(C:\Users\Administrator\Desktop\图片\模电截图\三极管\输出特性曲线.png)]

    在UCE较小的时候,IB随着UCE的变化有较大的一个变化过程;为什么会这样?在原点,当UCE为0时,显然,集电结没有反偏,集电区不能收集自由电子,所以此时电流IC为0;随着UCE逐渐增大,集电区收集自由电子的能力逐渐增强,因此,集电极电流IC也随之增大。所以,当UCE较小的的时候,集电区收集自由电子的能力逐渐增强,IC将会逐渐增大。IC与UCE的变化基本呈线型关系。

    这种线性不是一直保持的,当UCE大到一定程度,IC不在增加基本保持固定不变,特性曲线与横轴几乎平行线。为什么这样,等到UCE足够大的时候,集电结完全反偏,集电区收集了几乎所有的自由电子,此时IC就不在增大,而是表现出一种恒流特性,次恒流特性很有意义,再次横流区域IC与IB的比值是一个固定值,此就是定义的重要参数,直流电流放大系数;同时,在此恒流区,除了每条特性曲线与横轴平行之外,特性曲线之间的间距也基本是相同的,可以说是变化的IC与变化的IB之间比值也基本是相同的,也就是说变化的IC与变化的IB比值也是一个常数。也就是交流放大系数。

    在此区域IC的变化与UCE几乎无关了,显然IB才是决定IC的因素。也就体现了控制关系,IB控制IC。体现了晶体管重要特性:有源的电流控制元件。

    晶体管的工作区

    伏安特性是晶体管特性的集中反应,通过此特性可以将晶体管的工作区分为三个:

    (1)放大区;也就是恒流区域;也称为线型区,具有恒流特性。在此区域IC和IB成放大的关系,IC=βIB。让晶体管进入放大区要保证:发射结正偏,集电结反偏的外部条件。

    (2)截止区:发射结和集电结都处于反偏时。发射结的自由电子就不能进去集电区,此时IB为0,同时IC几乎也为0。位于IB等于0的特性曲线下方。事实上这里的IC也不是全为0的,仍有来自少子漂移产生的ICEO,称其为集射穿透电流

    (3)饱和区:发射区正偏,集电结正偏当UCE非常小的时候,小于UBE的时候,此时集电结还没有反偏,所以集电区收集自由电子的能力不是很强,这就导致电流IC小于βIB显然UCE非常小几乎为0。

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Ph75niB6-1606031048092)(C:\Users\Administrator\Desktop\图片\模电截图\三极管\晶体管工作区图.png)]

    放大区:发射结正偏,集电结反偏。意味着UBE大于0,UBC小于0。在此状态下晶体管具有放大能力,即IC=βIB,也就是合适的IB将在IC上获得数以百倍的输出。

    截止区:发射结和集电结都反偏。也就是UBE和UBC都小于0。由于IC没有电流,集射之间相当于一个开路,集电极的输出电压VO约等于VCC

    饱和区:发射结和集电结都正偏,也就是UBE和UBC都大于0。此时UCE非常小,约等于0,此意味着集射之间近似一个短路状态。通过此通路写出IC表达式,将这个ICS称为临界集电极饱和电流。由于UCE近似为0,故输出电压VO也约等于0。

    晶体管饱和时, UCE≈0,集射之间如同一个开关的接通状态,其间电阻很小;当晶体管截止时IC≈0 ,集射之间如同一个开关的断开状态,其间电阻很大,可见,晶体管除了有放大作用外,当工作在饱和区和截止区时还有开关作用。

    晶体管在不同工作状态下的典型电压值

    在这里插入图片描述

    晶体管工作状态的判定

    (1) 三极管结偏置判定法
    (2) 三极管电流关系判定法

    三极管结偏置判定法
    在这里插入图片描述
    三极管电流关系判定法
    在这里插入图片描述

    晶体管的主要参数

    1.电流放大系数
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    2.极间反向电流
    在这里插入图片描述

    3.极限参数

    (1).集电极最大允许电流ICM
    当β值下降到线性放大区β值的70%时,所对应的集电极电流
    称为集电极最大允许电流ICM
    (2).集-射极反向击穿电压U(BR)CEO
    当集—射极之间的电压UCE 超过一定的数值时,三极管就会被击穿。
    (3) 集电极最大允许功率损耗PCM
    集电极电流通过集电结时所产生的功耗, PC= ICUCE < PCM

    由三个极限参数可画出三极管的安全工作区
    在这里插入图片描述
    当温度升高的时候,载流子的扩散和漂移运动速度都会增快,因此,减小了复合的机会,所对同样的基极电流IB,当温度升高的时候集电极电流I将会明显增大。也是β表现出对温度的敏感度。
    在这里插入图片描述
    对ICBO和ICEO也有明显的影响,温度升高会出现显著增大。

    小了复合的机会,所对同样的基极电流IB,当温度升高的时候集电极电流I将会明显增大。也是β表现出对温度的敏感度。

    [外链图片转存中…(img-nrbExrso-1606031048111)]

    对ICBO和ICEO也有明显的影响,温度升高会出现显著增大。

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    今天,我们来认识另一种十分重要的半导体器件:三极管。

    生活中,授课、集会、维持秩序等场合需要用到扩音器、音响等设备,这些设备之所以能够放大声音是因为它们都包含放大器,而放大器的核心部件就是三极管。

    那三极管究竟是如何放大声音信号的呢?

    让我们带着这个问题开始学习三极管的结构。

    与二极管类似,三极管也是由PN结构成的,它的内部包含两个PN结,这两个PN结由三片半导体构成。根据这三片半导体排列方式的不同,三极管可以分成NPN型和PNP型。

    以NPN型为例,三极管的结构特点可以概括为三极、三区、两结。从三片半导体各引出一个引脚,就是三极,中间为基极B,两边分别为集电极C和发射极E。与三个引脚相连的三片半导体即为“三区”,基区、集电区和发射区。

    三个区结构上各有特点,基区最薄,集电区面积最大,发射区掺杂浓度最高。三个区相互结合,在交界处形成两个PN结。基区与集电区交界处称为集电结,基区与发射区交界处称为发射结。

    电路中,用字母VT表示三极管(二极管是 diode 三极管是 triode 真空三极管是vacuum triode, 缩写就是VT),图形符号中的箭头表示发射结导通时的电流方向。由于PN结导通时,电流从P区流向N区,因此,NPN型箭头向外,PNP型箭头向里。

    了解了三极管的结构,那它是怎样放大信号的呢?

    下面来看三极管的工作特性。

    俗话说:人往高处走,水往低处流。电流和水流类似,从高电位流向低电位。

    如果用水流类比电流,那么三极管就类似于一个T形水管,水管的三个口相当于三极管的三个极,对应集电极和基极位置上有控制出水量大小的联动阀门。小阀门(内电场)靠水流冲击打开,大阀门在联动杆的带动下动作,三个极的电流就相当于水管三个口流过的水流。

    当有水流冲击小阀门时,在联动杆的带动下大阀门也打开,较大水流流下,最终大小水流在下端汇聚流出。如果增大小阀门处的水流,大阀门开启角度也增大,水管下端流出的水流也就越多。小阀门处较小的水流流入,最终在下端有较大的水流流出,这就是放大状态。

    在此过程中,要使基极电流流向发射极,发射结必须要正偏,要使集电极电流受基极电流控制,集电结需要反偏。因此,在这个条件下三个极电位应满足VC>VB>VE。

    当发射结反偏,或发射结电压小于导通电压时,这就相当于小阀门处的水流很微弱不足以推动阀门打开,自然也就没有电流输出,这种状态称为截止状态。

    三极管能放大电流,但这种放大能力也不是无限制的。当基极电流增大,集电极电流不再随之增大时,三极管就进入了饱和状态。

    这就好比大阀门已经全部打开,此时,即使小阀门处的水流继续增大,上水口流入的水流量也不再增大。

    饱和状态下,三极管的发射结正偏,集电结正偏,三个极电位满足VB>VC>VE。

    了解了三极管的三种工作状态,这对我们实际应用有何指导意义呢?

    下面我们来分析三极管输出特性曲线图。

    当三极管截止时,IC很小,集-射极间电压近似等于电源电压,相当于开路,三极管可看作一个断开的开关。

    当三极管饱和时,IC很大,集-射极间电压很小,相当于短路,三极管可看作一个闭合的开关。

    放大区内,当基极电流IB为20uA输入时,集电极电流IC输出约为10mA,并且IB每增加20uA,IC也相应增加10mA左右,说明此区域内三极管能够放大电流。

    因此,三极管可以作为开关器件和放大器件使用。作为开关器件使用时,三极管工作在截止区、饱和区。作为放大器件使用时,三极管工作在放大区。

    放大,是三极管十分常见的一种应用,如何衡量三极管的放大能力呢?

    下面我们来研究三极管的电流放大作用。

    首先做个实验,在仿真软件中,按图连接电路,调节电位器,观察三个极的电流。

    进入仿真,调节电位器RP1,观察电流,IB从13.101uA增加至15.321uA,IC从2.645mA增加至3.089mA。说明三极管用一个微小的基极电流变化量控制了较大的集电极电流变化量。

    这就是三极管放大的实质。

    利用该仿真电路,不断调节电位器,我们可以得到一系列电流的测量值。纵向观察一下,发现规律了吗?

    对,在放大状态下,发射极电流等于基极电流与集电极电流之和,即IE=IB+ IC。这就是三极管电流分配关系。

    由于基极电流很小,发射极电流近似等于集电极电流即IE≈ IC。

    那三极管能把电流放大多少倍呢?

    用输出的集电极电流0.56mA除以输入的基极电流0.01mA等于56,三极管可以将基极电流IB放大56倍。依次类推,得到其他组电流放大倍数。对比发现,各组数值相近。

    这说明放大状态下,三极管的放大能力是一个固定值,称为直流放大系数,等于集电极电流与基极电流之比。

    三极管不仅能放大直流电流,还能放大交流信号。集电极电流与基极电流的变化量的比值称为交流放大系数。

    在工程中,交直流放大系数近似相等。

    放大系数表明了三极管的放大能力。放大系数太小,放大能力较差。放大系数太大,电路工作不稳定。因此使用中需要合理选择,一般我们选择放大系数在30-100这个范围内。

    现在我们就可以回答声音是如何被放大的这个问题了!

    音响设备中的功率放大器就是利用两个参数完全相同的NPN和PNP型对管,构成互补对称电路。经过不断的电流放大,实现功率放大,从而推动扬声器发出声响。

     

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