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1、电子元器件基础知识,（半导体器件）2013年2月26日,二极管,二极管的导电特性： 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。1、正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2、
2、反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。,二极管,二极管,二极管,二极管的主要参数:1、额定正向工作电流：是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。2、最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管
3、反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。3、反向电流：反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。,二极管,二极管的应用:1、整流利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。2、开关二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3、限幅二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信
4、号幅度限制在一定范围内。4、继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。5、检波二极管在收音机中起检波作用。6、变容二极管,二极管半波整流电路,二极管全波整流电路,二、双极型晶体管,双极型晶体管(芯片),双极型晶体管,几乎所有晶体管都可以作为芯片元件买到(见图6-9和6-10)，包括饱和开关，通用的放大管，RF放大管和功率开关。使用没有外壳晶体管的缺点之一是没法事先进行全性能测试，将其分类。作为一个例子，2N2222晶体管芯片来自2N型的大族。该大族全部使用相同的基本制造工艺。用筛选和测试分级为从商用等级到军用等级的部件。在混合电路使用没有封壳的芯片时，混合电路制造商必须依赖室
5、温下圆片直流探针测试结果区分芯片的好坏，不能进行交流参数和动态参数测试.所以不能完全保证电性能。,双极型半导体三极管（亦称为晶体管）一般有三个电极（即三个引出脚），按工作性质亦分为高、低频晶体三极管；大功率、中功率和小功率晶体三极管；用作信号放大用的三极管和用做开关的三极管。按材料分有锗半导体三极管和硅半导体三极管，由于硅三极管工作稳定性较好，所以现在大部分三极管都是用硅材料做的。下面是一些三极管的外型。,大功率低频三极管,中功率低频三极管,小功率高频三极管,晶体管的特性一、晶体管结构简介1.晶体管的两种结构,一、晶体管结构简介,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,双极型晶体管(BJT
6、),2.晶体管的三个区,一、晶体管结构简介,2.晶体管有三个区:,N集电区,N,P基区,e发射极,b 基极,c 集电极,发射区,管芯结构剖面图,基区(P):很薄,空穴浓度较小引出基极b. 发射区(N):与基区的接触面较小引出发射极e. 集电区(N):与基区的接触面较大引出集电极c.,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,以NPN型晶体管为例。,双极型晶体管(BJT),发射极的电路符号,一、晶体管结构简介,基区(P):很薄,空穴浓度较小引出基极b. 发射区(N):与基区的接触面较小引出发射极e. 集电区(N):与基区的接触面较大引出集电极c.,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,P
7、NP型,NPN型,半导体三极管电路符号,2.晶体管有三个区:,双极型晶体管(BJT),双极型晶体管(BJT),3.晶体管的两个PN结,一、晶体管结构简介,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,PNP型,NPN型,半导体三极管电路符号,NPN与PNP管具有几乎等同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流流向不同而已。,2.晶体管有三个区:,很显然 ， 三极管有两个 PN结，发射区与基区间的称为发射结，集电区与基区间的叫集电结。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配和放大作用1.晶体管正常工作时各极电压的连接及作用,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,顾名思义：发射区的作用是发射电
8、子,集电区的作用是收集电子,下面以NPN型三极管 为例分析 载流子(即电子和空穴)在晶体管内部的传输情况。,二、晶体管的电流分配与放大作用,发射结,集电结,发射极,集电极,基极,发射结必须处于正向偏置目的削弱发射结,集电结必须处于反向偏置目的增强集电结,VEE,VCC,+,+,ICN,连接BJT各极间电压的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),动画演示,VEE,VCC,ICN,发射结必须处于正向偏置目的削弱发射结,集电结必须处于反向偏置目的增强集电结,二、晶体管的电流分配与放大作用,分析集射结电场方向知 , 反向偏置有利于收集在基区的电子,1.晶体管各PN结电压
9、连接的一般特性,发射结变薄有利于发射区的电子向基区扩散,连接BJT各极间电压的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,2.晶体管的电流分配发射极电流的组成,2.晶体管的电流分配,发射极电流IE :主要由发射区的电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的由基区向发射区扩散 的空穴电流(IEP)。,IE =IEN+IEP IEN,VEE,VCC,ICN,注意电流方向：电流方向与电子移动方向相反,与空穴移动方向相同。,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用
10、,基极电流的形成,基极电流IB: 基极电流主要由基区的空穴 与从发射区扩散 过来的电子复合而成。同时电源VEE又不断地从基区中把电子拉走, 维持基区有一定数量的空穴。,VEE,VCC,ICN,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,由于基区有少量空穴,所以从发射区扩散过来的电子在基区会被复合掉一些,形成基极电流。,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),集极电流的形成,二、晶体管的电流分配与放大作用,集电极电流IC:集电极电流主要由集电结收集从发射区扩散至基区的电子而成(ICN)。亦有由于基区和集电区的少子漂移作用而产生的很小的反向饱和电流ICBO。,V
11、EE,VCC,IC =ICN+ICBO ICN,ICN,由于基区空穴的复合作用 ,集电区收集的电子数会比发射区扩散的电子数要小一些 , 即集电极电流IC比发射极电流 IE要小一些。,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,IE=IB+IC,由电路分析的内容可知,三个电极之间的电流关系为：,VEE,VCC,IE = IB + IC,Rb,VEE,VCC,RL,IB,发射极与基极之间为正向偏置,+,+,IE = IB + IC,集电极与基极之间为反向偏置,IC,2.晶体管的电流分配,1.
12、晶体管各PN结电压连接的一般特性,三极管的三个极不管如何连接,这个关系是不会改变的。,以后画电路时三极管就不再使用结构图而用电路符号图了。,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,系数的意义,为了表示集电极收集发射区发射电子的能力,通常使用一个常数hfb()表示,VEE,VCC,hfb= = iCiE,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,iC和iE 是表示通过三极管集电极和发射极电流的瞬时值.,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),系数的意义,为了表示集电极电流是基极电流的倍数,通常使用一个常数h
13、fe () 表示,VEE,VCC,hfe= = iCiB,hfe()称为共发射极交流电流放大系数,二、晶体管的电流分配与放大作用,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),与之间的关系, hfb()与hfe()之间的关系,VEE,VCC,二、晶体管的电流分配与放大作用,联立下面三式可求出此关系式：iC= iBiC= iEiE = iC + iB,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),3.放大作用,二、晶体管的电流分配与放大作用,3.放大
14、作用,共射基本放大电路的组成演示,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路 。最基本的放大电路是共射极放大电路。,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),(1)共射电路的组成,vi,VBB,VCC,RL1K,+,+,c,e,b,输入与输出回路共用发射极，所以称为共发射极放大电路。,二、晶体管的电流分配与放大作用,=49,基极与发射极间组成输入回路,3.放大作用,(1)共射极放大电路,集电极与发射极间组成
15、输出回路,晶体管共射极放大电路的组成,共射极电路的电压放大原理,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路 。最基本的放大电路是共射极放大电路。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,三个交变电流,3.放大作用,(1)共射极放大电路,vi,VBB,VCC,iB = IB + iB,iC = IC + iC,vO,iE = IE+ iE,+,+,+,c,e,b,RL1K,=49,共射极电路的电压放大原理,(2)共射电路的电压放大,输出电路同时产生一个变化的电流。,输入信号电压在输入回路上产生一个变化的电流。,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路 。最基本的放大电路是共射极放大电路。,变化的电流在负载电阻上产生一个变化电压。,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路 。最基本的放大电路是共射极放大电路。,
