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1、第9章 二极管和三极管,9. 2 二极管,9.1 半导体的导电特性,9.4 晶体管,9.1.1 本征半导体,本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,晶体中原子的排列方式,共价健,价电子在获得一定能量后,即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子,同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)。,本征激发：,空穴,自由电子,空穴与自由电子统称为载流子。,本征半导体的导电机理,温度越高，本征激发产生的空穴-自由电子便越多。,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在相邻原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中
2、载流子便维持一定的数目,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流： (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流,9.1.2 N型半导体和 P 型半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的其他元素,形成杂质半导体,在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子,9.1.2 N型半导体和 P 型半导体,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型
3、半导体。,掺入三价元素,在P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,1. 在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。,2. 在杂质半导体中少子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。,3. 当温度升高时，少子的数量 （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）,b,a,9.1.3 PN结及其单向导电性,1. PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓
4、度差,P 型半导体,N 型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称 PN 结,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,形成空间电荷区,2. PN结的单向导电性,(1)PN 结加正向电压（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,IF,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻较小，正向电流较大， PN结处于导通状态。,(2)PN 结加反向电压（反向偏置）,P接负、N接正,PN 结变宽,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电
5、流。,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,9.2.2 伏安特性,硅管0.5V, 锗管0.1V。,反向击穿 电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿,失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V锗0.20.3V,死区电压,反向电流在一 定电压范围内 保持常数。,9.2 二极管,二极管的单向导电性,1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,2
6、. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,二极管电路分析方法： 将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通,若 V阳 V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止,电路如图，求：UAB,例1：,解：假设二极管断开，则：V阳 =6 V V阴 =12 V 因V阳V阴 ，所以二极管导通。 若视为理想二极管，忽略管压降，二极管可看作
7、短路， 则UAB = 6V 否则， UAB为6.3或6.7V,电路如图，求：UAB,例1：,两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V,例2:,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求：UAB,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,8
8、V,例3：,参考点,二极管阴极电位为 8 V,动画,9.4 晶体管,9.4.1 基本结构,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,基区：最薄， 掺杂浓度最低,发射区：掺 杂浓度最高,发射结,集电结,结构特点：,集电区： 面积最大,9.4. 2 电流分配和放大原理,1. 三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,3.三极管内部载流子的运动规律,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P 区的电子少部分流出基
9、极，形成基极电流IB ，多数流向集电结。,基区的电子，漂移进入集电结而被收集，形成IC,IC与IB之比称为共发射极电流放大倍数,即管子各电极电压与电流的关系曲线,共发射极电路,输入回路,输出回路,测试特性的实验线路,IC,EB,UCE,UBE,RB,IB,EC,+,+,+,+,9.4.3 特性曲线,1. 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.60.7V PNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ,也称为线性
10、区,具有恒流特性。,(2)截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,截止区,饱和区,（3）饱和区,深度饱和时， 硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V。,练习：分析硅三极管的工作状态,放大,截止,饱和,练习9.4.10：分析晶体管的工作状态,方法2：比较Ic与Ics(饱和时集电极电流) 假设三极管处于放大状态，计算Ic, 若IcIcs 放大 若IcIcs 饱和,方法1：比较Uce与Uces 假设三极管处于放大状态，计算Uce, 若UCE UCES 放大 若UCE UCES 饱和,硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,练习9.4.10：分析晶体管的工作状态,方法
11、1：比较Uce与Uces 假设三极管处于放大状态，计算Uce, 若UCE UCES 放大 若UCE UCES 饱和,IBRB + UBE = 6V,IC =IB=50*0.108=5.4mA,解：,= (6-0.6)/50K,= 0.108mA,UCE = UCCRCIC=12-1*5.4=6.6V,UCE UCES 三极管处于放大状态,硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,假设放大，则:,练习9.4.10：分析晶体管的工作状态,IBRB + UBE = 12V,IC =IB= 40*0.243 = 9.72mA,解：,= 11.4/47K,= 0.243mA,UCE = UCCR
12、CIC =12-1.5*9.72 =12-14.58 = - 2.58V,Uce Uces(0.3V) 三极管处于饱和状态,假设放大，则,方法1：比较Uce与Uces,练习9.4.10：分析晶体管的工作状态,不需计算，直接观察可知三极管处于截止状态,练习9.4.10：分析晶体管的工作状态,方法2：比较Ic与Ics 假设三极管处于放大状态，计算Ic, 若IcIcs 放大 若IcIcs 饱和,IBRB + UBE = 6V,IC =IB=50*0.108=5.4mA,解：,= 11.7/1K,= 11.7mA,1.计算饱和电流ICS，即Uce=0.3时的电流值,2.再假设三极管处于放大状态，计算IC,3. 分析 因为 IcIcs 所以三极管处于放大状态,练习9.4.10：分析晶体管的工作状态,IC =IB= 40*0.243 = 9.72mA,解：,3.分析 因为 IcIcs 所以三极管处于饱和状态,2.假设放大，计算Ic,方法2：比较Ic与Ics,= 11.7/1.5K,= 7.8mA,1.计算饱和电流ICS,IBRB + UBE = 12V,= 11.4/47K,= 0.243mA,练习9.4.8 有两个晶体管分别接在电路中，处于放大状态，他们管脚的电位如下,3.2,3,9,锗 NPN型,-2.6,-2,-6,硅管 PNP型,
