华南理工大学《电工电子技术基本教程》本科教学课件第5章_晶体管电路基础

suct-kyzl预祝你考研成功! 第五章 晶体管电路基础 华南理工考研资料联盟（每年更新）:http://suct- suct-kyzl 5. 1半导体的基础知识 5.1.1半导体二极管 半导体的导电特性 半导体的导电性介于导体和绝缘体之间。如硅和锗。 导体的导电性能具有的特点： (1) 导电能力受温度和光照的影响大， 即具有热敏性和光敏性。 (2) 导电能力可通过掺入微量杂质而提高 几十万乃至几百万倍 A 纯净的半导体以共价 键的形式形成晶体结 构，即每个原子最外 层的四个电子分别和 相邻的四个原子所共 有，这样使每个原子 都处于较为稳定的状 态 ):http://suct- suct-kyzl预祝你考研成功! 共价键中的价电子在温度 升高或受到光照获得一定 能量后，即可挣脱原子核 的束缚，成为自由电子。 同时在共价键中留下一个 空位，称为空穴。失去电 子即有空穴的原子是带正 电的。 A A 自由电子和空穴都称为载流子。 载流子数目就越多，导电性能会越好。 华南理工考研资料联盟（每年更新）:http://suct- suct-kyzl 在硅（或锗）中掺入硼： ):http://suct- 多数载流子：空穴 少数载流子：自由电子 称为空穴半导体 或P型半导体 硼原子最外层只有三个 电子，所以硼原子（B） 在与周围四个硅原子 （Si）组成共价键时， 就缺少一个价电子而出 现一个空穴。 suct-kyzl 在硅（或锗） 中掺入磷: /A A 因磷原子最外层有五个 电子，则在与相邻硅原 子组成共价键时，就多 一个价电子，原子核对 这个电子的束缚很弱， 所以常温下就可以成为 自由电子。 ):http://suct- 多数载流子：自由电子 少数载流子：空穴 称电子半导体， 也叫N型半导体 suct-kyzl预祝你考研成功! PN结的形成 在一块半导体晶片上，采用一定工艺，在其两边分别 形成P型和N型半导体，则在交界面就形成PN结。 空间电荷区 P N P…/卜N 鋤 ❶咖 :6国:03?— p:lp:滅 0^0. 00 ®；®A ®!®A / \ < 空穴 自i好 岫场方向 空间电荷区中多数载流子已扩散复合掉了的，所以 PN结又称耗尽区或称阻挡层。 华南理工考研资料联盟（每年更新）:http://suct- suct-kyzl 变窄 R PN结的单向导电性 （1） PN结外加正向电压 即外加电压正端接P区， 负端接N区 外加电场与内电场方 向相反，内电场受到 削弱，相当于空间电 荷区变窄，扩散与漂 移运动的平衡被打破， 多数载流子的扩散运 动增强，形成了较大 的扩散电流（正向电 流），即这时PN结呈 现出较低的电阻，又 称导通状态。 华南理工考研资料联盟（每年更新）: ittp://suct?- suct-kyzl预祝你考研成功! (2) PN结外加反向电压 即外加电压正端接N区，负端接P区 'I+ 外电场与内电场方向相同，内电场受到增强，空间电 荷区变宽。扩散更难进行，少数载流子的漂移运动加 强。由于少数载流子的数量很少，反向电流不大，即 PN结呈现出很高的电阻，又称截止状态。 PN结具有单向导电性 即PN结外加正向电压时PN结导通，正向 电流较大；外加反向电压时PN结截止，反 向电流很小。 华南理工考研资料联盟（每年更新）:http://suct- 半导体二极管的基本结构 将PN结加上两个电极引线和管壳封装起来，就成 为一个半导体二极管。 从P区引出的端称为阳极（正极）， 从N区引出的端称为阴极（负极）。 suct-kyzl预祝你考研成功! 引线 外壳 1*2 片  点接触型多为锗管，其 PN结面积小，不能通过 大电流，但高频性能好o 华南理工考研资料联盟(每年更新):http://suct- 金锑合金底座 铝合金小$ /阴极引线 PN结 N型硅 阳极引线 面接触型多为硅管，其 PN结面积大，能通过 大电流，一般用作整流。 .锗管I硅管 ;正向导通 反向截止 击穿 内电场被克服， 0 0.2 0.5 0.3 0.7 正向电压超过一定数值后， 随电压增大而迅速上升。 二极管导通，电流 硅管约0.5V。 硅管约0.7V 半导体二极管的伏安特性曲线 (1)正向特性 外加正向电压很小，不足 以克服PN结内电场时， 正向电流几乎为零，这一 段称为“死区”。 锗管的死区电压约为0.2V， 锗管的导通压降约为0.3V， （2）反向特性 外加反向电压不超过 一定范围时，反向电 流很小，二极管处于 截止状态。 当外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然 增大，这种现象称为击穿。 使二极管产生击穿的反向电压称为反向击穿电压4br） 注意：二极管被击穿时，失去单向导电性。若发生 击穿后，二极管电流急剧增大引起过热，则原来的 性能就不能再恢复、二极管就损坏了。 suct-kyzl刊I祝你考研成功! 二极管的主要参数 （1） 最大整流电流/oM 二极管长时间使用时所允许流过的最大正向平均电 流。电流超过此值时，会使管子过热而导致损坏。 （2） 反向工作峰值电压（/RWM 保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电压 一般Urwm取反向击穿电压的一半或三分之二 （3） 反向电流JR 二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流 此值越小，单向导电性越好。锗管的反向电流比硅 管大。温度增高，反向电流变大。 二极管的电路模型 aD〉0时,S闭合 吻＜0时，S断开 (1) 理想二极管电路模型 把二极管看成是一个由其端 电压控制的自动开关，并忽 略二极管的死区电压、正向 电压、反向电流等，即 当Wd＞0时，二极管导通，相当于开关闭合，并 且开关电压为零。 当％＜0时，二极管截止，相当于开关断开，并 且漏电流为零。 华南理工考研资料联盟(每年更新):http://suct- (2)考虑正向电压 的二极管电路模型 (3)考虑正向伏安特 性曲线斜率的电路模型 lD八 "D Wd多Ud时，S闭合 wD VE,发 射结加正向电压（正向 偏置）；如果满足 ec>eb,则vc > VB, 即集电结加反向电压 （反向偏置）。 实验电路的测量数据 ZB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 /c/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95 ZE/mA 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05 结论： 1. 符合基尔霍夫电流定律（KCL），即IE 2. /e和~比/8大得多。 = = 仏=23_15 =40 IB4 0.06 A/b 0.06-0.04 3. 晶体管要起到放大作用，必须使发射结正偏、集 电结反偏。如果/B = 0 ,也没有电流放大作用。 (1) 发射区向基区扩 散自由电子 (2) 自由电子在基区 扩散与复合 (3) 集电区收集从发射 区扩散过来的自由电子 电流分配 共射直流电流放大系数 共射交流电流放大系数 AZC azb 晶体管的特性曲线 实验电路 suct-kyzl 华南理工考研资料联盟（每年更新: http://suct- 1.输入特性曲线 UeE为常数时，Tg与UBE与 16之间的关系曲线 Ib/ 80 和二极管的伏安特性 60 一样，也有死区。 40 硅管的死区电压为 20 0.5V,锗管为0.1V。 0 0.2 0.4 0.6 0.8 suct-kyzl预祝你考研成功! 华南理工考研资料联盟(每年更新):http://suct- 80pA 1 /g/mA 4