《电工技术课件：第7章 半导体器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术课件：第7章 半导体器件（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第7章章 半导体器件半导体器件7.2 PN7.2 PN结及其单向导电特性结及其单向导电特性结及其单向导电特性结及其单向导电特性7.3 7.3 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管7.4 7.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管7.1 7.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性7.5 7.5 双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管2第第7章章 半导体器件半导体器件本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN结的单向导电性；结的单向导电性；结的单向导电性；结的单向导电性；二、了解二极管、稳压管的基本
2、构造、工作原理二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理 和特性曲线，理解主要参数的意义；和特性曲线，理解主要参数的意义；和特性曲线，理解主要参数的意义；和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路；三、会分析含有二极管的电路；三、会分析含有二极管的电路；三、会分析含有二极管的电路；四、四、四、四、了解晶体管的基本构造、工作原理和特性曲，了解晶体管的基本构造、工作原理和特性曲，了解晶体管的基本构造、工作原理和特性曲，了解晶体管的基本构造、工作原理和特性曲， 理解主要参数的意义。理解主要参数的意义。
3、理解主要参数的意义。理解主要参数的意义。37.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：( ( ( (可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻) ) ) )。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变( ( ( (可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半
4、导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 ( ( ( (可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等) ) ) )。热敏性：
5、热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强47.1.1 本征半导体本征半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体最常用的半导体为硅最常用的半导体为硅(SiSi)和锗和锗(GeGe)。它们的共同特征是它们的共同特征是四价元素四价元素，每个原子最外层，每个原子最外层电子数为电子数为 4 4 。+ + +SiSiGeGe5共价键共价键本征半导体本征半导体晶体中的共价健结构：晶体中的共价健结构：每个原子与每个原子与相邻的四个相邻的四个原子结合。原子结合。每个原子
6、的一个价电子与每个原子的一个价电子与相邻原子的一个价电子组相邻原子的一个价电子组成一电子对，由相邻原子成一电子对，由相邻原子共有，构成共有，构成共价键共价键结构。结构。6共价键共价键价电子价电子共共价价键键价电子价电子自由电子自由电子和和空穴空穴同时同时产生产生半导体导电方式半导体导电方式激发激发自由电子自由电子温增温增/光照光照外加电压外加电压电子电流电子电流离开离开剩空穴剩空穴（原子带（原子带正电）正电）外加电压外加电压吸引相邻原吸引相邻原子价电子填子价电子填补空穴补空穴好像好像空穴空穴在运在运动动空穴电流空穴电流与金与金属导属导电的电的区别区别硅原子硅原子自由自由电子电子7硅原子硅原子半
7、导体中的半导体中的自由电子自由电子和和空穴空穴都能参与导电都能参与导电半导体具有两种载流子。半导体具有两种载流子。共价键共价键价电子价电子小小结本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和空穴总是空穴总是成对出现成对出现，同时又，同时又不断进行复合。在一定温度不断进行复合。在一定温度下，载流子的产生与复合会下，载流子的产生与复合会达到达到动态平衡动态平衡。温度愈高，。温度愈高，载流子数目就愈多，导电性载流子数目就愈多，导电性能就愈好能就愈好温度对半导体温度对半导体器件性能影响很大器件性能影响很大87.1.2 杂质半导体杂质半导体在常温下，本征半导体的两种载流子数量在常温下，本征半导体的两种
8、载流子数量还是极少的，其导电能力相当低。还是极少的，其导电能力相当低。如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到将得到掺杂半导体掺杂半导体，而，而掺杂半导体的导电掺杂半导体的导电能力将大大提高。能力将大大提高。由于掺入杂质元素的不同，由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体掺杂半导体可可分为分为两大类两大类N N型半导体和型半导体和 P P型半导体型半导体91. N N型半导体型半导体当当在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入微微量量磷磷( (或或其其它它五五价价元元素素) )时时，磷磷原原子子与与周周围围四四个个硅硅原原子子形形成成共共价价键键后后，磷磷原原子
9、子的的外外层层电电子子数数将将是是 9 9 ，比比稳稳定定结结构构多多一一个价电子。个价电子。P+SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余多余电子电子101. N N型半导体型半导体掺掺入入磷磷杂杂质质的的硅硅半半导导体体晶晶体体中中，自自由由电电子子的的数数目目大大量量增增加加。这这种种半半导导体体主主要要靠靠自自由由电电子子导导电电，称称之为电子半导体或之为电子半导体或N N型半导体型半导体。在在N N型半导体中型半导体中电子电子是多数载流子、是多数载流子、空穴空穴是少是少数载流子。数载流子。室温情况下，本征硅中载流子有室温情况下，本征硅中载流子有1.51.5 10101010个
10、个/cm/cm3 3，当磷掺杂量在，当磷掺杂量在10106 6量级时，电子载流量级时，电子载流子数目将增加几十万倍。子数目将增加几十万倍。11当当在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入微微量量硼硼( (或或其其它它三三价价元元素素) )时时，硼硼原原子子与与周周围围的的四四个个硅硅原原子子形形成成共共价价键键后后，硼硼原原子子的的外外层层电电子子数数将将是是 7 7 ，比比稳稳定结构少一个价电子。定结构少一个价电子。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴空穴2. P P型半导体型半导体12综上所述，由于掺入杂质的不同，产生了综上所述，由于掺入杂质的不同，产生了N N型半导型半
11、导体和体和P P型半导体。杂质半导体中载流子的浓度远大型半导体。杂质半导体中载流子的浓度远大于本征半导体中载流子的浓度，于本征半导体中载流子的浓度，虽然它们都有一种虽然它们都有一种载流子占多数，载流子占多数，但整个半导体晶体仍是但整个半导体晶体仍是电中性电中性的的。掺掺硼硼半导体中，半导体中，空穴空穴数目远大于数目远大于自由电子自由电子数目。数目。主要靠空穴导电主要靠空穴导电,称为称为空穴半导体空穴半导体或或P型半导体型半导体。 空穴空穴为多数载流子，为多数载流子，自由电子自由电子是少数载流子。是少数载流子。因为载流子带正电或负电，原子则相反带负因为载流子带正电或负电，原子则相反带负电或带正电
12、，整个晶体不带电。电或带正电，整个晶体不带电。13 1. 1. 在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a. a. 掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。 2. 2. 在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a. a. 掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。 3. 3. 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温
13、度升高时，少子的数量 （a. a. 减少、减少、减少、减少、b. b. 不变、不变、不变、不变、c. c. 增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c 4. 4. 在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。 （a. a. 电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流） b ba a147.2 PN结及其单向导电
14、性结及其单向导电性7.2.17.2.1 PN PN PN PN结的形成结的形成结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷区变薄。区变薄。区变薄。区变薄。 扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂
15、移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区157.2.2. PN7.2.2. PN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 (1) PN (1) PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，
16、多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。 PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，正向电阻较小，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+16(2) PN (2) PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）
17、外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +17PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽(2) PN (2) PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，
18、反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+ PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，电阻较大，电阻较大，电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +187.3 半导体二极管半
19、导体二极管7.3.1 基本结构基本结构(a) (a) 点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。 结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c) (
20、c) 平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。19阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极
21、引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 7.3 半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D207.3.2 7.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗锗锗锗管管管管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才
22、能导通。 外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去单向导电性。单向导电性。单向导电性。单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+ 反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。217.
23、3.3 7.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数1. 1. 最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。电流。电流。电流。2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般
24、是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3. 3. 反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流
25、。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温受温度的影响，温受温度的影响，温受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向锗管的反向锗管的反向锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。22二极管二极管二极管二极
26、管的单向导电性的单向导电性的单向导电性的单向导电性 1. 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时，）时，）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，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。正向电流较大。正向电流较大。正向电流较大。 2. 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极
27、接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，）时，）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，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。反向电流很小。反向电流很小。反向电流很小。 3. 3. 3. 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单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。向导电性。向导电性。向
28、导电性。 4. 4. 4. 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。流愈大。流愈大。流愈大。23 7.3.4 7.3.4 二极管的应用二极管的应用二极管的应用二极管的应用定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3V 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，
29、分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 VV阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正( ( 正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置 ) )，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短
30、路，U UABAB = = 6V6V否则，否则，否则，否则， U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例例1： 取取取取 B B 点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。 在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。 D6V12V3k BAUAB+25两个二极管的阴极接在一起两个二
31、极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1 1阳阳阳阳 = =6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 = = V V2 2阴阴阴阴= = 12 V12 VU UD1D1 = 6V = 6V，U UD2D2 =12V =12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导
32、通， D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB = 0 V= 0 V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里， D D2 2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用， D D1 1起隔离起隔离起隔离起隔离作用。作用。作用。作用。 BD16V12V3k AD2UAB+26u ui
33、i 8V 8V，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 u uo o = 8V = 8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 u uo o = = u ui i已知：已知：已知：已知： 二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例例例3 3：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途： 整流、检波、整流、检波、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、
34、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+ + + 277.4 稳压二极管稳压二极管符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ7.4.1. 7.4.1. 稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性 稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时加反向电压加反向电压加反向电压加反向电压使用时要加
35、限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作用。用。用。用。_+UIO287.4.1 伏安特性伏安特性U(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管正常工作于稳压管正常工作于反
36、向击穿区反向击穿区，常，常见电路如下：见电路如下：U iRU oR L在电路中稳压管是在电路中稳压管是反向联接反向联接的。的。当当U i大于稳压管的击穿电压时，稳大于稳压管的击穿电压时，稳压管被击穿（压管被击穿（在一定的电流范围内可逆），电流将增大，电阻），电流将增大，电阻R两端两端的电压增大，稳压管两端的电压基的电压增大，稳压管两端的电压基本不变，输出电压本不变，输出电压U o等于等于U z 。291 1、稳定电压稳定电压Uz 指稳压管正常工作时的端电压指稳压管正常工作时的端电压。 同一型号稳压管同一型号稳压管UZ 也不一定相等。也不一定相等。2 2、稳定电流稳定电流IZ 正常工作的参考电流
37、值。正常工作的参考电流值。 每每种种型型号号稳稳压压管管都都规规定定有有一一个个最最大大稳稳定定电电流流IZM，超超过过它它，易易发发生生热热击击穿穿（不不可可逆逆），稳稳压压管损毁管损毁, ,I IZIZM。U(V)0I (mA)反向正向UZIZ7.4.2 稳压管的主要参数稳压管的主要参数303 3、电压温度系数、电压温度系数 U U说明说明稳压值受温度影响的参数，越小越好稳压值受温度影响的参数，越小越好。如：稳压管如：稳压管2CW182CW18的电压温度系数为的电压温度系数为0.095% / 0.095% / C C 假如在假如在20 20 C C时的稳压值为时的稳压值为11V11V，当温
38、度升，当温度升高到高到50 50 C C时的稳压值将为时的稳压值将为特别说明：特别说明：稳压管的电压温度系数有正负之别。稳压管的电压温度系数有正负之别。因此选用因此选用6V6V左右的左右的稳压管，具有较好稳压管，具有较好的温度稳定性。的温度稳定性。7.4.2 稳压管的主要参数稳压管的主要参数314 4、动态电阻、动态电阻rZ 稳稳压压管管子子端端电电压压和和通通过过其其电电流流的的变变化化量量之之比比。稳稳压压管管的的反反向向伏伏安安特特性性曲曲线线越越陡陡，则则动态电阻越小，稳压效果越好。动态电阻越小，稳压效果越好。U(V)0I (mA)反向正向UZIZIZmIZUZ5 5、最大允许耗散功耗
39、、最大允许耗散功耗PZM 保保证证稳稳压压管管不不发发生生热热击击穿穿的的最最大功率损耗。大功率损耗。其值为稳定电压和允许的最大其值为稳定电压和允许的最大电流乘积电流乘积7.4.2 稳压管的主要参数稳压管的主要参数32例例电路如图，通过稳压管的电流电路如图，通过稳压管的电流I IZ Z等于多少等于多少？解：解：UR=20-12=8VIZ=IR=8/1.6=5mA18mA若若R1=12k，I1=? IZ=？RL=12kI1=？I1=UZ/RL=12/12=1mAIZ=IR-I1=5-1=4mA+20VIZR=1.6kUz=12VIZM=18mA+DZ-IR337.5 双极型晶体管双极型晶体管7.
40、5.1 7.5.1 晶体管的结构晶体管的结构晶体管的结构晶体管的结构NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极NPNNPN型型型型BECB BE EC CPNPPNP型型型型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管34基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最
41、高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大357. 5. 2 7. 5. 2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用1. 1. 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发
42、射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNPPNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B BEC+ +- -BEC- -+ +362. 2. 各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA(mA) )I IC C(mA(mA) )I IE E(mA(mA) )0 00.020.020.040.040.060.060.08
43、0.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.05结论结论结论结论: :1 1）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE E = = I IB B + + I IC C2 2） I IC C I IB B ， I IC C I IE E 3 3） I IC C I IB B 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的把基极电流的微小变化能
44、够引起集电极电流较大变化的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。特性称为晶体管的电流放大作用。特性称为晶体管的电流放大作用。特性称为晶体管的电流放大作用。 实质实质实质实质: :用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是是是是CCCSCCCS器件器件器件器件。373.3.3.3.三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIB
45、EICEICBO 基区空穴基区空穴基区空穴基区空穴向发射区的向发射区的向发射区的向发射区的扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。 发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，发射区电子不断向基射区电子不断向基射区电子不断向基射区电子不断向基区扩散，形成发射区扩散，形成发射区扩散，形成发射区扩散，形成发射极电流极电流极电流极电流I I I IE E E E。进入进入进入进入P P P P 区的电区的电区的电区的电子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形成电流成电流成电流成电流I I I IBE BE BE
46、 BE ，多数多数多数多数扩散到集电结。扩散到集电结。扩散到集电结。扩散到集电结。从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成集，形成集，形成I I I ICECECECE。 集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的反有少子形成的反有少子形成的反有少子形成的反向电流向电流向电流向电流I I I ICBOCBOCBOCBO。383. 3. 三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的
47、运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律IC = ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB = IBE- ICBO IBE I ICE CE 与与与与 I IBE BE 之比称为共发之比称为共发之比称为共发之比称为共发射极电流放大倍数射极电流放大倍数射极电流放大倍数射极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流, , 温度温度温度温度I ICEOCEO ( (常用公式常用公式常用公式常用公式) )若若若若I IB B =0, =0, 则则则则 I IC C I ICE0CE0397.5.37.5.3 晶体
48、管的特性曲线晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载即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，是分析放大流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线： 1 1 1 1）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路）合理
49、地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线40发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路 测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+411. 1. 输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线特点特点特点特点: :
50、 : :非线性非线性非线性非线性死区电压：硅死区电压：硅死区电压：硅死区电压：硅管管管管0.50.50.50.5V V，锗管锗管锗管锗管0.10.10.10.1V V。正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压： NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3VIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO422. 2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线IB=020 A40 A60 A80
51、 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1) (1) 放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 I IC C= = I IB B ，也也也也称为线性区，具有恒流称为线性区，具有恒流称为线性区，具有恒流称为线性区，具有恒流特性。特性。特性。特性。 在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处于发射结处于发射结处于发射结处于正向偏置、集电结处于反正向偏置、集电结处于反正向偏置、集电结处于反正向偏置、集电结处于反向偏置
52、，晶体管工作于放向偏置，晶体管工作于放向偏置，晶体管工作于放向偏置，晶体管工作于放大状态。大状态。大状态。大状态。43I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C( (mmA A ) )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB B 0 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有 I IC C 0 0 。 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏在截止
53、区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。置，晶体管工作于截止状态。置，晶体管工作于截止状态。置，晶体管工作于截止状态。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当当当U UCECE U UBEBE时时时时，晶体晶体晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。 在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区， I IB B I IC C，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集电结也处于正集电结也处于正集电结也
54、处于正集电结也处于正偏。偏。偏。偏。 深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时， 硅管硅管硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V， 锗管锗管锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V。447.5.47.5.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数晶体管的主要参数晶体管的主要参数1. 1. 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数， 直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时， 表示晶
55、体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。参数也是设计电路、选用晶体管的依据。参数也是设计电路、选用晶体管的依据。参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：注意：注意：注意： 和和和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且且且且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小
56、的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间。之间。之间。45例：在例：在例：在例：在U UCECE= 6 V= 6 V时，时，时，时， 在在在在 QQ1 1 点点点点I IB B=40=40 A, A, I IC C=1.5mA=1.5mA； 在在在在 QQ2 2 点点点点I IB B=60 =60 A, A, I IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： = =
57、= = 。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C( (mmA A ) )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 0QQ1 1QQ2 2在在在在 QQ1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 QQ1 1 和和和和QQ2 2点，得点，得点，得点，得462. 2.集集集集- - - -基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温移
58、运动所形成的电流，受温移运动所形成的电流，受温移运动所形成的电流，受温度的影响大。度的影响大。度的影响大。度的影响大。 温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3. 3.集集集集- - - -射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流( ( ( (穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流) ) ) )I ICEOCEO AICEOIB=0+ I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也相也相也相也相应增加。应增加。应增加。应增加。三极管的温度特三极管的温度特三极
59、管的温度特三极管的温度特性较差。性较差。性较差。性较差。474. 4. 集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5. 5. 集集集集- - - -射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值
60、下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 I ICMCM。 当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过一定的数值时，三极超过一定的数值时，三极超过一定的数值时，三极超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是管就会被击穿。手册上给出的数值是管就会被击穿。手册上给出的数值是管就会被击穿。手册上给出的数值是2525 C C、基极开路基极开路基极开路基极开路时的击穿电压时的击穿电压时的击穿电压时的击穿电压U U(BR)(BR) CEOCEO。6. 6. 集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功
61、耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。过高会烧坏三极管。过高会烧坏三极管。过高会烧坏三极管。 P PC C P PCM CM = =I IC C U UCECE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为150150 C C，锗锗锗锗管约为管约为管约为管约为7070 9090 C C。48I IC CU UCECE=P=PCMCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极
62、管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO49晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1 1、温度每增加、温度每增加、温度每增加、温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优 于锗管。于锗管。于锗管。于锗管。2 2 2 2、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，U UBEBE将减小将减小将减小将减小 (2(2 2.5)mV2.5)mV， 即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3 3、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C， 增加增加增加增加 0.5%1.0%0.5%1.0%。
