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1、模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系项目一、项目一、 半导体器件基础半导体器件基础1模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系绪 论 一、电子技术的发展与应用概况一、电子技术的发展与应用概况 电子技术电子技术是研究电子器件是研究电子器件 、电子电路及其应用、电子电路及其应用 的科学技术。的科学技术。 电子技术的应用，以信息科学技术为中心的包括计电子技术的应用，以信息科学技术为中心的包括计算机技术、生物基因工程、光电子技术、军事电子算机技术、生物基因工程、光电子技术、军事电子技术、生物电子学、新型材料、新型能源、海洋开技术
2、、生物电子学、新型材料、新型能源、海洋开发工程技术等高新技术群的兴起，已经引起人类从发工程技术等高新技术群的兴起，已经引起人类从生产到生活各个方面巨大变革。生产到生活各个方面巨大变革。2模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 电子线路电子线路是由电子器件（又称有源器件，如电是由电子器件（又称有源器件，如电子管、半导体二极管、晶体管、集成电路等）和电子管、半导体二极管、晶体管、集成电路等）和电子元件（又称无源器件，如电阻器、电容器、电感子元件（又称无源器件，如电阻器、电容器、电感器器 、变压器等）组成具有一定功能的电路。、变压器等）组成具有一定功能的电路。
3、电子器件是电子线路的核心。电子器件的发展电子器件是电子线路的核心。电子器件的发展促进了电子技术的发展促进了电子技术的发展 。 ( (一一一一) )电子管时代电子管时代电子管时代电子管时代: : 19041904年电子管的发明，使电子技术进入了第一年电子管的发明，使电子技术进入了第一年电子管的发明，使电子技术进入了第一年电子管的发明，使电子技术进入了第一个时代个时代个时代个时代电子管时代电子管时代电子管时代电子管时代 。 3模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 从此，无线电通信、电视、广播、雷达、导航从此，无线电通信、电视、广播、雷达、导航从此，无线电通信
4、、电视、广播、雷达、导航从此，无线电通信、电视、广播、雷达、导航电子设备和计算机等开始问世，并得到迅速发展。电子设备和计算机等开始问世，并得到迅速发展。电子设备和计算机等开始问世，并得到迅速发展。电子设备和计算机等开始问世，并得到迅速发展。(二二)晶体管时代晶体管时代 1948 年贝尔（年贝尔（ Bell ）实验室发明晶体管后，使）实验室发明晶体管后，使电子技术进入晶体管时代，拉开了人类社会步入信息电子技术进入晶体管时代，拉开了人类社会步入信息时代的序幕。晶体管的广泛应用，开创了电子设备朝时代的序幕。晶体管的广泛应用，开创了电子设备朝小型化、微型化发展的新局面。小型化、微型化发展的新局面。 (
5、三三)集成电路时代集成电路时代4模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 19581958年，德克萨斯仪器公司发明了集成电路，年，德克萨斯仪器公司发明了集成电路，使电子技术进入集成电路时代。集成电路芯片是通过使电子技术进入集成电路时代。集成电路芯片是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成集成”在一块半导体单晶片上，实现特定的电路或在一块半导体单晶片上，实现特定的电路或系统功能。系统功能。 ( (四四) )
6、信息时代信息时代 2000年以来年以来,以集成电路为基础的电子信息产业以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。电子信息产业的发展在国已成为世界第一大产业。电子信息产业的发展在国民经济发展中具有十分重要的战略意义。科学家认民经济发展中具有十分重要的战略意义。科学家认5模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 20002000年以来，以集成电路为基础的电子信息产业年以来，以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。电子信息产业的发展在国民已成为世界第一大产业。电子信息产业的发展在国民经济发展中具有十分重要的战略意义。科学家认为人经济发展中具有
7、十分重要的战略意义。科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后进入了硅石时代。类继石器、青铜器、铁器时代之后进入了硅石时代。 二、课程的性质和任务二、课程的性质和任务 本课程是高职高专电类专业通用的技术基础课程，本课程是高职高专电类专业通用的技术基础课程，也是实践性较强的一门主干课程。在专业人才培养过也是实践性较强的一门主干课程。在专业人才培养过程中具有重要的地位和作用。程中具有重要的地位和作用。6模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 通过本课程的理论教学和实验、课程设计等实践通过本课程的理论教学和实验、课程设计等实践教学，使学生获得电子元器件和功能电路
8、及其应用的教学，使学生获得电子元器件和功能电路及其应用的基本知识，掌握电子技术基本技能，培养学生创新意基本知识，掌握电子技术基本技能，培养学生创新意识和实践能力，以适应电子技术发展的形势，为后续识和实践能力，以适应电子技术发展的形势，为后续课程的学习和形成职业能力打好基础。课程的学习和形成职业能力打好基础。 通过本课程及实践环节的教学使学生获得以下知通过本课程及实践环节的教学使学生获得以下知识和能力：识和能力：7模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 1.1.熟悉常用电子元器件的性能特点及其应用常识，具熟悉常用电子元器件的性能特点及其应用常识，具 有查阅手
9、册、合理选用、测试常用电子元器件的能有查阅手册、合理选用、测试常用电子元器件的能 力。力。2.2.掌握常见功能电路的组成、工作原理、性能特点及掌握常见功能电路的组成、工作原理、性能特点及 其分析计算方法，具有常见低频电路读图能力。其分析计算方法，具有常见低频电路读图能力。3.3.熟悉常见电路的调试方法，具有电路简单故障分析熟悉常见电路的调试方法，具有电路简单故障分析 、排除能力。、排除能力。4.4.了解了解EWBEWB基本操作方法，会用软件进行电路仿真。基本操作方法，会用软件进行电路仿真。8模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系三、课程特点和学习方法三、课
10、程特点和学习方法 本课程是研究模拟电路（本课程是研究模拟电路（Analog CircuitAnalog Circuit）及其）及其应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。数字电路数字电路(Digital Circuit)(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技的知识学习由数字电子技术课程完成。术课程完成。 本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方法。法。9模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系（1 1）模拟电路是以模拟电子器件为核心构成的电子
11、电路。）模拟电路是以模拟电子器件为核心构成的电子电路。（2 2）近似估算的方法）近似估算的方法 （3 3）等效的方法）等效的方法 （4 4）图解的方法）图解的方法 （5 5）实验调整的方法）实验调整的方法 在本课程学习过程中，要根据课程特点进行，并在本课程学习过程中，要根据课程特点进行，并 注意以下问题。注意以下问题。 第一，提高对本课程重要性的认识，努力学习。第一，提高对本课程重要性的认识，努力学习。 第二，理论联系实际，重视实践动手能力培养。第二，理论联系实际，重视实践动手能力培养。 第三，注重职业道德培养，养成良好职业习惯。第三，注重职业道德培养，养成良好职业习惯。 10模模电电拟拟技技
12、子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系四、半导体的基础知识四、半导体的基础知识1. 1. 本征半导体本征半导体2. 2. 杂质半导体杂质半导体3. 3. PN PN 结结11模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系本征半导体本征半导体 1 1、本征半导体、本征半导体半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。纯净的不含任何杂质的半导体。纯净的不含任何杂质的半导体。如如 硅、锗单晶体。硅、锗单晶体。自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。载流子载流子 共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。
13、相邻原子共有价电子所形成的束缚。半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。12模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系硅硅( (锗锗) )的原子结构的原子结构价电子价电子惯性核惯性核简化模型简化模型自自由由电电子子硅硅( (锗锗) )的共价键结构的共价键结构空穴空穴13模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。结论结论：自由电子自由电子在共价键以外在共价键以外的运动。的运动。空穴空穴在共价键以内的运动
14、。在共价键以内的运动。1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。14模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2 2、杂质半导体、杂质半导体一、一、N N 型半导体型半导体在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的5 5 5 5价元价元价元价元素（如磷）。素（如磷）
15、。素（如磷）。素（如磷）。+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自由电子自由电子 N N N N型半导体的特点：型半导体的特点：型半导体的特点：型半导体的特点：两种载流子中自由电子是多两种载流子中自由电子是多两种载流子中自由电子是多两种载流子中自由电子是多 子，子，子，子，空穴是少子；空穴是少子；空穴是少子；空穴是少子； 主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。N N型半导体的简化图示型半导体的简化图示多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子15模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系二、二、 P 型半导体型
16、半导体在纯净的硅或锗晶体中掺入少在纯净的硅或锗晶体中掺入少在纯净的硅或锗晶体中掺入少在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的量的量的量的3 3价元素（如硼）。价元素（如硼）。价元素（如硼）。价元素（如硼）。+3+4+4+4+4+4空穴空穴硼原子硼原子 P P P P型半导体的特点：型半导体的特点：型半导体的特点：型半导体的特点：空穴是多子，自由电子空穴是多子，自由电子空穴是多子，自由电子空穴是多子，自由电子是少子；是少子；是少子；是少子； 主要靠空穴导电。主要靠空穴导电。主要靠空穴导电。主要靠空穴导电。多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子负离子负离子P 型半导体的简化图示型半导体的简化图示16模模电
17、电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系3、PN结结一、一、PN 结的形成结的形成 扩散运动扩散运动扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动漂移运动漂移运动空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区离子电荷区形成离子电荷区形成离子电荷区形成离子电荷区形成PNPN结结结结内电场建立内电场建立内电场建立内电场建立 扩散运动扩散运动扩散运动扩散运动（一定宽度）（一定宽度）（一定宽度）（一定宽度）动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡 P P 区中的电子和区中的电子和 N N 区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），数量），数量 有限，因此由它们形成的电流很小。有限，因此由它们形成的电流
18、很小。17模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。1 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。注意注意: :2 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P P区区中的空穴、中的空穴、N N 区中的电子（区中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。18模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西
19、机电职业技术学院电气系二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性 1. PN1. PN结外加正向电压时处于导通状态结外加正向电压时处于导通状态结外加正向电压时处于导通状态结外加正向电压时处于导通状态+REPN内电场内电场外电场外电场内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较的扩散加强，形成较大的扩散电流。大的扩散电流。+变薄变薄 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思是的意思是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。19模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2. PN2. PN结外加反向电压时处于截止状态结外加反
20、向电压时处于截止状态结外加反向电压时处于截止状态结外加反向电压时处于截止状态+REPN内电场内电场外电场外电场+内电场被加强，多子内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数漂移加强，但少子数量有限，只能形成较量有限，只能形成较小的反向电流小的反向电流 PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思是：的意思是： P区加负、区加负、N 区加正电压。区加正电压。变厚变厚20模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 PNPN结加结加正向电压正向电压时，呈现低电阻，具有较时，呈现低电阻，具有较 大的正向扩散电流；大的正向扩散
21、电流； PN PN结加结加反向电压反向电压时，呈现高电阻，具有很时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。21模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系三、三、PN 结的伏安特性结的伏安特性反向饱和反向饱和电流电流加正向电压时加正向电压时加反向电压时加反向电压时iIS反反向向击击穿穿Ou /VI /mA正向特性正向特性22模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系小结 1. 1. 本征半导体、本征半导体、N N型半导体、型半导体、
22、P P型半导体的特点型半导体的特点 2. PN2. PN结的形成及特性结的形成及特性23模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系模块一模块一半导体二极管半导体二极管1. 1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型1. 2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1. 3 二极管的主要参数二极管的主要参数1. 4 特殊二极管特殊二极管24模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系1. 1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型构成：构成：PN PN 结结 + + 引线引线 + + 管壳管壳 = = 二极管二极管(D
23、iode)(Diode)分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型符号：符号：PN实质上就是一个实质上就是一个PN结结+阳极阳极阳极阳极PN-阴极阴极阴极阴极25模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持
24、衬底26模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：27模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系二极管实物图二极管实物图28模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系29模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系1.2 二极管的伏二极管的伏安特性安特性UI反向击穿反向击穿电压电压UBR导通压降导通压降: : 硅管硅管0.60.8V, 锗管锗管0.10.3V。死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0
25、.1V正向特性正向特性反反向向击击穿穿30模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿反向击穿原因原因： 齐纳击穿齐纳击穿：(Zener)(Zener)雪崩击穿：雪崩击穿： PN 结未损坏，断电即恢复。结未损坏，断电即恢复。 PN 结烧毁。结烧毁。反向击穿类型：反向击穿类型：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 反向电场使电子加速，动能增大，撞击反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。使自由电子数突增。 PN结的反向击穿 当当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速结的反向
26、电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为增加，此现象称为PN结的结的反向击穿。反向击穿。31模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系1.3 1.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.1. I IF F 最大整流电流最大整流电流( (最大正向平均电流最大正向平均电流) )2 2. . U URM RM 最高反向工作电压最高反向工作电压，为为 U U(BR) (BR) / 2/ 2 3 3. . I IR R 反向电流反向电流( (越小越小, ,单向导电性越好单向导电性越好) )4 4. . f fM M 最高工作频率最高工作频率( (超过时超过
27、时, ,单向导电性变差单向导电性变差) )影响工作频率的原因影响工作频率的原因 PN PN 结的电容效应结的电容效应32模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。保护等等。 结论：结论：(1) (1) 低频低频时，因结电容很小，对时，因结电容很小，对 PN PN 结影响很小。结影响很小。 高频高频时，因容抗增大，使时，因容抗增大，使结电容分流结电容分流，导致导致单单向导电性变差。向
28、导电性变差。(2) (2) 结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管) ) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 =0 ，正向压降，正向压降=0 =0 33模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系1.4 特殊二极管特殊二极管一一 . . 稳压二极管稳压二极管符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化
29、时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。34模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系二二 . . 光电二极管光电二极管又称为光敏二极管又称为光敏二极管,反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。符号符号实物照片实物照片35模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系符号符号三三 . . 发光二极管发光二极管工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA mA，导通电压，导通电压 (1 (1 2) V2) V36模模电电拟拟技技子子术术
30、广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性-正向特性、反向特正向特性、反向特性性小结2.2.二极管的主要参数二极管的主要参数: : I IF F 、U URM RM 、IR IR 、f fM M3.3.特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用37模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系模块二模块二 半导体三极管半导体三极管2.1 晶体三极管晶体三极管2.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线2.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数2.4 特殊的晶体三极管特殊的晶体三极管38模模电电拟拟技技子子术术广西机
31、电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2.1 2.1 晶体三极管晶体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类基极基极发射发射极极NPN型型发射结发射结集电结集电结基本结构一基本结构一符号符号ECB集电极集电极NNPBEC C39模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高制造工艺上的特点制造工艺上的特点集电区：面积较大集电区：面积较大, , 掺杂浓度低掺杂浓度低掺杂浓度低掺杂浓度低40模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技
32、术学院电气系广西机电职业技术学院电气系PNP型型BECPPN基极基极发射极发射极集电极集电极ECB符号符号基本结构二基本结构二41模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系分类分类：按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W42模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系三极管实物图三极管实物图43模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系44模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系
33、 二二 . . 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用发射结正向偏置发射结正向偏置发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。过载流子传输体现出来的。（1 1）工作在放大状态的外部条件：）工作在放大状态的外部条件： NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVCC(2)(2)实现电路实现电路: :45模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系(3)满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路ECBuiuoE
34、CBuiuo共集电极共集电极uiuoCEB共发射极共发射极共基极共基极46模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系(4) 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 (以以NPN为例为例 ）I CNIEI CBOIBI BN1) )发射结加正向电压，发射结加正向电压，发射结加正向电压，发射结加正向电压，发射区向基发射区向基区注入电子，形成发射极电流区注入电子，形成发射极电流I IE E。3) )电子到达基区后，由于电子到达基区后，由于集电结加集电结加集电结加集电结加反向电压，电子漂移运动形成集电反向电压，电子漂移运动形成集电反向电压，电子漂移运动形
35、成集电反向电压，电子漂移运动形成集电极电流极电流极电流极电流 ICN。2) )扩散到基区的电子与孔穴的扩散到基区的电子与孔穴的扩散到基区的电子与孔穴的扩散到基区的电子与孔穴的复合形成基极电流复合形成基极电流复合形成基极电流复合形成基极电流 I IBN BN 。IC基区的空穴来源：基区的空穴来源：基极电源提供基极电源提供( (IB) )集电区少子漂移集电区少子漂移( (ICBO) )所以所以 IBN IB + ICBOIB = IBN ICBO 47模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系IC = ICN + ICBOIE=IC+IB当当管管子子制制成成后后，
36、发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：若若ICICEO，I IE E= =I IB B+ +I IC C48模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 （5 5）晶体管的电流分配关系）晶体管的电流分配关系三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 1三极管的电流放大作用就是基极电流三极管的电流放大作用就是基极电流 I B 的微小的微小变变 化控制了集电极电流化控制了集电极电流 IC 较大的变化。较大的变化。 2 2三极管放大电流时，被放大的三极管放大电流时，被放
37、大的 IC IC 是由电源是由电源 VCC VCC 提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用号对大信号的控制作用。 3三极管是一种电流控制器件。三极管是一种电流控制器件。49模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 IB= f (UBE) UCE=常数常数1. 输入特性曲线输入特性曲线+-bce共射极放大电路VBBVCCUBEICIB+-UCE50模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系UCE 1V工
38、作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.8V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0V0.40.8IB( A)UBE(V)20406080 UCE =0.5V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V，锗管锗管0.2V。三极管输入特性曲线与二极管特性相似三极管输入特性曲线与二极管特性相似51模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区uCE /VICEOiC / mA50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321二、输出特性二、输出特性三极管有三种工作状态三极管有三种工作状态: 1)截止
39、状态截止状态 2)放大状态放大状态 3)饱和状态饱和状态1) 截止区：截止区：IB 0 IC = ICEO 0条件：条件：两个两个PN结反偏或零偏结反偏或零偏52模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2) 放大区：放大区：IC= IB UCUBUE条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏3) 饱和区：饱和区：特点：特点：IC IB条件：条件：两个两个PN结均正偏结均正偏 IB 虽然变化虽然变化,但但 IC 基本不变化基本不变化 深度饱和时深度饱和时UCES 0.1v , 此时此时C 极和极和 E 极之间相极之间相当于一个开关的闭合状态。利用三
40、极管截止、饱和当于一个开关的闭合状态。利用三极管截止、饱和两种状态可做无触点开关。两种状态可做无触点开关。53模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系三、三、温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响1 1、温度对、温度对ICBO的影响的影响 结论结论T T输入特性左移输入特性左移输入特性左移输入特性左移I ICEOCEOI IC CTICBO温度每升高温度每升高10100 0C, IC, ICBOCBO增加约一倍。增加约一倍。温度每升高温度每升高1010，| |u uBEBE| |大约下降大约下降2 22.5mV2.5mV， 增大增大0.50
41、.51 1。2 2、温度对输入特性的影响、温度对输入特性的影响 T正向特性曲线左移正向特性曲线左移54模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数1. 电流放大倍数电流放大倍数 和和 2.集集- -基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBOICEO= IB+ICBO 3. 集集- -射极间穿透电流射极间穿透电流ICEO4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM5.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM6.反向击穿电压反向击穿电压 （1 1）U U(BR)CB(BR)CBO O发射极开路时的集电结击穿电
42、压发射极开路时的集电结击穿电压 （2 2）U U(BR) EB(BR) EBO O集电极开路时发射结的击穿电压集电极开路时发射结的击穿电压（3 3）U U(BR)CE(BR)CEO O基极开路时集电极和发射极间的基极开路时集电极和发射极间的击穿电压击穿电压 55模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。损耗区、过电流区和击穿区。56模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系半导体晶体管的型号半导体晶体管的型号
43、国家标准对半导体晶体管的命名如下国家标准对半导体晶体管的命名如下: :3 D G 110 B 第二位：第二位：A A锗锗PNPPNP管、管、B B锗锗NPNNPN管、管、 C C硅硅PNPPNP管、管、D D硅硅NPNNPN管管 第三位：第三位：X X低频小功率管、低频小功率管、D D低频大功率管、低频大功率管、 G G高频小功率管、高频小功率管、A A高频大功率管、高频大功率管、K K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管5
44、7模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2.4 特殊的晶体三极管特殊的晶体三极管 一一 . 光敏三极管光敏三极管 等效电路及符号等效电路及符号58模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 在光敏三极管集电极在光敏三极管集电极c c和发射极和发射极e e之间加电压，使集电之间加电压，使集电结反偏，光照时将产生光电流结反偏，光照时将产生光电流 I IB B，同时，同时I IB B 被被“放大放大”形成集电极电流形成集电极电流I IC C，大小在几百微安到几毫安之间。，大小在几百微安到几毫安之间。光敏三极管的输出特性和晶体管类
45、似，只是用入射光敏三极管的输出特性和晶体管类似，只是用入射光的照度来代替晶体管输出特性曲线中的光的照度来代替晶体管输出特性曲线中的I IB B。光敏三极。光敏三极管制成达林顿形式时，可获得很大的输出电流而能直接管制成达林顿形式时，可获得很大的输出电流而能直接驱动某些继电器。驱动某些继电器。 二二 . 光电耦合器光电耦合器 光电耦合器是把发光二极管和光敏三极管组装在光电耦合器是把发光二极管和光敏三极管组装在一起而成的光一起而成的光-电转换器件。电转换器件。59模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系小结2. 2. 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线输入特性曲线输
46、入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线1. 晶体三极管的结构、符号和分类晶体三极管的结构、符号和分类3. 3. 晶体管的主要参数晶体管的主要参数-4. 特殊的晶体三极管及其应用特殊的晶体三极管及其应用 、 ICBO 、 ICEO 、 ICM PCM 、 U(BR)CBO60模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系模块三模块三 场效应管场效应管P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型FET场效应管场效应管N沟道沟道3.1 场效应管的分类场效应管的分类 61模模电电拟拟
47、技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系3.2 结型场效应管的结构结型场效应管的结构N 沟道沟道 JFETP 沟道沟道 JFET62模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系3.3 工作原理（以工作原理（以N沟道为例）沟道为例）1 1 、 U UGSGS0 , 0 VUDS | Vp | ,预夹断预夹断 后后ID不为不为0时，电流时，电流ID由未被夹断区域中的由未被夹断区域中的载流子形成，基本不载流子形成，基本不随随UDS的增加而增加，的增加而增加，呈恒流特性。呈恒流特性。ID当当 UDS=| Vp |, 发生预夹发生预夹断断, ID=
48、 IDss65模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系3 UGS0V 预夹断后预夹断后ID不为不为0，ID基本不受基本不受UDS影响影响,只受只受UGS的控制的控制, 管子管子可看成一个由可看成一个由UGS控控制的电流源制的电流源, 类似于三类似于三极管的放大区极管的放大区,故又称故又称为场效应管的线性放为场效应管的线性放大区。大区。IDUGD= UGS- UDS=UP时发生预夹断时发生预夹断66模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 V3. 4 转
49、移特性和输出特性转移特性和输出特性1. 输出特性输出特性 2. 转移特性转移特性 67模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系3. 5 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（MOS)一一. N沟道增强型沟道增强型MOSFET1. 结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底( (掺杂浓度低掺杂浓度低) )N+N+S DGB耗耗尽尽层层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainSGDB68模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系2 . 2 . 工作原理工作原理 (1) V(1) VGSGS=0V=0V时时，
50、漏漏、源之源之间相当两个背靠背的二极间相当两个背靠背的二极管，在管，在D D、S S之间加上电压之间加上电压不会在不会在D D、S S间形成电流。间形成电流。 (2) V(2) VGSGS V VGSGS（th)th)00时，形成导电沟道，产生时，形成导电沟道，产生I ID D，和结型，和结型场效应管相类似，沟道被夹断后，场效应管相类似，沟道被夹断后，U UDSDS上升，上升，I ID D 趋于饱和。趋于饱和。69模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系双极型三极管场效应三极管结构NPN型PNP型 结型耗尽型N沟道 P沟道绝缘栅增强型N沟道 P沟道绝缘栅耗尽
51、型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCS()电压控制电流源VCCS(gm)3.6 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较70模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系3.7 3.7 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 开启电压开启电压VGS(th) (或或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 夹断电压夹断电压VGS(off) (或或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(of
52、f) 时,漏极电流为零。 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极电流。71模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系 输入电阻输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型，对于结型场效应三极管，反偏时场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107，对于绝缘栅型，对于绝缘栅型场效应三极管场效应三极管, RGS约是约是1091015。 低频跨导低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用， 这这一点与电子管的控制作用相似。一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转移特性曲可以在转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得。线上求取，也可由电流方程求得。 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极决定，与双极型三极管的管的PCM相当。相当。72模模电电拟拟技技子子术术广西机电职业技术学院电气系广西机电职业技术学院电气系小结1. 场效应管的分类场效应管的分类 、结构和符号、结构和符号2. 场效应管场效应管(结型结型、绝缘栅型绝缘栅型)的工作原理的工作原理 3. 场效应管与晶体三极管的区别场效应管与晶体三极管的区别4. 场效应管主要参数场效应管主要参数73
