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1、第第7章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管 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 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管 7.2 PN 7.2 PN结结结结7.1 7.1 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识7.1 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的导电特性：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
2、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 ( ( (
3、 (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：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，导电能力显著增强一、一、 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，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的
4、半导体，称为本征半导体。半导体。半导体。半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱
5、原子核的束缚，即可挣脱原子核的束缚，即可挣脱原子核的束缚，即可挣脱原子核的束缚，成为成为成为成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电），（带负电），（带负电），（带负电），同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空位，称为位，称为位，称为位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴 温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。
6、生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该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）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导
7、电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现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两部分电流两部分电流两部分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意：注意：注意：注意： (1) (1) 本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数
8、目极少, , 其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差； (2) (2) 温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高， 载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多, ,半导体的导电性半导体的导电性半导体的导电性半导体的导电性能也就愈好。能也就愈好。能也就愈好。能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。 自由电子和自由电子和自由电子和
9、自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。二、二、 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由
10、电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或或或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入
11、微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, ,形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。 在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。子。子。1、N型半导体型半导体2、 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体
12、的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子。流子。流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或
13、P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。7.2 PN结结一、一、 PNPN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，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间
14、电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区二、二、 PN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
15、内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，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，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，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+PN 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
16、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，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，结变宽，反向电流
17、较小，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，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+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +7.3 半导体二极管半导体二极管一、一、 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
18、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) (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，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高
19、频整流和开关电路中。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 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D二、二、 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0 0.1V.1
20、V。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。电压二极管才能导通。 外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。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
21、.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。三、三、 主要参数主要参数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 IF F二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。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 UR R是保
22、证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，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一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UR R的一半或三分之二。二的一半或三分之二。二的一半或三分之二。二的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。极管击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 IR R
23、指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反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，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IR R受温度的影受温度的影受温度的影受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅
24、管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。 1. 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负极接负极接负 ）时，）时，）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正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。向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。 2. 2. 二极管加反向电压（反向偏置
25、，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正极接正极接正 ）时，）时，）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反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。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，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，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿
26、，失去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。 4. 4. 4. 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。结论：结论： 四、二极管电路的分析应用举例四、二极管电路的分析应用举例四、二极管电路的分析应用举例四、二极管电路的分析应用举例 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.6
27、0.7V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，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
28、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 = = 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：开关作用：开关作用 取取取取 B B 点作参考点，点作参考点，点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。位。位。 在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用
29、。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。 D6V12V3k BAUAB+两个二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，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。的电位。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
30、 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:钳位与隔离钳位与隔离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 起起起起钳位作用，钳位作用
31、，钳位作用，钳位作用， D D1 1起起起起隔离作用。隔离作用。隔离作用。隔离作用。 BD16V12V3k AD2UAB+u ui 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 VVb b，二极管二极管二极管二极管D D导通；导通；导通；导通；3. 3. 工作波形工作波形工作波形工作波形 u 负半周，负半周，Va Vb， 二极管二极管D 截止截止 。1. 1. 电路结构电路结构电路结构电路结构 +aTrDuoubRLiou tOO五、五、 特殊二极特殊二极管管1. 1. 稳压二极管
32、稳压二极管稳压二极管稳压二极管 UZIZIZM UZ IZ 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压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使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿稳压管反向击穿稳压管反向击穿稳压管反向击穿后，电流变化很大，后，电流变化很大，后，电流变化很大，后，电流变化很大，但其两端电压变化但其两端电压变化但其两端电压变化但其两端电压变化很小，利用此特性，很小，利用此特性，很小，利用此特性，很小，利用此特性，稳压管在电路中可稳压管在电路中可稳压管在电路中可稳压管在电路中可起稳压作用。起稳压作用。起稳压作用
33、。起稳压作用。_+UIO 主要参数主要参数主要参数主要参数(1) (1) (1) (1) 稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作( (反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿) )时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2) (2) (2) (2) 电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。(3) (3) (3) (3) 动态电阻动
34、态电阻动态电阻动态电阻(4) (4) (4) (4) 稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z 、最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流 I IZMZM(5) (5) (5) (5) 最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM = = U UZ Z I IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。2 2、发光二极管、发光二极管、发光二极管、发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，
35、发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，高，高，高，1.51.5伏伏伏伏33伏，工作电流为几伏，工作电流为几伏，工作电流为几伏，工作电流为几 几十几十几十几十mAmA发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管I IU U
36、 照度增加照度增加照度增加照度增加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。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。符号符号符号符号光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管3 3、光电二极管、光电二极管、光电二极管、光电二极管7.4 半导体三极管半导体三极管一、一、 基本结构基本结构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：BECIBIEICBECIBI
37、EICNPNNPN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二、半导体三极管的工作状态二、
38、半导体三极管的工作状态1. 1. 三极管放大状态三极管放大状态三极管放大状态三极管放大状态发射结正偏、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 1 1）. . 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(
39、mA(mA) )0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.05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
40、大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变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。化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的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用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是变化，是变化，是变化，是CCCSCCCS器件器件器件器件。2 2 2 2）. . . .三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动
41、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BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 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，发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不断发射区电子不断发射区电子不断发射区电子不断向基区扩散，形向基区扩散，形向基区扩散，形向基区扩散，形成发射极电流成发射极电流成发射极电流成发射极电流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
42、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 BE ，多多多多数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。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，有少子形成的有少子形成的有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流反向电流反向电流I I I
43、ICBOCBOCBOCBO。1.发射结正向偏置，集电结反向偏置；2. 结论结论结论结论: :2、三极管的饱和状态 当当UCE UBE时，时，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。 在饱和区，在饱和区，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集电结集电结也处于正也处于正偏。偏。 IB增加时，增加时，Ic基本不变基本不变, Ic=Ics=Vcc/Rc三极管的三极管的C-E之间电压很小之间电压很小, 可以认为短路可以认为短路. 硅管硅管UCES 0.3V，锗管，锗管UCES 0.1V。3、三极管的截止状态三极管处于截止状态的条件是发射结反向三极管处于截止状态的条件是发射结反向偏置，集电结也反向
44、偏置偏置，集电结也反向偏置 。工程上将工程上将UBE的电压小于的电压小于0.5伏，即可使三伏，即可使三极管截止。极管截止。IB=0，Ic=0三极管的三极管的C-E之间相当于开路之间相当于开路 ，三、三、 特性曲线特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内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，是分析放大电路的依据。分析放大电路的依据。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
45、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）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路电路电路电路 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 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1.1.
46、 输入特性输入特性输入特性输入特性特点特点特点特点: : : :非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管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 1VO2. 输出特性输出特性IB=020 A40
47、A60 A80 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，具有称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有恒流特性。恒流特性。恒流特性。恒流特性。 在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处发射结处发射结处发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于反向偏
48、置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。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 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，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截
49、止区发射结处于反向偏置，集电结处于反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。向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，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，发射结处于正发射结处于正发射结处于正发射结处于正向偏置，向偏置，向偏置，向偏置，集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正集电结也
50、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。四、四、 主要参数主要参数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， 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体
51、表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体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。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、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的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且距并且距并且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
52、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。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： = = = = 。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A80
53、80 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2. 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是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。
54、受温度的影响大。受温度的影响大。 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也也也也相应增加。相应增加。相应增加。相应增加。三极管的温三极管的温三极管的温三极管的温度特性较差。度特性较差。度特性较差。度特性较差。4. 4. 集电极最大允许电流
55、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，值的下降，值的下降，值的下降，当当当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为为为为 I ICMCM。 当集当集当集当集射极之间的电压
56、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，超过一定的数值时，超过一定的数值时，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三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是2525 C C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压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耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温
57、升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，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。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。 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。I 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ICUCEO
