第9章 二極管和三極管,9. 2 二極管,9.1 半導體的導電特性,9.4 晶體管,本征半導體：完全純凈的、具有晶體結構的半導體。,晶體中原子的排列方式,共價健,價電子在獲得一定能量后,即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子,同時共價鍵中留下一個空位,稱為空穴(帶正電)。,本征激發：,空穴,自由電子,9.1.1 本征半導體,9.1 半導體的導電特性,溫度越高，本征激發產生的空穴-自由電子便越多。,一定溫度下，空穴-電子的產生和復合達到動態平衡，半導體中載流子便維持一定的數目。,空穴與自由電子成對產生和復合，統稱為載流子。,本征半導體中的兩種運動,1、自由電子的運動。 2、空穴的運動?？昭ū秽徑矁r鍵電子填補，在原共價鍵中出現一個新空穴，這種填補等效于空穴運動。,外電場作用下，在半導體中將出現兩部分電流：,(1)自由電子作定向運動 電子電流 (2)價電子定向遞補空穴 空穴電流,通常通過摻雜使電子數目大量增加。 自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。,摻入五價元素,多余電子,磷原子,在常溫下即可變為自由電子,失去一個電子變為正離子,在本征半導體中摻入某種微量元素，形成雜質半導體。,在N 型半導體中自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子,9.1.2 N型半導體和 P 型半導體,摻雜后空穴數目大量增加。 空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或 P型半導體。,摻入三價元素,在P型半導體中空穴是多子，自由電子是少子。,硼原子,接受一個電子變為負離子,空穴,無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。,9.1.2 N型半導體和 P 型半導體,1. 在雜質半導體中多子的數量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關。,2. 在雜質半導體中少子的數量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關。,3. 當溫度升高時，少子的數量 （a. 減少、b. 不變、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加電壓的作用下，P 型半導體中的電流 主要是 ，N 型半導體中的電流主要是 。 （a. 電子電流、b.空穴電流）,b,a,1. PN結的形成,多子的擴散運動,少子的漂移運動,濃度差,P 型半導體,N 型半導體,內電場越強，漂移運動越強。擴散越受到抑制。,空間電荷區也稱 PN 結,擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態平衡，空間電荷區的厚度固定不變。,形成空間電荷區,9.1.3 PN結及其單向導電性,2. PN結的單向導電性,(1)PN 結加正向電壓（正向偏置）,PN 結變窄,P接正、N接負,IF,內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。,PN 結加正向電壓時，PN結變窄，正向電阻較小，正向電流較大， PN結處于導通狀態。,(2)PN 結加反向電壓（反向偏置）,P接負、N接正,PN 結變寬,內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數量很少，形成很小的反向電流。,溫度越高少子的數目越多，反向電流將隨溫度增加。,PN 結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態。,總結：PN 結的單向導電性,PN 結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態。,PN 結加正向電壓時，PN結變窄，正向電阻較小，正向電流較大， PN結處于導通狀態。,正向偏置： P接正、N接負,反向偏置： P接負、N接正,9.2.2 伏安特性,硅管0.5V, 鍺管0.1V。,反向擊穿 電壓U(BR),導通壓降,外加電壓大于死區電壓二極管才能導通。,外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿,失去單向導電性。,正向特性,反向特性,特點：非線性,硅0.60.8V鍺0.20.3V,死區電壓,反向電流在一 定電壓范圍內 保持常數。,9.2 二極管,二極管的單向導電性,1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負 ）時， 二極管處于正向導通狀態，二極管正向電阻較小，正向電流較大。,2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正 ）時， 二極管處于反向截止狀態，二極管反向電阻較大，反向電流很小。,3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。,4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。,二極管電路分析方法： 將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。,若 V陽 V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導通,若 V陽 V陰或 UD為負( 反向偏置 )，二極管截止,電路如圖，求：UAB,例1：,解：假設二極管斷開，則：V陽 =6 V V陰 =12 V 因V陽V陰 ，所以二極管導通。 若視為理想二極管，忽略管壓降，二極管可看作短路， 則UAB = 6V 否則， UAB為6.3或6.7V,電路如圖，求：UAB,例1：,兩個二極管的陰極接在一起 取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。,V1陽 =6 V，V2陽=0 V，V1陰 = V2陰= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 優先導通， D1截止。 若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V,例2:,D1承受反向電壓為6 V,流過 D2 的電流為,求：UAB,ui 8V，二極管導通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二極管截止，可看作開路 uo = ui,已知： 二極管是理想的，試畫出 uo 波形。,8V,例3：,參考點,二極管陰極電位為 8 V,動畫,9.4 晶體管,9.4.1 基本結構,基極,發射極,集電極,NPN型,PNP型,符號：,NPN型三極管,PNP型三極管,基區：最薄， 摻雜濃度最低,發射區：摻 雜濃度最高,發射結,集電結,結構特點：,集電區： 面積最大,9.4. 2 電流分配和放大原理,1. 三極管放大的外部條件,發射結正偏、集電結反偏,PNP 發射結正偏 VBVE 集電結反偏 VCVB,從電位的角度看： NPN 發射結正偏 VBVE 集電結反偏 VCVB,2.三極管內部載流子的運動規律,發射結正偏，發射區電子向基區擴散，形成IEN。,少量電子與空穴復合，形成IBN,基區大部分電子漂移進入集電區，形成ICN,IC ICN,IB IBN,測量晶體管特性的實驗線路,9.4.3 特性曲線,1. 輸出特性,IB=0,IB=20A,放大區,特點： IC= IB ， 放大區又稱線性區,(1)放大區 發射結處于正向偏置, 集電結處于反向偏置(通常UCE1V),（3）截止區,IB 0 以下區域為截止區。,條件：發射結反向偏置，集電結處于反向偏置，特點：IB0， IC 0 。,飽和區,截止區,（2）飽和區,條件：UCE不足。 如集電結正偏時。,特點：ICIB 。 深度飽和時， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。,練習：分析硅三極管的工作狀態,放大,截止,飽和,放大,放大,練習9.4.8 有兩個晶體管分別接在電路中，處于放大狀態，他們管腳的電位如下,3.2,3,9,鍺 NPN型,-2.6,-2,-6,硅管 PNP型,2. 輸入特性,特點:非線性,死區電壓：硅管0.5V鍺管0.1V,正常工作時發射結電壓： 硅管 0.60.7V 鍺管 0.2 0.3V,UCE1V,練習9.4.10：分析晶體管的工作狀態,IC =IB=50*0.108=5.4mA,解：,= (6-0.6)/50K,= 0.108mA,UCE = UCCRCIC=12-1*5.4=6.6V,所以，三極管處于放大狀態,假設放大，則:,練習9.4.10：分析晶體管的工作狀態,IC =IB= 40*0.243 = 9.72mA,解：,= 11.4/47K,= 0.243mA,UCE = UCCRCIC =12-1.59.72= - 2.58V,Uce Uces(0.3V)，三極管處于飽和狀態,假設放大，則,方法1,練習9.4.10：分析晶體管的工作狀態,IC =IB= 40*0.243 = 9.72mA,解：,= 11.4/47K,= 0.243mA,假設放大，則,Ics=（12-0.3）/1.5K=7.53 A,方法2,IcIcs ，三極管處于 飽和狀態,練習9.4.10：分析晶體管的工作狀態,方法2：比較