1、二極管及三極管第1頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日參考： 1.秦增煌電工學(xué) 電子技術(shù)2.康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)：模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)第2頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日 器件是非線性的、特性有分散性、RC 的值有誤差，工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。對電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過分追究精確的數(shù)值。 對于元器件，重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不要過分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。 學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問題，就是根據(jù)實(shí)際情況，對器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲

2、得具有實(shí)際意義的結(jié)果。第3頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日第1章 半導(dǎo)體二極管和三極管返回后一頁1.3 二極管1.4 穩(wěn)壓二極管1.5 半導(dǎo)體三極管1.2 PN結(jié)1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第4頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電 能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo) 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)

3、電能力顯著增強(qiáng)第5頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.1.1 本征半導(dǎo)體 完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)前一頁后一頁返回第6頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子。+4+4+4+4前一頁后一頁返回第7頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子 在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。 本征半

4、導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。前一頁后一頁返回第8頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來填補(bǔ)，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移。 空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。 因常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 當(dāng)半導(dǎo)體外加電壓時(shí)，在電場的作用下將出現(xiàn)兩部分電流： 1）自由電子作定向移動(dòng) 電子電流 2）價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流+4+4+4+4前一頁后一頁返回第9頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

5、本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。 溫度越高，載流子的濃度越高，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。跳轉(zhuǎn)前一頁后一頁返回第10頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.1.2 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體 自由電子稱為多數(shù)載流子（多子）， 空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+5多余電子磷原子摻入五價(jià)元素如 磷在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子返回前一頁后一頁第11頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日前一頁后一頁P(yáng) 型半

6、導(dǎo)體 空穴稱為多數(shù)載流子（多子）， 自由電子稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴摻入三價(jià)元素如 硼接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子返回第12頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P 型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體前一頁后一頁無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。返回第13頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.2 PN 結(jié)1.2.1 PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場E少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P 型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體空間電荷區(qū) 內(nèi)電場越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。 擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。 擴(kuò)散和漂移這一對相反的運(yùn)動(dòng)

7、最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié) 前一頁后一頁返回第14頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日 因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 P 型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體第15頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日前一頁后一頁二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1. PN 結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN 結(jié)變窄 P接正、N接負(fù) +U內(nèi)電場外電場PNIF 內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。 PN結(jié)正向電阻較小，正向電流較大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。返回第16頁，共5

8、4頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日2. PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）+U內(nèi)電場外電場PN 內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRPN 結(jié)變寬 P接負(fù)、N接正 PN結(jié)反向電阻較大，反向電流很小，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。溫度越高少子的數(shù)量越多，反向電流將隨溫度增加前一頁后一頁返回第17頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN 結(jié)加正向電壓（正向偏置，P 接正、N 接負(fù) ）時(shí)， PN 結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)，PN 結(jié)正向電阻較小，正向電流較大。2、PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置，P接負(fù)、N 接正 ）時(shí)， PN 結(jié)處于反向

9、截止?fàn)顟B(tài)，PN 結(jié)反向電阻較大，反向電流很小。前一頁后一頁返回第18頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.3 二極管1.3.1 基本結(jié)構(gòu)（a）點(diǎn)接觸型1. 結(jié)構(gòu) ：按結(jié)構(gòu)可分三類(b)面接觸型用于檢波和變頻等高頻電路。用于工頻大電流整流電路。前一頁后一頁(c)平面型用于大功率整流和開關(guān)電路中。返回第19頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日 基本結(jié)構(gòu) 電路符號(hào)第20頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.3.2 伏安特性前一頁后一頁P(yáng)N+UI硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降死區(qū)電壓 外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。

10、 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦訮N+反向特性非線性 反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。硅0.60.8V鍺0.20.3V返回第21頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.3.3 主要參數(shù)1、最大整流電流 IOM2、反向工作峰值電壓 URWM3、反向峰值電流 IRM前一頁后一頁返回第22頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日二極管的單向?qū)щ娦郧耙豁摵笠豁?1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù) ）時(shí)， 二極管處于正向?qū)顟B(tài)，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(fù)、陰極接正 ）

11、時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。返回第23頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日 1. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。 2. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與 。 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。 3. 當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量 。 （a. 減少、b. 不變、c. 增多）abc 4. 在外加電壓的作用下，P 型半導(dǎo)體中的電流主要是 ，N 型半導(dǎo)體中的電流主要是 。 （a. 電子電流、b.空穴電流） ba思考題：第24頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日 二極管電路分析舉例 定性分析：判斷二極管的工作狀

12、態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.60.7V鍺0.20.3V 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(fù)。若 V陽 V陰或 UD為正，二極管導(dǎo)通（正向偏置）若 V陽 V陰 二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則， UAB低于6V一個(gè)管壓降，為6.3或6.7V例1：后一頁取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。跳轉(zhuǎn)D6V12V3kBAUAB+返回第26頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日兩個(gè)二極管的陰極接在一起求：UAB取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，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

13、V ，V1陰 = V2陰 = 12 VUD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 VD2 優(yōu)先導(dǎo)通， VD1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 VVD6V12V3kBAVD2VD1承受反向電壓為6 V流過VD2的電流為例2:前一頁后一頁UAB+返回第27頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日ui 8V 二極管導(dǎo)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。ui18V參考點(diǎn)8V例3二極管的用途： 整流、檢波、限幅、箝位、開關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)取Ｇ耙豁摵笠豁揇8VRuoui

14、+返回第28頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.4 穩(wěn)壓二極管前一頁后一頁1. 符號(hào) UZIZIZM UZ IZUI2. 伏安特性 穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻 穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。返回- + 第29頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日3. 主要參數(shù)前一頁后一頁(1)穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù) 環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM(5)最大允許耗散功率 PZM

15、= UZ IZM愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。返回第30頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1.5 半導(dǎo)體三極管1.5.1 基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極PNP集電極基極發(fā)射極BCENPN型PNP型后一頁前一頁返回第31頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日BECNNP基極發(fā)射極集電極后一頁前一頁集電區(qū)：面積最大基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)返回第32頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日符號(hào)：BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管后一頁前一頁返回第33頁，共54頁，2022年，5月20

16、日，8點(diǎn)8分，星期日1.5.2 電流放大原理BECNNPEBRBECRC1. 三極管放大的外部條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP VBVE VCVE 集電結(jié)反偏 VCVB后一頁前一頁返回第34頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日2. 各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.503.300.0010.511.021.732.543.35結(jié)論1）三電極電流關(guān)系 IE = IB + IC2） IC IE ， IC IB3） IC IB 把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化

17、的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實(shí)質(zhì):用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。后一頁前一頁返回第35頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日3. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPEBRBEC 基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。 發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。IE進(jìn)入P 區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。IBE從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。ICE 集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBO后一頁前一頁返回第36頁，共54頁，2022年，5月20日

18、，8點(diǎn)8分，星期日3. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBOICE后一頁前一頁IB=IBE-ICBOIBE返回第37頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日ICE 與IBE 之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集射極穿透電流溫度 ICEO常用公式后一頁前一頁返回第38頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日輸入回路輸出回路EBICmAAVUCEUBERBIBECV共發(fā)射極電路后一頁前一頁返回1.5.3 特性曲線1. 輸入特性曲線2. 輸出特性曲線第39頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日1

19、. 輸入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V特點(diǎn):非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。工作壓降： 硅UBE 0.60.7V, 鍺UBE 0.20.3V。后一頁前一頁返回第40頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日2. 輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當(dāng)UCE 大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，即IC=IB。后一頁前一頁此區(qū)域滿足IC=IB 稱為線性區(qū)（放大區(qū)），具有恒流特性。返回第41頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日IC(mA )1234UCE(V)36912

20、IB=020A40A60A80A100A UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，稱為飽和區(qū)。 深度飽和時(shí)硅管UCES0.3V 此區(qū)域中IC受UCE的影響較大后一頁前一頁返回第42頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A 此區(qū)域中: IB= 0,IC =ICEO,UBE 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。后一頁前一頁跳轉(zhuǎn) 為可靠截止，常取發(fā)射結(jié)零偏壓或反偏壓。返回第43頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日 輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)：1）放大區(qū)(線性區(qū)，具有恒流特性)放大狀態(tài) IC =IB ，發(fā)射結(jié)

21、正偏、集電結(jié)反偏。2）截止區(qū)（晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)）開關(guān)斷開 IB=0，IC=ICEO0 發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏。3）飽和區(qū)(管子處于飽和導(dǎo)通狀態(tài))開關(guān)閉合 UCE 0.3V 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。后一頁前一頁返回第44頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日15.5.4 主要參數(shù)直流電流放大系數(shù)：1. 電流放大系數(shù)和 交流電流放大系數(shù)：一般小功率三極管大功率三極管后一頁前一頁返回第45頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日例1：UCE= 6 V時(shí)， 在 Q1 點(diǎn)IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點(diǎn)IB=60 A, IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一

22、般作近似處理： = 。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)9120Q1Q2在 Q1 點(diǎn)，有由 Q1 和Q2點(diǎn)，得第46頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日2. 集-基極反向飽和電流 ICBOA ICBO是通過集電結(jié)，由少數(shù)載流子的漂移形成的反向電流，受溫度變化的影響。ICBO后一頁前一頁返回第47頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日3. 集-射極穿透電流 ICEOAICEOIB=0 ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。跳轉(zhuǎn)后一頁前一頁返回第48頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期日4. 集電極最大允許電流ICM5. 集-射極反向擊穿電壓 U(BR)CEO 集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng) 值下降到正常