電子技術基礎歡迎學習第1章半導體基礎與常用器件1半導體的基本知識2半導體二極管3特殊二極管4雙極型三極管5單極型三極管學習目的與要求了解本征半導體、P型和N型半導體的特征及PN結的形成過程；熟悉二極管的伏安特性及其分類、用途；理解三極管的電流放大原理，掌握其輸入和輸出特性的分析方法；理解雙極型和單極型三極管在控制原理上的區別；初步掌握工程技術人員必需具備的分析電子電路的基本理論、基本知識和基本技能。

1.1半導體的基本知識繞原子核高速旋轉的核外電子帶負電。自然界的一切物質都是由分子、原子組成的。原子又由一個帶正電的原子核和在它周圍高速旋轉著的帶有負電的電子組成。正電荷負電荷=原子結構中：原子核＋原子核中有質子和中子，其中質子帶正電，中子不帶電。1.導體、半導體和絕緣體（1）導體導體的最外層電子數通常是1~3個，且距原子核較遠，因此受原子核的束縛力較小。由于溫度升高、振動等外界的影響，導體的最外層電子就會獲得一定能量，從而掙脫原子核的束縛而游離到空間成為自由電子。因此，導體在常溫下存在大量的自由電子，具有良好的導電能力。常用的導電材料有銀、銅、鋁、金等。

原子核＋導體的特點：內部含有大量的自由電子（2）絕緣體絕緣體的最外層電子數一般為6~8個，且距原子核較近，因此受原子核的束縛力較強而不易掙脫其束縛。常溫下絕緣體內部幾乎不存在自由電子，因此導電能力極差或不導電。常用的絕緣體材料有橡膠、云母、陶瓷等。原子核＋絕緣體的特點：內部幾乎沒有自由電子，因此不導電。（3）半導體半導體的最外層電子數一般為4個，在常溫下存在的自由電子數介于導體和絕緣體之間，因而在常溫下半導體的導電能力也是介于導體和絕緣體之間。常用的半導體材料有硅、鍺、硒等。

原子核＋半導體的特點：導電性能介于導體和絕緣體之間，但具有光敏性、熱敏性和參雜性的獨特性能，因此在電子技術中得到廣泛應用。金屬導體的電導率一般在105s/cm量級；塑料、云母等絕緣體的電導率通常是10-22~10-14s/cm量級；半導體的電導率則在10-9~102s/cm量級。

半導體的導電能力雖然介于導體和絕緣體之間，但半導體的應用卻極其廣泛，這是由半導體的獨特性能決定的：光敏性——半導體受光照后，其導電能力大大增強；熱敏性——受溫度的影響，半導體導電能力變化很大；摻雜性——在半導體中摻入少量特殊雜質，其導電能力極大地增強；半導體材料的獨特性能是由其內部的導電機理所決定的。2.半導體的獨特性能3.本征半導體

最常用的半導體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價元素，即每個原子最外層電子數為4個。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子的簡化模型圖Si+4Ge+4因為原子呈電中性，所以簡化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號表示即可。天然的硅和鍺是不能制作成半導體器件的。它們必須先經過高度提純，形成晶格結構完全對稱的本征半導體。本征半導體原子核最外層的價電子都是4個，稱為四價元素，它們排列成非常整齊的晶格結構。在本征半導體的晶格結構中，每一個原子均與相鄰的四個原子結合，即與相鄰四個原子的價電子兩兩組成電子對，構成共價鍵結構。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4實際上半導體的晶格結構是三維的。晶格結構共價鍵結構＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價鍵鍵晶格結結構來看看，每個個原子外外層都具具有8個個價電子子。但價價電子是是相鄰原原子共用用，所以以穩定性性并不能能象絕緣緣體那樣樣好。在游離走走的價電電子原位位上留下下一個不不能移動動的空位位，叫空空穴。受光照或或溫度上上升影響響，共價價鍵中價價電子的的熱運動動加劇，，一些價價電子會會掙脫原原子核的的束縛游游離到空空間成為為自由電子子。由于熱激激發而在在晶體中中出現電電子空穴穴對的現現象稱為為本征激發發。本征激發發的結果果，造成成了半導導體內部部自由電子子載流子子運動的產生，，由此本本征半導導體的電電中性被被破壞，，使失掉電子子的原子子變成帶正電荷荷的離子子。由于共價價鍵是定定域的，，這些帶帶正電的的離子不不會移動動，即不不能參與導電，，成為晶晶體中固固定不動動的帶正電離離子。＋＋＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或或溫度上上升影響響，共價價鍵中其其它一些些價電子子直接跳進空穴，使使失電子子的原子子重新恢復復電中性性。價電子填填補空穴穴的現象象稱為復合。此時整個個晶體帶帶電嗎？？為什么么？參與復合合的價電電子又會會留下一一個新的的空位，，而這個個新的空穴仍會會被鄰近近共價鍵鍵中跳出出來的價價電子填填補上，，這種價價電子填補補空穴的的復合運運動使本本征半導導體中又又形成一一種不同同于本征激激發下的的電荷遷遷移，為為區別于于本征激激發下自自由電子子載流子的的運動，，我們把把價電子填填補空穴穴的復合合運動稱稱為空穴載流子子運動。半導體的的導電機機理與金金屬導體體導電機機理有本本質上的的區別：：金屬導體體中只有有自由電電子一種種載流子子參與導導電；而而半導體體中則是由本本征激發發產生的的自由電電子和復復合運動動產生的的空穴兩種載流子同時參與與導電。兩種載載流子電電量相等等、符號號相反，，電流的方向向為空穴穴載流子子的方向向即自由由電子載載流子的的反方向向。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4自由電子子載流子子運動可可以形容為沒有有座位人人的移動動；空穴穴載流子運運動則可可形容為為有座位位的人依次次向前挪挪動座位位的運動動。半導體內內部的這這兩種運運動總是是共存的，且在在一定溫度下達達到動態平衡。半導體的導電電機理本征半導體雖雖然有自由電電子和空穴兩兩種載流子，，但由于數量極少導電能能力仍然很低低。如果在其其中摻入某種種元素的微量量雜質，將使摻摻雜后的雜質質半導體的導導電性能大大大增強。+五價元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P摻入磷雜質的的硅半導體晶晶格中，自由由電子的數量量大大增加。。因此自由電子是這種半導體體的導電主流。在室溫情況下下，本征硅中的的磷雜質等等于10-6數量級時，，電子載流子的的數目將增增加幾十萬萬倍。摻入入五價元素的雜質質半導體由于自由由電子多而而稱為電子型半導體，也也叫做N型半導體。4.本征征半導體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價元素硼硼(B)B+摻入硼雜質質的硅半導導體晶格中中，空穴載載流子的數數量大大增增加。因此此空穴是這種半導導體的導電主流。一般情況下下，雜質半半導體中的的多數載流流子的數量量可達到少少數載流子數量量的1010倍或更多，，因此，雜雜質半導體體比本征半半導體的導電能力力可增強幾幾十萬倍。。摻入三價元素的雜質質半導體，，由于空穴穴載流子的的數量大大大于自由電子載流流子的數量量而稱為空穴型半導體，，也叫做P型半導體。在P型半導導體中，多多數載流子子是空穴，，少數載流流子是自由由電子，而不能能移動的離離子帶負電。－不論是N型型半導體還還是P型半半導體，其其中的多子子和少子的的移動都能形形成電流。。但是，由由于多子的的數量遠大大于少子的的數量，因此此起主要導電作作用的是多數載流子子。注意：摻入雜質后后雖然形成成了N型或或P型半導導體，但整整個半導體晶體仍仍然呈電中中性。一般可近似似認為多數數載流子的的數量與雜雜質的濃度度相等。P型半導體體中的空穴穴多于自由由電子，是是否意味著著帶正電？自由電子導導電和空穴穴導電的區區別在哪里里？空穴載載流子的形形成是否由由自由電子子填補空穴穴的運動形形成的？何謂雜質半導體中的多子和少子

？N型半導體中的多子是什么？少子是什么？想想練練練5.PN結及其形形成過程PN結的形形成雜質半導體體的導電能能力雖然比比本征半導導體極大增增強，但它它們并不能稱稱為半導體體器件。在在電子技術術中，PN結是一切切半導體器件的““元概念”和技術起起始點。在一塊晶片的兩端分別注入三價元素硼和五價元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P區N區空間電荷區區內電場PN結形成成的過程中中，多數載載流子的擴擴散和少數數載流子的的漂移共存。開始時多多子的擴散散運動占優優勢，擴散運動的的結果使PN結加寬寬，內電場場增強；另一方面面，內電場場又促使了了少子的漂漂移運動：：P區的少少子電子向向N區漂移移，補充了了交界面上上N區失去去的電子，，同時，N區的少少子空穴向向P區漂移移，補充了了原交界面面上P區失失去的空穴穴，顯然漂移運動減減少了空間間電荷區帶帶電離子的的數量，削削弱了內電電場，使PN結變窄窄。最后，擴擴散運動和和漂移運動動達到動態態平衡，空空間電荷區區的寬度基基本穩定，，即PN結形成成。PN結內部部載流子基基本為零，，因此導電電率很低，，相當于介介質。但PN結結兩側的的P區和和N區導導電率很很高，相相當于導導體，這這一點和和電容比較較相似，，所以說說PN結結具有電容效應應。PN結的的單向導導電性PN結的的上述““正向導通通，反向向阻斷”作用，，說明它它具有單向導電性，PN結結的單向向導電性性是它構構成半導導體器件件的基礎礎。由于常溫溫下少數數載流子子的數量量不多，，故反向向電流很很小，而而且當外加加電壓在在一定范范圍內變變化時，，反向電電流幾乎乎不隨外外加電壓的變變化而變變化，因因此反向向電流又又稱為反向飽和和電流。反向飽和電電流由于于很小一一般可以以忽略，，從這一一點來看看，PN結對反向向電電流流呈呈高阻阻狀態態，，也也就就是是所所謂謂的的反向向阻阻斷斷作用用。。值得得注注意意的的是是，，由由于于本本征征激激發發隨隨溫溫度度的的升升高高而而加加劇劇，，導導致致電子子——空空穴穴對對增增多多，，因因而而反反向向電電流流將將隨隨溫溫度度的的升升高高而而成成倍倍增增長。。反反向向電電流流是是造造成成電電路路噪噪聲聲的的主主要要原原因因之之一一，，因因此此，，在在設設計電電路路時時，，必必須須考考慮慮溫溫度度補補償償問問題題。。PN結結中中反反向向電電流流的的討討論論2.半半導導體體受受溫溫度度和和光光照照影影響響，，產產生生本征征激激發發現象象而而出出現現電電子子、、空空穴穴對對；；同同時時，，其其它它價價電電子子又又不不斷斷地地““轉轉移移跳跳進進””本本征征激激發發出出現現的的空空穴穴中中，，產產生生價價電電子子與與空空穴穴的的復合合。在在一一定定溫溫度度下下，，電電子子、、空空穴穴對對的的激激發發和和復復合合最最終終達達到到動動態態平平衡衡狀狀態態。。平平衡衡狀狀態態下下，，半半導導體體中中的的載載流流子子濃濃度度一一定定，，即即反反向向電電流流的的數數值值基基本本不不發發生生變變化化。。1.半導體體中少子的濃濃度雖然很低低，但少子子對溫度非常常敏感，因此此溫度對半導導體器件的性性能影響很大大。而多子因因濃度基本上上等于雜質原原子的摻雜濃濃度，所以說說多子的數量量基本上不受受溫度的影響響。4.PN結結的的單向向導導電電性性是指指：：PN結結正正向向偏偏置置時時，，呈呈現現的的電阻阻很很小小幾幾乎乎為為零零，因因此此多多子子構構成成的的擴擴散散電電流流極極易易通通過過PN結結；；PN結結反反向向偏偏置置時時，，呈呈現現的的電阻阻趨趨近近于于無無窮窮大大，因因此此電電流流無無法法通通過過被被阻阻斷斷。。3.空空間間電電荷荷區區的的電電阻阻率率很很高高，，是是指指其其內內電電場場阻阻礙礙多多數數載載流流子子擴擴散散運運動動的的作作用用，，由由于于這這種種阻阻礙礙作作用用，，使使得得擴擴散散電電流流難難以以通通過過空空間間電電荷荷區區，，即即空空間間電電荷荷區區對對擴擴散散電電流流呈呈現現高高阻阻作作用用。。學習與歸納6.PN結結的的反反向向擊擊穿穿問問題題PN結結反反向向偏偏置置時時，，在在一一定定的的電電壓壓范范圍圍內內，，流流過過PN結結的的電電流流很很小小，，基基本本上上可可視視為為零零值值。。但但當當電電壓壓超超過過某某一一數數值值時時，，反反向向電電流流會會急急劇劇增增加加，，這這種種現現象象稱稱為為PN結結反向擊穿。反向擊穿發發生在空間間電荷區。。擊穿的原原因主要有有兩種：當PN結上上加的反向向電壓大大大超過反向向擊穿電壓壓時，處在在強電場中的載載流子獲得得足夠大的的能量碰撞撞晶格，將將價電子碰碰撞出來，產生生電子空穴穴對，新產產生的載流流子又會在在電場中獲獲得足夠能量，，再去碰撞撞其它價電電子產生新新的電子空空穴對，如如此連鎖反應，，使反向電電流越來越越大，這種種擊穿稱為為雪崩擊穿。雪崩擊穿屬屬于碰撞式式擊穿，其其電場較強強，外加反反向電壓相相對較高。通常常出現雪崩擊擊穿的電壓均均在7V以上。(1)雪崩擊擊穿當PN結兩邊邊的摻雜濃度度很高，阻擋擋層又很薄時時，阻擋層內內載流子與中中性原子碰撞撞的機會大為為減少，因而而不會發生雪雪崩擊穿。(2)齊納擊擊穿PN結非常薄薄時，即使阻阻擋層兩端加加的反向電壓壓不大，也會產生一個比比較強的內電電場。這個內內電場足以把把PN結內中中性原子的價電電子從共價鍵鍵中拉出來，，產生出大量量的電子—空穴對，使PN結反向電電流劇增，這這種擊穿現象象稱為齊納擊穿。可見，齊納納擊穿發生在在高摻雜的PN結中，相相應的擊穿電電壓較低，一一般均小于5V。雪崩擊穿是一一種碰撞的擊擊穿，齊納擊擊穿是一種場場效應擊穿，二者均屬屬于電擊穿。電擊穿過程程通常可逆：：只要迅速把PN結兩端端的反向電壓壓降低，PN結就可恢復復到原來狀態態。利用電擊穿時時PN結兩端端電壓變化很小小電流變化很很大的特點，人們制造造出工作在反反向擊穿區的的穩壓管。若PN結兩端端加的反向電電壓過高，反反向電流將急急劇增長，造成PN結上上熱量的不斷斷積累，從而而引起結溫持持續升高，當當這個溫度超過過PN結的最最大允許結溫溫時，PN結結就會發生熱擊穿，熱擊穿將使使PN結永久久損壞。熱擊穿的過程程是不可逆的的，應當盡量量避免發生。。(3)熱擊穿穿能否說出PN結有何特性性？半導體的的導電機理與與金屬導體有有何不同？什么是本征激激發？什么是是復合？少數數載流子和多多數載流子是是如何產生的的？試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點。這兩種擊穿能否造成PN結的永久損壞

？想想練練練

空間電荷區的電阻率為什么很高？1.2半半導體二極管管把PN結用管管殼封裝，然然后在P區和和N區分別向向外引出一個電極，即可可構成一個二二極管。二極管是電子子技術中最基基本的半導體器器件之一。根根據其用途分分有檢波管、開關管、穩壓管和整流管等。硅高頻檢波管管開關管穩壓管整流管發光二極管電子工程實際際中，二極管管應用得非常常廣泛，上圖圖所示即為各各類二極管的的部分產品實實物圖。1.二極管管的基本結構構和類型點接觸型：結面積小，，適用于高頻檢波、脈脈沖電路及計計算機中的開關元件件。外殼觸絲N型鍺片正極引線負極引線N型鍺面接觸型：結面積大，適適用于低頻整流器件件。負極引線底座金銻合金PN結鋁合金小球正極引線普通二極管圖符號穩壓二極管圖符號發光二極管圖符號DDZD使用二極管時時，必須注意意極性不能接接反，否則電電路非但不能能正常工作，，還有毀壞管管子和其他元元件的可能。。2.二極管管的伏安特性性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(A)4020二極管的伏安安特性是指流流過二極管的的電流與兩端端所加電壓的的函數關系。。二極管既然然是一個PN結，其伏安安特性當然具具有“單向導電性”。二極管的伏安安特性呈非線線性，特性曲曲線上大致可可分為四個區區：外加正向電壓壓超過死區電電壓(硅管0.5V，鍺鍺管0.1V)時，內電電場大大削弱，正正向電流迅速速增長，二極極管進入正向導通區。死區正向導通區反向截止區當外加正向電電壓很低時，，由于外電場場還不能克服PN結內電場對對多數載流子子擴散運動的阻力，故故正向電流很很小，幾乎為為零。這一區域稱之之為死區。外加反向電壓壓超過反向擊擊穿電壓UBR時，反向電流流突然增大，，二極管失去單向向導電性，進進入反向擊穿區。反向擊穿區反向截止區內反向飽和電電流很小，可可近似視為零零值。正向導通區和和反向截止區區的討論U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(A)4020死區正向導通區反向截止區反向擊穿區當外加正向電電壓大于死區區電壓時，二二極管由不導導通變為導通通，電壓再繼繼續增加時，，電流迅速增增大，而二極極管端電壓卻卻幾乎不變，，此時二極管管端電壓稱為為正向導導通電電壓。硅二極管管的正正向導導通電電壓約約為0.7V，，鍺二極管管的正正向導導通電電壓約約為0.3V。。在二極管管兩端加加反向電電壓時，，將有很很小的、、由少子子漂移運運動形成成的反向向飽和電電流通過過二極管管。反向電流流有兩個特點點：一是它它隨溫度度的上升升增長很很快，二二是在反向電電壓不超超過某一一范圍時時，反向向電流的的大小基基本恒定定，而與反向電電壓的高高低無關關(與少少子的數數量有限限)。所所以通常常稱它為為反向飽和和電流。3.二二極管的的主要參參數（1）最大整流流電流IDM：指二極極管長期期運行時時，允許許通過的的最大正正向平均均電流。。其大小小由PN結的結結面積和和外界散散熱條件件決定。。（2）最高反向向工作電電壓URM：指二極極管長期期安全運運行時所所能承受的的最大反反向電壓壓值。手手冊上一一般取擊擊穿電壓壓的一半半作為最高反反向工作作電壓值值。（3）反向電流流IR：指二極極管未擊擊穿時的的反向電電流。IR值越小，，二極管管的單向向導電性性越好。。反向電電流隨溫溫度的變變化而變變化較大大，這一一點要特特別加以以注意。。（4）最大工作作頻率fM：此值由由PN結結的結電電容大小小決定。。若二極極管的工工作頻率率超過該該值，則則二極管管的單向向導電性性能將變變得較差差。4.二二極管的的應用舉舉例注意：分析實際際電路時時為簡單單化，通通常把二二極管進進行理想想化處理，，即正偏偏時視其其為“短路”，截止止時視其其為“開路”。UD=0UD=∞正向導通時時相當一個閉合的的開關+－+－+－D+－D+－+－DPN+－反向阻斷時時相當一個打開的的開關+－DPN(1)二極極管的開關作用(2)二極極管的整流作用將交流電變變成單方向向脈動直流流電的過程程稱為整流。利用二極管的單單向導電性性能就可獲獲得各種形形式的整流流電路。二極管半波波整流電路路二極管全波波整流電路路橋式整流電電路簡化圖圖B220V~RLDIN4001B220V~RLD1D2二極管橋式式整流電路路D4B220V~RLD1D2D3B220V~RL(3)二極極管的限幅作用+－DuS10KΩ

IN4148+－u0iD圖示為一限限幅電路。。電源uS是一個周期期性的矩形形脈沖，高電平幅值值為+5V，低電平平幅值為-5V。試試分析電路路的輸出電壓為多少。。分析uS+5V-5Vt0當輸入電壓ui=－5V時，二極極管反偏截止止，此時電路路可視為開路，，輸出電壓u0=0V；當輸入電壓ui=+5V時時，二極管正正偏導通，導導通時二極管管管壓降近似為為零，故輸出出電壓u0≈+5V。顯然輸出電壓壓u0限幅在0~+5V之間。u0半導體二極管管工作在擊穿穿區，是否一一定被損壞？？為什么？你會做嗎？何謂死區電壓壓？硅管和鍺鍺管死區電壓壓的典型值各各為多少？為為何會出現死死區電壓？把一個1.5V的干電池直接正向聯接到二極管的兩端，會出現什么問題？二極管的伏安特性曲線上分為幾個區？能否說明二極管工作在各個區時的電壓、電流情況？

檢驗學習結果果為什么二極管管的反向電流流很小且具有有飽和性？當當環境溫度升升高時又會明明顯增大？I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)穩壓二極管的的反向電壓幾幾乎不隨反向向電流的變化化而變化、這就是穩壓二二極管的顯著著特性。D穩壓二極管是是一種特殊的的面接觸型二二極管，其反向擊穿可可逆。正向特性與普普通二極管相相似反向ΔIZΔUZ1.3特特殊二極管1.穩壓二二極管實物圖圖符號及文字字符號顯然穩壓管的的伏安特性曲曲線比普通二二極管的更加加陡峭。+US－DZ使用穩壓二極極管時應該注注意的事項(1)穩壓二二極管正負極極的判別DZ+－(2)穩壓二二極管使用時時，應反向接接入電路UZ－(3)穩壓管管應接入限流流電阻(4)電源電電壓應高于穩穩壓二極管的的穩壓值(5)穩壓管管都是硅管。。其穩定電壓UZ最低為3V，，高的可達300V，穩穩壓二極管在在工作時的正正向壓降約為為0.6V。。思索與回顧二極管的反向向擊穿特性：：當外加反向向電壓超過擊擊穿電壓時，，通過二極管管的電流會急急劇增加。擊穿并不意味味著管子一定定要損壞，如如果我們采取取適當的措施施限制通過管管子的電流，，就能保證管管子不因過熱熱而燒壞。如如穩壓管穩壓電電路中一般都都要加限流電電阻R，使穩壓管電電流工作在Izmax和Izmix的范圍內。在反向擊穿狀狀態下，讓通通過管子的電電流在一定范范圍內變化，，這時管子兩兩端電壓變化化很小，穩壓壓二極管就是是利用這一點點達到“穩壓”效果的。穩穩壓管正常工工作是在反向向擊穿區。發光二極管是是一種能把電電能直接轉換換成光能的固固體發光元件件。發光二極極管和普通二二極管一樣，，管芯由PN結構成，具具有單向導電電性。實物圖圖符號和文文字符號D單個發光二極極管常作為電電子設備通斷斷指示燈或快快速光源及光光電耦合器中中的發光元件件等。發光二二極管一般使使用砷化鎵、、磷化鎵等材材料制成。現現有的發光二二極管能發出出紅黃綠等顏顏色的光。發光管正常工工作時應正向向偏置，因發發光管屬于功功率型器件，，因此死區電電壓較普通二二極管高，其其正偏工作電電壓至少要在在1.3V以上。發光管常用來來作為數字電電路的數碼及及圖形顯示的的七段式或陣陣列器件。2.發光二二極管光電二極管也也稱光敏二極極管，是將光光信號變成電電信號的半導體器件，其其核心部分也也是一個PN結。光電二二極管PN結結的結面積較小、結結深很淺，一一般小于一個個微米。D光電二極管的的正常工作狀狀態是反向偏偏置。在反向向電壓下，無光照時，反反向電流很小小，稱為暗電流；有光照射時時，攜帶能量的光子進進入PN結，，把能量傳給給共價鍵上的的束縛電子，，使部分價電子子掙脫共價鍵鍵的束縛，產產生電子—空空穴對，稱光生載流子。光生載流子子在反向電壓壓作用下形成成反向光電流流，其強度與光照照強度成正比比。3.光電二二極管光電二極管也也稱光敏二極極管，同樣具具有單向導電電性，光電管管管殼上有一一個能射入光光線的“窗口”，這這個窗窗口用用有機機玻璃璃透鏡鏡進行行封閉閉，入入射光光通過過透鏡鏡正好好射在在管芯芯上。。實物圖圖符號和文文字符號號1.利用穩穩壓管或普普通二極管管的正向壓壓降，是否否也可以穩穩壓？你會做嗎？？檢驗學習結結果2.現現有兩只穩穩壓管，它它們的穩定定電壓分別別為6V和和8V，正正向導通電電壓為0.7V。試試問：(1)若將它它們串聯相相接，可得得到幾種穩穩壓值？各各為多少？？(2)若若將它們并并聯相接，，又可得到到幾種穩壓壓值？各為為多少？3.在右圖圖所示電路路中，發光光二極管導導通電壓UD＝1.5V，正向電電流在5~15mA時才能正正常工作。。試問圖中中開關S在在什么位置置時發光二二極管才能能發光？R的取值范圍圍又是多少少？NNP1.4雙雙極型三極極管三極管是組組成各種電電子電路的的核心器件件。三極管管的產生使使PN結的的應用發生生了質的飛飛躍。1.雙極極型三極管管的基本結結構和類型型雙極型晶體體管分有NPN型和PNP型，雖然它它們外形各各異，品種種繁多，但但它們的共共同特征相相同：都有有三個分區區、兩個PN結和三三個向外引引出的電極極：發射極e發射結集電結基區發射區集電區集電極c基極bNPN型PNP型PPN根據制造工工藝和材料料的不同，，三極管分分有雙極型型和單極型型兩種類型型。若三極極管內部的的自由電子子載流子和和空穴載流流子同時參參與導電，，就是所謂謂的雙極型。如果只有有一種載流流子參與導導電，即為為單極型。NPN型三極管圖圖符號大功率低頻頻三極管小功率高頻頻三極管中功率低頻頻三極管目前國內生生產的雙極極型硅晶體體管多為NPN型(3D系列列)，鍺晶晶體管多為為PNP型型(3A系系列)，按按頻率高低低有高頻管管、低頻管管之別；根根據功率大大小可分為為大、中、、小功率管管。ecbPNP型三極管圖圖符號ecb注意：圖中箭頭方方向為發射極電流流的方向。2.雙極極型三極管管的電流放放大作用晶體管芯結結構剖面圖圖e發射極集電區N基區P發射區Nb基極c集電極晶體管實現現電流放大作用的的內部結構條條件(1)發射射區摻雜濃濃度很高，，以便有足夠的載流流子供“發射”。(2)為減少載流子子在基區的的復合機會，基區做做得很薄，，一般為幾幾個微米，且摻摻雜濃度極極低。(3)集電區體積積較大，且且為了順利利收集邊緣載流子子，摻雜濃濃度界于發射極和基基極之間。。可見，雙極極型三極管管并非是兩兩個PN結結的簡單單組合，而而是利用一一定的摻雜雜工藝制作作而成。因因此，絕不不能用兩個個二極管來來代替，使使用時也決決不允許把把發射極和和集電極接接反。晶體管實實現電流流放大作作用的外部條件件NNPUBBRB＋－(1)發發射結必必須“正向偏置置”，以利利于發射射區電子子的擴散散，擴散散電流即發發射極電電流ie，擴散電子的少少數與基區空空穴復合，形形成基極電流ib，多數繼續向向集電結邊緣緣擴散。UCCRC＋－(2)集電結結必須“反向偏置”，以利于收收集擴散到集集電結邊緣的的多數擴散電子子，收集到集集電區的電子子形成集電極極電流ic。IEICIB整個過程中，，發射區向基基區發射的電電子數等于基基區復合掉的的電子與集電電區收集的電電子數之和，，即：IE=IB+IC結論由于發射結處處正偏，發射射區的多數載載流子自由電電子將不斷擴擴散到基區，，并不斷從電電源補充進電電子，形成發發射極電流IE。回顧與總結1.發射區區向基區擴散散電子的過程程由于基區很薄薄，且多數載載流子濃度又又很低，所以以從發射極擴擴散過來的電子只有有很少一部分分和基區的空空穴相復合形形成基極電流流IB，剩下的絕大大部分電子則則都擴散到了了集電結邊緣緣。2.電子在在基區的擴散散和復合過程程集電結由于反反偏，可將從從發射區擴散散到基區并到到達集電區邊邊緣的電子拉入集集電區，從而而形成較大的的集電極電流流IC。3.集電區區收集電子的的過程只要符合三極極管發射區高高摻雜、基區區摻雜濃度很很低，集電區區的摻雜濃度度介于發射區區和基區之間間，且基區做做得很薄的內部條件，再加上晶體體管的發射結結正偏、集電電結反偏的外部條件，三極管就具具有了放大電電流的能力。。三極管的集電電極電流IC稍小于IE，但遠大于IB，IC與IB的比值在一定范范圍內基本保保持不變。特特別是基極電電流有微小的變化時，集集電極電流將將發生較大的的變化。例如如，IB由40μA增加到50μA時，，IC將從3.2mA增大到4mA，即：：顯然，雙極型型三極管具有有電流放大能能力。式中的β值稱為三極管的電流放大倍數數。不同型號、、不同類型和和用途的三極管，β值的差異較大大，大多數三三極管的β值通常在幾十十至幾百的范圍圍。由此可得：微小的基極電電流IB可以控制較大大的集電極電電流IC，故雙極型三極管管屬于電流控制器件。3.雙極型型三極管的特特性曲線所謂特性曲線線是指各極電電壓與電流之之間的關系曲曲線，是三極管內部載流流子運動的外外部表現。從從工程應用角角度來看，外外部特性更為重重要。(1)輸入入特性曲線以常用的共射射極放大電路路為例說明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時的輸入入特性曲線UCE為0時UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開始始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的的特性曲線繼續增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開始始增加UCE=1VUCE=1V的特性性曲線繼續增大UCC使UCE=1V以上的的多個值，結結果發現：之之后的所有輸入特特性幾乎都與與UCE=1V的特性相相同，曲線基基本不再變化。實用中三極管管的UCE值一般都超過過1V，所以以其輸入特性性通常采用UCE=1V時的曲線線。從特性曲曲線可看出，，雙極型三極極管的輸入特特性與二極管管的正向特性性非常相似。。UCE>1V的特性性曲線(2)輸出出特性曲線先把IB調到某一固定定值保持不變變。當IB不變時，輸出出回路中的電電流IC與管子輸出端端電壓UCE之間的關系曲曲線稱為輸出出特性。然后調節UCC使UCE從0增大，觀觀察毫安表中中IC的變化并記錄錄下來。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根據記錄可給給出IC隨UCE變化的伏安特特性曲線，此此曲線就是晶晶體管的輸出特性曲線。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調節IB1至另一稍小的的固定值上保保持不變。仍然調節UCC使UCE從0增大，繼續觀察察毫安表中IC的變化并記錄錄下來。UCE根據電壓、電電流的記錄值值可繪出另一一條IC隨UCE變化的伏安特特性曲線，此此曲線較前面面的稍低些。。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不斷重復復上述過程，，我們即可得得到不同基極極電流IB對應相應IC、UCE數值的一組輸輸出特性曲線線。輸出曲線開始始部分很陡，，說明IC隨UCE的增加而急劇劇增大。當UCE增至一定數值值時(一般小小于1V)，，輸出特性曲曲線變得平坦坦，表明IC基本上不再隨隨UCE而變化。當IB一定時，從發發射區擴散到到基區的電子子數大致一定定。當UCE超過1V以后后，這些電子子的絕大部分分被拉入集電電區而形成集集電極電流IC。之后即使UCE繼續增大，集集電極電流IC也不會再有明明顯的增加，，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3當IB增大時，相應應IC也增大，輸出出特性曲線上上移，且IC增大的幅度比比對應IB大得多。這一一點正是晶體體管的電流放大作用用。從輸出特性曲曲線可求出三三極管的電流流放大系數β。ΔIB=40A取任意再兩條條特性曲線上上的平坦段，，讀出其基極極電流之差；；再讀出這兩條條曲線對應的的集電極電流流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我們可得得到三極管的的電流放大倍數數：β=ΔΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3輸出出特特性性曲曲線線上上一一般般可可分分為為三三個個區區：：飽和和區區。當當發射射結結和和集集電電結結均均為為正正向向偏偏置置時，，三三極極管管處處于于飽飽和和狀狀態態。。此此時時集集電電極極電電流流IC與基基極極電電流流IB之間間不不再再成成比比例例關關系系，，IB的變變化化對對IC的影影響響很很小小。。截止止區區。當當基基極極電電流流IB等于于0時時，，晶晶體體管管處處于于截截止止狀狀態態。。實實際際上上當當發發射射結結電電壓壓處處在在正正向向死死區區范范圍圍時時，，晶晶體體管管就就已已經經截截止止，，為為讓讓其其可可靠靠截截止止，，常常使使UBE小于于和和等等于于零零。。放大區晶體體管管工工作作在在放放大大狀狀態態時時，，發射射結結正正偏，，集集電電結結反反偏偏。在在放放大大區區，，集集電電極極電電流與與基基極極電電流流之之間間成成β倍倍的數數量量關關系系，，即晶晶體體管管在在放放大大區區時時具具有有電電流流放放大大作作用用。。4.雙雙極極型三三極管管的電電流放放大位位數和和極限限參數數(1)電流流放大大倍數數(2)極限限參數數①集電極極最大大允許許電流流ICMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3②反向擊擊穿電電壓U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基極開路指基極開路時時集電極與發發射極間的反反向擊穿電壓。使用中若超過過此值,晶體體管的集電結結就會出現雪崩擊穿。Β值的大小反反映了晶體管管的電流放大大能力。IC>ICM時，晶體管不不一定燒損，，但β值明顯顯下降。③集電極最大允允許功耗PCM晶體管上的功功耗超過PCM，管子將損壞壞。安全區晶體管的發射射極和集電極極是不能互換換使用的。因因為發射區和和集電區的摻摻雜質濃度差差別較大，如如果把兩個極極互換使用，，則嚴重影響響晶體管的電電流放大能力力，甚至造成成放大能力喪喪失。晶體管的發射極和集電極能否互換使用？為什么?晶體管在輸出出特性曲線的的飽和區工作作時，UCE<UBE，集電結也處處于正偏，這這時內電場被被大大削弱，，因此極不利利于集電區收收集從發射區區到達集電結結邊緣的電子子，這種情況況下，集電極極電流IC與基極電流IB不再是β倍的關系，因因此，晶體管管的電流放大大能力大大下下降。晶體管在輸出特性曲線的飽和區工作時，其電流放大系數是否也等于β？為了使發射區區擴散電子的的絕大多數無無法在基區和和空穴復合，，由于基區摻摻雜深度很低低且很薄，因因此只能有極極小一部分擴擴散電子與基基區空穴相復復合形成基極極電流，剩余余大部分擴散散電子繼續向向集電結擴散散，由于集成成電結反偏，，這些集結到到集電結邊緣緣的自由電子子被集電極收收集后形成集集電極電流。。為什么晶體管基區摻雜質濃度小？而且還要做得很薄？學習與討論用萬用表測試試二極管好壞壞及極性的方方法用萬用表歐姆姆檔檢查二極極管是否存在在單向導電性性？并判別其其極性。正向導通電阻阻很小。指針針偏轉大。反向阻斷時電電阻很大，指針針基本不動。。選擇萬用表R×1k的歐姆姆檔，其中黑黑表棒作為電電源正極，紅表棒作為電電源負極，根根據二極管正正向導通、反反向阻斷的單向導電性將將表棒對調一一次即可測出出其極性及好好壞。用萬用表測試試三極管好壞壞及極性的方方法用指針式萬用用表檢測三極極管的基極和管型：指針不動，說說明管子反偏偏截止，因此此為NPN型型。先將萬用表置置于R×lk

歐姆檔，，將紅表棒接接假定的基極極B，黑表棒棒分別與另兩兩個極相接觸觸，觀測到指指針不動(或或近滿偏)時時，則假定的的基極是正確確的;且晶體體管類型為NPN型（或或PNP型））。如果把紅黑兩兩表棒對調后后，指針仍不不動(或仍偏偏轉)，則說說明管子已經經老化(或已被擊穿)損壞。想一想，這種種檢測方法依依據的是什么么？指針偏轉，說說明管子正向向導通，因此此為PNP型型。PN結的單向導電性若被測管為NPN三極管管，讓黑表棒棒接假定的集集電極C，，紅表棒接假假定的發射極極E。兩手手分別捏住B、C兩極充充當基極電阻阻RB(兩兩手手不不能能相相接接觸觸)。。注注意意觀觀察察電電表表指指針針偏偏轉轉的的大大小小；；之之后后，，再再將將兩兩檢檢測測極極反反過過來來假假定定，，仍仍然然注注意意觀觀察察電電表表指指針針偏偏轉轉的的大大小小。。cbe人體體電電阻阻cbe人體體電電阻阻假定定極極正正確確假定定極極錯錯誤誤用萬萬用用表表R×1k歐歐姆姆檔檔判判別別發射射極極E和集電電極極C偏轉轉較較大大的的假假定定極極是是正正確確的的！！偏偏轉轉小小的的反反映映其其放放大大能能力力下下降降，，即即集集電電極極和和發發射射極極接接反反了了。。如果果兩兩次次檢檢測測時時電電阻阻相相差差不不大大，，則則說說明明管管子子的的性性能能較較差差。。1.三三極極管管起起電電流流放放大大作作用用，，其其內內部部、、外外部部條條件件分分別別要要滿滿足足哪哪些些？？你會做嗎嗎？檢驗學習習結果2.使用用三極管管時，只只要①集集電極電電流超過過ICM值；②耗耗散功率率超過PCM值；③集集—射極極電壓超超過U（BR））CEO值，三極極管就必必然損壞壞。上述述說法哪哪個是對對的？3.用萬萬用表測測量某些些三極管管的管壓壓降得到到下列幾幾組數據據，說明明每個管管子是NPN型型還是PNP型型？是硅硅管還是是鍺管？？它們各各工作在在什么區區域？UBE＝0.7V，，UCE＝0.3V；；UBE＝0.7V，，UCE＝4V；UBE＝0V，UCE＝4V；UBE＝－0.2V，UCE＝－0.3V；UBE＝0V，UCE＝－4V。NPN硅管，，飽和區NPN硅管，，放大區NPN硅管，，截止區PNP鍺管，，放大區PNP鍺管，，截止區1.5單極極型三極管雙極型三極管管是利用基極極小電流去控控制集電極較較大電流的電流控制型器件，因工作作時兩種載流流子同時參與與導電而稱之之為雙極型。單單極型三極管管因工作時只有多數載流流子一種載流流子參與導電，，因此稱為單單極型三極管管；單極型三極管是利利用輸入電壓產生生的電場效應應控制輸出電電流的電壓控制型器件。上圖所示為單單極型三極管管產品實物圖圖。單極型管管可分為結型型和絕緣柵型型兩大類，其其中絕緣柵型型場效應管應應用最為廣泛泛，其中又分增強型型和耗盡型兩兩類，且各有有N溝道和P溝道之分。。1、MOS管管的基本結構構N+N+以P型硅為為襯底底BDGS二氧化化硅(SiO2)絕絕緣保保護層層兩端擴擴散出出兩個個高濃濃度的的N區區N區與與P型型襯底底之間間形成成兩個個PN結由襯底底引出出電極極B由高濃濃度的的N區區引出出的源源極S由另一一高濃濃度N區引引出的的漏極極D由二氧氧化硅硅層表表面直直接引引出柵柵極G雜質濃濃度較較低，，電阻阻率較較高。。N+N+以P型硅為襯底BDGS大多數數管子子的襯襯底在在出廠廠前已已和源源極連連在一一起鋁電極極、金金屬（Metal）二氧化硅硅氧化物物（Oxide）半導體（Semiconductor)故單極型型三極管管又稱為為MOS管。MOS管管電路的的連接形形式N+N+P型硅襯底BDGS+－UDS+－UGS漏極與源源極間電源UDS柵極與源源極間電源UGS如果襯底底在出廠廠前未連連接到源源極上，，則要根根據電路路具體情情況正確確連接。。一般P型硅襯底應接接低電位，N型硅襯底應接接高電位，由由導電溝溝道的不不同而異異。不同類型型MOS管的電電路圖符符號DSGB襯底N溝道增強型圖符號DSGB襯底P溝道增強型圖符號DSGB襯底N溝道耗盡型圖符號DSGB襯底P溝道耗盡型圖符號由圖可看出出，襯底的的箭頭方向向表明了場場效應管是是N溝道還還是P溝道道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。虛線表示增強型實線表示耗盡型2.工作作原理以增強型NMOS管管為例說明明其工作原原理。N溝溝道增強型型MOS管管不存在原原始導電溝溝道。當柵源極間間電壓UGS=0時，增強型型MOS管管的漏極和和源極之間間相當于存存在兩個背背靠背的PN結。N+N+P型硅襯底BDGS不存在原始溝道+－UDSUGS=0此時無論UDS是否為0，，也無論其其極性如何何，總有一一個PN結結處于反偏偏狀態，因因此MOS管不導通通，ID=0。MOS管管處于截止止區。PPN結PN結ID=0怎樣才能產產生導電溝溝道呢？在柵極和襯襯底間加UGS且與源極連連在一起，，由于二氧氧化硅絕緣緣層的存在在，電流不不能通過柵柵極。但金金屬柵極被被充電，因因此聚集大大量正電荷荷。+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDS=0UGS電場力排斥空穴二氧化硅層層在UGS作用下被充充電而產生電電場形成耗盡層層出現反型層層形成導電溝道電場吸引電電子導電溝道形形成時，對對應的柵源源間電壓UGS=UT稱為開啟電壓。UT+－+－N+N+P型硅襯底BDGS當UGS>UT、UDS≠0且較小時UDSUGSID當UGS繼續增大，，UDS仍然很小且且不變時，，ID隨著UGS的增大而增增大。此時增大UDS，導電溝道道出現梯度度，ID又將隨著UDS的增大而增增大。直到UGD=UGS－UDS=UT時，相當于于UDS增加使漏極極溝道縮減減到導電溝溝道剛剛開開啟的情況況，稱為預夾斷，ID基本飽和。導電溝道加加厚產生漏極電電流ID+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDSUGS如果繼續增增大UDS，使UGD<UT時，溝道夾夾斷區延長長，ID達到最大且且恒定