（下）第7章半導體二極管和三極管電工技術與電子技術返回第7章半導體二極管和三極管返回后一頁7.3半導體二極管7.4穩壓二極管7.5半導體三極管7.2PN結7.1半導體的導電特性返回前一頁后一頁第7章半導體二極管和三極管本章要求：一、了解PN的單向導電性、二極管的特性和主要參數。二、了解穩壓管的穩壓性能和主要參數。三、了解三極管的電流放大作用、特性和主要參數。四、會根據二極管的單向導電性分析含有二極管的電路。

對于元器件，重點放在特性、參數、技術指標和正確使用方法，不要過分追究其內部機理。討論器件的目的在于應用。學會用工程觀點分析問題，就是根據實際情況，對器件的數學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。

對電路進行分析計算時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數值。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。前一頁后一頁返回7.1半導體的導電特性半導體的特性：

(可制成溫度敏感元件，如熱敏電阻)摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使其導電能力明顯改變。光敏性：當受到光照時，其導電能力明顯變化。

(可制成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等)。熱敏性：當環境溫度升高時，導電能力顯著增強。前一頁后一頁返回7.1.1本征半導體完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。硅和鍺的晶體結構前一頁后一頁返回硅和鍺的共價鍵結構共價鍵共用電子對

共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子。+4+4+4+4前一頁后一頁返回+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子

在常溫下，由于熱激發，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。

本征半導體的導電機理這一現象稱為本征激發。前一頁后一頁返回本征半導體的導電機理在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來填補，其結果相當于空穴的遷移。空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。

因常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子和空穴很少，所以本征半導體的導電能力很弱。

當半導體外加電壓時，在電場的作用下將出現兩部分電流：

1）自由電子作定向移動電子電流

2）價電子遞補空穴空穴電流+4+4+4+4前一頁后一頁返回本征半導體的導電機理本征半導體中存在數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，本征半導體的導電能力越強。溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，這是半導體的一大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。跳轉前一頁后一頁返回7.1.2N型半導體和P型半導體N型半導體

摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數載流子（多子），空穴稱為少數載流子（少子）。+4+4+4+4+5多余電子磷原子摻入五價元素在常溫下即可變為自由電子失去一個電子變為正離子返回前一頁后一頁前一頁后一頁P型半導體

摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，空穴濃度遠大于自由電子濃度。空穴稱為多數載流子（多子），自由電子稱為少數載流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴摻入三價元素接受一個電子變為負離子返回雜質半導體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體前一頁后一頁無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。返回

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）。abc

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）ba前一頁后一頁返回7.2PN結7.2.1PN結的形成多子的擴散運動內電場E少子的漂移運動濃度差－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體空間電荷區內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區變薄。擴散的結果使空間電荷區變寬。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。空間電荷區也稱PN結前一頁后一頁返回前一頁后一頁二、

PN結的單相導電性

1.PN結加正向電壓（正向偏置）PN結變窄

P接正、N接負－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++U內電場外電場PNIF內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結正向電阻較小，正向電流較大，PN結處于導通狀態。返回2.PN結加反向電壓（反向偏置）－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++U內電場外電場PN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。IRPN結變寬

P接負、N接正

PN結反向電阻較大，反向電流很小，PN結處于截止狀態。溫度越高少子的數量越多，反向電流將隨溫度增加前一頁后一頁返回PN結的單向導電性1、PN結加正向電壓（正向偏置，P接正、N

接負）時，PN結處于正向導通狀態，PN

結正向電阻較小，正向電流較大。2、PN結加反向電壓（反向偏置，P接負、N

接正）時，PN結處于反向截止狀態，PN

結反向電阻較大，反向電流很小。前一頁后一頁返回7.3半導體二極管7.3.1基本結構（a）點接觸型1.結構：按結構可分三類(b)面接觸型結面積小、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。前一頁后一頁(c)平面型用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。返回7.3半導體二極管二極管的結構示意圖2.符號：PN陽極陰極VD前一頁后一頁返回7.3.1伏安特性前一頁后一頁PN+–UI硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降死區電壓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PN+–反向特性非線性反向電流在一定電壓范圍內保持常數。硅0.6~0.8V,鍺0.2~0.3V。返回7.3.3主要參數1、最大整流電流IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2、反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓U(BR)的一半或三分之一。二極管擊穿后單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。3、反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向導電性差，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。前一頁后一頁返回二極管的單向導電性前一頁后一頁

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。返回二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V

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。若V陽

>V陰或UD為正，二極管導通（正向偏置）若V陽

<V陰或UD為負，二極管截止（反向偏置）前一頁后一頁

反向截止時二極管相當于斷開。若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，返回電路如圖，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽

>V陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：后一頁取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。跳轉D6V12V3kBAUAB+–返回兩個二極管的陰極接在一起求：UAB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=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=

－12VUD1=6V，UD2=12V∵

UD2>UD1∴VD2

優先導通，VD1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=0VVD１6V12V3kBAVD2VD1承受反向電壓為－6V流過VD2的電流為例2:前一頁后一頁UAB+–返回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。u218V參考點8V例3二極管的用途：

整流、檢波、限幅、箝位、開關、元件保護、溫度補償等。前一頁后一頁D8VRuoui++––返回7.4穩壓二極管前一頁后一頁1.符號UZIZIZMUZ

IZUI2.伏安特性穩壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻

+–穩壓管反向擊穿后，電流變化很大，但電壓變化很小，利用此特性，穩壓管在電路中可起穩壓作用。返回3.主要參數前一頁后一頁(1)穩定電壓UZ

穩壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數ｕ環境溫度每變化1C引起穩壓值變化的百分數。(3)動態電阻(4)穩定電流IZ、最大穩定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZM愈小，曲線愈陡，穩壓性能愈好。返回光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。IV照度增加符號前一頁后一頁返回發光二極管有正向電流流過時，發出一定波長范圍的光，目前的發光管可以發出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾~幾十mA符號前一頁后一頁返回7.5半導體三極管7.5基本結構BECNNP基極發射極集電極PNP集電極基極發射極BCENPN型PNP型后一頁前一頁返回BECNNP基極發射極集電極后一頁前一頁集電區：面積最大基區：最薄，摻雜濃度最低發射區：摻雜濃度最高發射結集電結返回符號：BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管型號：3A、3C是PNP3B、3D是NPN3A、3B是鍺管3C、3D是硅管后一頁前一頁返回7.5.2電流放大原理BECNNPEBRBECRC1.三極管放大的外部條件發射結正偏、集電結反偏PNP

VB<VE

VC<VB從電位的角度看：

NPN發射結正偏VB>VE

集電結反偏VC>VB后一頁前一頁返回2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.503.300.0010.511.021.732.543.35結論1）三電極電流關系IE=IB+IC2）ICIE，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的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。跳轉后一頁前一頁返回3.三極管內部載流子的運動規律BECNNPEBRBEC基區空穴向發射區的擴散可忽略。發射結正偏，發射區電子不斷向基區擴散，形成發射極電流IE。IE進入P區的電子少部分與基區的空穴復合，形成電流IBE，多數擴散到集電結。IBE從基區擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。ICE集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBO后一頁前一頁3.三極管內部載流子的運動規律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBOICE后一頁前一頁IB=IBE-ICBOIBE返回ICE與IBE之比稱為共發射極電流放大倍數集－射極穿透電流溫度ICEO常用公式后一頁前一頁返回7.5.3特性曲線即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態

2）合理地選擇偏置電路的參數，設計性能良好的電路重點討論應用最廣泛的共發射極接法的特性曲線后一頁前一頁返回

實驗線路輸入回路輸出回路發射極是輸入、輸出回路的公共端EBICmAAVUCEUBERBIBECV共發射極電路后一頁前一頁返回1.輸入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V特點:非線性死區電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。工作壓降：硅UBE0.6~0.7V,鍺UBE0.2~0.3V。后一頁前一頁返回2.輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當UCE大于一定的數值時，IC只與IB有關，即IC=IB。后一頁前一頁此區域滿足IC=IB

稱為線性區（放大區），具有恒流特性。返回IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

UCEUBE,集電結正偏，IBIC，稱為飽和區。

深度飽和時硅管UCES0.3V此區域中IC受UCE的影響較大后一頁前一頁返回IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區域中:IB=0,IC

=ICEO,UBE

<

死區電壓，稱為截止區。后一頁前一頁跳轉為可靠截止，常取發射結零偏壓或反偏壓。返回輸出特性可劃分為三個區，分別代表晶體管的三種工作狀態。1）放大區(線性區，具有恒流特性)放大狀態

IC=IB，發射結正偏、集電結反偏。2）截止區（晶體管處于截止狀態）開關斷開

IB=0，IC=ICEO0，UBE<死區電壓發射結反偏或零偏、集電結反偏。3）飽和區(管子處于飽和導通狀態)開關閉合IBIC，

UCEUBE,

發射結正偏，集電結正偏。后一頁前一頁返回7.5.4主要參數前面的電路中，三極管的發射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法。相應地還有共基、共集接法。直流電流放大系數：1.電流放大系數和工作于動態的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為IC。交流電流放大系數：一般小功率三極管大功率三極管后一頁前一頁返回

例：

UCE=4.7V時，IB=30A,IC=1.48mA；