第14章二極管和晶體管114.1半導體導電特性自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。按導電性能分214.1.1本征半導體實際應用最多的半導體是硅和鍺，它們原子的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi完全純凈的、結構完整的半導體，稱為本征半導體（晶體結構）。3硅和鍺的晶體結構在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子4本征半導體的導電機理1、在絕對0度和沒有外界激發時,價電子被共價鍵束縛，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），不導電，相當于絕緣體。2、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，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。即出現電子-空穴對。溫度越高，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。5+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子電子-空穴對本征半導體的導電機理本征半導體中存在數量相等的自由電子和空穴。6+4+4+4+4在電場力作用下，空穴吸引臨近的電子來填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此認為空穴也是載流子，是帶正電的粒子。本征半導體的導電機理7

在半導體外加電壓的作用下,出現兩部分電流:自由電子定向移動、空穴的遷移。本征半導體中由于電子-空穴數量極少，導電能力極低。實用時采用雜質半導體（P型、N型）。814.1.2雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發生顯著變化。使自由電子濃度大大增加的雜質半導體稱為N型半導體，使空穴濃度大大增加的雜質半導體稱為P型半導體。N型半導體P型半導體摻入微量5價元素（磷）多子：電子少子：空穴+摻入微量3價元素（硼）多子：空穴少子：電子一9

半導體的導電特點：當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻雜，會使它的導電能力急劇增加。14.2PN結及其單向導電性PN結的形成在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。10P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內電場E漂移運動空間電荷區PN結處載流子的運動當擴散和漂移最終達到動態平衡，相當于兩個區之間沒有電荷運動，空間電荷區的寬度基本不變，形成平衡PN結。11PN結的單向導電性

PN結加上正向電壓（P區加正、N區加負）PN結加上反向電壓（P區加負、N區加正）PN－－++I正較大內電場外電場PN結呈低阻狀態PN結呈高阻狀態PN－－－－++++內電場外電場I反PN結導通正向偏置PN結截止反向偏置1214.3半導體二極管及其伏安特性14.3.1基本結構及符號PN結加上管殼和引線，就成為半導體二極管。引線外殼觸絲N鍺基片點接觸型（鍺管）N硅基片面接觸型（硅管）PN符號1314.3.2伏安特性UI死區電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。正向導通壓降:硅管0.6~0.8V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)1、正向特性死區電壓U<U死區，IU>U死區，I很快增長。2、反向特性U反<U(BR),I很小；U反>U(BR),I突然增大，二極管被擊穿。從伏安特性可見二極管是非線性元件1414.3.3主要參數

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。

反向工作峰值電壓URWMURWM=（1/2或1/3）U(BR)

反向峰值電流IRM

為性質參數，反向電流越小單向導電性越好。反向電流受溫度的影響大，硅管的反向電流較小。15二極管的應用：利用二極管的單向導電性，用于整流、檢波、限幅、元件保護及做開關元件等。RRLuiuRuotttuiuRuo例14.3.1二極管檢波例14.3.2二極管箝位、隔離1614.4穩壓管及其穩壓電路UIUZIZIZmaxIZ穩壓管是一種特殊的面接觸型硅二極管。符號穩壓管工作于反向擊穿區。UZ172、穩定電流IZ3、最大穩定電流Izmax4、最大允許耗散功率穩壓管的主要參數1、穩定電壓UZ穩壓管穩壓電路RZDZRLDZ起電流控制作用RZ起電壓調節作用18原理RZDZRLUiUoIZuUiUoIZIRZUo（基本不變）選穩壓管Uz=UoIzmax=（1.5~3）IomaxUi=（2~3）Uo一般取19型號URWMIOM2CP102CP112CP122CP1325V50V100V150V2CZ11A2CZ11B2CZ11C2CZ12A2CZ12B2CZ12C2CZ12D100V200V300V100V200V300V50V100mA1000mA3000mA半導體二極管的參數2014.5晶體管14.5.1基本結構SiO2保護膜N型硅N型硅P型硅BEC平面型合金型ECBN型鍺PP21BECNNP基極發射極集電極PNP集電極基極發射極BCE兩個PN結，三個電極NPN型BECPNP型BEC晶體管結構示意圖和符號22BECNNP基極發射極集電極基區：較薄，摻雜濃度低集電區：面積較大發射區：摻雜濃度較高發射結集電結2314.5.2電流放大作用和原理ECICmAAVVUCEUBERBIBEB

實驗線路mAIE24實驗數據IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA〈0.0010.701.502.303.103.95IE/mA〈0.0010.721.542.363.184.05結論：1、符合基爾霍夫電流定律；2、IC/IB基本為常數；3、要使三極管能放大電流，必須使發射結正偏，集電結反偏。25BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管電流方向和各極極性+++---+++---2614.5.3輸入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死區電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE-0.2~-0.3V。2714.5.3輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區域滿足IC=IB稱為線性區（放大區）。當UCE大于一定的數值時，IC只與IB有關，IC=IB。28IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區域中UCEUBE,集電結正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區。29IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區電壓，稱為截止區。3014.5.4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。共射直流電流放大系數：1、電流放大系數

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，則交流電流放大系數為：在以后的計算中，一般作近似處理：=31集-基極反向截止電流ICBOICBO是集電結反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。集-射極反向截止電流ICEOAICBOAICEOICEO又稱為穿透電流IE=0IB=02、極間反向電流32集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

當集---射極之間的電壓UC