電子技術14半導體二極管和三極管

1、電子技術電子技術上課教師上課教師：杜大軍杜大軍所在教研室所在教研室：機自機自學院學院 儀自教研室儀自教研室教研室地點教研室地點：延長校區(qū)西部自動化樓：延長校區(qū)西部自動化樓301301聯(lián)系電話聯(lián)系電話：5633163456331634電子信箱電子信箱：電子技術電子技術n模擬電路：所處理的信號在時間上或模擬電路：所處理的信號在時間上或數(shù)值上是連續(xù)變化的，如溫度、流量數(shù)值上是連續(xù)變化的，如溫度、流量和速度等。和速度等。n數(shù)字電路：所處理的信號在時間上和數(shù)字電路：所處理的信號在時間上和數(shù)值上都是不連續(xù)的數(shù)值上都是不連續(xù)的/離散的，如：自離散的，如：自動計數(shù)。動計數(shù)。區(qū)別：所處理的信號不同。區(qū)別：所處理

2、的信號不同。參考書目參考書目n模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 高等教育出版社高等教育出版社 童詩白等童詩白等n數(shù)字電子技術基礎數(shù)字電子技術基礎 高等教育出版社高等教育出版社 康華光康華光n電路電路 高等教育出版社高等教育出版社 邱關源邱關源課程進度課程進度n第第1周：周： 第第14章章 半導體器件半導體器件n第第2、3周：周： 第第15章章 基本放大電路基本放大電路n第第4周：周： 第第16章章 集成運算放大器集成運算放大器n第第5周：周： 第第17章章 電子電路中的反饋電子電路中的反饋n第第6周：周： 第第18章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源n第第7、8周：周： 第第20章章 門電路和組合邏

3、輯電路門電路和組合邏輯電路n第第9、10周：第周：第21章章 觸發(fā)器和時序邏輯電路觸發(fā)器和時序邏輯電路 第十四章第十四章 半導體二極管和三極管半導體二極管和三極管14.1 14.1 半導體的導電特性半導體的導電特性14.3 14.3 半導體二極管半導體二極管14.5 14.5 半導體三極管半導體三極管14.4 14.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管14.2 PN14.2 PN結結14.1 14.1 半導體的導電特性半導體的導電特性 在物理學中。根據(jù)材料的導電能力，可以將他們劃分導在物理學中。根據(jù)材料的導電能力，可以將他們劃分導體、絕緣體和半導體體、絕緣體和半導體|(Semiconductor) 。 典型的半導

4、體是典型的半導體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價元素價元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為四個電子稱為價電子價電子。14.1 半導體的導電特性半導體的導電特性導電能力介導電能力介于導體和絕于導體和絕緣體之間緣體之間 本征半導體的共價鍵結構本征半導體的共價鍵結構束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對溫度在絕對溫度T=0K時，時，所有的價電子都被共價鍵所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不緊緊束縛在共價鍵中，不會成為會成為自由電子自由電子，因此本因此本征半導體的導電能力很弱征半導體的導電能力

5、很弱，接近絕緣體。，接近絕緣體。一. 本征半導體 本征半導體本征半導體化學成分化學成分純凈純凈的的半導體晶體半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常，常稱為稱為“九個九個9”。本征半導體的導電能力較弱。本征半導體的導電能力較弱。為什么？為什么？ 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 當溫度升高或受到當溫度升高或受到光的照射時，束縛光的照射時，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以掙脫原的電子可以掙脫原子核的束縛，而參子核的束縛

6、，而參與導電，成為與導電，成為自由自由電子電子。 自由電子產生的自由電子產生的同時，在其原來的共同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空位，稱為空穴空穴。 可見本征激發(fā)同時產生可見本征激發(fā)同時產生電子空穴對。電子空穴對。 外加能量越高（外加能量越高（溫度溫度越高），產生的電子空越高），產生的電子空穴對越多。穴對越多。與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復合復合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。對的濃度一定。常溫常溫300K時：時：電子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：

7、硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對電子空穴對自由電子自由電子 帶負電荷帶負電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流本征半導體的導電性取決于外加能量：本征半導體的導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。導電機制導電機制二二. . 雜質半導體雜質半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的半導體稱為半

8、導體稱為雜質半導體雜質半導體。1.1. N型半導體型半導體 在本征半導體中摻入五價雜質元素，例在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，砷等，稱為如磷，砷等，稱為N型半導體型半導體。 N型半導體型半導體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對 在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等。在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載

9、流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導體型半導體雜質半導體的示意圖雜質半導體的示意圖+N型半導體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關與溫度有關多子濃度多子濃度與溫度無關與溫度無關內電場E因多子濃度差因多子濃度差形成內電場形成內電場多子的擴散多子的擴散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴散，促使少子漂移。阻止多子擴散，促使少子漂移。PNPN結合結合+P型半導體+N型半導體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴散電流多子擴散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層14.2 PN14.

10、2 PN結結 1 . PN結的形成結的形成 少子飄移少子飄移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散多子擴散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導體+N型半導體+內電場E多子擴散電流多子擴散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動態(tài)平衡：動態(tài)平衡： 擴散電流擴散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流0勢壘勢壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結的單向導電性結的單向導電性(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負極接區(qū)，負極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內電場方向相反。外電場的方向與內電場方向相反。 外電場削弱內

11、電場外電場削弱內電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動多子多子擴散形成正向電流擴散形成正向電流I I F F+P型半導體+N型半導體+WER空間電荷區(qū)內電場E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負極接區(qū)，負極接P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內電場方向相同。外電場的方向與內電場方向相同。 外電場加強內電場外電場加強內電場 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運動擴散運動漂移運動擴散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本在一定的溫度下，由本征激發(fā)產生的少子濃度是征激

12、發(fā)產生的少子濃度是一定的，故一定的，故IR基本上與外基本上與外加反壓的大小無關加反壓的大小無關，所以所以稱為稱為反向飽和電流反向飽和電流。但。但IR與溫度與溫度有關有關()。 PN結加正向電壓時，具有較大的正向擴散結加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結導通；結導通； PN結加反向電壓時，具有很小的反向漂移結加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結截止。結截止。 由此可以得出結論：由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。結具有單向導電性。3. PN結結的伏安特性曲線及表達式的伏安特性曲線及表達式 根據(jù)理論推導，根據(jù)理論推

13、導，PNPN結的伏安特性曲線如圖結的伏安特性曲線如圖正偏正偏IF（多子擴散）（多子擴散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結結電擊穿電擊穿可逆可逆14.3 14.3 半導體二極管半導體二極管 二極管二極管 = PN結結 + 管殼管殼 + 引線引線NP結構結構符號符號陽極陽極+陰極陰極- 二極管按結構分三大類：二極管按結構分三大類：(1) 點接觸型二極管點接觸型二極管 PN結面積小，結電容小，結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負 極 引 線外 殼金

14、 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN 結面積可大可小，用結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。于高頻整流和開關電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結面積大，用結面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負 極 引 線N型 硅P型 硅負 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導體二極管的型號半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代

15、表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開關管。為開關管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。 一一 、半導體二極管的、半導體二極管的VA特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導通壓降導通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實驗曲線實驗曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V二極管的模型二極管的模型iu

16、DU+-uiDUDU串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導通壓降。硅管二極管的導通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu導通壓降導通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0二二. . 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導通導通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，若有兩只以上二極管，則哪只管子正向電壓大，哪只先導通。若有兩只以上二極管，則哪只管子正向電壓大，哪只先導通。二極管的近似分析計算二極管的近似分析計算IR10V

17、E1kIR10VE1k例：例：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測量值測量值 9.32mA相對誤差相對誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對誤差相對誤差0000710032. 932. 9100.7V利用二極管的單向導電性，可實現(xiàn)整流、限幅、鉗位、檢波、利用二極管的單向導電性，可實現(xiàn)整流、限幅、鉗位、檢波、保護、開關等。保護、開關等。1.1.整流電路整流電路 整流電路是利用二極管的單向導電作用，將交流電變成直整流電路是利用二極管的單向導電作用，將交流電變成直流電的電路。流電的電

18、路。 三三. 二極管的應用二極管的應用 限幅電路是限制輸出信號幅度的電路。限幅電路是限制輸出信號幅度的電路。2.限幅電路限幅電路鉗位電路是使輸鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路。值上保持不變的電路。設二極管為理想元件，設二極管為理想元件，當輸入當輸入U UA AU UB B3V3V時，二極管時，二極管V V1 1，V V2 2正偏導通，輸出被正偏導通，輸出被鉗制在鉗制在U UA A和和U UB B上，即上，即U UF F3V3V；當當U UA A0V0V，U UB B3V3V，則，則V V1 1導通，輸出被鉗制在導通，輸出被鉗制在U UF FU UA A0V0

19、V，V V2 2反偏截止反偏截止。3.鉗位電路鉗位電路課程課程回顧回顧1半導體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負電，空半導體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負電，空穴帶正電。在純凈半導體中摻入不同的雜質，可以得到穴帶正電。在純凈半導體中摻入不同的雜質，可以得到N型半型半導體和導體和P型半導體。型半導體。2采用一定的工藝措施，使采用一定的工藝措施，使P型和型和N型半導體結合在一起，就型半導體結合在一起，就形成了形成了PN結。結。PN結的基本特點是單向導電性。結的基本特點是單向導電性。3二極管是由一個二極管是由一個PN結構成的。其特性可以用伏安特性和一結構成的。其特性可以用伏安特性和一

20、系列參數(shù)來描述系列參數(shù)來描述。課程內容課程內容1 1 半導體二極管分析舉例半導體二極管分析舉例3 3 半導體三極管半導體三極管2 2 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管舉例：舉例：二極管構成的限幅電路如圖所示，二極管構成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號為，輸入信號為ui。 (1)若若 ui為為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流理想二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流I和輸出電壓和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUu 采用理想二極管

21、串聯(lián)電壓源模型分析。采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu（2）如果）如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應的輸出電壓波形。型分析電路并畫出相應的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二極管采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用二極管

22、采用二極管串聯(lián)電壓串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖源模型分析，波形如圖所示。所示。+-+UIuREFRiuO例圖所示電路中，設為理想二極管，試畫出其傳輸特性曲線（o-i）。 解：（解：（1 1）Vi0Vi0Vi0當當0Vi2.5V0Vi2.5VVi2.5V時，時，2 2導通，假設導通，假設此時此時1 1尚未導通，尚未導通，則：則：Vo=20K/(10K+20K)Vo=20K/(10K+20K)* *(vi-2.5)+2.5V(vi-2.5)+2.5V令：令：Vo=10VVo=10V則：則：Vi=13.75VVi=13.75V，可見當，可見當Vi13.75VVi13.75V時，時，1 1、2 2均導

23、通，此時均導通，此時Vo=10VVo=10V。 2.5102.513.75ViVoP例例試判斷圖中二極管是導通還是截止？并求出AO兩端電壓A0A0。設二極管為理想的。解：解： 分析方法分析方法 ：（：（1 1）將）將D1D1、D2D2從電路中從電路中斷開，斷開，分別計算出分別計算出D1D1、D2D2兩端的電壓；兩端的電壓；（2 2）根據(jù)二極管的單向導電性，二極）根據(jù)二極管的單向導電性，二極管承受正向電壓則導通，反之則截止。管承受正向電壓則導通，反之則截止。若兩管都承受正向電壓，則若兩管都承受正向電壓，則正向電壓正向電壓大的管子優(yōu)先導通大的管子優(yōu)先導通，然后再按以上方，然后再按以上方法分析其它管

24、子的工作情況。法分析其它管子的工作情況。本題中：本題中：12=12V12=12V，34=12+4=16V34=12+4=16V，所以，所以D2D2優(yōu)先導通，優(yōu)先導通，此時，此時，12=-4V12=-4V，所以，所以D1D1管子截止。管子截止。A0 = -4VA0 = -4V。1 12 23 34 4四四. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二作時，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時對應的反向急劇增加時對應

25、的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 (3) 反向電流反向電流I IR R 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極級；鍺二極管在微安管在微安( A)級。級。當穩(wěn)壓二極管工作在當穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時之間變化時,其兩端電其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓14.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應用在反向擊穿區(qū)的特殊二極

26、管iuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻+-DZ 穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。下，所對應的反向工作電壓。 rZ = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對應的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對應的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 (4)

27、 (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmaxUZIZmax穩(wěn)壓極管的近似分析計算穩(wěn)壓極管的近似分析計算IR10VE1k例：例：(107)V3mA1KI7VIR10VE1k穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓7V，求回路電流？，求回路電流？例例:ui為幅度為幅度1 14V的交流三角波，波形如圖所示，串聯(lián)穩(wěn)的交流三角波，波形如圖所示，串聯(lián)穩(wěn)壓管，壓管，穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓7V，導通電壓，導通電壓0.7V，分析電路并畫出相應，分析電路并畫出相應的輸出電壓波形。的輸出電壓波形。-0.7V-14V 14Vuit7V7

28、Vuot+-+UIuREFRiuO-0.7V例兩個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Z1=5V，Z2=7V，它們的正向導通壓降均為0.6V，電路在以下二種接法時，輸出電壓o為多少？若電路輸入為正弦信號I=20sint（V），畫出輸出電壓的波形。 解：圖（解：圖（a a）中）中D1D1、D2D2都承受反向偏壓，所以輸出電壓都承受反向偏壓，所以輸出電壓o=o=Z1+Z1+Z2=5V+7V=12VZ2=5V+7V=12V若輸入正弦信號若輸入正弦信號I=20sintI=20sint（V V）：）：在輸入信號正半周，在輸入信號正半周， 若若 I12V I -1.2VI -1.2V穩(wěn)壓管處于截止狀態(tài)，穩(wěn)壓管處于截止狀態(tài)，o=

29、o=I I；若；若 I -1.2VI -1.2V穩(wěn)壓管處于正向導通狀態(tài)，穩(wěn)壓管處于正向導通狀態(tài)，o=-1.2Vo=-1.2V。圖圖（b b）中）中D1D1承受正向電壓、承受正向電壓、D2D2承受反向偏壓，所以輸出電壓承受反向偏壓，所以輸出電壓o=0.6V+7V=7.6Vo=0.6V+7V=7.6V 。若輸入正弦信號若輸入正弦信號I=20sintI=20sint（V V）：）：在輸入信號正半周，在輸入信號正半周， 若若 I7.6V I I -7.6V-7.6V穩(wěn)壓穩(wěn)壓管管D1D1處于處于截止狀態(tài)，截止狀態(tài)，o=o=I I；若；若 I I -7.6V-7.6V穩(wěn)壓穩(wěn)壓管管D2D2處于處于正向導通狀

30、態(tài)正向導通狀態(tài)，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管D1D1處于處于反向擊穿反向擊穿狀態(tài)狀態(tài)，o=-1.2Vo=-1.2V。14.5 半導體三極管 半導體三極管，也叫晶體三極管。由半導體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為參與運行，因此，還被稱為雙極型晶體雙極型晶體管管（Bipolar Junction Transistor,簡稱簡稱BJT）。）。 BJT是由兩個是由兩個PN結組成的。結組成的。一一. .BJT的結構的結構NPN型PNP型符號符號: 三極管的結構特點三極管的結構特點:（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。）發(fā)射區(qū)的摻雜濃

31、度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結 集電結ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結 集電結ecb發(fā)射極集電極基極一一. .BJT的特點的特點NPN型PNP型管腳管腳123電位/V43.49電極BEC類型NPN型材料硅管管腳管腳123電位/V-6-2.3-2電極CBE類型PNP型材料鍺管二二 BJT的內部工作原理的內部工作原理（NPN管）管） 三極管在工作時要加上三極管在工作時要加上適當?shù)闹绷髌秒妷骸＿m當?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結正偏：發(fā)射結正偏：+UCE UBEUCB集電

32、結反偏：集電結反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) （1 1）因為發(fā)射結正偏，所以發(fā)）因為發(fā)射結正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴形成了擴散電流散電流IEN 。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，形成的電也有空穴的擴散運動，形成的電流為流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略但其數(shù)量小，可忽略。 所以發(fā)射極電流所以發(fā)射極電流I E I EN 。 （2）發(fā)射區(qū)的電子注）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇

33、到的空穴流子。少部分遇到的空穴復合掉，形成復合掉，形成IBN。所以。所以基基極電流極電流I B I BN 。大部分到。大部分到達了集電區(qū)的邊緣。達了集電區(qū)的邊緣。1BJT內部的載流子傳輸過程內部的載流子傳輸過程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（3）因為集電結反）因為集電結反偏，收集擴散到集電偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，形成區(qū)邊緣的電子，形成ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結區(qū)的另外，集電結區(qū)的少子形成漂移電流少子形成漂移電流ICBO。2電流分配關系電流分配關系三個電極上的電流關系三個電極上的電流關系:NNPBB

34、VCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOIBCEIIICBCBOBIIII(1)EBII三三. BJT. BJT的特性曲線（的特性曲線（共發(fā)射極接法）共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci（1）uCE=0V時，相當于兩個時，相當于兩個PN結并聯(lián)。結并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加時，曲線右移很不明顯。再增加時，曲線右移很不明顯。（2）當）當uCE=1V時，時， 集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復集電結

35、已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復合減少，合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動一些。減小。特性曲線將向右稍微移動一些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導通壓降導通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V (2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。一條加以說明。 （1）當）當uCE=0 V時，因集電極無收集作用，時，因集電極無收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當當uCE 1V后，收后，收集電子的能力足夠強。集電子的能力足夠強。這時，發(fā)射到基區(qū)的電這時，發(fā)射到基

36、區(qū)的電子都被集電極收集，形子都被集電極收集，形成成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不變?；颈３植蛔?。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB 輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內uCE0.7 V。 此時發(fā)射結正偏，集電結也正偏。此時發(fā)射結正偏，集電結也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。的曲線的下方。 此時，發(fā)射結

37、反偏，集電結反偏。此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行等曲線基本平行等 距。距。 此時，發(fā)此時，發(fā) 射結正偏，集電射結正偏，集電 結反偏。結反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)n NPN:NPN:n PNP:PNP:判斷本質：正偏、反偏。判斷本質：正偏、反偏。例：測量三極管三個電極對地電位如圖例：測量三極管三個電極對地電位如圖 03.0903.09所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。 圖 03.09 三極管工作

38、狀態(tài)判斷 放大放大截止截止飽和飽和四四. BJTBJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)BCII BCii （1 1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：靜態(tài)電流（直流）放大靜態(tài)電流（直流）放大系數(shù)系數(shù)：無輸入信號時集電極電流與基極：無輸入信號時集電極電流與基極電流的比值。電流的比值。靜態(tài)電流（直流）放大靜態(tài)電流（直流）放大系數(shù)系數(shù)：有輸入信號時集電極電流變化量：有輸入信號時集電極電流變化量與基極電流變化量的比值。與基極電流變化量的比值。（2 2）共基極電流放大系數(shù)：）共基極電流放大系數(shù)： ECII ECii 四四. BJTBJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)iCE=20uA(m

39、A)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii 2.極間反向電流極間反向電流 （2）集電極發(fā)射極間的穿）集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流ICEO 基極開路時，集電極到發(fā)射基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流極間的電流穿透電流穿透電流 。其大小與溫度有關。其大小與溫度有關。 （1）集電極基極間反向飽和電流）集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向電壓，得到反向電流。發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向電壓，得到反向電流。它實際上就是

40、它實際上就是一個一個PNPN結的反向電流。結的反向電流。其大小與溫度有關。其大小與溫度有關。 鍺管：鍺管：I CBO為微安數(shù)量級，為微安數(shù)量級， 硅管：硅管：I CBO為納安數(shù)量級。為納安數(shù)量級。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 3.極限參數(shù)極限參數(shù) Ic增加時，增加時， 要下降。當要下降。當 值值下降到線性放大區(qū)下降到線性放大區(qū) 值值的的70時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流電流ICM。（1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允）集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流通過集集電極電流通過集電結時所產生的功耗，電結時所產生的功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM （3）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓 BJT有兩個有兩個PN結，其反向擊穿電壓有以下幾種：結，其反向擊穿電壓有以下幾種： U（BR）EBO集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。反向電壓。其值一般幾伏十