第2章常用半導(dǎo)體器件PPT課件

1、 在電子、空穴對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的自由電子也有可能去填補(bǔ)空穴，使電子和空穴成對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在外電場(chǎng)作用下，一方面帶負(fù)電荷的自由電子作定向移動(dòng)，形成電子電流；另一方面價(jià)電子會(huì)按電場(chǎng)方向依次填補(bǔ)空穴，產(chǎn)生空穴的定向移動(dòng)，形成空穴電流。能夠運(yùn)動(dòng)的、可以參與導(dǎo)電的帶點(diǎn)粒子稱為載流子，因而自由電子和空穴是半導(dǎo)體中的兩種載流子。由于它們所帶電荷極性相反，所以電子電流和空穴電流的方向相反。第1頁(yè)/共73頁(yè) 在一定溫度下，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合都在不停地進(jìn)行，最終處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，使半導(dǎo)體中載流子的濃度一定。當(dāng)溫度升高時(shí)，本征半導(dǎo)體中載流子濃度將增大。由于導(dǎo)電能力決定于載流子數(shù)目，因此半導(dǎo)

2、體的導(dǎo)電能力將隨溫度升高而增強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體器件性能的一個(gè)重要的外部因素。2.1.2 PN結(jié) 在常溫下，本征半導(dǎo)體中載流子濃度很低，因而導(dǎo)電能力很弱。為了改善導(dǎo)電性能并使其具有可控性，需在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其它元素（稱為雜質(zhì)）。這種摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。因摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，可分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。 1. N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體硅（或鍺，此處以硅為例）中摻入微量的5價(jià)元素磷（P），由于磷原子最外層的5個(gè)價(jià)電子中有4個(gè)與相鄰硅原子組成共價(jià)鍵，如圖1.2（a）所示，多余一個(gè)價(jià)電子受磷原子核的束縛力很小，很容易成為自由電子，而磷原子本身因失去電子成為不能移動(dòng)的雜質(zhì)正離子。當(dāng)

3、然，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，同本征半導(dǎo)體一樣，由于熱運(yùn)動(dòng)仍然產(chǎn)生自由電子空穴對(duì)，但這種熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的載流子濃度遠(yuǎn)小于摻雜而產(chǎn)生的自由電子數(shù)，所以在這種半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)空穴數(shù)，它是以電子導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體，因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，所以稱為N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。雜質(zhì)離子帶正電。第2頁(yè)/共73頁(yè) 2. P型半導(dǎo)體 在本征硅中摻入三價(jià)元素硼（B），由于硼有三個(gè)價(jià)電子，每個(gè)硼原子與相鄰的4個(gè)硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)，因缺少一個(gè)電子而產(chǎn)生一個(gè)空位（不是空穴，因?yàn)榕鹪尤猿手行裕?，如圖1.2（b）所示。在室溫或其它能量激發(fā)下，與硼原子相鄰的的硅原子共

4、價(jià)鍵上的電子就可能填補(bǔ)這些空位，從而在電子原來(lái)所處的位置上形成帶正電荷的空穴，硼原子本身則因獲得電子而成為不能移動(dòng)的雜質(zhì)負(fù)離子。 每個(gè)硼原子都能產(chǎn)生一個(gè)空穴，這種半導(dǎo)體的空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，它是以空穴導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體，因?yàn)榭昭◣д?，所以成為P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo) 第3頁(yè)/共73頁(yè) 以后，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常只畫(huà)出其中的正離子和等量的自由電子來(lái)表示N型半導(dǎo)體；同樣地，只畫(huà)出負(fù)離子和等量的空穴來(lái)表示P型半導(dǎo)體，分別如圖1.3（a）和1.3（b）所示。 綜上所述，摻入雜質(zhì)后，由于載流子的濃度提高，因而雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將增強(qiáng)，而且摻入的雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電性能

5、的可控性。例如，在4價(jià)的硅中摻入百分之一的3價(jià)雜質(zhì)硼后，在室溫時(shí)的電阻率與本征半導(dǎo)體相比，將下降到五十萬(wàn)分之一，可見(jiàn)導(dǎo)電能力大大提高了。當(dāng)然，僅僅提高導(dǎo)電能力不是最終目的，因?yàn)閷?dǎo)體的導(dǎo)電能力更強(qiáng)。雜質(zhì)半導(dǎo)體的奇妙之處在于，摻入不同性質(zhì)、不同濃度的雜質(zhì)，并使P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體采用不同的方式組合，可以制造出形形色色、品種繁多、用途各異的半導(dǎo)體器件。第4頁(yè)/共73頁(yè) 如果將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，則在二者的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)。 1. PN結(jié)的形成 （1）多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界面就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差。物

6、質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，自由電子和空穴也不例外。因此，P區(qū)中的多子（即空穴）將向N區(qū)擴(kuò)散，而N區(qū)中的多子（即自由電子）將向P區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就使兩種半導(dǎo)體交界面附近出現(xiàn)了不能移動(dòng)的帶電離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)。如圖2.4所示。這些帶電離子形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，產(chǎn)生了內(nèi)電場(chǎng)。第5頁(yè)/共73頁(yè) （2）少子的漂移運(yùn)動(dòng) 一方面，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又將阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而使P區(qū)中的少子電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，N區(qū)中的少子空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，這種在電場(chǎng)作用下少子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。少子漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相

7、反。因而漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)變窄，使內(nèi)電場(chǎng)減弱。當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子與參與少子漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相等時(shí)，即達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度不再變化，PN結(jié)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)?？臻g電荷區(qū)又稱耗盡層。若無(wú)外加電壓或其它激發(fā)因素作用時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的電流為零。 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?在PN結(jié)兩端外加電壓，稱為給PN加上偏置。當(dāng)P區(qū)電位高于N區(qū)時(shí)稱為正向偏置；反之，當(dāng)N區(qū)電位高于P區(qū)時(shí)稱為反向偏置。PN結(jié)最重要的特性就是單向?qū)щ娦浴?（1）PN結(jié)正向偏置 給PN結(jié)加正向偏置電壓，如圖1.5所示。這時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，空間電荷區(qū)變窄，正向電流I較大，PN結(jié)在正向偏置時(shí)呈

8、現(xiàn)較小電阻，PN結(jié)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。正向偏置電壓稍有增加，PN結(jié)的正向電流I急劇增加，為了防止大的正向電流把PN結(jié)燒毀，實(shí)際電路都要串接限流電阻R。第6頁(yè)/共73頁(yè) （2）PN結(jié)反向偏置 給PN結(jié)加反向偏置電壓，如圖1.6所示。這時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，因而有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。由于電源的作用，少子的漂移形成了反向電流IS。但是，少子的濃度非常低，使得反向電流很小，一般為微安（A）數(shù)量級(jí)。所以可以認(rèn)為PN結(jié)反向偏置時(shí)基本不導(dǎo)電。 綜上所述，PN結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通，表現(xiàn)出的正向電阻很小，正向電流I較大；反向偏置時(shí)截止，表現(xiàn)出的反向電阻很大，反向電流IS幾乎為

9、零。 第7頁(yè)/共73頁(yè)2.2 半導(dǎo)體二極管2.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 在PN結(jié)的兩端引出兩個(gè)電極并將其封裝在金屬或塑料管殼內(nèi)，就構(gòu)成二極管。二極管通常由管芯、管殼和電極三部分組成，管殼起保護(hù)管芯的作用，如圖1.7所示。從P區(qū)引出的電極稱為正極或陽(yáng)極，從N區(qū)引出的電極稱為負(fù)極或陰極。二極管的外形圖和電路符號(hào)如圖2.8所示。二極管一般用字母D表示。第8頁(yè)/共73頁(yè) 二極管的種類很多，分類方法也不同。按制造所用材料分類，主要有硅二極管和鍺二極管；按其結(jié)構(gòu)分類，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)面積小，極間電容小，不能承受高的反向電壓和大的正向電流。這種類型的管子適于作高頻檢波和脈沖數(shù)

10、字電路里的開(kāi)關(guān)元件。 面接觸型二極管的結(jié)面積大，可承受較大的電流，但極間電容也大，適合于低頻整流。小電流二極管常用玻璃殼塑料殼封裝，為便于散熱，大電流二極管一般使用金屬外殼。通過(guò)電流在1A以上的二極管常加散熱片以幫助散熱。2.2.2 二極管的伏安特性 二極管的伏安特性是指二極管兩端外加電壓u和流過(guò)二極管的電流i之間的關(guān)系。以硅管為例，其伏安特性如圖1.9所示。理論分析指出，理想情況下二極管電流i與其外加電壓u之間的關(guān)系為： 稱為二極管的電流方程。式中IS為反向飽和電流；UT為溫度電壓當(dāng)量，常溫下，UT 26mV。) 1(STUueIi(2.1)第9頁(yè)/共73頁(yè) 1. 正向特性 二極管兩端不加電

11、壓時(shí)，其電流為零，故特性曲線從坐標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始，如圖1.9（a）。當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管內(nèi)有正向電流通過(guò)。正向電壓較小，且小于Uon時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)，故多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)仍受較大阻礙，二極管的正向電流很小，此時(shí)二極管工作于死區(qū)，稱Uon為死區(qū)的開(kāi)啟電壓。硅管的Uon約為0.5 V，鍺管約為0.2 V。當(dāng)正向電壓超過(guò)Uon后，內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，電流將隨正向電壓的增大按指數(shù)規(guī)律增大，二極管呈現(xiàn)出很小的電阻。硅管的正向?qū)妷簽?.60.8 V（常取0.7 V），鍺管為0.10.3 V。第10頁(yè)/共73頁(yè)2. 反向特性 當(dāng)外加反向電壓時(shí)，外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向相同，阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，有利于漂移

12、運(yùn)動(dòng)。二極管中由少子形成反向電流。反向電壓增大時(shí)，反向電流隨著稍有增加，當(dāng)反向電壓大到一定程度時(shí)，反向電流將基本不變，即達(dá)到飽和，因而稱該反向電流為反向飽和電流，用IS表示。通常硅管的IS可達(dá)10-9A數(shù)量級(jí)，鍺管為10-6A數(shù)量級(jí)。反向飽和電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?當(dāng)反向電壓增大到圖中的UBR時(shí)，在外部強(qiáng)電場(chǎng)作用下，少子的數(shù)目會(huì)急劇增加，因而使得反向電流急劇增大。這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，電壓UBR稱為反向擊穿電壓。各類二極管的反向擊穿電壓大小不同，通常為幾十到幾百伏，最高可達(dá)300伏以上。PN結(jié)被擊穿后，常因功耗過(guò)大而造成永久性的損壞。 前面已指出，半導(dǎo)體中的少子濃度受溫度影響，因而二

13、極管的伏安特性對(duì)溫度很敏感。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。如圖1.9（b）所示。第11頁(yè)/共73頁(yè) 需要指出的是，有時(shí)為了分析方便，將二極管理想化，忽略其正向?qū)妷汉头聪蝻柡碗娏?，于是得到圖1.10所示理想二極管的伏安特性。對(duì)于理想二極管，認(rèn)為正偏導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，反偏截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。2.2.3 二極管的主要參數(shù) 每種半導(dǎo)體器件都有一系列表示其性能特點(diǎn)的參數(shù)，并匯集成器件手冊(cè)，供使用者查找選擇。半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)有： 1. 直流參數(shù) （1）最大整流電流IF 指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)管子的最大正向平均電流。使用時(shí)，管子的平均電流不得超過(guò)此值，

14、否則可能使二極管過(guò)熱而損壞。 （2）最高反向工作電壓UR 工作時(shí)加在二極管兩端的反向電壓不得超過(guò)此值，否則二極管可能被擊穿。為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR。 （3）反向電流IRIR是指在室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)，流過(guò)管子的反向電流。通常希望IR值愈小愈好。反向電流愈小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦杂?。此時(shí)，由于反向電流是由少數(shù)載流子形成，所以IR受溫度的影響很大。第12頁(yè)/共73頁(yè) 2. 交流參數(shù) （1）微變電阻rD 微變電阻是指二極管兩端電壓在某一直流值附近作微小 變化時(shí)所呈現(xiàn)出的等效電阻，如圖1.11所示。圖中曲線為 正向伏安特性，在Q點(diǎn)二極管的電流為直流

15、量IDQ，rD可用Q點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)來(lái)表示，即iurD(2.2) rD也可從二極管的電流方程求出，求i 對(duì)u的微分，即 由于i在Q點(diǎn)附近變化很小，因而可用IDQ取代之，所以TTTSTSDd)1(dddUiUeIueIuigUuUu(2.3)DQTTDD1IUiUgr(2.4)第13頁(yè)/共73頁(yè) 通常rD在幾歐到幾十歐之間。 （2）極間電容 極間電容分為勢(shì)壘電容Cb和擴(kuò)散電容Cd兩種。 勢(shì)壘電容Cb 在二極管外加電壓變化時(shí)，空間電荷量發(fā)生變化，類似電容的充、放電，PN結(jié)這種電容效應(yīng)等效為勢(shì)壘電容Cb。 擴(kuò)散電容Cd 當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，多子的擴(kuò)散形成正向電流。在正向電壓變化時(shí)，擴(kuò)散路程中載流子

16、的濃度和濃度差也產(chǎn)生變化，這種變化相當(dāng)于電荷量的積累與釋放，因而顯示出電容效應(yīng)，其所對(duì)應(yīng)的電容稱為擴(kuò)散電容Cd。 二極管的結(jié)電容C j = C b + C d，正向偏置時(shí)以擴(kuò)散電容Cd為主；反向偏置時(shí)以勢(shì)壘電容C b為主。C b和C d的取值取決于結(jié)面積、外加電壓、通過(guò)的電流等因素。 （2）最高工作頻率f M 當(dāng)二極管在高頻條件下工作時(shí)，將受到極間電容的影響。fM主要決定于極間電容的大小。極間電容愈大，則二極管允許的最高工作頻率愈低。當(dāng)工作頻率超過(guò)f M時(shí)，二極管將失去單向?qū)щ娦?。?4頁(yè)/共73頁(yè)2.2.4 二極管的應(yīng)用電路 在二極管的應(yīng)用電路中，主要是利用二極管的單向?qū)щ娦?。在分析?yīng)用電路

17、時(shí)，應(yīng)當(dāng)掌握一條基本原則，即判斷二極管是處于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止?fàn)顟B(tài)，其方法是先將二極管斷開(kāi)，然后觀察（或計(jì)算）陽(yáng)、陰兩極是正向電壓還是反向電壓，若為正向電壓則二極管導(dǎo)通，否則截止。二極管導(dǎo)通時(shí)，一般用電壓源UD = 0.7 V（硅管，若是鍺管則用0.3 V）代替，或近似用短路線代替（理想二極管）；二極管截止時(shí)，一般將二極管斷開(kāi)，即認(rèn)為二極管反向電阻無(wú)窮大。 1. 整流電路 整流電路是直流穩(wěn)壓電源的組成部分。所謂整流，就是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟妷鹤兂蓡畏较虻拿}動(dòng)直流電壓。在整流電路中，加在電路兩端的交流電壓遠(yuǎn)大于二極管的導(dǎo)通電壓Uon，而整流輸出電流遠(yuǎn)大于二極管的反向飽和電流IS，所以，

18、在分析整流電路時(shí)，二極管均用理想模型代替。 小功率整流電路形式有單向半波整流電路、單向全波整流電路和單向橋式整流電路三種。此處先以單向半波整流電路為例介紹整流電路的工作原理，后面穩(wěn)壓電源部分還會(huì)全面介紹。第15頁(yè)/共73頁(yè) 例2.1 圖2.12（a）所示整流電路中，二極管D為理想二極管。已知輸入電壓u i為圖2.12（b）所示的正弦波，試畫(huà)出輸出電壓uo的波形。 解： 因?yàn)镈為理想二極管，所以當(dāng)u i 0時(shí)，二極管D正偏導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，故uo = u i 當(dāng)u i 0時(shí)，二極管D反偏截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，故uo = 0 由以上分析畫(huà)出uo的波形，如圖1.12（b）所示。從uo的波形可知，

19、電阻R上得到了單向脈動(dòng)直流電壓。第16頁(yè)/共73頁(yè) 2. 限幅電路 當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓隨輸入電壓相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí)，輸出電壓保持不變，這種電路就是限幅電路。通常將輸出電壓uo保持不變的電壓值稱為限幅電平，當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。二極管限幅電路有串聯(lián)、并聯(lián)、雙向限幅電路。在圖2.13所示電路中，二極管與輸出端并聯(lián)，所以此電路叫做并聯(lián)限幅電路。當(dāng)輸入正弦信號(hào)ui處于正半周，且其數(shù)值大于二極管的導(dǎo)通電壓Uon時(shí)，二極管導(dǎo)通，uo = Uon。當(dāng)u i處于負(fù)半周或其數(shù)

20、值小于二極管的導(dǎo)通電壓Uon時(shí)，二極管截止，此時(shí)u i的波形全部傳送到輸出端，即uo = u i，輸出電壓uo的波形如圖1.14所示。并聯(lián)限幅電路限制了信號(hào)的正半周。第17頁(yè)/共73頁(yè) 下面再看一道雙限幅電路的例子。 例2-2 在圖2.15（a）所示電路中，已知兩只二極管的導(dǎo)通壓降Uon均為0.7 V，試畫(huà)出輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系曲線（即電壓傳輸特性）。 解： 此題中二極管不能視為理想二極管。 圖（a）中兩只二極管D1、D2方向相反，所以當(dāng)ui 0.7 V時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，uo = Uon = 0.7 V；當(dāng)ui -0.7 V時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，uo = -Uon = -0

21、.7 V；當(dāng)-0.7 Vui 0.7 V時(shí)，D1、D2均截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，uo = ui ，uo與ui成正比例關(guān)系。 由以上分析可畫(huà)出uo與ui的關(guān)系曲線，如圖2.15（b）所示。該電路為一個(gè)雙向限幅電路，D1、D2的接法使uo的大小限在 -0.7 V+0.7 V之內(nèi)。第18頁(yè)/共73頁(yè) 3. 邏輯運(yùn)算（開(kāi)關(guān)）電路 在開(kāi)關(guān)電路中，我們一般把二極管看成理想模型，即二極管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為零，截止時(shí)兩端電阻為無(wú)窮大。在圖2.16（a）的電路中只要有一路輸入信號(hào)為低電平，輸出即為低電平，僅當(dāng)全部輸入為高電平時(shí)，輸出才為高電平，這在邏輯運(yùn)算中稱為“與”邏輯運(yùn)算。圖（b）電路中，當(dāng)只要有一路輸入信號(hào)為

22、高電平，輸出即為高電平，僅當(dāng)全部輸入為低電平時(shí)，輸出才為低電平，這種運(yùn)算稱為“或”邏輯運(yùn)算。第19頁(yè)/共73頁(yè) 4. 檢波電路 在電視、通信電路中，經(jīng)常用二極管檢波，現(xiàn)以廣播系統(tǒng)為例來(lái)分析檢波電路。為了使頻率較低的語(yǔ)音信號(hào)能遠(yuǎn)距離傳輸，往往用表達(dá)語(yǔ)音信號(hào)的電壓波形去控制頻率一定的高頻正弦波電壓的幅度，稱為調(diào)制。調(diào)制后的高頻信號(hào)經(jīng)天線可以發(fā)送到遠(yuǎn)方。這種幅度被調(diào)制的調(diào)幅波被收音機(jī)輸入調(diào)諧回路“捕獲”后，經(jīng)放大，可由檢波電路檢出調(diào)制的語(yǔ)音信號(hào)。圖1.17為接收這種廣播信號(hào)的示意圖，并畫(huà)出了由二極管組成的檢波電路。第20頁(yè)/共73頁(yè) 2.2.5 特殊二極管 1. 穩(wěn)壓二極管 （1）伏安特性及電路符號(hào)

23、 由二極管的特性曲線可知，如果二極管工作在反向擊穿區(qū)，則當(dāng)反向電流的變化量I較大時(shí)，管子兩端相應(yīng)的電壓變化量U卻很小，說(shuō)明其具有“穩(wěn)壓”特性。利用這種特性可以做成穩(wěn)壓管。所以，穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)二極管，但它通常工作在反向擊穿區(qū)。只要擊穿后的反向電流不超過(guò)允許范圍，穩(wěn)壓管就不會(huì)發(fā)生熱擊穿損壞。為此，必須在電路中串接一個(gè)限流電阻。 反向擊穿后，當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，管子兩端的電壓幾乎不變，從而可以獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓。 綜上所述，在使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)，需要注意幾個(gè)問(wèn)題：首先，穩(wěn)壓二極管正常工作是在反向擊穿狀態(tài)，即外加電源正極接二極管的陰極，負(fù)極接陽(yáng)極；其次，穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)

24、，由于穩(wěn)壓管兩端電壓變化量很小，因而使得輸出電壓比較穩(wěn)定；最后，必須限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流，使其不超過(guò)規(guī)定值，以免因過(guò)熱而燒毀二極管。同時(shí)，還應(yīng)保證流過(guò)穩(wěn)壓管的電流大于某一數(shù)值（穩(wěn)定電流），以確保穩(wěn)壓管有良好的穩(wěn)壓特性。 穩(wěn)壓管的伏安特性及電路符號(hào)如圖2.18（a）和（b）所示。第21頁(yè)/共73頁(yè) （2）主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓UZ 當(dāng)穩(wěn)壓管反向擊穿，且使流過(guò)的電流為規(guī)定的測(cè)試電流時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓值即為穩(wěn)定電壓UZ。對(duì)于同一種型號(hào)的穩(wěn)壓管，UZ有一定的分散性，因此一般都給出其范圍。例如型號(hào)為2CW14的穩(wěn)壓管的UZ為6V7.5V，但對(duì)于某一只穩(wěn)壓管，UZ為一個(gè)確定值。第22頁(yè)/共73頁(yè) 穩(wěn)定電壓的

25、溫度系數(shù)a 穩(wěn)定電壓隨溫度變化而略有改變。溫度每上升1oC時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)就稱為穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)。當(dāng)UZ小于4 V時(shí)，a一般為負(fù)，即UZ隨溫度上升而略有減??；當(dāng)UZ大于7 V時(shí)，a一般為正，即UZ隨溫度上升而略有增加；當(dāng)UZ在4 V7 V之間時(shí)，則兩種情況都有，但其數(shù)值較小。在穩(wěn)壓性能要求較高的情況下可選用溫度補(bǔ)償型穩(wěn)壓管。 穩(wěn)定電流IZ 穩(wěn)定電流IZ是保證穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓的最小工作電流，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果不好。IZ一般為毫安數(shù)量級(jí)。如5 mA或10 mA。 最大耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZM 當(dāng)穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，管子消耗的功率等于穩(wěn)定電壓UZ與流過(guò)穩(wěn)壓管電流的乘積，該功

26、率將轉(zhuǎn)化為PN結(jié)的溫升。最大耗散功率PZM是在結(jié)溫升允許的情況下的最大功率，一般為幾十毫瓦至幾百毫瓦。因PZM = UZ IZM，由此即可確定最大穩(wěn)定電流IZM。 動(dòng)態(tài)電阻rZ 動(dòng)態(tài)電阻rZ的定義為：穩(wěn)壓管兩端的穩(wěn)定電壓UZ與相應(yīng)的電流變化量IZ之比，即rZ = UZ /IZ。不同的穩(wěn)壓管，rZ各不相同。rZ越小，表明在電流變化時(shí)，穩(wěn)定電壓變化越小，即穩(wěn)壓效果越好。rZ一般為幾歐到幾十歐。第23頁(yè)/共73頁(yè) 例2.3 圖2.19所示是利用穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路。其中U I為未經(jīng)穩(wěn)定的直流輸入電壓，R為限流電阻，UO為穩(wěn)壓電路的輸出電壓。試分析此電路的穩(wěn)壓原理。 解： 使UO不穩(wěn)定的原因有兩個(gè)：一

27、是U I的變化， 另一個(gè)是負(fù)載電阻RL的變化。下面分析當(dāng)這兩個(gè)因素變化時(shí)，電路是如何穩(wěn)定輸出電壓的。 U I不穩(wěn)定時(shí)，設(shè)UI增加，這將使UO有增加的趨勢(shì)，但UO增加使穩(wěn)壓管兩端反向電壓UZ增加。由于穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻極小，所以將使流過(guò)管子的電流IZ大大增加，限流電阻R上的電流IR = IZ + IL也跟著大大增加，限流電阻上的壓降IRR也增加，其結(jié)果是UI的增加量絕大部分降在限流電阻R上，從而使輸出電壓基本維持恒定。 當(dāng)RL變化時(shí)，設(shè)RL減小，這將使UO有降低的趨勢(shì)，但UO減小使穩(wěn)壓管兩端反向電壓UZ減小。由于穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻極小，所以將使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ大大減小，限流電阻R上的電流IR = I

28、Z + IL也跟著大大減小，其結(jié)果是限流電阻R上的電壓減小，補(bǔ)償了UO的下降，使輸出電壓UO幾乎不減小，穩(wěn)定在UZ的數(shù)值。第24頁(yè)/共73頁(yè) 例2.4 在圖2.19所示電路中，已知輸入電壓UI = 12 V，穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓UZ = 6 V，穩(wěn)定電流IZ = 5mA，額定功耗PZM = 90 mW，試問(wèn)輸出電壓Uo能否等于6 V。 解： 穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓時(shí)，其工作電流IDZ應(yīng)滿足IZIDZIZmax，而即 5mA I DZ 15 mA （2.5）設(shè)電路中DZ能正常穩(wěn)壓，則Uo= UZ = 6V。由圖中可求出 I DZ不在式（2.5）的范圍內(nèi)，因此不能正常穩(wěn)壓，Uo將小于UZ。若要電路能夠穩(wěn)壓

29、，則應(yīng)減小R的阻值。mA15V6mW90ZZMmaxUPIZmA4LZLRRURUUIIIZIDZ第25頁(yè)/共73頁(yè)2. 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)，采用砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體材料制造而成。它的伏安特性與普通二極管類似，但由于材料特殊，其正向?qū)妷狠^大，約為12 V。當(dāng)管子正向?qū)〞r(shí)將會(huì)發(fā)光。 發(fā)光二極管簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED（Light Emitting Diode）。發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流?。?030 mA）、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。 常見(jiàn)的LED發(fā)光顏色有

30、紅、黃、綠等，還有發(fā)出不可見(jiàn)光的紅外發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管的電路符號(hào)和外形如圖2.20所示。圖2.21所示為七段數(shù)碼管顯示器的外形和電路圖。第26頁(yè)/共73頁(yè)3. 光電二極管 光電二極管又叫光敏二極管，它是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。光電二極管的基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，但管殼上有一個(gè)窗口，使光線可以照射到PN結(jié)上。 光電二極管工作在反偏狀態(tài)下。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增加，稱為光電流。圖1.22所示為光電二極管的電路符號(hào)和特性曲線。第27頁(yè)/共73頁(yè) 光電二極管與發(fā)光二極管可用于構(gòu)成紅外線遙控電路。圖1.23所示為

31、紅外遙控電路示意圖。當(dāng)按下發(fā)射電路中的按鈕時(shí)，編碼器電路產(chǎn)生出調(diào)制的脈沖信號(hào)，由發(fā)光二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)發(fā)射出去。 接收電路中的光電二極管將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大、解碼后，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載動(dòng)作。 當(dāng)按下不同按鈕時(shí)，編碼器產(chǎn)生不同的脈沖信號(hào)，以示區(qū)別。接收電路中的解碼器可以解調(diào)出這些信號(hào)，并控制負(fù)載做出不同的動(dòng)作。第28頁(yè)/共73頁(yè)4. 變?nèi)荻O管 利用PN結(jié)的勢(shì)壘電容隨外加反向電壓變化的特性可制成變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管工作在反偏狀態(tài)下，此時(shí)，PN結(jié)結(jié)電容的數(shù)值隨外加電壓的大小而變化。因此，變?nèi)荻O管可做可變電容使用。圖1.24所示為變?nèi)荻O管的電路符號(hào)和C-U關(guān)系曲線。第29頁(yè)

32、/共73頁(yè) 變?nèi)荻O管在高頻電路中得到廣泛應(yīng)用，可用于自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等。圖2.25所示為變?nèi)荻O管的一個(gè)應(yīng)用電路，這是一個(gè)電調(diào)諧改變LC回路諧振頻率的回路。變?nèi)荻O管V與電感L組成LC諧振回路，當(dāng)改變電位器的中心觸點(diǎn)位置時(shí)，加在V上的反偏電壓發(fā)生變化，其電容量相應(yīng)改變，從而改變了LC回路的諧振頻率。圖中的C為隔直流電容器。第30頁(yè)/共73頁(yè)2.2.6 二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試 測(cè)試二極管一方面是測(cè)試其性能的好壞，即是否具有單向?qū)щ娦裕硪环矫嫱ㄟ^(guò)測(cè)試找出二極管的正、負(fù)極。二極管的測(cè)試方法很多，本節(jié)只介紹用萬(wàn)用表測(cè)試的方法。 萬(wàn)用表及其歐姆檔的內(nèi)部等效電路如實(shí)驗(yàn)圖1.26所示。圖中E為表內(nèi)電源，r

33、為等效內(nèi)阻，I 為被測(cè)回路中的實(shí)際電流。由圖可見(jiàn)，黑表筆接表內(nèi)電源正端，紅表筆接表內(nèi)電源的負(fù)端。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將萬(wàn)用表的擋位選擇開(kāi)關(guān)打向R100或R1 k（）檔（R1擋電流太大，用R10 k擋電壓太大，都易損壞管子），并將兩表筆分別接到二極管的兩端，如圖1.27所示，若測(cè)得阻值小，再將紅黑表筆對(duì)調(diào)測(cè)試，若測(cè)得阻值大，則表明二極管是好的；在測(cè)得阻值小的那一次中，與黑表筆相連的管腳為二極管的正極，與紅表筆相連的管腳為二極管的負(fù)極。 若上述兩次測(cè)得的阻值都很小，則表明管子內(nèi)部已被短路；若兩次測(cè)得的阻值都很大，則表明管子內(nèi)部已經(jīng)斷路，出現(xiàn)短路和斷路時(shí)，說(shuō)明管子已損壞。第31頁(yè)/共73頁(yè)2.2.7 二極管

34、使用注意事項(xiàng)二極管使用時(shí)，應(yīng)注意以下注意事項(xiàng)：（1）二極管應(yīng)按照用途、參數(shù)及使用環(huán)境選擇。（2）使用二極管時(shí)，正、負(fù)極不可接反。通過(guò)二極管的電流、承受的反向電壓及環(huán)境溫度等都不應(yīng)超過(guò)手冊(cè)中所規(guī)定的極限值。（3）更換二極管時(shí)，應(yīng)用同類型或高一級(jí)的代替。（4）二極管的引線彎曲處距離外殼端面應(yīng)不小于2 mm，以免造成引線折斷或外殼破裂。第32頁(yè)/共73頁(yè)（5）焊接時(shí)應(yīng)選用35 W以下的電烙鐵，焊接要迅速，并用鑷子夾住引線根部，以助散熱，防止燒壞管子。（6）安裝時(shí)，應(yīng)避免靠近發(fā)熱元件，對(duì)功率較大的二極管，應(yīng)注意良好的散熱。（7）二極管在容性負(fù)載電路中工作時(shí)，二極管整流電流應(yīng)大于負(fù)載電流的20%。第33

35、頁(yè)/共73頁(yè)2.3 半導(dǎo)體三極管 晶體三極管又稱為半導(dǎo)體三極管、雙極型晶體管，簡(jiǎn)稱晶體管或三極管。它具有電流放大作用，是構(gòu)成各種電子電路的基本元件。2.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 三極管有NPN型和PNP型兩種類型，它們的結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)如圖2.28所示。第34頁(yè)/共73頁(yè) 三極管有三個(gè)區(qū)、三個(gè)電極和兩個(gè)PN結(jié)：中間層稱為基區(qū)，外面兩層分別稱為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)；從三個(gè)區(qū)各引一個(gè)電極出來(lái)，分別稱為基極（b）、發(fā)射極（e）和集電極（c）；基區(qū)與集電區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)，基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)。三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在制造工藝上的特點(diǎn)如下： （1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)的摻雜濃度；

36、 （2）基區(qū)很薄，一般為1m至幾m； （3）集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。 三極管按材料不同分為硅管和鍺管。目前我國(guó)制造的硅管多為NPN型，鍺管多為PNP型。不論是硅管還是鍺管，NPN管還是PNP管，它們的基本工作原理是相同的。本結(jié)主要討論NPN管。三極管的外形如圖2.29所示。第35頁(yè)/共73頁(yè)2.3.2 三極管的電流放大原理 通過(guò)改變加在三極管三個(gè)電極上的電壓可以改變其兩個(gè)PN結(jié)的偏置電壓，從而使三極管有三種工作狀態(tài)：當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，處于放大狀態(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏時(shí)，處于飽和狀態(tài)。模擬電子線路中，三極管主要工作在放大狀態(tài)，是構(gòu)成放大電路

37、的核心元件；數(shù)字電子線路中，三極管則工作在截止和飽和狀態(tài)，充當(dāng)開(kāi)關(guān)使用。 當(dāng)三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，能將輸入的小電流放大為輸出端的大電流。下面以NPN型三極管為例來(lái)分析其放大原理。 1. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng) 圖2.30所示電路中，當(dāng)電源電壓VCCVBB且各電源、電阻取值合適時(shí)，能保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，即保證三極管處于放大狀態(tài)。三極管的放大作用是通過(guò)載流子的運(yùn)動(dòng)體現(xiàn)出來(lái)的，其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)有三個(gè)過(guò)程： （1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子由于發(fā)射結(jié)正向偏置，載流子的運(yùn)動(dòng)主要以多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為主。發(fā)射區(qū)的多子（電子）不斷通過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的多子（空穴）也通過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，如圖1.28

38、所示。這兩種多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的擴(kuò)散電流即為發(fā)射極電流IE。由于發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)，因而IE主要以電子電流為主，空穴電流可以忽略不計(jì)。第36頁(yè)/共73頁(yè) （2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，靠近發(fā)射結(jié)附近濃度很高，離結(jié)越遠(yuǎn)濃度越低。由于濃度差電子將繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散，又由于基區(qū)很薄、雜質(zhì)濃度低，電子在擴(kuò)散過(guò)程中只有很少一部分與基區(qū)的空穴復(fù)合掉，形成基極電流I B n 。 （3）集電區(qū)收集電子由于集電結(jié)反向偏置，有利于少子的漂移運(yùn)動(dòng)。從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子便成為了基區(qū)的少子，它們擴(kuò)散到集電結(jié)附近后很容易在集電結(jié)電場(chǎng)作用下漂移到集電區(qū)，被集電區(qū)收集，形成集電極電流I C

39、n 。 與此同時(shí)，由于集電結(jié)反向偏置，基區(qū)本身的少子（電子）與集電區(qū)的少子（空穴）將在結(jié)電場(chǎng)的作用下形成漂移電流，即反向飽和電流，稱為ICBO。ICBO數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)，但由于它受溫度影響大，將影響管子的性能。第37頁(yè)/共73頁(yè) 由以上分析可知，三極管內(nèi)部有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱為雙極型晶體管。三極管三個(gè)電極電流IB、IC、IE分別為： IB = IB n - ICBO （2.6） IC = IC n + ICBO （2.7）IE = IC n + IB n =（IC n + ICBO）+（IB n - ICBO）= IC + IB （2.8） 2. 各極電流之間的關(guān)系 在圖2.30所

40、示電路中，IB所在回路稱為輸入回路，IC所在回路稱為輸出回路，而發(fā)射極為兩個(gè)回路的公共端，因此，該電路稱為共射放大電路。該電路中電流IE主要是由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子而產(chǎn)生的；IB主要是由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子在基區(qū)與空穴復(fù)合而產(chǎn)生的；IC主要是由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)而形成的。當(dāng)管子制成以后，復(fù)合和漂移所占的比例就確定了，也就是說(shuō)IC與IB的比值也接確定了，這個(gè)比值就稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) ，即 由于IB遠(yuǎn)小于IC，因此 1，一般NPN型三極管的為幾十倍至一百多倍。BCII(1.9)第38頁(yè)/共73頁(yè) 實(shí)際電路中，三極管主要用于放大動(dòng)態(tài)信號(hào)。當(dāng)輸入回路加上動(dòng)態(tài)信號(hào)后，將引起發(fā)射

41、結(jié)電壓的變化，從而使發(fā)射極電流、基極電流變化，集電極電流也將隨之變化。集電極電流的變化量與基極電流變化量的比值稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) 式（2.10）表明三極管具有將基極電流變化量放大倍的能力，這就是三極管的電流放大作用。 因?yàn)樵诮品治鲋锌梢哉J(rèn)為 = ，故在實(shí)際應(yīng)用中不再加以區(qū)分。2.3.3 三極管的共射特性曲線 三極管的共射特性曲線是指三極管在共射接法下各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，分為輸入特性曲線和輸出特性曲線。 1. 輸入特性 輸入特性是指當(dāng)UCE不變時(shí)，基極電流iB與電壓uBE之間的關(guān)系曲線，即 IB = f（UBE） UCE = 常數(shù) 圖1.31中給出了UCE在兩種不同取值情

42、況下的輸入特性。輸入特性有如下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）當(dāng)UCE = 0時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)（發(fā)射結(jié)與集電結(jié)）并聯(lián)，此時(shí)輸入特性與二極管伏安特性相似。 BCii(2.10)第39頁(yè)/共73頁(yè) （2）當(dāng)UCE 0時(shí)，隨著UCE 的增大，特性曲線右移，這時(shí)集電結(jié)由正偏逐漸轉(zhuǎn)為反偏，集電結(jié)電場(chǎng)對(duì)發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子的吸引力增強(qiáng)，因而使基區(qū)內(nèi)與空穴復(fù)合的電子減少，表現(xiàn)為在相同UBE下對(duì)應(yīng)的IB減少。當(dāng)UCE大于某一數(shù)值（例如1 V）以后，特性曲線右移很少。這是因?yàn)榧娊Y(jié)反偏后，其反偏電壓已足將注入基區(qū)的電子基本上都收集到集電極，即使UCE再增大，IB也不會(huì)減小很多。所以，常常用UCE 1V的一條曲線（例如UC

43、E = 2V）來(lái)代表UCE 更高的情況。 2. 輸出特性 輸出特性是指當(dāng)IB不變時(shí)，集電極電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線，即 IC = f（UCE） IB =常數(shù)三極管的輸出特性如圖2.32所示。 從圖中可以看出，三極管的輸出特性為一組曲線，對(duì)應(yīng)不同的IB，輸出特性不同，但它們的形狀基本相同。在輸出特性曲線上可以劃分為三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。下面分別進(jìn)行介紹。第40頁(yè)/共73頁(yè) （1）截止區(qū) 一般將IB0的區(qū)域稱為截止區(qū)，在圖中為IB = 0的一條曲線以下部分。此時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于反向偏置，IC也近似為零，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有放大作用。 （2）放大區(qū) 在放大區(qū)內(nèi)，各條輸

44、出特性曲線比較平坦，近似為水平的直線，表示當(dāng)IB一定時(shí)，IC的值基本上不隨UCE而變化。而當(dāng)基極電流有一個(gè)微小的變化量IB時(shí)，相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生較大的變化量IC，且滿足IC =IB，體現(xiàn)出三極管的電流放大作用。第41頁(yè)/共73頁(yè) （3）飽和區(qū) 圖2.32中靠近縱坐標(biāo)的附近，各條輸出特性曲線的上升部分屬于三極管的飽和區(qū)。此時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于正向偏置。由于集電結(jié)正偏，不利于少子漂移，因而不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子，使得在相同的IB下IC比放大區(qū)的小。在飽和區(qū)，不滿足IC =IB。一般稱UCE = UBE時(shí)三極管的工作狀態(tài)為臨界飽和狀態(tài)。飽和時(shí)的UCE稱為飽和管壓降，記作UCE

45、S，一般小功率硅三極管的UCES0.4 V。 例2.5 圖2.33中三極管各電極電位已標(biāo)出，試判斷三極管分別處于何種工作狀態(tài)（飽和、放大、截止或已損壞），若處于放大或飽和狀態(tài)，請(qǐng)判斷是硅管還是鍺管。第42頁(yè)/共73頁(yè) 解： 判斷三極管的工作狀態(tài)主要是分析其兩個(gè)PN結(jié)的偏置狀態(tài)；而判斷管子的材料主要是看其導(dǎo)通時(shí)發(fā)射結(jié)的壓降，若 UBE = 0.7 V左右則為硅管， UBE = 0.2 V左右為鍺管。 （a）NPN型管，UBE = 0.1-(-0.2) = 0.3 V，發(fā)射結(jié)正偏；UBC = 0.1 - 6 = -5.9 V，集電結(jié)反偏，故該管工作在放大狀態(tài)，且為鍺管。 （b）PNP型管，UBE

46、= 0.31 = -0.7 V，發(fā)射結(jié)正偏；UBC =0.3 -（-2）= 2.3 V，集電結(jié)反偏，故該管工作在放大狀態(tài)，且為硅管。 （c）NPN型管，UBE = -3 -(-2) = -1 V，發(fā)射結(jié)反偏；UBC = -30 = -3 V，集電結(jié)反偏，該管工作在截止?fàn)顟B(tài)。 （d）PNP型管，UBE = 5.3 6 = -0.7 V，發(fā)射結(jié)正偏；UBC = 5.3 - 5.5 = -0.2 V，集電結(jié)正偏，該管工作在飽和狀態(tài)，硅管。 （e）NPN型管，UBE = 44 = 0 V，發(fā)射結(jié)壓降為零；UBC = 4 -4= 0 V，集電結(jié)壓降也為零，故該管可能被擊穿，已損壞；也可能因電路連線問(wèn)題而

47、使之截止。 例1.6 在圖1.34（a）所示電路中，已知三極管發(fā)射結(jié)正偏時(shí)Uon = 0.7 V，深度飽和時(shí)其管壓降UCES = 0，= 60。 （1）試分析u I = 0 V和5 V時(shí)，三極管處于何種工作狀態(tài)，并求u O ； （2）分析u I = 1 V時(shí)，三極管處于何種工作狀態(tài)，并求電路中電流i C和輸出電壓u O。第43頁(yè)/共73頁(yè) 解：（1）當(dāng)u I = 0 V時(shí)，發(fā)射結(jié)上壓降也將為零，即uBE = 0 VUon，因而三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，i B = i C = 0，因而u O = VCC = 10 V。當(dāng)u I = 5 V時(shí)，發(fā)射結(jié)將正偏，即u BE = 0.7 V，從輸入回路可

48、計(jì)算出mA1250mA20705BBEIBRuui第44頁(yè)/共73頁(yè)則 i C = i B = 12.9 mA而i C最大只能為因而 i Cmax i B = 12.9 mA 所以三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，輸出電壓uO = UCES = 0 V。由以上分析可知，三極管就如同一只受u I控制的開(kāi)關(guān)，如圖2.34（b）所示，當(dāng)u I = 0 時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，uO = VCC = 10 V；當(dāng)uI = 5 V時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，uO = UCES = 0。 （2）當(dāng)u I = 1 V時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，uBE = 0.7 V，則 由于iB = 0.9 mAiCmax = 2 mA，說(shuō)明三極管處于放大狀態(tài)。輸出電壓

49、uCE = uOuBE，因而集電結(jié)反偏，從另一角度說(shuō)明三極管處于放大狀態(tài)。mA2CCCCCECCmaxCRVRUViA15mA20701BBEIBRuuiVRiVu5590510CCCCO第45頁(yè)/共73頁(yè)2.3.4 三極管的主要參數(shù) 1. 電流放大系數(shù) 三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用大小的參數(shù)。綜合前面的討論，有以下幾個(gè)參數(shù)： （1）共射交流電流放大系數(shù) 它反映三極管在加動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)的電流放大特性， | UCE =常數(shù) 。 （2）共射直流電流放大系數(shù) 該參數(shù)反映三極管在直流工作狀態(tài)下集電極電流與基極電流之比， .在實(shí)際應(yīng)用中可近似認(rèn)為 = 。 （3） 共基交流電流放大系數(shù)體現(xiàn)共基接法時(shí)

50、三極管的電流放大作用。共基接法指輸入回路和輸出回路的公共端為基極。的定義是集電極電流與發(fā)射極電流的變化量之比，即 .BCIIBCIIECII第46頁(yè)/共73頁(yè) （4）共基直流電流放大系數(shù)該參數(shù)反映三極管在直流工作狀態(tài)下集電極電流與發(fā)射極電流之比，即 。 在實(shí)際應(yīng)用中可近似認(rèn)為 = 。 和 這兩個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，兩者之間存在以下關(guān)系 或 2. 反向飽和電流 （1）集電極-基極反向飽和電流ICBO：ICBO是指發(fā)射極e開(kāi)路時(shí)集電極c和基極b之間的反向電流。一般小功率鍺管的ICBO約為幾微安幾十微安；硅三極管的ICBO要小得多，有的可以達(dá)到納安數(shù)量級(jí)。 （2）集電極-發(fā)射極間的穿透電流

51、ICEO：ICEO是指基極b開(kāi)路時(shí)集電極c和發(fā)射e間加上一定電壓時(shí)所產(chǎn)生的集電極電流。ICEO=（1+ ）ICBO。因?yàn)镮CBO和ICEO都是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成的，所以對(duì)溫度非常敏感。ICBO和ICEO愈小，表明三極管的質(zhì)量愈高。 3. 極限參數(shù) 三極管的極限參數(shù)是指使用時(shí)不得超過(guò)的限度。主要有以下幾項(xiàng)：ECII11第47頁(yè)/共73頁(yè) （1）集電極最大允許電流ICM 當(dāng)集電極電流過(guò)大，超過(guò)一定值時(shí)，三極管的值就要減小，且三極管有損壞的危險(xiǎn)，該電流值即為ICM。 （2）集電極最大允許功耗PCM 三極管的功率損耗大部分消耗在反向偏置的集電結(jié)上，并表現(xiàn)為結(jié)溫升高，PCM是在管子溫升允許的條件下集電極

52、所消耗的最大功率。超過(guò)此值，管子將被燒毀。 （3）反向擊穿電壓 三極管的兩個(gè)結(jié)上所加反向電壓超過(guò)一定值時(shí)都將被擊穿，因此，必須了解三極管的反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓主要有以下幾項(xiàng)： U（BR）CEO：基極開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。 U（BR）CBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。 三極管正常工作時(shí)，其安全工作范圍如圖1.35所示。第48頁(yè)/共73頁(yè)2.3.5 三極管的判別及手冊(cè)的查閱方法 三極管的判別主要包括確定三極管的類型、性能和參數(shù)?？捎脤ｉT(mén)的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)試，但一般粗略判別三極管的類型和管腳時(shí)，可直接通過(guò)三極管的型號(hào)簡(jiǎn)單判斷，也可利用萬(wàn)用表測(cè)量方法判斷

53、。下面介紹其型號(hào)的意義及利用萬(wàn)用表的簡(jiǎn)單測(cè)量方法。 1. 三極管型號(hào)的意義 三極管的型號(hào)一般由五大部分組成，如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B為例說(shuō)明各部分的命名意義。 3 D G 110 B （1） （2） （3） （4） （5） （1）第一部分由數(shù)字組成，代表電極數(shù)?！?”代表三極管。 （2）第二部分由字母組成，表示三極管的材料與類型。如A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。 （3）第三部分由字母組成，表示管子的功能，如G表示高頻小功率管，X為低頻小功率管，A為高頻大功率管，D為低頻大功率管，K為開(kāi)關(guān)管等。 （4）第

54、四部分由數(shù)字組成，表示三極管的序號(hào)。 （5）第五部分由字母組成，表示三極管的規(guī)格號(hào)。第49頁(yè)/共73頁(yè) 2. 三極管手冊(cè)的查閱方法 三極管手冊(cè)中給出了三極管的技術(shù)參數(shù)和使用方法，是我們正確使用三極管的依據(jù)。 三極管的種類很多，其性能、用途和參數(shù)指標(biāo)也各不相同。在使用時(shí)，如不了解就無(wú)法準(zhǔn)確地選擇出電路中所需要的三極管，甚至?xí)蛉龢O管的某項(xiàng)參數(shù)不滿足電路的要求，而損壞三極管或使電路的性能達(dá)不到實(shí)際要求。因此，要準(zhǔn)確使用三極管，正確使用的前提是掌握必要的查閱三極管手冊(cè)的方法。 （1）三極管手冊(cè)的基本內(nèi)容 三極管手冊(cè)中主要包括三極管的型號(hào)、電參數(shù)符號(hào)說(shuō)明、主要用途及主要參數(shù)。 （2）三極管手冊(cè)的查閱方

55、法 在實(shí)際工作中，可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)查閱三極管手冊(cè)，一般分以下兩種情況： 已知三極管的型號(hào)查閱其性能參數(shù)和使用范圍。若已知三極管的型號(hào)，則通過(guò)查閱三極管的手冊(cè)，可以了解其類型、用途和主要參數(shù)等技術(shù)指標(biāo)。這種情況常出現(xiàn)于在設(shè)計(jì)、制作電路過(guò)程中，對(duì)已知型號(hào)的三極管進(jìn)行分析，看其是否滿足電路的要求之時(shí)。 根據(jù)使用要求選擇三極管。根據(jù)手冊(cè)選擇滿足電路要求的三極管，是三極管手冊(cè)的另一重要用途。查閱手冊(cè)時(shí)，首先要確定所選三極管的類型，在手冊(cè)中查找對(duì)應(yīng)三極管欄目。確定欄目以后，將欄目中各型號(hào)三極管參數(shù)逐一與要求參數(shù)比較，看是否滿足電路的要求，來(lái)確定所用三極管的型號(hào)。第50頁(yè)/共73頁(yè) 3. 判別三極管的管型和

56、管腳 （1）根據(jù)三極管外殼上的型號(hào)，初判其類型。 （2）根據(jù)三極管的外形特點(diǎn)，初判其管腳，常見(jiàn)典型三極管的管腳排列如圖1.36所示。 （3）用萬(wàn)用表判別三極管的管腳及管型。 基極的判別。因?yàn)榛鶚O對(duì)集電極和發(fā)射極的PN結(jié)方向相同，所以，首先確定基極比較容易。具體方法是：將萬(wàn)用表的歐姆擋置R1 k（）擋，并調(diào)零，用黑（紅）表筆接三極管的某一電極，用紅（黑）表筆分別接另外兩個(gè)電極，輪流測(cè)試，直到測(cè)出的兩個(gè)電阻都很小時(shí)為止，則該電極為基極。這時(shí)，若黑表筆接基極，則該管為NPN管；若紅表筆接基極，則該管為PNP管。 集電極和發(fā)射極的判別。將上述測(cè)出的基極開(kāi)路，將萬(wàn)用表?yè)苤罵1 k（）擋，調(diào)零后，用萬(wàn)用表

57、的黑、紅表筆去接觸另外兩電極，測(cè)得一阻值，再將黑、紅表筆對(duì)調(diào)，又測(cè)得一阻值，比較兩個(gè)阻值的大小。綜合分析可知，對(duì)于NPN管，在阻值略小的那一次中，紅表筆所接電極為集電極，則另一電極為發(fā)射極；對(duì)于NPN管，可在基極與黑表筆之間接上一個(gè)100的電阻，用上述同樣的方法再測(cè)量，在阻值略小的那一次中，黑表筆所接電極為集電極，則另一電極為發(fā)射極。 根據(jù)硅管的發(fā)射結(jié)正向壓降大于鍺管的正向壓降的特點(diǎn)，來(lái)判斷其材料。一般常溫下，鍺管正向壓降為0.20.3 V，硅管的正向壓降為0.60.7 V。根據(jù)圖1.37所示電路進(jìn)行測(cè)量，由電壓表的讀數(shù)大小確定是硅管還是鍺管。第51頁(yè)/共73頁(yè)第52頁(yè)/共73頁(yè) 4. 三極管

58、的質(zhì)量粗判及代換方法 （1）判別三極管的質(zhì)量好壞 根據(jù)三極管的基極與集電極、基極與發(fā)射極之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為兩個(gè)同向PN結(jié)的特點(diǎn)，用萬(wàn)用表分別測(cè)量其兩個(gè)PN結(jié)（發(fā)射結(jié)、集電結(jié)）的正、反向電阻。若測(cè)得PN結(jié)的正向電阻均很小，反向電阻均很大，則三極管一般為8，否則已損壞。 （2）三極管的代換方法 通過(guò)上述方法的判斷，如果發(fā)現(xiàn)電路中的三極管已損壞，更換時(shí)一般應(yīng)遵循下列原則：第53頁(yè)/共73頁(yè) 更換時(shí)，盡量更換相同型號(hào)的三極管。 無(wú)相同型號(hào)更換時(shí)，新?lián)Q三極管的極限參數(shù)應(yīng)等于或大于原三極管的極限參數(shù)，如參數(shù)ICM、PCM、U（BR）CEO等。 性能好的三極管可代替性能差的三極管。如穿透電流ICEO小的三極管

59、可代換ICEO大的，電流放大系數(shù)高的可代替低的。 在集電極耗散功率允許的情況下，可用高頻管代替低頻管，如3DG型可代替3DX型。 開(kāi)關(guān)三極管可代替普通三極管，如3DK型代替3DG型，3AK型代替3AG型管。第54頁(yè)/共73頁(yè)2.4 場(chǎng)效應(yīng)管 前面介紹的半導(dǎo)體三極管為雙極型晶體管，原因是其內(nèi)部有兩種載流子（多子和少子）參與導(dǎo)電。現(xiàn)在將要討論另一種類型的半導(dǎo)體器件，它們內(nèi)部只有一種載流子（多子）參與導(dǎo)電，故稱其為單極型晶體管。又因?yàn)檫@種管子是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的，所以也稱為場(chǎng)效應(yīng)管，可縮寫(xiě)為FET（Field Effect Transistor）。場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類：一類是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET

60、（Junction FET），另一類是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管IGFET（Insutated Gate FET）。2.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1結(jié)構(gòu) 在N型半導(dǎo)體兩邊用擴(kuò)散法或其它工藝形成兩個(gè)高濃度的P型區(qū)（用P+）表示，將這兩個(gè)P+區(qū)各引出一個(gè)電極并連在一起稱為柵極G，在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D，如圖2.38（a）所示，這樣就制成了N溝道JFET。兩個(gè)P+區(qū)與N型半導(dǎo)體之間形成了兩個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。用同樣方法可制成P溝道的JFET。N溝道和P溝道JFET的電路符號(hào)分別如圖2.38（b）和（c）所示。其中箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N，因而