CH14半導(dǎo)體器件

1、(1-1)電工學(xué)電工學(xué)上冊(cè)上冊(cè) 電工技術(shù)電工技術(shù) n第1章 電路的基本概念與基本定律 n第2章 電路的基本分析方法n第3章 電路的暫態(tài)分析 n第4章 正弦交流電 n第5章 三相電路(1-2)電工學(xué)電工學(xué)下冊(cè)下冊(cè) 電子技術(shù)電子技術(shù)n第14章 半導(dǎo)體器件 n第15章 基本放大電路n第16章 集成運(yùn)算放大器 n第17章 電子電路中的反饋n第18章 直流穩(wěn)壓電源(1-3)電子技術(shù)電子技術(shù) 第十四章 半導(dǎo)體器件模擬電路部分模擬電路部分(1-4) 1第一代電子器件電子管 1906年，福雷斯特（Lee De Fordst）等發(fā)明了電子管，是電子學(xué)發(fā)展史上第一個(gè)里程碑。用電子管可實(shí)現(xiàn)整流、穩(wěn)壓、檢波、放大、振

2、蕩、變頻、調(diào)制等多種功能電路。 電子管體積大、重量重、壽命短、耗電大。世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)用1.8萬只電子管，占地170m2，重30t，耗電150kW。(1-5)2第二代電子器件晶體管 1948年，肖克利（W.Shckly）等發(fā)明了半導(dǎo)體晶體管，其性能明顯優(yōu)于電子管，從而大大促進(jìn)了電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。晶體管的發(fā)明是電子學(xué)歷史上的第二個(gè)里程碑。 盡管晶體管在體積、重量等方面性能優(yōu)于電子管，但由成百上千只晶體管和其他元件組成的分立電路體積大、焊點(diǎn)多，可靠性差。(1-6)3第三代電子器件集成電路 1958年，基爾白等提出將管子、元件和線路集成封裝在一起的設(shè)想，三年后，集成電路實(shí)現(xiàn)了商品化。 當(dāng)前，單

3、個(gè)芯片可集成器件成千上萬個(gè)，例如，CPU芯片P6內(nèi)部就封裝了550萬只晶體管。集成電路的發(fā)展促進(jìn)了電子學(xué)、特別是數(shù)字電路和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人類社會(huì)開始邁進(jìn)信息時(shí)代。(1-7)第十四章第十四章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性電特性 14.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié) 14.3 二極管二極管 14.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 14.5 雙極型晶體管雙極型晶體管 14.6 光電器件光電器件(1-8)14.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)導(dǎo) 體：體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬，金屬一般都是導(dǎo)體。一

4、般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(1-9)半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能當(dāng)受外界熱和光的作用

5、時(shí)，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。力明顯變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。(1-10)14.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。(1-11)提純的硅材料可形成單晶單晶單晶硅單晶硅相鄰原子由外層電子形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵(covalent bo

6、nd)共價(jià)鍵共價(jià)鍵本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。(1-12)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。(1-13)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很

7、少，所以，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，相當(dāng)于絕緣體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，相當(dāng)于絕緣體。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。+4+4+4+4(1-14)+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴空穴空穴和和自由電子自由電子都稱為載流子。都稱為載流子。(1-15)2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填穴吸引

8、附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。(1-16)溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響本征半導(dǎo)體性能的一個(gè)導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響本征半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子

9、的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。(1-17)14.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的雜半導(dǎo)體的某種某種載流子濃度大大增加。載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體（在硅或鍺中摻入少量的三價(jià)元素在硅

10、或鍺中摻入少量的三價(jià)元素硼硼）。）。N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體（在硅或鍺中摻入少量的五價(jià)元素體（在硅或鍺中摻入少量的五價(jià)元素磷）。磷）。(1-18)+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1.1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電

11、子稱為由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。一、一、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(1-19)二、二、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是多子空穴是多子，電子是少子，電子是少子。1.1.由受主原子提供的空由受主原子提供的空穴穴，濃度與受主原子相同。，濃度與受主原子相同。P 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？2.2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。(1-20)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P

12、 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。(1-21)14.2.1 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體和體和N 型半導(dǎo)體，并在局部再摻入濃度較高的雜型半導(dǎo)體，并在局部再摻入濃度較高的雜質(zhì)，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形質(zhì)，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了成了PN 結(jié)。結(jié)。14.2 PN結(jié)及其單向

13、導(dǎo)電性結(jié)及其單向?qū)щ娦?4.2.1 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1-22)14.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 區(qū)區(qū)加正、加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P區(qū)區(qū)加負(fù)、加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。(1-23)+RE一、一、PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄變薄PN+_外電壓使得內(nèi)電場(chǎng)被外電壓使得內(nèi)電場(chǎng)被削弱，形成較大的擴(kuò)削弱，形成較大的擴(kuò)散電流。理解為散電流。理解為正向正向?qū)▽?dǎo)通。(1-24

14、)二、二、PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚變厚NP+_外加電壓使得內(nèi)電場(chǎng)被外加電壓使得內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，抑制了多子的被加強(qiáng)，抑制了多子的擴(kuò)散，只有少子漂移而擴(kuò)散，只有少子漂移而形成較小的反向電流。形成較小的反向電流。理解為理解為反向截止反向截止。RE(1-25)14.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管u二極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的基本結(jié)構(gòu)u二極管的伏安特性二極管的伏安特性u(píng)二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)(1-26)(1) 點(diǎn)接觸型(a)點(diǎn)接觸型 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)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基本結(jié)構(gòu)：點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型基本結(jié)構(gòu)

15、：點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。14.3.1 二極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的基本結(jié)構(gòu)(1-27)(c)平面型(3) 平面型(2) 面接觸型(b)面接觸型符號(hào)舊符號(hào)新符號(hào)陽極(Anode)陰極(Cathode)標(biāo)記D1D2DiodePN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路于工頻大電流整流電路往往用于集成電路制造工藝中。往往用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積結(jié)面積可大可小可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。用于高頻整流和開關(guān)電路中。(1-28)二極管的分類二極管的分類 根據(jù)制造二極管的半導(dǎo)體材料根據(jù)制造二極管的半導(dǎo)體

16、材料 分為硅、鍺等；分為硅、鍺等；根據(jù)二極管的結(jié)構(gòu)根據(jù)二極管的結(jié)構(gòu) 分為點(diǎn)接觸、面接觸等；分為點(diǎn)接觸、面接觸等；根據(jù)二極管的工作頻率根據(jù)二極管的工作頻率 分為低頻、高頻等；分為低頻、高頻等；根據(jù)二極管的功能根據(jù)二極管的功能 分為檢波、整流、開關(guān)、變?nèi)荨⒎譃闄z波、整流、開關(guān)、變?nèi)?、發(fā)光、光敏、觸發(fā)及隧道二極管等；發(fā)光、光敏、觸發(fā)及隧道二極管等；根據(jù)二極管的功率特性根據(jù)二極管的功率特性 分為小功率、大功率二極分為小功率、大功率二極管等；管等； (1-29) 14.3.2 14.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: :

17、硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR(1-30)ODOD段段稱為正向特性。稱為正向特性。OCOC段段，正向電壓較小，正向電壓較小，正向電流非常小，只有當(dāng)正向電流非常小，只有當(dāng)正向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，正向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，才有明顯的正向電流，這才有明顯的正向電流，這個(gè)電壓稱為個(gè)電壓稱為死區(qū)電壓死區(qū)電壓，亦，亦稱稱開啟電壓開啟電壓。CDCD段段，當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流近似當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流近似以指數(shù)規(guī)律迅速增長(zhǎng)，二極管呈現(xiàn)充分以指數(shù)規(guī)律迅速增長(zhǎng)，二極管呈現(xiàn)充分導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)。正向?qū)ㄕ驅(qū)ˋDCBiDuDOUBR(1-31

18、)OBOB段稱為反向特性。段稱為反向特性。這時(shí)二極這時(shí)二極管加反向電壓，反向電流很小管加反向電壓，反向電流很小。當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體中本征激發(fā)當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體中本征激發(fā)增加，是少數(shù)載流子增多，故反向增加，是少數(shù)載流子增多，故反向電流增大，特性曲線向下降。電流增大，特性曲線向下降。 反向擊穿反向擊穿BABA段稱為反向擊穿特性段稱為反向擊穿特性當(dāng)二極管外加反向電壓大于一定數(shù)值時(shí)，反向電流當(dāng)二極管外加反向電壓大于一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然劇增，稱為二極管反向擊穿。突然劇增，稱為二極管反向擊穿。反向截止反向截止ADCBiDuDOUBR(1-32)iDouD20406080100(mA)(v)-40-

19、80-0.1-0.20.40.8iDouD-200-10020406080100-10-30-207520(mA)(v)(A)12 材料材料開啟電壓（開啟電壓（V）導(dǎo)通電壓（導(dǎo)通電壓（V）反向飽和電流（反向飽和電流（A）硅（硅（Si） 0.5 0.5 0.61 0.1 0.1鍺（鍺（Ge） 0.1 0.1 0.20.5 幾十幾十二極管的伏安特性對(duì)溫度很敏感，溫度升高時(shí)，二極管的伏安特性對(duì)溫度很敏感，溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。A)(1-33)型號(hào)命名規(guī)則國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下

20、：P(1-34)部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體高頻二極管參數(shù)表部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體高頻二極管參數(shù)表最高反向工作電壓（峰值）V反向擊穿電壓 V正向電流 mA反向電流A最高工作頻率MHZ極間電容 Pf最大整流電流mA2AP120402.52501501162ck71001505.02503000.120部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體整流二極管參數(shù)表部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體整流二極管參數(shù)表最大整流 電流 A最高反向工作電壓（峰值）V最高工作電壓下的反向電流（125度） A正向壓降（平均值） V最高工作頻率 MHZ2CZ52A 0.12510000.832CZ54D0.5140010000.832CZ57F5300010000.83(1-35)（一

21、）理想二極管等效電路（一）理想二極管等效電路當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，正向壓降極管導(dǎo)通，正向壓降u uD D=0,=0,相當(dāng)于開關(guān)閉合；相當(dāng)于開關(guān)閉合； iDuD0D特性曲線的近似特性曲線的近似等效電路等效電路當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管截止，反向電流極管截止，反向電流IR=0，相當(dāng)于開關(guān)斷開。相當(dāng)于開關(guān)斷開。(1-36)( (二）考慮正向壓降的等效電路二）考慮正向壓降的等效電路DKUD在二極管充分導(dǎo)通在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很且工作電流不是很大時(shí)，可以近似認(rèn)大時(shí)，可以近似認(rèn)為為U UD D為常數(shù)，用一為常數(shù)，用一個(gè)直流電壓源個(gè)直流電壓源U UDD

22、來來等效正向?qū)ǖ亩刃д驅(qū)ǖ亩O管極管。特性曲線的近似特性曲線的近似等效電路等效電路iDuDUD0(1-37)（三）小信號(hào)模型（微變模型等效電路）（三）小信號(hào)模型（微變模型等效電路）Q iuuDiDV-A特性特性Q 為靜態(tài)為靜態(tài)工作點(diǎn)工作點(diǎn)+ui-+uo-實(shí)際電路實(shí)際電路RLrdRL+ui-+uo-微變等效電路微變等效電路在模擬電路里面，二極管多數(shù)工作在小信號(hào)狀態(tài)。在模擬電路里面，二極管多數(shù)工作在小信號(hào)狀態(tài)。也即工作在某個(gè)很小的區(qū)域。所以通常用小信號(hào)也即工作在某個(gè)很小的區(qū)域。所以通常用小信號(hào)模型來代替二極管。即把二極管看成一個(gè)等效電阻。模型來代替二極管。即把二極管看成一個(gè)等效電阻。其電阻

23、值其電阻值 rd 為：為：DDDuri(1-38)14.3.3 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 IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。向平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR，反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓URWM二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊(cè)上給出的反向工作峰值電壓而燒壞。手冊(cè)上給出的反向工作峰值電壓URWM一般是一般是UBR的一半。的一半。(1-39

24、)3. 反向峰值電流反向峰值電流 IRM指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流比鍺管較小。越高反向電流越大。硅管的反向電流比鍺管較小。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、是主要利用它的單向?qū)щ娦裕饕獞?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。限幅、保護(hù)等等。(1-40)RLuiuouiuott例例14.1：二極管半波整流二極管半波整流二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例理

25、想二極管(1-41)例例14.2：分析：分析uR、uo的波形的波形tttuiuRuoRRLuiuRuoC設(shè)設(shè)RC為一微分電路為一微分電路(1-42)例例14.3 設(shè)圖示電路中的二極管性能均為理想。試判斷設(shè)圖示電路中的二極管性能均為理想。試判斷各電路中的二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出各電路中的二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出A、B兩點(diǎn)兩點(diǎn)之間的電壓之間的電壓AB值值。 V115V10VV2R2KW W UABB+_D2AD1(a)V115V10VV2R2KW W UABB+_D2AD1(b)(1-43)解：判斷電路中二極管導(dǎo)通的方法：解：判斷電路中二極管導(dǎo)通的方法： 假定電路即將導(dǎo)通，判斷電路中各二極

26、管上的壓降。假定電路即將導(dǎo)通，判斷電路中各二極管上的壓降。壓降高的管子優(yōu)先導(dǎo)通。壓降高的管子優(yōu)先導(dǎo)通。對(duì)于圖對(duì)于圖 a，在電路即將導(dǎo)通在電路即將導(dǎo)通時(shí)時(shí)，D1、D2上的正偏電壓上的正偏電壓分別為分別為10V，5V。D2反偏電壓為反偏電壓為15VD1導(dǎo)通導(dǎo)通AB =0VD2截止截止V115V10VV2R2KW W UABB+_D2AD1(a)(1-44)對(duì)于圖對(duì)于圖 b b，在電路即將導(dǎo)通時(shí)，在電路即將導(dǎo)通時(shí)，即即 D D1 1上的反偏電壓為上的反偏電壓為15V15VD D2 2優(yōu)先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通D D1 1截止截止D D1 1、D D2 2上的正偏電壓分別為上的正偏電壓分別為: :10V，25V

27、AB =15VD2優(yōu)先導(dǎo)通后優(yōu)先導(dǎo)通后V115V10VV2R2KW W UABB+_D2AD1(b)(1-45)14.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管u穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管u穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與普通二極管類似，差異是其反向特性曲線比較陡反向特性曲線比較陡u穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，擊穿后電流雖然在很大范圍變化，但穩(wěn)壓二極管兩端電壓變化很?。ǚ€(wěn)壓穩(wěn)壓）u穩(wěn)壓二極管與普通二極不一樣，反向擊穿反向擊穿是可逆的是可逆的(1-46)UIIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，曲線越陡，電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)定。定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻：ZZIUZrrz越

28、小，穩(wěn)越小，穩(wěn)壓性能越好。壓性能越好。穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管的伏安特性+(1-47)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)1、穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)兩端的電壓。穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)兩端的電壓。2、電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。一般說低于穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。一般說低于6V時(shí)電壓溫度系數(shù)為負(fù)，高于時(shí)電壓溫度系數(shù)為負(fù)，高于6V時(shí)溫度系數(shù)為正。時(shí)溫度系數(shù)為正。3、動(dòng)態(tài)電阻、動(dòng)態(tài)電阻ZZIUZr(1-48)4、穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流Izmax。穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓二極管工作時(shí)的參考電流。是穩(wěn)壓二極管工作時(shí)

29、的參考電流。5、最大允許功耗、最大允許功耗maxZZZMIUP穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)(1-49)穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例max3ImA5106 . 11220zI例14.4.1 穩(wěn)壓電路如圖，各參數(shù)是否合適？+20VIZR=1.6KDZUZ=12VImax=18mA解：解：能正常工作。能正常工作。(1-50)負(fù)載電阻負(fù)載電阻 。要求要求當(dāng)輸入電壓由正常值當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生發(fā)生 20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzIIU例例14.4 穩(wěn)壓管的技術(shù)參穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)如下數(shù)如下:W k2LR求：

30、求：電阻電阻R和輸入電壓和輸入電壓 ui 的正常值。的正常值。(1-51)uoiZDZRiLiuiRL解：令輸入電壓達(dá)到上限解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax 。mA25maxLZzRUIi10252 . 1RUiRuzi方程方程1令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin 。(1-52)mA10minLZzRUIi10108 . 0RUiRuzi方程方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得：Wk50V7518.R,.ui(1-53)例例14.514.5 已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓

31、值已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ6V，穩(wěn)定，穩(wěn)定電流的最小值電流的最小值IZmin5mA。求圖所示電路中。求圖所示電路中UO1和和UO2各為多少伏。各為多少伏。解：解：UO16V，UO25V。 (1-54)14.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型14.5 雙極型晶體管雙極型晶體管(1-55)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)(1-56)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：

32、摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高(1-57)本章只討論NPN型晶體管的工作原理。如圖所示，對(duì)如圖所示，對(duì)NPN型晶體管加型晶體管加EB和和EC兩個(gè)電源，接兩個(gè)電源，接成成共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法構(gòu)成兩個(gè)回路。構(gòu)成兩個(gè)回路。14.5.2 電流分配和放大原理電流分配和放大原理(1-58)通過實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果，得：通過實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果，得：(1). BCEIII(2). IC(或或IE)比比IB大得大得多，多，(如表中第三、四列數(shù)據(jù)如表中第三、四列數(shù)據(jù))5.3704.050.1BCII3.3806.030.2IIBCIB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA) 0.00

33、1 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE(mA) 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05(1-59)4002. 080. 004. 006. 050. 130. 2IIBC(4). 要使晶體管起放大作用，要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏發(fā)射結(jié)必須正向偏置、集電結(jié)必須反向偏置置、集電結(jié)必須反向偏置具有放大作用的外具有放大作用的外部條件部條件。IB的微小變化可以引起的微小變化可以引起IC的較大變化的較大變化(這就是晶體管的電流放大作用)。 IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA) 0.001 0.70 1.50 2.

34、30 3.10 3.95IE(mA) IC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。(1-68)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 (1-70)例例14.6： =50， USC =12V， RB =70kW W， RC =6kW W 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)當(dāng)USB =-2V時(shí)：時(shí)：ICUC

35、EIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：最大飽和電流：Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) (1-71)IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V時(shí)：時(shí)：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC例例14.6： =50， USC =12V， RB =70kW W， RC =6kW W 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？(1-72)USB =5V時(shí)時(shí):IC

36、UCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于飽和區(qū)，此時(shí)位于飽和區(qū)，此時(shí)IC 和和IB 已不是已不是 倍的關(guān)系。倍的關(guān)系。mA061070705.RUUIBBESBBcmaxBII5mA0 . 3mA061. 050mA2cmaxcII例例14.6： =50， USC =12V， RB =70kW W， RC =6kW W 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？(1-73)例例14.7：用萬用表直流電壓檔測(cè)得電路中晶體管：用萬用表直流電壓檔測(cè)得電路中晶體管各電極的對(duì)地電位如圖所示，試判斷這些晶體管各電極的對(duì)地電位如圖所示，

37、試判斷這些晶體管的工作狀態(tài)。的工作狀態(tài)。解：解： 放大放大 截止截止 損壞損壞 飽和飽和(1-74)14.5.4 主要參數(shù)主要參數(shù)前面的電路中，晶體管的發(fā)射極是輸入輸出的前面的電路中，晶體管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。集接法。共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)：BCII_工作于動(dòng)態(tài)的晶體管，真正的信號(hào)是疊加在工作于動(dòng)態(tài)的晶體管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為 IB，相應(yīng)的集電極電流變化為相應(yīng)的集電極電流變化為 IC，則則交流電流放交流電流放大倍數(shù)大倍

38、數(shù)為：為：BIIC1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _(1-75)例例14.8：UCE=6V時(shí)時(shí)：IB = 40 A時(shí)時(shí) IC =1.5 mA； IB = 60 A時(shí)時(shí) IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =(1-76)2.集集- -基極反向截止電流基極反向截止電流ICBO AICBOICBO是集是集電結(jié)反偏電結(jié)反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向電的反向電流，受溫流，受溫度的變化度的變化影響。影響。(1-77)BECNNPICBOICEO=

39、IBE+ICBO IBE IBEICBO進(jìn)入進(jìn)入N區(qū)，形成區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，根據(jù)放大關(guān)系，由于由于IBE的存的存在，必有電流在，必有電流 IBE。集電結(jié)反集電結(jié)反偏有偏有ICBO3. 集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響受溫度影響很大，當(dāng)溫度上很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，升時(shí)，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相應(yīng)增加。相應(yīng)增加。晶體晶體管的溫度特性較管的溫度特性較差差。(1-78)4.集電極最大電流集電極最大電流ICM集電極電流集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致晶體管的上升會(huì)導(dǎo)致晶體管的 值的下降，值的下降，當(dāng)當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電值下降到正常值的三分之二