第9章常用晶體管ppt課件

1、第第 9 章章 常用晶體管常用晶體管9 . 1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)n9 . 1 . 1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體n1 本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu) n 半導(dǎo)體鍺和硅都是半導(dǎo)體鍺和硅都是 4 價(jià)元素，其原價(jià)元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖子結(jié)構(gòu)示意圖如圖 9 一一 1 所示。它們的所示。它們的最外層都有最外層都有 4 個(gè)價(jià)電子，帶個(gè)價(jià)電子，帶 4 個(gè)單位負(fù)個(gè)單位負(fù)電荷。通常把原子核和內(nèi)層電子稱為電荷。通常把原子核和內(nèi)層電子稱為n2 本征激發(fā)本征激發(fā)n 在本征半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子與空在本征半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子與空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，因此將它們稱為電穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，因此將它們稱為電子

2、一空穴對(duì)。當(dāng)自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中子一空穴對(duì)。當(dāng)自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到空穴時(shí)，可能會(huì)填充進(jìn)去從而恢復(fù)遇到空穴時(shí)，可能會(huì)填充進(jìn)去從而恢復(fù)一個(gè)共價(jià)鍵，與此同時(shí)消失一個(gè)電子一一個(gè)共價(jià)鍵，與此同時(shí)消失一個(gè)電子一空穴對(duì)，這一相反過(guò)程稱為復(fù)合?？昭▽?duì)，這一相反過(guò)程稱為復(fù)合。9 . 1 . 2N 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n1 . N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體9 . 1 . 3 PN 結(jié)結(jié)n1 . PN 結(jié)的形成結(jié)的形成n 在一塊完整的硅片上，用不同的在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成摻雜工藝使其一邊形成 N 型半導(dǎo)體，另型半導(dǎo)體，另一邊形成一邊形成 P 型半導(dǎo)體，那么在兩種半導(dǎo)型半導(dǎo)體，

3、那么在兩種半導(dǎo)體交界面附近就形成了體交界面附近就形成了 PN 結(jié)，如圖結(jié)，如圖 9 一一 5 所示。所示。2 . PN 結(jié)的單向?qū)щ娚Y(jié)的單向?qū)щ娚?PN 結(jié)在未加外加電壓時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)結(jié)在未加外加電壓時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)處于動(dòng)態(tài)平衡，通過(guò)與漂移運(yùn)動(dòng)處于動(dòng)態(tài)平衡，通過(guò) PN 結(jié)結(jié)的電流為零。當(dāng)電源正極接的電流為零。當(dāng)電源正極接 P 區(qū)，負(fù)極區(qū)，負(fù)極接接 N 區(qū)時(shí)，稱為給區(qū)時(shí)，稱為給 PN 結(jié)加正向電壓或結(jié)加正向電壓或正向偏置，如圖正向偏置，如圖 9 一一 6 所示。所示。9 . 2 晶體二極管晶體二極管n9 . 2 . 1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)n 晶體二極管也稱半導(dǎo)體二極管，它晶體二極管也稱半導(dǎo)體

4、二極管，它是在是在 PN 結(jié)兩側(cè)接上電極引線，再用管結(jié)兩側(cè)接上電極引線，再用管殼封裝而成的。按其結(jié)構(gòu)，通常有點(diǎn)接殼封裝而成的。按其結(jié)構(gòu)，通常有點(diǎn)接觸型和面結(jié)合型兩類。常用符號(hào)如圖觸型和面結(jié)合型兩類。常用符號(hào)如圖 9 一一 7 所示。所示。1 類型類型n( 1 ）按材料分有硅二極管、鍺二極管和砷化）按材料分有硅二極管、鍺二極管和砷化稼二極管等。稼二極管等。 n( 2 ）按結(jié)構(gòu)分：根據(jù)）按結(jié)構(gòu)分：根據(jù) PN 結(jié)面積大小，有點(diǎn)結(jié)面積大小，有點(diǎn)接觸型、面結(jié)合型二極管接觸型、面結(jié)合型二極管n( 3 ）按用途分：有整流、穩(wěn)壓、開(kāi)關(guān)、發(fā)光、）按用途分：有整流、穩(wěn)壓、開(kāi)關(guān)、發(fā)光、光電、變?nèi)?、阻尼二極管等。光電

5、、變?nèi)?、阻尼二極管等。 n( 4 ）按封裝形式分：有塑封及金屬封等二極）按封裝形式分：有塑封及金屬封等二極管。管。 n( 5 ）按功率分：有大功率、中功率及小功率）按功率分：有大功率、中功率及小功率二極管等。二極管等。2 半導(dǎo)體二極管的命名方式半導(dǎo)體二極管的命名方式 半導(dǎo)體器件的型號(hào)由半導(dǎo)體器件的型號(hào)由 4 個(gè)部分組成，個(gè)部分組成，如圖如圖 9 一一 n 所示。如所示。如 2APg , 2 表表示電極數(shù)為示電極數(shù)為 2 , “A表示表示 N 型鍺材料，型鍺材料， P ”表示普通管，表示普通管， 9 表示序號(hào)。表示序號(hào)。9 . 2 . 2 伏安特性伏安特性n1 正向特牲正向特牲n 由圖由圖 9

6、一一 12 可以看出，當(dāng)所加的可以看出，當(dāng)所加的正向電壓為零時(shí)，電流為零；當(dāng)正向電正向電壓為零時(shí)，電流為零；當(dāng)正向電壓較小時(shí)，由于外電場(chǎng)遠(yuǎn)不足以克服壓較小時(shí)，由于外電場(chǎng)遠(yuǎn)不足以克服 PN 結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所造成結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所造成的阻力，故正向電流很小幾乎為零），的阻力，故正向電流很小幾乎為零），二極管呈現(xiàn)出較大的電阻。這段曲線稱二極管呈現(xiàn)出較大的電阻。這段曲線稱為死區(qū)。為死區(qū)。2 反向特牲反向特牲 當(dāng)二極管兩端外加反向電壓時(shí)，當(dāng)二極管兩端外加反向電壓時(shí)， PN 結(jié)內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)一步圖結(jié)內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)一步圖 9 一一 12 二極管的伏二極管的伏安特性曲線增強(qiáng)，使擴(kuò)散更難進(jìn)行。安特

7、性曲線增強(qiáng)，使擴(kuò)散更難進(jìn)行。3 反向擊穿特牲反向擊穿特牲 擊穿特性的特點(diǎn)是：雖然反向電流擊穿特性的特點(diǎn)是：雖然反向電流劇增，但二極管的端電壓變化很小，這劇增，但二極管的端電壓變化很小，這一特點(diǎn)成為制作穩(wěn)壓二極管的依據(jù)。一特點(diǎn)成為制作穩(wěn)壓二極管的依據(jù)。4 激發(fā)對(duì)二極管伏安特牲的影響激發(fā)對(duì)二極管伏安特牲的影響 二極管是溫度的敏感器件，溫度的變二極管是溫度的敏感器件，溫度的變化對(duì)其伏安特性的影響主要表現(xiàn)為：隨化對(duì)其伏安特性的影響主要表現(xiàn)為：隨著溫度的升高，其正向特性曲線左移，著溫度的升高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減小；反向特性曲線下移，即正向壓降減?。环聪蛱匦郧€下移，即反向電流增大。一般在室

8、溫附近，溫即反向電流增大。一般在室溫附近，溫度每升高度每升高 1 ，其正向壓降減小，其正向壓降減小 2 一一 2 . 5 mV ；溫度每升高；溫度每升高 10 ，反向電，反向電流增大流增大 1 倍左右。倍左右。9 . 2 . 3 主要參數(shù)主要參數(shù)n( 1 ）最大整流電流）最大整流電流n( 2 ）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓 UBR和最大反向工和最大反向工作電壓作電壓URMn( 3 ）反向峰值電流）反向峰值電流n( 4 ）正向壓降）正向壓降n( 5 ）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻9 . 2 . 4 二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試9 . 2 . 5 二極管應(yīng)用舉例二極管應(yīng)用舉例9.3晶體三極管晶體三極管9

9、. 3 . 1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 1 結(jié)構(gòu)和符號(hào)結(jié)構(gòu)和符號(hào) 雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 9 一一 15 所示所示E 一一 B 間的間的 PN 結(jié)稱為發(fā)結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，射結(jié)， C 一一 B 間的間的 PN 結(jié)稱為集電結(jié)。結(jié)稱為集電結(jié)。2 三極管的分類三極管的分類n( 1 ）按其結(jié)構(gòu)類型分為）按其結(jié)構(gòu)類型分為 NPN 管和管和 PNP 管；管； n( 2 ）按其制作材料分為硅管和鍺管；）按其制作材料分為硅管和鍺管； n( 3 ）按工作頻率分為高頻管和低頻管；）按工作頻率分為高頻管和低頻管； n( 4 ）按功率分為小功率管和大功率管；）按功率分為小功率管和大功

10、率管； n( 5 ）按用途分有普通三極管和開(kāi)關(guān)管。）按用途分有普通三極管和開(kāi)關(guān)管。9 . 3 . 2 電流分配和放大原理電流分配和放大原理n1 雙極型半導(dǎo)體三極管內(nèi)部電流分配關(guān)系雙極型半導(dǎo)體三極管內(nèi)部電流分配關(guān)系n 雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時(shí)，一定要加雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時(shí)，一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若工作在放大狀態(tài)，上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若工作在放大狀態(tài)，發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓?，F(xiàn)以發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓?，F(xiàn)以 NPN 型三極管為例，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)，型三極管為例，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)， 3 個(gè)電極個(gè)電極上的電流必然滿足節(jié)點(diǎn)電流定律，即流人三極上的電流必然滿足節(jié)點(diǎn)電流定律，即

11、流人三極管的基極電流幾和集電極電流管的基極電流幾和集電極電流 IC 等于流出三等于流出三極管的發(fā)射極電流幾，即極管的發(fā)射極電流幾，即n（2） 放大原理放大原理n 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子n (高摻雜）高摻雜）n 電子在基區(qū)中復(fù)合與擴(kuò)散電子在基區(qū)中復(fù)合與擴(kuò)散n （基區(qū)薄、低摻雜）（基區(qū)薄、低摻雜）n 電子被集電極收集電子被集電極收集n 面積大面積大內(nèi)部條件內(nèi)部條件外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（3電流分配關(guān)系：電流分配關(guān)系： EBCCBIIIII2 雙極型半導(dǎo)體三極管的放大原理雙極型半導(dǎo)體三極管的放大原理n1 ）三極管的）三極管的 3 種連接方式

12、種連接方式n2 ）三極管的電流放大系數(shù)）三極管的電流放大系數(shù)n 對(duì)于集電極電流對(duì)于集電極電流 Ic 和基極電流極和基極電流極之間的關(guān)系可以用系數(shù)來(lái)說(shuō)明，定義之間的關(guān)系可以用系數(shù)來(lái)說(shuō)明，定義n3 ）三極管的放大作用如圖）三極管的放大作用如圖 9 一一 20 所所示為共射接法的三極管放大電路。示為共射接法的三極管放大電路。9 . 3 . 3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線 三極管的特性曲線是用來(lái)表示該晶三極管的特性曲線是用來(lái)表示該晶體三極管各極電壓和電流之間相互關(guān)系體三極管各極電壓和電流之間相互關(guān)系的曲線，特性曲線可用實(shí)驗(yàn)或查半導(dǎo)體的曲線，特性曲線可用實(shí)驗(yàn)或查半導(dǎo)體器件手冊(cè)獲得。最常用的是共發(fā)射

13、極接器件手冊(cè)獲得。最常用的是共發(fā)射極接法的輸人特性曲線和輸出特性曲線。共法的輸人特性曲線和輸出特性曲線。共發(fā)射極接法的電路如圖發(fā)射極接法的電路如圖 9 一一 21 所示。所示。1 偷入特牲曲線偷入特牲曲線2 輸出特性曲線輸出特性曲線9 . 3 . 4 半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù) 當(dāng)晶體管接成共射極電路時(shí)，靜態(tài)當(dāng)晶體管接成共射極電路時(shí)，靜態(tài)時(shí)集電極電流時(shí)集電極電流 Ic 與基極電流幾的比值稱與基極電流幾的比值稱為共射極靜態(tài)又稱直流電流放大系為共射極靜態(tài)又稱直流電流放大系數(shù)，用刀表示。即數(shù)，用刀表示。即2 極間反向電流極間反向電流3 極限參數(shù)極限參數(shù)n1 ）集電極最大允許電流）集

14、電極最大允許電流n2 ）集電極最大允許功率損耗）集電極最大允許功率損耗9 . 3 . 5 三極管的判別方法三極管的判別方法n1 基極和管型的判斷基極和管型的判斷n 三極管內(nèi)部有兩個(gè)三極管內(nèi)部有兩個(gè) PN 結(jié)，即集結(jié)，即集電結(jié)和發(fā)射結(jié)，圖電結(jié)和發(fā)射結(jié)，圖 9 一一 25 所示為所示為 NPN 型三極管。與二極管相似，三極管內(nèi)的型三極管。與二極管相似，三極管內(nèi)的 PN 結(jié)同樣具有單向?qū)щ娦?。因而，可用結(jié)同樣具有單向?qū)щ娦?。因而，可用萬(wàn)用表電阻擋判別出基極萬(wàn)用表電阻擋判別出基極 B 和管型和管型2 集電極和發(fā)射極的判別集電極和發(fā)射極的判別3 共發(fā)射極直流電流放大系共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)的性能測(cè)試數(shù)

15、的性能測(cè)試 測(cè)試方法與上述判別測(cè)試方法與上述判別 C , E 極方法相極方法相似。由三極管電流放大倍數(shù)原理可知，似。由三極管電流放大倍數(shù)原理可知，在接在接 RB 時(shí)，測(cè)得阻值比未接時(shí)，測(cè)得阻值比未接 RB 時(shí)越時(shí)越小，表明三極管的電流放大系數(shù)越大。小，表明三極管的電流放大系數(shù)越大。9 . 4 其他常用晶體管其他常用晶體管n9 . 4 . 1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管n 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管，應(yīng)用在穩(wěn)壓二極管伏半導(dǎo)體硅二極管，應(yīng)用在穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線見(jiàn)圖安特性曲線見(jiàn)圖 9 一一 27 ）反向擊穿）反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當(dāng)?shù)碾娮枧浜蠀^(qū)，

16、由于它在電路中與適當(dāng)?shù)碾娮枧浜虾竽芷鸬椒€(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。管。2.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) n(1) 穩(wěn)定電壓n (2) 動(dòng)態(tài)電阻 n愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡 n(3) 最大穩(wěn)定電流 ZUZZIUrzmaxZI3.穩(wěn)壓作用 n（1） 設(shè)電源電壓波動(dòng)負(fù)載不變）n（2） 設(shè)負(fù)載變化電源不變）9 . 4 . 2 光電二極管光電二極管 光電二極管又稱光敏二極管，它是光電二極管又稱光敏二極管，它是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，與光敏電阻器相光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，與光敏電阻器相比，具有靈敏度高、高頻性能好、可靠比，具有靈敏度高、高頻性能好、可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)

17、。光電性好、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。光電二極管如圖二極管如圖 9 一一 29 所示。光電二極管所示。光電二極管使用時(shí)要反向接入電路中，即正極接電使用時(shí)要反向接入電路中，即正極接電源負(fù)極，負(fù)極接電源正極源負(fù)極，負(fù)極接電源正極9 . 4 . 3 發(fā)光二極管發(fā)光二極管n1 發(fā)光原理發(fā)光原理n 發(fā)光二極管的管芯結(jié)構(gòu)與普通二極發(fā)光二極管的管芯結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，由一個(gè)管相似，由一個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成。當(dāng)在發(fā)光結(jié)構(gòu)成。當(dāng)在發(fā)光二極管二極管 PN 結(jié)上加正向電壓時(shí)，空間電結(jié)上加正向電壓時(shí)，空間電荷層變窄，載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)荷層變窄，載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使動(dòng)，致使 P 區(qū)的空穴注入?yún)^(qū)的空穴注入

18、N 區(qū)，區(qū)， N 區(qū)區(qū)的電子注入的電子注入 P 區(qū)。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)，區(qū)。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)，會(huì)釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)。會(huì)釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)。2 種類和符號(hào)種類和符號(hào)n 發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來(lái)發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來(lái)區(qū)分，有磷化稼（區(qū)分，有磷化稼（ GaP ）發(fā)光二極管、磷砷）發(fā)光二極管、磷砷化稼化稼 ( GaAsP ）發(fā)光二極管、砷鋁稼）發(fā)光二極管、砷鋁稼（ GaAIAs ）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來(lái)）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來(lái)分，有發(fā)紅光、黃光、綠光及眼睛看不見(jiàn)的紅分，有發(fā)紅光、黃光、綠光及眼睛看不見(jiàn)的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來(lái)區(qū)別，可分為小外發(fā)光二極管等；若按功率來(lái)區(qū)別，可分為小功率（功率（ HG400 系列）、中功率（系列）、中功率（ HG50 系系列和大功率（列和大功率（ HG52 系列發(fā)光二極管。系列發(fā)光二極管。另外，還有多色、變色發(fā)光二極管等另外，還有多色、變色發(fā)光二極管等n通常正向壓降值在1.5 3V范圍內(nèi)。n反向耐壓一般在6V左右。n串聯(lián)限流電阻n發(fā)光二極管不宜在高溫環(huán)境中使用 圖9-30發(fā)光二極管符號(hào)9 . 4 . 4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管也是一種半導(dǎo)體三極管，場(chǎng)效應(yīng)管也是一種半導(dǎo)體三極管，它的功能與前面介紹的三極管相同，外它的功能與前面介紹的三極