上課電工學(xué) 第4章_-

1、第四章第四章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 PNPN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦员菊靼雽?dǎo)體本征半導(dǎo)體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為的材料稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體。最常用的半導(dǎo)體。最常用的半導(dǎo)體為硅為硅(S(Si i) )和鍺和鍺(Ge)(Ge)。它們的共同特征。它們的共同特征是四價(jià)元素，每個(gè)原子最外層電子數(shù)是

2、四價(jià)元素，每個(gè)原子最外層電子數(shù)為為 4 4。+SiGe半導(dǎo)體材料的特性半導(dǎo)體材料的特性 純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差；純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差； 摻雜性摻雜性摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能力增強(qiáng)。摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能力增強(qiáng)。 熱敏性熱敏性溫度升高導(dǎo)電能力增強(qiáng)；溫度升高導(dǎo)電能力增強(qiáng)； 光敏性光敏性光照增強(qiáng)導(dǎo)電能力增強(qiáng)光照增強(qiáng)導(dǎo)電能力增強(qiáng),還可以還可以 產(chǎn)生電動(dòng)勢；產(chǎn)生電動(dòng)勢；本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 經(jīng)過高度提純的經(jīng)過高度提純的單一晶格結(jié)構(gòu)單一晶格結(jié)構(gòu)的硅的硅或鍺原子構(gòu)成的晶體，或者說，或鍺原子構(gòu)成的晶體，或者說，完全純完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半本征半導(dǎo)體導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體的

3、特點(diǎn)是：本征半導(dǎo)體的特點(diǎn)是：原子核最外層的價(jià)電子是原子核最外層的價(jià)電子是四個(gè)，是四價(jià)元素，它們四個(gè)，是四價(jià)元素，它們排列成非常整齊的晶格結(jié)排列成非常整齊的晶格結(jié)構(gòu)。所以半導(dǎo)體又稱為構(gòu)。所以半導(dǎo)體又稱為晶晶體體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能價(jià)電子與共價(jià)鍵價(jià)電子與共價(jià)鍵自由電子與空穴自由電子與空穴電子電流與空穴電流電子電流與空穴電流價(jià)電子與共價(jià)鍵價(jià)電子與共價(jià)鍵 在本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)在本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子與相構(gòu)中，每一個(gè)原子與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合。每鄰的四個(gè)原子結(jié)合。每一原子的一原子的個(gè)個(gè)價(jià)電子價(jià)電子與與另一原子的一個(gè)另一原子的一個(gè)價(jià)電子價(jià)電子組成一個(gè)組成一個(gè)電子對電子對。這

4、對。這對價(jià)電子是每兩個(gè)相鄰原價(jià)電子是每兩個(gè)相鄰原子共有的，它們把相鄰子共有的，它們把相鄰的原子結(jié)合在一起，構(gòu)的原子結(jié)合在一起，構(gòu)成所謂成所謂共價(jià)鍵共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵共價(jià)鍵硅原子硅原子共價(jià)鍵共價(jià)鍵價(jià)電子價(jià)電子價(jià)電子受到價(jià)電子受到激發(fā)激發(fā)，形成自由電子并留形成自由電子并留下空穴。下空穴。半導(dǎo)體中的半導(dǎo)體中的自由電自由電子子和和空穴空穴都能參與都能參與導(dǎo)電導(dǎo)電半導(dǎo)體具半導(dǎo)體具有兩種載流子。有兩種載流子。自由電子和空穴自由電子和空穴同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)產(chǎn)生空穴空穴自由電子與空穴自由電子與空穴 在價(jià)電子成為自由電子的在價(jià)電子成為自由電子的同時(shí)，在它原來的位置上同時(shí)，在它原來的位置上就出現(xiàn)一個(gè)就出現(xiàn)一個(gè)

5、空位空位，稱為，稱為空空穴穴?？昭ū硎驹撐恢萌鄙倏昭ū硎驹撐恢萌鄙僖粋€(gè)電子一個(gè)電子，丟失電子的原，丟失電子的原子顯正電，稱為子顯正電，稱為正離子正離子。 自由電子又可以回到空穴自由電子又可以回到空穴的位置上，使離子恢復(fù)中的位置上，使離子恢復(fù)中性，這個(gè)過程叫性，這個(gè)過程叫復(fù)合復(fù)合。硅原子共價(jià)鍵價(jià)電子產(chǎn)生與復(fù)合產(chǎn)生與復(fù)合SiSiSiSiSi電子電流與空穴電流電子電流與空穴電流 在外電場的作用下，有空穴的原子可以吸在外電場的作用下，有空穴的原子可以吸引相鄰原子中的價(jià)電子，填補(bǔ)這個(gè)空穴。引相鄰原子中的價(jià)電子，填補(bǔ)這個(gè)空穴。同時(shí)，在失去了一個(gè)價(jià)電子的相鄰原子的同時(shí)，在失去了一個(gè)價(jià)電子的相鄰原子的共價(jià)鍵中

6、出現(xiàn)另一個(gè)空穴，它也可以由相共價(jià)鍵中出現(xiàn)另一個(gè)空穴，它也可以由相鄰原子中的價(jià)電子來遞補(bǔ)，而在該原于中鄰原子中的價(jià)電子來遞補(bǔ)，而在該原于中又出現(xiàn)一個(gè)空穴。又出現(xiàn)一個(gè)空穴。如此繼續(xù)下去就好象空如此繼續(xù)下去就好象空穴在運(yùn)動(dòng)穴在運(yùn)動(dòng)。而。而空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)的方向相反動(dòng)的方向相反，因此空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電，因此空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)，稱為荷的運(yùn)動(dòng)，稱為空穴電流空穴電流?？昭▋r(jià)電子SiSiSiSiSi雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空穴本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數(shù)目極少導(dǎo)電兩種載流子，但由于數(shù)目極少導(dǎo)電能力仍然很低。如果在能力仍然很

7、低。如果在其中摻入微其中摻入微量的雜質(zhì)量的雜質(zhì)( (某種元素某種元素) )，這將使摻雜，這將使摻雜后的半導(dǎo)體后的半導(dǎo)體( (雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體) )的導(dǎo)電性的導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)能大大增強(qiáng) N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中滲入少量磷在硅或鍺晶體中滲入少量磷(或其它五或其它五價(jià)元素價(jià)元素)。每個(gè)。每個(gè)磷原子有五個(gè)價(jià)電子磷原子有五個(gè)價(jià)電子故在構(gòu)故在構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)將因多成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)將因多出一個(gè)價(jià)電子出一個(gè)價(jià)電子，這，這樣，在半導(dǎo)體中多出的該價(jià)電子容易掙脫樣，在半導(dǎo)體中多出的該價(jià)電子容易掙脫束縛形成自由電子。這種束縛形成自由電子。這種以自由電子導(dǎo)電

8、以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體稱為電子型半作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體或?qū)w或N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。SiGe+P= =N型型P+多余多余電子電子SiSiSiSiSiSiP特點(diǎn)特點(diǎn) 在在N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中中電子電子是是多多數(shù)載流子、空穴是少數(shù)載數(shù)載流子、空穴是少數(shù)載流子。流子。 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在在硅或鍺硅或鍺晶體中滲入晶體中滲入硼硼(或其它三價(jià)或其它三價(jià)元素元素)。每個(gè)硼原子只有三個(gè)價(jià)電子。每個(gè)硼原子只有三個(gè)價(jià)電子故在構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)將故在構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)將因缺少一個(gè)因缺少一個(gè)電子電子而形成而形成一個(gè)空穴一個(gè)空穴，這樣，在半導(dǎo)，這樣，在半導(dǎo)體中就形成了大量空穴。這

9、種以空穴體中就形成了大量空穴。這種以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體稱為導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體稱為空穴半導(dǎo)體空穴半導(dǎo)體或或P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。SiGe+B= =P型型SiSiSiSiSiSiB+B空穴空穴 摻硼的硼的半導(dǎo)體中，空穴空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于的數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子自由電子的數(shù)目。的數(shù)目?？湛昭ㄑ槎鄶?shù)載流子多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體稱為，自由電子是少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體稱為空空穴型半導(dǎo)體或穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 一般情況下，摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù)一般情況下，摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù)載流子的載流子的1010倍或更多，電子載流子數(shù)目將

10、增加倍或更多，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍幾十萬倍。PNPN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?PN結(jié)的形成結(jié)的形成 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成結(jié)的形成 在一塊晶體兩邊分別形成在一塊晶體兩邊分別形成P型和型和N型半導(dǎo)型半導(dǎo) 體。體。圖中圖中 代表得到一個(gè)電子的三價(jià)雜質(zhì)代表得到一個(gè)電子的三價(jià)雜質(zhì)(例如硼例如硼)離離子，帶負(fù)電；子，帶負(fù)電； 代表失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)代表失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)(例如磷例如磷)離子帶正電。由于離子帶正電。由于P區(qū)有大量空穴區(qū)有大量空穴(濃濃度大度大)，而，而N區(qū)的空穴極少區(qū)的空穴極少(濃度小濃度小)，因此，因此空穴空穴要從濃度大的要從濃度大的P區(qū)向濃

11、度小的區(qū)向濃度小的N區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。 PN自由電子自由電子空穴空穴擴(kuò)散擴(kuò)散 擴(kuò)散擴(kuò)散P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場多數(shù)載流子將多數(shù)載流子將擴(kuò)散擴(kuò)散形成形成耗盡層耗盡層；耗盡層載流子的交界處留耗盡層載流子的交界處留下不可移動(dòng)的離子形成下不可移動(dòng)的離子形成空空間電荷區(qū)間電荷區(qū)；（內(nèi)電場）（內(nèi)電場）內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙了多子的阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散。繼續(xù)擴(kuò)散。P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)空間電荷區(qū)的內(nèi)電場對多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)空間電荷區(qū)的內(nèi)電場對多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用。但對少數(shù)載流子（動(dòng)起阻擋作用。但對少數(shù)載流子（P區(qū)的自區(qū)的自由電子和由電子和N區(qū)的空穴區(qū)的空穴)則可推動(dòng)它們越過空間則可推動(dòng)它們越過空間電荷區(qū)，進(jìn)入對方。

12、電荷區(qū)，進(jìn)入對方。少數(shù)載流子在內(nèi)電場作少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移漂移運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。漂移漂移漂移漂移擴(kuò)散與漂移擴(kuò)散與漂移擴(kuò)散和漂移的動(dòng)態(tài)平衡形成了擴(kuò)散和漂移的動(dòng)態(tài)平衡形成了PN結(jié)結(jié) 擴(kuò)散和漂移擴(kuò)散和漂移是互相聯(lián)系，又是互相矛盾的。是互相聯(lián)系，又是互相矛盾的。在在開始形成空間電荷區(qū)時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)開始形成空間電荷區(qū)時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢。占優(yōu)勢。但在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過程中，但在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過程中，空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)逐漸加寬，內(nèi)電場逐步加強(qiáng)。于是在一定條件下逐漸加寬，內(nèi)電場逐步加強(qiáng)。于是在一定條件下(例如溫度一定例如溫度一定)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸

13、減，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)裁流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)。弱，而少數(shù)裁流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)。最后最后擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到平衡后。達(dá)到平衡后空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來，PN結(jié)就處于結(jié)就處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。相對穩(wěn)定的狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?如果在如果在PN結(jié)上結(jié)上加正向電壓加正向電壓，即外電源的正端，即外電源的正端接接P區(qū)，負(fù)端接區(qū)，負(fù)端接N區(qū)。區(qū)。 可見外電場與內(nèi)電場的方向相反，故內(nèi)電場被可見外電場與內(nèi)電場的方向相反，故內(nèi)電場被削弱，整個(gè)削弱，整個(gè)空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄，有利于多

14、數(shù)載流，有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流較大的擴(kuò)散電流(正正向電流向電流)，少子，少子漂移電流微乎其微漂移電流微乎其微，此時(shí)，此時(shí)PN結(jié)結(jié)的電流可認(rèn)為是多子的擴(kuò)散電流，其大小受外的電流可認(rèn)為是多子的擴(kuò)散電流，其大小受外電路的限流電阻電路的限流電阻R的制約。的制約。 在在一定范圍內(nèi)一定范圍內(nèi)，外電場愈強(qiáng)外電場愈強(qiáng)，正向電，正向電流流(由由P區(qū)流向區(qū)流向N區(qū)的電流區(qū)的電流)愈大，這時(shí)愈大，這時(shí)PN結(jié)結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低呈現(xiàn)的電阻很低。正向電流包括空穴電。正向電流包括空穴電流和電子電流兩部分。空穴和電子雖然帶流和電子電流兩部分?？昭ê碗娮与m然帶有不同極性的電荷，但

15、由于它們的運(yùn)動(dòng)方有不同極性的電荷，但由于它們的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以電流方向一致。外電源不斷向相反，所以電流方向一致。外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。地向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。 如果在如果在PN結(jié)上結(jié)上加反向電壓加反向電壓，即外電源，即外電源的正端接的正端接N區(qū)，負(fù)端接區(qū)，負(fù)端接 P區(qū)。區(qū)。 可見外電場與內(nèi)電場的方向相同，因此可見外電場與內(nèi)電場的方向相同，因此空間電荷區(qū)加厚空間電荷區(qū)加厚，內(nèi)電場增強(qiáng)；，內(nèi)電場增強(qiáng)；多子的多子的擴(kuò)散極難進(jìn)行擴(kuò)散極難進(jìn)行，少子的漂移運(yùn)動(dòng)得以順，少子的漂移運(yùn)動(dòng)得以順利進(jìn)行。通過利進(jìn)行。通過PN結(jié)得結(jié)得電流主要是漂移電流主要是漂移電流電流，其值較小

16、，通常為，其值較小，通常為微安級微安級，稱為稱為反向飽和電流反向飽和電流，此電流受溫度影響較大。，此電流受溫度影響較大。PN結(jié)反偏時(shí)，呈現(xiàn)結(jié)反偏時(shí)，呈現(xiàn)高阻截止高阻截止?fàn)顟B(tài)。狀態(tài)。 由以上分析可見：由以上分析可見：PN結(jié)結(jié)具有單具有單向?qū)щ娦韵驅(qū)щ娦?。即即在在PN結(jié)上加正向電壓時(shí)，結(jié)上加正向電壓時(shí)，PN結(jié)電結(jié)電阻很低正向電流較大阻很低正向電流較大(PN結(jié)處于導(dǎo)通結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)狀態(tài))，加反向電壓時(shí)，加反向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很高，反結(jié)電阻很高，反向電流很小向電流很小(PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài))。思考題： 為什么空間電荷區(qū)靠近為什么空間電荷區(qū)靠近N區(qū)的一側(cè)帶正區(qū)的一側(cè)帶正電，而靠近電，而靠近

17、P區(qū)的一側(cè)帶負(fù)電？區(qū)的一側(cè)帶負(fù)電？ 空間電荷區(qū)既然是由帶電的正負(fù)離子空間電荷區(qū)既然是由帶電的正負(fù)離子形成，為什么它的電阻率很高？形成，為什么它的電阻率很高？半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用 特殊二極管特殊二極管二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型 將PN結(jié)結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管殼，就成為半導(dǎo)體二極管。 從P區(qū)引出的電極稱為陽極（正極），從N區(qū)引出的電極稱為陰極（負(fù)極）。 按結(jié)構(gòu)分二極管有點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。 點(diǎn)接點(diǎn)接觸型二極管一般為觸型二極管

18、一般為鍺鍺管如圖管如圖(a)(a)所示。它的所示。它的PNPN結(jié)結(jié)面積很小結(jié)結(jié)面積很小( (結(jié)電容小結(jié)電容小) )，因此不能通過較大電流，因此不能通過較大電流，但其高頻性能好，故一般適用于高頻小功率的場合工但其高頻性能好，故一般適用于高頻小功率的場合工作，也用作數(shù)字電路中的開關(guān)元件。作，也用作數(shù)字電路中的開關(guān)元件。 面接面接觸型二極管觸型二極管( (一般為一般為硅硅管管) )如圖如圖 (b)(b)所示。它的所示。它的PNPN結(jié)結(jié)面積大結(jié)結(jié)面積大( (結(jié)電容大結(jié)電容大) )，故可通過較大電流，故可通過較大電流( (可達(dá)上千可達(dá)上千安培安培) )，但其工作頻率較低一般用作整流。，但其工作頻率較低一

19、般用作整流。 圖圖 (c)(c)是二極管的表示符號。箭頭方是二極管的表示符號。箭頭方向表示加正向電壓時(shí)的正向電流的方向，向表示加正向電壓時(shí)的正向電流的方向，逆箭頭方向表示不導(dǎo)通，體現(xiàn)了二極管的逆箭頭方向表示不導(dǎo)通，體現(xiàn)了二極管的單向?qū)щ娦阅?，其單向?qū)щ娦阅埽湮淖址枮槲淖址枮镈D（c）符號）符號 在在使用二極管時(shí)，必須注意極性不能接錯(cuò)，否則使用二極管時(shí)，必須注意極性不能接錯(cuò)，否則電路非但不能正常工作，還有毀壞管子和其他元件的電路非但不能正常工作，還有毀壞管子和其他元件的可能。可能。二極管的伏安特性二極管的伏安特性 所謂二極管的伏安特性是所謂二極管的伏安特性是指流過二極管的指流過二極管的電流

20、與兩端電流與兩端所加電壓的函數(shù)關(guān)系所加電壓的函數(shù)關(guān)系。二極。二極管既然是一個(gè)管既然是一個(gè)PN結(jié)，它當(dāng)結(jié)，它當(dāng)然具有然具有單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?，所以其，所以其伏安特性曲線如圖所示。伏安特性曲線如圖所示。 由圖中可見，二極管的伏安由圖中可見，二極管的伏安特性是非線性的，大致可分為四特性是非線性的，大致可分為四個(gè)區(qū)個(gè)區(qū)死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向截止區(qū)和反向擊穿區(qū)。向截止區(qū)和反向擊穿區(qū)。U(V)0.4 0.8-50-25I (mA)204060 (A)-40-200死區(qū)死區(qū) 由圖可見當(dāng)外加由圖可見當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，由正向電壓很低時(shí)，由于外電場還于外電場還不能克服不能克服PN結(jié)內(nèi)電場

21、結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載對多數(shù)載流子流子(除少量較大者外除少量較大者外)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流很小，幾乎正向電流很小，幾乎為零。這一區(qū)域稱為為零。這一區(qū)域稱為死區(qū)。死區(qū)。U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)-40-20通常硅管的死區(qū)通常硅管的死區(qū)電壓電壓約為約為0.5V，鍺管約為，鍺管約為0.2V。死區(qū)死區(qū)正向?qū)▍^(qū)正向?qū)▍^(qū) 當(dāng)外加當(dāng)外加正向電壓大正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)于死區(qū)電壓時(shí)，二極管，二極管由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通，由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通，當(dāng)當(dāng)電壓再繼續(xù)增加時(shí)，電電壓再繼續(xù)增加時(shí)，電流將急劇增加，流將急劇增加，而而二極二極管的電壓卻幾乎不變管的電壓卻幾乎不

22、變，此時(shí)二極管的電壓稱為此時(shí)二極管的電壓稱為正正向?qū)▔航迪驅(qū)▔航?。硅管正向?qū)▔航禐楣韫苷驅(qū)▔航禐?.60.7V，鍺管的正向?qū)▔航禐殒N管的正向?qū)▔航禐?.20.3V。U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)-40-20導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)反向截止區(qū)反向截止區(qū) 在二極管上在二極管上加反加反向電壓時(shí)向電壓時(shí)，由于，由于少數(shù)載少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成很形成很小的小的反向電流反向電流。反向電。反向電流有兩個(gè)特點(diǎn)，一流有兩個(gè)特點(diǎn)，一是它是它隨溫度的上升增長很快隨溫度的上升增長很快，一是在一是在反向電壓不能超反向電壓不能超過某一范圍過某一范圍，反向電流，反向電流

23、的大小基本的大小基本恒定恒定，而與，而與反向電壓的高低無關(guān)，反向電壓的高低無關(guān)，故通常稱它為反向飽和故通常稱它為反向飽和電流。電流。U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020 這是因?yàn)?，少?shù)載流子數(shù)目有這是因?yàn)?，少?shù)載流子數(shù)目有限，他們基本上都參與導(dǎo)電，所以，限，他們基本上都參與導(dǎo)電，所以，在反向電壓不超過某一范圍時(shí)，反在反向電壓不超過某一范圍時(shí)，反向電流很小且基本恒定。此時(shí)，二向電流很小且基本恒定。此時(shí)，二極管呈高阻截止?fàn)顟B(tài)。極管呈高阻截止?fàn)顟B(tài)。反向反向截止區(qū)截止區(qū)反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū) 當(dāng)外加反向電壓過當(dāng)外加反向電壓過高時(shí)，高時(shí)，反向電流將突然反向電流將突然增

24、加增加，二極管失去單向，二極管失去單向?qū)щ娦?，這種現(xiàn)象稱為導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象稱為擊穿。二極管被擊穿后，擊穿。二極管被擊穿后，一般不能恢復(fù)原來的性一般不能恢復(fù)原來的性能，便失效了。產(chǎn)生擊能，便失效了。產(chǎn)生擊穿時(shí)加在二極管上的反穿時(shí)加在二極管上的反向電壓稱為反向電壓稱為反向擊穿電向擊穿電壓壓（UBR）。）。U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)-40-20反向反向擊穿區(qū)擊穿區(qū)反向擊穿反向擊穿 擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。發(fā)生擊穿的原因，擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。發(fā)生擊穿的原因，一一種種是處于強(qiáng)電場中的載流子獲得足夠大的能量是處于強(qiáng)電場中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格碰撞晶格而將價(jià)

25、電子碰撞出來，而將價(jià)電子碰撞出來，產(chǎn)生電子空穴產(chǎn)生電子空穴對對，新產(chǎn)生的載流子在電場作用下獲得足夠能，新產(chǎn)生的載流子在電場作用下獲得足夠能量后量后又通過碰撞產(chǎn)生電子空穴對又通過碰撞產(chǎn)生電子空穴對。如此形成連。如此形成連鎖反應(yīng)，反向電流越來越大，最后使得二極管鎖反應(yīng)，反向電流越來越大，最后使得二極管反向擊穿，反向擊穿，另一種另一種原因是原因是強(qiáng)電場直接將共價(jià)鍵強(qiáng)電場直接將共價(jià)鍵中的價(jià)電子拉出來中的價(jià)電子拉出來，產(chǎn)生電子空穴對，形成較，產(chǎn)生電子空穴對，形成較大的反向電流。大的反向電流。二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可用一

26、些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是還可用一些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)。二極管的主要參數(shù)有下二極管的參數(shù)。二極管的主要參數(shù)有下面幾個(gè)面幾個(gè) 最大整流電流最大整流電流I ICM 最高反向電壓最高反向電壓U URM 最大反向電流最大反向電流I IRM最大整流電流最大整流電流ICMCM 最大整流電流是指二極管最大整流電流是指二極管長時(shí)間長時(shí)間使用時(shí)，允許流過二極管的最大使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流正向平均電流。當(dāng)電流超過允許。當(dāng)電流超過允許值時(shí)，將由于值時(shí)，將由于PNPN結(jié)過熱而使管子結(jié)過熱而使管子損壞。損壞。最高反向電壓最高反向電壓URM 它是它是保證二極管不被擊穿而給出保證二極管不

27、被擊穿而給出的反向峰值電壓的反向峰值電壓，也是二極管正，也是二極管正常工作時(shí)所允許加的最高反向電常工作時(shí)所允許加的最高反向電壓，一般是反向擊穿電壓的一半壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。或三分之二。最大反向電流最大反向電流IRM 它是指在二極管上它是指在二極管上加最高反向工作加最高反向工作電壓時(shí)電壓時(shí)的的反向電流值反向電流值。反向電流越反向電流越小，說明二極管的單向?qū)щ娦阅茉叫。f明二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶煤?，但反向電流，但反向電流受溫度的影響很大受溫度的影響很大。使用中?yīng)加以注意。使用中應(yīng)加以注意。 硅管硅管的反向電流較小，一般在的反向電流較小，一般在幾個(gè)幾個(gè)微安微安以下。以下。鍺管鍺

28、管的反向電流較大為的反向電流較大為硅管的硅管的幾十到幾百倍幾十到幾百倍。 除此之外，二極管的除此之外，二極管的參數(shù)還有最高工作頻率，參數(shù)還有最高工作頻率，結(jié)電容值、工作溫度和微結(jié)電容值、工作溫度和微變電阻等。變電阻等。二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用 二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向?qū)щ娦?。它可用于整利用它的單向?qū)щ娦?。它可用于整流、檢波、元件保護(hù)以及在脈沖與流、檢波、元件保護(hù)以及在脈沖與數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。 舉例說明。舉例說明。應(yīng)用一：電平應(yīng)用一：電平控制控制電路電路 例例1：在圖中，輸入：在圖中，輸入端端A的電位的電位VA=+3V

29、, B的的電位電位VB=0V,求輸出端求輸出端F的的電位電位VF=?。電阻。電阻R接負(fù)電接負(fù)電源源12V。解：解： 因?yàn)橐驗(yàn)锳端電位比端電位比B端電位高，所以，端電位高，所以，DA優(yōu)優(yōu)先導(dǎo)通。設(shè)二極管的正向壓降是先導(dǎo)通。設(shè)二極管的正向壓降是0.3V，則，則VF=2.7V。當(dāng)。當(dāng)DA導(dǎo)通后，導(dǎo)通后，DB上加的是反向電壓，上加的是反向電壓，所以，所以，DB截止。截止?；蚧蜷T門DA起鉗位作用。將起鉗位作用。將VF鉗制在鉗制在2.7V。DB起隔離作用起隔離作用應(yīng)用二：半波整流電路應(yīng)用二：半波整流電路 例例2：如圖所示的：如圖所示的兩個(gè)電路中，已知兩個(gè)電路中，已知ui=30sintV，二極管的，二極管的

30、正向壓降可忽略不計(jì)正向壓降可忽略不計(jì)，試分別畫出輸出電壓試分別畫出輸出電壓u0的波形。的波形。0u0t20t0u2時(shí)截止時(shí)導(dǎo)通0 , 00 , 0iiiuDuDuu0 , 00 , 0iiiuDuDuu截止時(shí)導(dǎo)通時(shí)40tiu23R+- -uiu0D+- -DRu0+- -ui+- -應(yīng)用三：檢波電路應(yīng)用三：檢波電路Ui是被調(diào)制的高頻信號，因二極管的單向?qū)щ娮饔茫潜徽{(diào)制的高頻信號，因二極管的單向?qū)щ娮饔茫演d波信號的負(fù)半周截去，再經(jīng)把載波信號的負(fù)半周截去，再經(jīng)電容電容C將高頻成分旁將高頻成分旁路路，在負(fù)載，在負(fù)載RL兩端得到輸出電壓兩端得到輸出電壓uo就是原來的低頻信就是原來的低頻信號。號。應(yīng)

31、用四：削波電路應(yīng)用四：削波電路電路如圖，設(shè)電路如圖，設(shè)5VE,tV10sinui 試分析輸出電壓的波形。試分析輸出電壓的波形。分析：假設(shè)分析：假設(shè)D兩端斷開，開路電壓兩端斷開，開路電壓DiuuEi00u,iiE uuuE uE當(dāng)當(dāng)應(yīng)用五：平移電路應(yīng)用五：平移電路平移電路的激勵(lì)含平移電路的激勵(lì)含直流直流和和交流交流兩部分，電路目標(biāo)兩部分，電路目標(biāo)是激勵(lì)與響應(yīng)之間是激勵(lì)與響應(yīng)之間僅有幅度差異僅有幅度差異而而無無相位和頻相位和頻率率差異。差異。分析：因交流為小信號，頻率較低。利用二極管的分析：因交流為小信號，頻率較低。利用二極管的不同模型在形式上可以將響應(yīng)分為直流和交流兩部不同模型在形式上可以將響應(yīng)

32、分為直流和交流兩部分計(jì)算。分計(jì)算。對（對（a）圖：）圖：7 . 001 EU（a）直流分析圖 （b）直流基礎(chǔ)上的交流分析圖對（對（b）圖：在直流響應(yīng)分量上，用過該點(diǎn)的切線）圖：在直流響應(yīng)分量上，用過該點(diǎn)的切線取代原曲線，對二極管的交流信號進(jìn)行分析，定義直線取代原曲線，對二極管的交流信號進(jìn)行分析，定義直線上的變化電壓與對應(yīng)變化電流的比值為交流電阻上的變化電壓與對應(yīng)變化電流的比值為交流電阻rdLLdsLLdsRRruEuRRruu )7 . 0(002應(yīng)用六：二極管應(yīng)用六：二極管“續(xù)流續(xù)流”保護(hù)電保護(hù)電路路開關(guān)開關(guān)S閉合，直流電源閉合，直流電源E接通電感量較大的線圈，接通電感量較大的線圈，全部電流

33、流過電感線圈全部電流流過電感線圈開關(guān)開關(guān)S斷開斷開，電流迅速降為零，電感量較大的線，電流迅速降為零，電感量較大的線圈兩端產(chǎn)生很大的負(fù)的暫態(tài)電壓。如沒有其圈兩端產(chǎn)生很大的負(fù)的暫態(tài)電壓。如沒有其他電路，將在開關(guān)兩端產(chǎn)生電弧，損壞開關(guān)。他電路，將在開關(guān)兩端產(chǎn)生電弧，損壞開關(guān)。有二極管，電壓有二極管，電壓0.7V范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路 伏安特性與穩(wěn)壓原理伏安特性與穩(wěn)壓原理 主要參數(shù)主要參數(shù)結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 穩(wěn)壓二極管是一種用特殊工藝制成穩(wěn)壓二極管是一種用特殊工藝制成的的面接觸型面接觸型硅二極管，其特殊之處

34、在于硅二極管，其特殊之處在于它工作在特性曲線的它工作在特性曲線的反向擊穿反向擊穿區(qū)，區(qū)，正常正常工作時(shí)處于反向擊穿狀態(tài)工作時(shí)處于反向擊穿狀態(tài)，并通過制造，并通過制造工藝保證工藝保證PNPN結(jié)不會被熱擊穿。所以，在結(jié)不會被熱擊穿。所以，在切斷電源后，管子能恢復(fù)原來的狀態(tài)。切斷電源后，管子能恢復(fù)原來的狀態(tài)。 在電路中與適當(dāng)電阻配合，能起在電路中與適當(dāng)電阻配合，能起到穩(wěn)定電壓的作用。故稱其為穩(wěn)壓管到穩(wěn)定電壓的作用。故稱其為穩(wěn)壓管伏安特性與穩(wěn)壓電路伏安特性與穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管的伏安特性曲線的曲線的反向擊穿特反向擊穿特性性比普通二極管的比普通二極管的要陡些。要陡些。U(V)0.400.8-

35、8-4I (mA)204010-20-1030-12反向反向正向正向穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路ZDR是限流電阻RL是負(fù)載電阻RZDLR0UiUI穩(wěn)壓管的主要穩(wěn)壓管的主要參數(shù)參數(shù)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ: 穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的端電壓，穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的端電壓，一般為一般為325V。電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù)u ：穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值受溫度：穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。變化影響的系數(shù)。穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的電流。：穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的電流。 IZ在在IZminIZmax間取值。間取值。動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rz：穩(wěn)壓管在：穩(wěn)壓管在反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū)內(nèi)的電壓內(nèi)的電壓變化量與相應(yīng)電

36、流變化變化量與相應(yīng)電流變化量之比值。量之比值。dU/dI最大允許耗散功率最大允許耗散功率PZM:保證管子安全工作時(shí)保證管子安全工作時(shí)所允許的最大功率損耗。所允許的最大功率損耗。發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管，顧名思發(fā)光二極管，顧名思意這種管子通以電流意這種管子通以電流將會發(fā)出光來。發(fā)光二將會發(fā)出光來。發(fā)光二極管的符號如圖極管的符號如圖 (a)所所示，伏安特性如圖示，伏安特性如圖 (b)所示。它的死區(qū)電壓比所示。它的死區(qū)電壓比普通二極管高，發(fā)光強(qiáng)普通二極管高，發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的大小成度與正向電流的大小成正比。發(fā)光二極管常用正比。發(fā)光二極管常用來做顯示器件。來做顯示器件。D發(fā)光二極管的符號發(fā)光

37、二極管的符號 )(a)(b發(fā)光二極管的伏安特性發(fā)光二極管的伏安特性 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題 為什么穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，則為什么穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，則穩(wěn)壓愈好？穩(wěn)壓愈好？ 利用穩(wěn)壓管或普通二極管的正向壓利用穩(wěn)壓管或普通二極管的正向壓降，是否也可以穩(wěn)壓？降，是否也可以穩(wěn)壓？steepYes, but small voltage半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu) 三極管的伏安特性三極管的伏安特性工作原理工作原理 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管(晶體管晶體管)是最重要的一種是最重要的一種半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電路中半導(dǎo)體器件

38、。廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。 晶體管最常見的結(jié)構(gòu)有平面型和合金晶體管最常見的結(jié)構(gòu)有平面型和合金型兩種。平面型主要是硅管，鍺管都是合型兩種。平面型主要是硅管，鍺管都是合金型。金型。CN型硅型硅P型型N型型二氧化硅保護(hù)膜二氧化硅保護(hù)膜BE平面型結(jié)構(gòu)平面型結(jié)構(gòu)N型鍺型鍺銦球銦球銦球銦球P型型P型型CEB合金型結(jié)構(gòu)合金型結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)有有NPN和和PNP兩類晶體管，它們都兩類晶體管，它們都具有三具有三層兩結(jié)層兩結(jié)的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)NNP基區(qū)基區(qū)CBENPP發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)CBEBECBEC三極管的結(jié)構(gòu)三

39、極管的結(jié)構(gòu) 每一類都分成每一類都分成基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)，分別，分別引出基極引出基極B、發(fā)射極、發(fā)射極E和集電極和集電極C。每一類都有。每一類都有兩個(gè)兩個(gè)PN結(jié)?；鶇^(qū)和發(fā)射區(qū)之間的結(jié)稱為發(fā)射結(jié)。基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，基區(qū)和集電區(qū)之間的結(jié)稱為集電結(jié)。結(jié)，基區(qū)和集電區(qū)之間的結(jié)稱為集電結(jié)。BECBEC集電極集電極發(fā)射極發(fā)射極基極基極基極基極三極管的伏安特性三極管的伏安特性 工作原理工作原理 NPNNPN型和型和PNPPNP型晶體管的工作原理類似僅在使型晶體管的工作原理類似僅在使用時(shí)電源極性聯(lián)接不同而已。下面以用時(shí)電源極性聯(lián)接不同而已。下面以NPNNPN型晶型晶體管為例來

40、分析討論。體管為例來分析討論。 三極管的三個(gè)電極之間可以組成不同的輸入三極管的三個(gè)電極之間可以組成不同的輸入回路和輸出回路回路和輸出回路共發(fā)射極電路，共集電共發(fā)射極電路，共集電極電路和共基極電路極電路和共基極電路 電流放大原理電流放大原理 三極管的伏安特性三極管的伏安特性三極管的三個(gè)電極之間可以組成不同三極管的三個(gè)電極之間可以組成不同的輸入回路和輸出回路的輸入回路和輸出回路 共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路基極和發(fā)射極組成輸入回基極和發(fā)射極組成輸入回路，集電極和發(fā)射極組成輸出回路。（最常路，集電極和發(fā)射極組成輸出回路。（最常用）用） 共集電極電路共集電極電路基極和集電極組成輸入回基極和集電極組成輸入回

41、路。發(fā)射極和集電極組成輸出回路（如射極路。發(fā)射極和集電極組成輸出回路（如射極輸出器）輸出器） 共基極電路共基極電路集電極和基極組成輸入回路，集電極和基極組成輸入回路，發(fā)射極和基極組成輸出回路。發(fā)射極和基極組成輸出回路。電流放大原理電流放大原理 如圖，對如圖，對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。 改變可變電阻改變可變電阻RB，則，則基極電流基極電流IB，集，集電極電流電極電流IC和發(fā)射極電流和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化都發(fā)生變化。電流方向如圖中所示。電流方向如圖中所示。電流放大原理電流放大原理IB(mA) 00.0

42、20.040.060.080.10IC(mA) 0.0010.701.502.303.103.95IE(mA) 0時(shí)，輸入特性右時(shí)，輸入特性右移；（移；（“收集收集”）當(dāng)當(dāng)UCE1V后，輸入特性基后，輸入特性基本重合。本重合。輸出特性輸出特性 輸出特性曲線是指當(dāng)輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流基極電流IB為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，輸出電路輸出電路(集電極電路集電極電路)中集電極電流中集電極電流IC與集與集-射極電壓射極電壓UCE之間的關(guān)之間的關(guān)系曲線。系曲線。 在不同的在不同的IB下，可得下，可得到不同的曲線，即晶到不同的曲線，即晶體管的輸出特性曲線體管的輸出特性曲線是一簇曲線是一簇曲線(見下圖見下圖)。

43、各態(tài)偏置情況各態(tài)偏置情況0, 0 BCBEUU截止截止放大放大飽和飽和發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)反偏反偏正偏正偏正偏正偏集電結(jié)集電結(jié)反偏反偏反偏反偏正偏正偏0, 0 BCBEUU 放大區(qū)此時(shí)放大區(qū)此時(shí)發(fā)射結(jié)正向偏置，集發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。電結(jié)反向偏置。 截止區(qū)即截截止區(qū)即截止時(shí)兩個(gè)止時(shí)兩個(gè)PN結(jié)都反向結(jié)都反向偏置偏置0, 0 BCBEUU 飽和區(qū)飽和時(shí)，飽和區(qū)飽和時(shí)，晶體管的發(fā)射結(jié)處于晶體管的發(fā)射結(jié)處于正正偏偏、集電結(jié)也處于、集電結(jié)也處于正偏正偏BICIBCE0BEU截止截止BCIIBIBCE放大放大0CEUCCCREI BIBCE飽和飽和EBCUUU0, 0BCBEUU0, 0 BCBEUU主

44、要參數(shù)主要參數(shù) 晶體管的特性不僅可用特性曲線表示，還可用一些晶體管的特性不僅可用特性曲線表示，還可用一些數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，即數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，即晶體管參數(shù)晶體管參數(shù)。它是設(shè)計(jì)電路和選。它是設(shè)計(jì)電路和選用器件的依據(jù)。用器件的依據(jù)。 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)， 集集- -基基極反向截止電流極反向截止電流 I ICBOCBO 集集- -射射極反向截止電流極反向截止電流 I ICEOCEO 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 I ICMCM 集集- -射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓 U U(BR)CEO(BR)CEO 集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率P PCMCM電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 和和

45、 當(dāng)三極管接成共發(fā)射極電路時(shí)，在靜態(tài)（無輸入當(dāng)三極管接成共發(fā)射極電路時(shí)，在靜態(tài)（無輸入信號）時(shí)，集電極電流（輸出電流）與基極電流信號）時(shí)，集電極電流（輸出電流）與基極電流（輸入電流）的比值稱為（輸入電流）的比值稱為共發(fā)射極靜態(tài)電流共發(fā)射極靜態(tài)電流（直（直流）放大系數(shù)。流）放大系數(shù)。BCII 當(dāng)三極管工作當(dāng)三極管工作在動(dòng)態(tài)（有輸入信號）在動(dòng)態(tài)（有輸入信號）時(shí)，由基時(shí)，由基極電流的變化量引起的集電極電流的變化量與基極極電流的變化量引起的集電極電流的變化量與基極電流的變化量的比值稱為電流的變化量的比值稱為動(dòng)態(tài)電流（交流）放大動(dòng)態(tài)電流（交流）放大系系數(shù)。數(shù)。BCII 說明說明 靜態(tài)電流放大系數(shù)和動(dòng)態(tài)電

46、流放大系數(shù)的靜態(tài)電流放大系數(shù)和動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)的意義不同意義不同，但大多數(shù)情況下近似相等，可以進(jìn)行但大多數(shù)情況下近似相等，可以進(jìn)行定量估算定量估算。 晶體管的輸出特性曲線是非線性的晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在曲線的等，只有在曲線的等距平直部分才有較好的線性關(guān)系，距平直部分才有較好的線性關(guān)系， IC與與IB成正比，成正比，也可認(rèn)為是基本恒定的也可認(rèn)為是基本恒定的 由于由于制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具有一定的離散制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具有一定的離散性，即使是同一型號的晶體管，也不可能具有完全相性，即使是同一型號的晶體管，也不可能具有完全相同的參數(shù)同的參數(shù)。常用晶體管的。常用晶體管

47、的值在值在20 100之間。近年來之間。近年來由于生產(chǎn)工藝的提高由于生產(chǎn)工藝的提高，值在值在100300之間的晶體管也之間的晶體管也具有很好的特性。具有很好的特性。集集- -基極基極反向截止電流反向截止電流ICBO ICBO是當(dāng)是當(dāng)發(fā)射極發(fā)射極開路時(shí)，開路時(shí)，C-B間間PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置的截止電流，也就是的截止電流，也就是集電結(jié)反向偏置集電結(jié)反向偏置使集電區(qū)使集電區(qū)的的少數(shù)載流子少數(shù)載流子(空穴）向基區(qū)漂移形成的電流空穴）向基區(qū)漂移形成的電流。它受溫度影響很大，在室溫下鍺管的它受溫度影響很大，在室溫下鍺管的ICBO約為約為10 A數(shù)量級、硅管數(shù)量級、硅管的的ICBO在在1 A以下數(shù)量級。

48、以下數(shù)量級。集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流ICEOI ICEOCEO是是當(dāng)當(dāng)基極基極開路時(shí)，集電結(jié)反偏和發(fā)射開路時(shí)，集電結(jié)反偏和發(fā)射結(jié)正偏時(shí)結(jié)正偏時(shí)C-EC-E間通過的集電極電流，常稱間通過的集電極電流，常稱為為穿透電流穿透電流。處于放大狀態(tài)處于放大狀態(tài)的晶體管有的晶體管有I IC C= = I IB B + +I ICEOCEOCECBCB0CBB0EIIIIIICBB0C 0CEB(1)IIIII集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM 在在IC很大時(shí)，輸出待很大時(shí)，輸出待性曲線變密性曲線變密， 值減值減小。一般把小。一般把減小到減小到額定值的額定值的23時(shí)的時(shí)的IC值，稱

49、為集電極最大值，稱為集電極最大允許電流允許電流ICM。當(dāng)。當(dāng)IC超超過過ICM時(shí)，時(shí)， 值顯著下值顯著下降，甚至有燒壞管子降，甚至有燒壞管子的可能。的可能。集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率P PCMCM 當(dāng)三極管因受熱而引起的參數(shù)當(dāng)三極管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)，集電極變化不超過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率，稱為集電所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率極最大允許耗散功率PCMCMCCEPI U集集- -射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓U U(BR)CEO(BR)CEO 它是基極開路它是基極開路時(shí)，時(shí)，C-E間的最間的最大允許電壓。大允許電壓。當(dāng)當(dāng)UCEU(B

50、R)CEO時(shí)，時(shí)，ICEO突變，突變，晶體管會被擊晶體管會被擊穿損壞。穿損壞。 總結(jié)：總結(jié)： 其中其中 和和ICE0是表明三極管性能是表明三極管性能 優(yōu)劣的主要指標(biāo)；優(yōu)劣的主要指標(biāo)； ICM、U(BR)CE0和和PCM都是極限參數(shù)，都是極限參數(shù)，用來說明三極管的使用限制用來說明三極管的使用限制 .4.2 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求 1)1)理解理解單管共射極放大器的工作原理和單管共射極放大器的工作原理和性能特點(diǎn)，性能特點(diǎn)，掌握掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的估算和簡靜態(tài)工作點(diǎn)的估算和簡化微變等效電路的分析方法，化微變等效電路的分析方法，理解理解電壓電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的概念。放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出

51、電阻的概念。 2)2)了解了解射極輸出器的基本特點(diǎn)；射極輸出器的基本特點(diǎn)；了解了解基基本的互補(bǔ)對稱功率放大器的工作原理。本的互補(bǔ)對稱功率放大器的工作原理。 3 3）了解了解場效應(yīng)管放大器偏置電路的構(gòu)成，場效應(yīng)管放大器偏置電路的構(gòu)成，能簡化小信號電路模型。能簡化小信號電路模型。 4.2.24.2.2放大電路的基本概念放大電路的基本概念及性能指標(biāo)及性能指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：增益A;輸入電阻Ri；輸出電阻R0。放大電路的主要功能是將信號源送來的信號放大后送給執(zhí)行部件.放大器的技術(shù)指標(biāo)增益增益A:A:指放大電路中放大器的響應(yīng)與激指放大電路中放大器的響應(yīng)與激勵(lì)的比值。如上圖的電壓增益。勵(lì)的比值。如上圖的電壓增益

52、。輸入電阻Ri :從放大器輸入端口看入的等效電阻，用以說明放大器獲取信號的能力。輸出電阻Ri：從放大器輸出端口看進(jìn)去的戴維南等效電阻，用以說明帶負(fù)載的能力。i0uuuA 放大電路的組成1.1.交流放大電路中既交流放大電路中既有直流電源，又有信有直流電源，又有信號源。當(dāng)交流信號電號源。當(dāng)交流信號電壓壓ui i=0=0時(shí)，電路中只時(shí)，電路中只有直流電流流通。當(dāng)有直流電流流通。當(dāng)u ui i00時(shí)，電路電流中時(shí)，電路電流中既有直流分量，又有既有直流分量，又有交流分量，因此，它交流分量，因此，它是一個(gè)是一個(gè)交直流共存的交直流共存的電路電路；2.2.晶體管本身是一個(gè)非線性元件，因此，放大電路實(shí)晶體管本身

53、是一個(gè)非線性元件，因此，放大電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性電路。質(zhì)上是一個(gè)非線性電路。uBE=UBE+uiuCE=UCE+uceiB=IB+ibiC=IC+icSeSRCCUBRBiCiCRLR2C1CBEubeiuu CEuoceuu + + +BEBR放大電路的靜態(tài)分析(1) 靜態(tài)分析的概念靜態(tài)分析的概念（1 1）靜態(tài)的概念靜態(tài)的概念無信號輸入無信號輸入，電路中只有直流，電路中只有直流電源作用。電源作用。（2 2）靜態(tài)電路）靜態(tài)電路直流通路：耦合電容開路。直流通路：耦合電容開路。（3 3）靜態(tài)分析的目靜態(tài)分析的目的的確定三極管的確定三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) （IB B、IC、UCE、）+VCC

54、RBRCIBQICQ+_UBE+_UCE（4 4）靜態(tài)分析的）靜態(tài)分析的方法方法圖解法圖解法、近似估算法近似估算法（等（等效電路法）效電路法）+VCCRBRCC1信號源信號源RSuSRL負(fù)載負(fù)載2CuCE (V)ic (mA)放大電路要正常工作，必須設(shè)置放大電路要正常工作，必須設(shè)置一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 工工作點(diǎn)適作點(diǎn)適合，輸合，輸出完全出完全復(fù)現(xiàn)輸復(fù)現(xiàn)輸入。入。 工作工作點(diǎn)過低，點(diǎn)過低，產(chǎn)生截止產(chǎn)生截止失真。失真。 工作工作點(diǎn)過高，點(diǎn)過高，產(chǎn)生飽和產(chǎn)生飽和失真。失真。uCE (V)ic (mA)uCE (V)ic (mA)放大電路的波形失真(1)放大電路的靜態(tài)分析(2)

55、（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算法）靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算法檢驗(yàn)三極管是否處于放大狀態(tài)檢驗(yàn)三極管是否處于放大狀態(tài)BBECCBQRUUIBQCQIICQCCCCEQIRUU問題：既然沒有輸入、輸出信號，為什么電路還需要問題：既然沒有輸入、輸出信號，為什么電路還需要電壓、電流？電壓、電流？為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？+VCCRBRCIBQICQ+_UBE+_UCE放大電路的動(dòng)態(tài)分析(2) 非線性元件的線性化非線性元件的線性化輸入特性的線性化輸入特性的線性化 設(shè)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離截止區(qū)。遠(yuǎn)離截止區(qū)。BEUBIBEBUKIBEBUuBEBdudiK |VuBE/Ai

56、B/0QBEUBI 在在工作點(diǎn)處工作點(diǎn)處，我們，我們用切線用切線代替輸入特性代替輸入特性，則在工作點(diǎn)附，則在工作點(diǎn)附近輸入特性與切線基本重合。近輸入特性與切線基本重合。 當(dāng)電壓有一個(gè)當(dāng)電壓有一個(gè)增量增量UUBEBE時(shí)時(shí)，其電流也有一個(gè)，其電流也有一個(gè)相應(yīng)的增量相應(yīng)的增量I IB B。于是于是 ，由切線的斜率求得，由切線的斜率求得放大電路的動(dòng)態(tài)分析(3) 非線性元件的線性化非線性元件的線性化 也就是說，在也就是說，在設(shè)置了靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置了靜態(tài)工作點(diǎn)之后，在工作點(diǎn)附之后，在工作點(diǎn)附近的范圍內(nèi)，近的范圍內(nèi)，就可就可以用相應(yīng)的切線代以用相應(yīng)的切線代替曲線，于是，電替曲線，于是，電壓和電流的增量之壓和電

57、流的增量之間就有了間就有了線性線性關(guān)系關(guān)系。所以，當(dāng)電壓增量所以，當(dāng)電壓增量UBE按正弦量變化按正弦量變化時(shí)，電流增量時(shí)，電流增量IB也按正弦規(guī)律變化。也按正弦規(guī)律變化。beiuu bi0tAiB/BIbBBiIi beBEBEuUu VuBE/AiB/0QBEUBIVuBE/t0BEUbeibebruKui放大電路的動(dòng)態(tài)分析(4) 非線性元件的線性化非線性元件的線性化-輸入特性輸入特性的線性化處理的線性化處理所以，僅就所以，僅就交流輸入電壓交流輸入電壓而言，三極管的輸入端可等效為：而言，三極管的輸入端可等效為：bibeubbeBBEbeiuIUKr1稱為三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻。稱為三極管的動(dòng)態(tài)

58、輸入電阻。在小信號時(shí)，在小信號時(shí)，r rbebe是一常數(shù)，低頻小功率管可用是一常數(shù)，低頻小功率管可用公式估算公式估算mAImVrEbe26)1 (300 其值一般為幾百其值一般為幾百幾幾千歐姆千歐姆berbeubi放大電路的動(dòng)態(tài)分析(5) 非線性元件的線性化非線性元件的線性化 如果放大電路的工如果放大電路的工作點(diǎn)設(shè)置的作點(diǎn)設(shè)置的低至靠低至靠近截止區(qū)近截止區(qū)，從輸入，從輸入特性上看，基極電特性上看，基極電流不能正比于輸入流不能正比于輸入電壓的變化。等效電壓的變化。等效電阻的關(guān)系就不能電阻的關(guān)系就不能成立了。成立了。beiuu 0tAiB/BIVuBE/t0BEUbiVuBE/AiB/0QBEUB

59、I這個(gè)合適的基極電流這個(gè)合適的基極電流和基極電壓就是放大和基極電壓就是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大電路的動(dòng)態(tài)分析(6)非線性元件的線性化非線性元件的線性化輸出特性輸出特性的線性化處理的線性化處理 由圖可見由圖可見, ,輸出特性近似水平直線，當(dāng)電壓輸出特性近似水平直線，當(dāng)電壓uce發(fā)生變化發(fā)生變化時(shí)，電流時(shí)，電流ic近似不變，近似不變，即近似具有恒流特性。即近似具有恒流特性。0)(VuCE)(mAiCCEUCIBCII 只有當(dāng)只有當(dāng)ib b發(fā)生變化發(fā)生變化時(shí)時(shí)， ic c才會發(fā)生變化。才會發(fā)生變化。且且ic c= = ib b，只受，只受ib b的控的控制，于是，制，于是，三極管

60、的輸三極管的輸出端可用一個(gè)受控電流出端可用一個(gè)受控電流源來等效。源來等效。CIQ該受控電流源的內(nèi)阻的大該受控電流源的內(nèi)阻的大小為小為constICCEceBIUr|放大電路的動(dòng)態(tài)分析(7)非線性元件的線性化非線性元件的線性化輸出特性的線性化處理輸出特性的線性化處理bibeuciceuBCE0)(VuCE)(mAiCCEUCIBCIICIQconstICCEceBIUr|rce很大，用開路代替很大，用開路代替berbeubiceuciBECberbeubiciBEecrCceu放大電路的動(dòng)態(tài)分析(8)放大電路的交流通路和微變等效電路！放大電路的交流通路和微變等效電路！RLRCRBRSusibic