第14章二極管和晶體管(2)

1、電電 子子 技技 術術 哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學( (威海威海) ) 信息科學與工程學院信息科學與工程學院工工 業(yè)業(yè) 控控 制制電機控制電機控制機床控制機床控制生產過程自動化控制生產過程自動化控制樓宇電梯控制樓宇電梯控制2. 電子技術的應用電子技術的應用信信 號號 檢檢 測測 壓力、溫度、水位、壓力、溫度、水位、流量等的測量與調節(jié)流量等的測量與調節(jié) 電子儀器電子儀器 醫(yī)療儀器醫(yī)療儀器2. 電子技術的應用電子技術的應用家家 用用 電電 器器 電燈、電話電燈、電話 廣播、電視廣播、電視 冰箱、洗衣機冰箱、洗衣機2. 電子技術的應用電子技術的應用汽車電子汽車電子汽汽 車車 電電 子子電源電源發(fā)動

2、機控制發(fā)動機控制行駛裝置行駛裝置報警與安全裝置報警與安全裝置旅居性旅居性儀表儀表娛樂通訊娛樂通訊收音機、汽車電話、業(yè)余電臺收音機、汽車電話、業(yè)余電臺點火裝置、燃油噴射控制、點火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動機電子控制發(fā)動機電子控制車速控制、間歇刮水、車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖除霧裝置、車門緊鎖.安全帶、車燈未關報警、安全帶、車燈未關報警、速度報警、安全氣囊速度報警、安全氣囊.空調控制、動力窗控制空調控制、動力窗控制里程表、數字式速度表、里程表、數字式速度表、出租車用儀表出租車用儀表.網吧網吧ICIC卡控制器卡控制器天然氣加氣機控制器天然氣加氣機控制器 第第1414章章 二極管和晶體管二極

3、管和晶體管晶體管的誕生晶體管的誕生 1947年年12月月16日日 威廉威廉邵克雷（邵克雷（WilliamShockley） 約翰約翰巴頓（巴頓（JohnBardeen） 沃特沃特布拉頓（布拉頓（WalterBrattain） 成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管，成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管，開辟了電子技術的新紀元開辟了電子技術的新紀元;1950年，威廉年，威廉邵克雷邵克雷開發(fā)出雙極晶體管開發(fā)出雙極晶體管(BipolarJunctionTransistor)，就是現在通用的標準的晶體管。就是現在通用的標準的晶體管。 晶體管的作用晶體管的作用 晶體管是當今數字世界的構建模塊，被認晶體管是

4、當今數字世界的構建模塊，被認為是為是20世紀最偉大最重要的發(fā)明之一。從最早世紀最偉大最重要的發(fā)明之一。從最早被人們熟知的半導體，到如今隨處可見的手機、被人們熟知的半導體，到如今隨處可見的手機、隨身聽、隨身聽、DVD、各種便攜式存儲器、電視、電、各種便攜式存儲器、電視、電腦等。只要您能想得到的電子產品，幾乎都運腦等。只要您能想得到的電子產品，幾乎都運用了晶體管技術。用了晶體管技術。 英特爾公司董事長貝瑞特博士在慶祝晶體英特爾公司董事長貝瑞特博士在慶祝晶體管誕生管誕生60周年時表示。周年時表示?！熬w管太有魅力了！晶體管太有魅力了！它改變了世界，改變了我們每個人的生活、學它改變了世界，改變了我們每

5、個人的生活、學習和工作方式。在人類發(fā)展的路程上，晶體管習和工作方式。在人類發(fā)展的路程上，晶體管是我們是我們最好的朋友最好的朋友?！蹦磕?錄錄14.1 14.1 半導體的導電特性半導體的導電特性半導體：導電能力介乎于導體和絕緣體之半導體：導電能力介乎于導體和絕緣體之 間的間的 物質。物質。半導體的導電特性：熱敏特性半導體的導電特性：熱敏特性 光敏特性光敏特性 摻雜特性摻雜特性 應用最多的本征應用最多的本征半導體為鍺和硅，它半導體為鍺和硅，它們各有四個價電子，們各有四個價電子，都是四價元素都是四價元素.硅的原子結構硅的原子結構14.1.114.1.1 本征半導體本征半導體共價健共價健 Si Si

6、Si Si價電子價電子SiSiSiSi自由電子空穴熱激發(fā)與復合達到動態(tài)平衡熱激發(fā)與復合達到動態(tài)平衡 由于受熱或由于受熱或光照產生自由電光照產生自由電子和空穴的現象。子和空穴的現象。 熱激發(fā)熱激發(fā)14.1.1 14.1.1 本征半導體本征半導體 自由電子自由電子在運動中遇到在運動中遇到空穴后，兩者空穴后，兩者同時消失，稱同時消失，稱為復合現象。為復合現象。半導體導電方式半導體導電方式載流子載流子自由電子和空穴自由電子和空穴溫度對半導體器件性溫度對半導體器件性能的影響很大。能的影響很大。14.1.1 14.1.1 本征半導體本征半導體SiSiSiSi價電子空穴 當半導體兩端當半導體兩端加上外電壓時

7、，自加上外電壓時，自由電子作定向運動由電子作定向運動形成電子電流；而形成電子電流；而空穴的運動相當于空穴的運動相當于正電荷的運動正電荷的運動 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴14.1.2 N14.1.2 N型半導體和型半導體和P P型半導體型半導體 注意：注意：不論不論N型半導體還是型半導體還是P型半導體，雖然它們都有一種型半導體，雖然它們都有一種載流子占多數，但是整個晶體仍載流子占多數，但是整個晶體仍然是然是不帶電不帶電的的。多子的擴

8、散運動多子的擴散運動內電場內電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結果使空間擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬。電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結結 +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結變窄結變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IF內電場內電場PN+ 內電場被內電場被加強，少子的加強，少子的漂移加強，由漂移加強，由于少子數量很于少子數量很少，形成很小少，形成很小的反向電流。的反向電流。IR+ PNPN結呈現高阻狀態(tài)，通過結呈現高阻狀態(tài)，通過PNPN結的電流是少子的漂移電流結的電流是少子的漂移電流 -反向電流反向電流特點特點: : 受溫度影響大受溫度影響大原因原因

9、: : 反向電流是靠熱激發(fā)產生的少子形成的反向電流是靠熱激發(fā)產生的少子形成的14.2.1 PN14.2.1 PN結的形成結的形成擴散運動和漂移運動的動態(tài)平衡擴散運動和漂移運動的動態(tài)平衡擴散強擴散強漂移運動增強漂移運動增強內電場增強內電場增強兩者平衡兩者平衡PNPN結寬度基本穩(wěn)定結寬度基本穩(wěn)定外加外加電壓電壓平衡平衡破壞破壞擴散強擴散強漂移強漂移強PNPN結導通結導通PNPN結截止結截止14.2.2 PN結的單向導電性結的單向導電性結結 論論 PN結具有單向導電性結具有單向導電性 （1） PN結加正向電壓時，處在導通狀態(tài)，結加正向電壓時，處在導通狀態(tài)，結電阻很低，正向電流較大。結電阻很低，正向電

10、流較大。（2）PN結加反向電壓時，處在截止狀態(tài)，結加反向電壓時，處在截止狀態(tài)，結電阻很高，反向電流很小。結電阻很高，反向電流很小。陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型觸絲觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結結金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型 半導體二極管的結構和符號半導體二極管的結構和符號 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN

11、+14.3.3 伏安特性的折線化USI0UI0U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，例例1：D6V12V3k BAUAB+14.3.5 14.3.5 應用舉例應用舉例14.3.5 14.3.5 應用舉例應用舉例 例例2: 圖中電路，輸入端圖中電路，輸入端A的電位的電位VA=+3V，B的電位的電位VB=0V，求輸出端，求輸出端Y的電位的電位VY。電阻。電阻R接負電源接負電源-12V。VY=+2.7V解：解：DA優(yōu)先導通，優(yōu)先導通， DA導通后，導通后， DB上加的是反向電壓，上加的是反向電壓，因而截止。因而截止。DA起

12、鉗位作用，起鉗位作用， DB起隔離作用。起隔離作用。-12VAB+3V0VDBDAYV sin18itu t _+ UZUZIZIZM IZUIO 一種特殊的一種特殊的面接觸型面接觸型半導體硅二極管。它在電路中半導體硅二極管。它在電路中與適當數值的電阻相配合能起穩(wěn)定電壓的作用。與適當數值的電阻相配合能起穩(wěn)定電壓的作用。 ZZ ZIUr例題：例題：UO+_UUZR穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用當當UUZ時時,穩(wěn)壓管擊穿穩(wěn)壓管擊穿RUUIZZ此時此時選選R，使，使IZIZM14.5 14.5 晶體管晶體管14.5.1 14.5.1 基本結構基本結構14.5.2 14.5.2 電流分配和放大原理電

13、流分配和放大原理14.5.3 14.5.3 特性曲線特性曲線14.5.4 14.5.4 主要參數主要參數結構結構平面型平面型 合金型合金型 NPN PNP14.5.1 14.5.1 基本結構基本結構發(fā)射結集電結BNNP發(fā)射區(qū)基區(qū) 集電區(qū)ECNNPBECCEB發(fā)射結集電結BPPN發(fā)射區(qū)基區(qū) 集電區(qū)ECPPNBECCEB14.5.1 14.5.1 基本結構基本結構EEBRBRCICECAmAmAIBIERB+_EBBCE3DG6共發(fā)射極接法（1） IE = IC+IB 符合基爾霍夫電流定律。符合基爾霍夫電流定律。（2） IE和和IC比比IB 大的多。大的多。（3）當）當IB = 0（將基極開路）時

14、，（將基極開路）時， IE = ICEO， ICEO0.001mABECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現，反映了晶體管的性能，內部載流子運動的外部表現，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。是分析放大電路的依據。 重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線IC共

15、發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路EBmA AVUCEUBERBIBECV+常常數數 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數數 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)O BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICEO=IC|IB=0穿透電流穿透電流ICEO與與ICBO的關系：的關系：BCECCBOCEOCBO0BEBCBOCBOCEOCBOC

16、BOCBOCBCBOCBOBCEO|(1)()IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIICBO愈大，愈大，愈高的管子，穩(wěn)定性愈差。因此，在選管子愈高的管子，穩(wěn)定性愈差。因此，在選管子時，要求時，要求ICBO盡可能小些，而盡可能小些，而以不超過以不超過100100為宜。為宜。ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO穩(wěn)壓管正偏變普通，穩(wěn)壓管正偏變普通，反偏才是工作態(tài)，反偏才是工作態(tài)，工作端電壓不變，工作端電壓不變，限流電阻需配合。限流電阻需配合。晶體管三個工作區(qū)，晶體管三個工作區(qū)，放大截止與飽和。放大截止與飽和。平行一簇放大區(qū)，平行一簇放大區(qū)，發(fā)射結正偏集電極結反，發(fā)射結正偏集電極結反，集電基極成正比。集電基極成正比。IB 近零截止區(qū)，近零截止區(qū)，發(fā)射結反偏集電極結反，發(fā)射結反偏集電極結反，基集電流近似零?；娏鹘屏?。起始一段飽和區(qū)，起始一段飽和區(qū)，發(fā)射結正偏集電結正，