半導(dǎo)體二極管和三極管課件

一些基本概念在電子技術(shù)中，被傳遞、加工和處理的信號(hào)可以分為兩大類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的信號(hào)，稱為模擬信號(hào)，例如正弦波信號(hào)、心電信號(hào)等。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅度上均不連續(xù)的信號(hào)。1一些基本概念在電子技術(shù)中，被傳遞、加工和處理的信號(hào)可以分為兩一些基本概念模擬電路：工作信號(hào)為模擬信號(hào)的電子電路。數(shù)字電路：工作信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的電子電路。2一些基本概念模擬電路：工作信號(hào)為模擬信號(hào)的電子電路。2主要內(nèi)容半導(dǎo)體二極管和三極管放大電路基礎(chǔ)

功率放大電路集成運(yùn)算放大器負(fù)反饋放大電路信號(hào)的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路直流電源3主要內(nèi)容半導(dǎo)體二極管和三極管3第4章半導(dǎo)體二極管和三極管

內(nèi)容主要有：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性、參數(shù)半導(dǎo)體器件主要包括：半導(dǎo)體二極管（包括穩(wěn)壓管）三極管和場(chǎng)效應(yīng)管4第4章半導(dǎo)體二極管和三極管內(nèi)容主要有：44.1PN結(jié)

1.半導(dǎo)體⑴半導(dǎo)體的物理特性物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能分為

導(dǎo)體：導(dǎo)電能力良好的物質(zhì)。絕緣體：導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。半導(dǎo)體：是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅、鍺、硒、砷化鎵及一些硫化物和氧化物。54.1PN結(jié)1.半導(dǎo)體5⑴半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。①溫度升高時(shí)，純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著增加；②在純凈半導(dǎo)體材料中加入微量的“雜質(zhì)”元素，它的電導(dǎo)率就會(huì)成千上萬(wàn)倍地增長(zhǎng)；③純凈的半導(dǎo)體受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯提高。半導(dǎo)體為什么具有以上的導(dǎo)電性質(zhì)？6⑴半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。6⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

原子的組成：帶正電的原子核若干個(gè)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子且整個(gè)原子呈電中性。半導(dǎo)體器件的材料：硅（Silicon-Si）：四價(jià)元素，硅的原子序數(shù)是14，外層有4個(gè)電子。鍺（Germanium-Ge）：也是四價(jià)元素，鍺的原子序數(shù)是32，外層也是4個(gè)電子。

7⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)原子的組成：7簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖4-1(a)的簡(jiǎn)化形式。+4慣性核價(jià)電子圖4-1(a)硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)8簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖4-1(a)的簡(jiǎn)化形式。+4慣性核價(jià)電子單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共價(jià)鍵:由相鄰兩個(gè)原子各拿出一個(gè)價(jià)電子組成價(jià)電子對(duì)所構(gòu)成的聯(lián)系。圖4-1(b)是晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

9單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)9圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

10圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+2.半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理

⑴本征半導(dǎo)體（IntrinsicSemiconductor）

純凈的、結(jié)構(gòu)完整的單晶半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小取決于其中能參與導(dǎo)電的粒子—載流子的多少。112.半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理⑴本征半導(dǎo)體（IntrinsicSe⑴本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（T=0K相當(dāng)于T=－273℃）時(shí)，相當(dāng)于絕緣體。在室溫條件下，本征半導(dǎo)體便具有一定的導(dǎo)電能力。

12⑴本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（T=0K相當(dāng)于T=－27半導(dǎo)體中的載流子自由電子空穴（Hole）

空穴和自由電子同時(shí)參加導(dǎo)電，是半導(dǎo)體的重要特點(diǎn)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子的同時(shí)，在原來(lái)的共價(jià)鍵位置上留下了一個(gè)空位，這個(gè)空位叫做空穴?？昭◣д姾?。⑴本征半導(dǎo)體13半導(dǎo)體中的載流子⑴本征半導(dǎo)體13在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子，同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子和空穴總是成對(duì)地產(chǎn)生，稱為電子空穴對(duì)。半導(dǎo)體中共價(jià)鍵分裂產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過(guò)程叫做本征激發(fā)（IntrinsicExcitation）。產(chǎn)生本征激發(fā)的條件：加熱、光照及射線照射?？昭ㄊ禽d流子嗎？⑴本征半導(dǎo)體動(dòng)畫14在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子，同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是價(jià)電子填補(bǔ)空穴而形成的。BA空穴自由電子圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共價(jià)鍵⑴本征半導(dǎo)體15空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是價(jià)電子填補(bǔ)空穴而形成的。BA空穴自由電子圖由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移動(dòng)，因此，空穴是一種載流子。半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子載流子（簡(jiǎn)稱電子）和空穴載流子（簡(jiǎn)稱空穴），它們均可在電場(chǎng)作用下形成電流。⑴本征半導(dǎo)體16由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移動(dòng)，因此，空穴是一種載流子半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì)，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)越來(lái)越多，電子和空穴濃度是否會(huì)越來(lái)越大呢？實(shí)驗(yàn)表明，在一定的溫度下，電子濃度和空穴濃度都保持一個(gè)定值。半導(dǎo)體中存在載流子的產(chǎn)生過(guò)程載流子的復(fù)合過(guò)程⑴本征半導(dǎo)體17半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì)，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)綜上所述：(1)半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴，電子帶負(fù)電，空穴帶正電。(2)本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是成對(duì)地產(chǎn)生，ni

=pi。(3)半導(dǎo)體中，同時(shí)存在載流子的產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程。18綜上所述：(1)半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴，電子帶⑵雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且受溫度和光照等條件影響甚大，不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。本征半導(dǎo)體的物理性質(zhì)：純凈的半導(dǎo)體中摻入微量元素，導(dǎo)電能力顯著提高。摻入的微量元素——“雜質(zhì)”。摻入了“雜質(zhì)”的半導(dǎo)體稱為“雜質(zhì)”半導(dǎo)體。19⑵雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且受溫度和光照等條常用的雜質(zhì)元素三價(jià)的硼、鋁、銦、鎵五價(jià)的砷、磷、銻通過(guò)控制摻入的雜質(zhì)元素的種類和數(shù)量來(lái)制成各種各樣的半導(dǎo)體器件。

雜質(zhì)半導(dǎo)體分為：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。⑵雜質(zhì)半導(dǎo)體20常用的雜質(zhì)元素⑵雜質(zhì)半導(dǎo)體20①N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中自由電子濃度大為增加，形成N型半導(dǎo)體。摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子占據(jù)晶格中某些硅（或鍺）原子的位置。如圖4-2所示。21①N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素，可使半導(dǎo)體圖4-2N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵摻入五價(jià)原子①N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)原子占據(jù)Si原子位置在室溫下就可以激發(fā)成自由電子22圖4-2N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+4雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。自由電子的數(shù)目高，故導(dǎo)電能力顯著提高。把這種半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，其中的電子稱為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。在N型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)等于正離子數(shù)和空穴數(shù)之和，自由電子帶負(fù)電，空穴和正離子帶正電，整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。

①N型半導(dǎo)體23雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。①N型半導(dǎo)②P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中的空穴濃度大為增加，形成P型半導(dǎo)體?？瘴籄圖4-3P型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+3+4+4+4共價(jià)鍵空位吸引鄰近原子的價(jià)電子填充，從而留下一個(gè)空穴。在P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)等于負(fù)離子數(shù)與自由電子數(shù)之和，空穴帶正電，負(fù)離子和自由電子帶負(fù)電，整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。24②P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中綜上所述：(1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。(2)本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成P型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。25綜上所述：(1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N型半導(dǎo)⑶載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)①漂移運(yùn)動(dòng)（DriftMovement）

有電場(chǎng)力作用時(shí)，電子和空穴便產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，稱為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。26⑶載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)①漂移運(yùn)動(dòng)（DriftM②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由于濃度差而引起的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（DiffusionMovement），載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。擴(kuò)散是由濃度差引起的，所以擴(kuò)散電流的大小與載流子的濃度梯度成正比。27②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)273.PN結(jié)的形成

PN結(jié)：是指在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)。PN結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。

二極管的核心是一個(gè)PN結(jié)；三極管中包含了兩個(gè)PN結(jié)。283.PN結(jié)的形成PN結(jié)：28濃度差引起載流子的擴(kuò)散。3.PN結(jié)的形成擴(kuò)散的結(jié)果形成自建電場(chǎng)?？臻g電荷區(qū)也稱作“耗盡區(qū)”

“勢(shì)壘區(qū)”

29濃度差引起載流子的擴(kuò)散。3.PN結(jié)的形成擴(kuò)散的結(jié)果形成自自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。動(dòng)態(tài)平衡。擴(kuò)散=漂移3.PN結(jié)的形成

動(dòng)畫30自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。動(dòng)態(tài)平衡。3.PN結(jié)的形成動(dòng)4.PN結(jié)的特性

⑴PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

①PN結(jié)外加正向電壓如圖所示，電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，這種接法叫做PN結(jié)加正向電壓或正向偏置。動(dòng)畫314.PN結(jié)的特性⑴PN結(jié)的單向?qū)щ娦匀鐖D所示，電源的正①PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)外加正向電壓時(shí)（P正、N負(fù)），空間電荷區(qū)變窄。不大的正向電壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。外加電壓的微小變化，擴(kuò)散電流變化較大。

32①PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)外加正向電壓時(shí)（P正、N負(fù)），空②PN結(jié)外加反向電壓如圖所示，電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，這種接法叫做PN結(jié)加反向電壓或反向偏置。33②PN結(jié)外加反向電壓如圖所示，電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P②

PN結(jié)外加反向電壓

流過(guò)PN結(jié)的電流主要是少子的漂移決定的，稱為PN結(jié)的反向電流。PN結(jié)的反向電流很小，而且與反向電壓的大小基本無(wú)關(guān)。PN結(jié)表現(xiàn)為很大的電阻，稱之截止。34②PN結(jié)外加反向電壓流過(guò)PN結(jié)的電流主要是少子的漂移決定PN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散電流近似為零。反向電流很小，它由少數(shù)載流子形成，與少子濃度成正比。少子的值與外加電壓無(wú)關(guān)，因此反向電流的大小與反向電壓大小基本無(wú)關(guān)，故稱為反向飽和電流。溫度升高時(shí)，少子值迅速增大，所以PN結(jié)的反向電流受溫度影響很大。②PN結(jié)外加反向電壓

35PN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散結(jié)論：PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)加正向電壓產(chǎn)生大的正向電流，PN結(jié)導(dǎo)電。PN結(jié)加反向電壓產(chǎn)生很小的反向飽和電流，近似為零，PN結(jié)不導(dǎo)電。36結(jié)論：PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?6⑵PN結(jié)的伏安特性定量描繪PN結(jié)兩端電壓和流過(guò)結(jié)的電流的關(guān)系的曲線——PN結(jié)的伏安特性。根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性方程為外加電壓流過(guò)PN結(jié)的電流電子電荷量q=1.6×10-19C反向飽和電流絕對(duì)溫度(K)玻耳茲曼常數(shù)k=1.38×10-23J/K自然對(duì)數(shù)的底37⑵PN結(jié)的伏安特性定量描繪PN結(jié)兩端電壓和流過(guò)結(jié)的電流的⑵

PN結(jié)的伏安特性

令

在常溫下，T=300K，

則當(dāng)U大于UT數(shù)倍即正向電流隨正向電壓的增加以指數(shù)規(guī)律迅速增大。38⑵PN結(jié)的伏安特性令在常溫下，T=300K，則當(dāng)⑵

PN結(jié)的伏安特性

外加反向電壓時(shí)，U為負(fù)值，當(dāng)|U|比UT大幾倍時(shí)，

I≈IS即加反向電壓時(shí)，PN結(jié)只流過(guò)很小的反向飽和電流。39⑵PN結(jié)的伏安特性外加反向電壓時(shí)，U為負(fù)值，當(dāng)|U|比U⑵

PN結(jié)的伏安特性

曲線OD段表示PN結(jié)正向偏置時(shí)的伏安特性，稱為正向特性；曲線OB段表示PN結(jié)反向偏置時(shí)的伏安特性，稱為反向特性。U（mV）I（mA）0圖4-5PN結(jié)的理論伏安特性DT=25℃B-IS（V）0.255075100(uA)0.511.52畫出PN結(jié)的理論伏安特性曲線。40⑵PN結(jié)的伏安特性曲線OD段表示PN結(jié)正向偏置時(shí)的伏安特⑶PN結(jié)的反向擊穿加大PN結(jié)的反向電壓到某一值時(shí)，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)擊穿，發(fā)生擊穿所需的電壓稱為擊穿電壓，如圖所示。

反向擊穿的特點(diǎn)：反向電壓增加很小，反向電流卻急劇增加。UBRU（V）I（mA）0圖4-6PN結(jié)反向擊穿41⑶PN結(jié)的反向擊穿加大PN結(jié)的反向電壓到某一值時(shí)，反向電①雪崩擊穿由倍增效應(yīng)引起的擊穿。當(dāng)PN結(jié)外加的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，空間電荷數(shù)目較多，自建電場(chǎng)很強(qiáng)，使流過(guò)PN結(jié)的少子漂移速度加快，可獲得足夠大的動(dòng)能，它們與PN結(jié)中的中性原子碰撞時(shí)，能把價(jià)電子從共價(jià)建中碰撞出來(lái)，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)中。42①雪崩擊穿由倍增效應(yīng)引起的擊穿。當(dāng)PN結(jié)外加的反向電壓增加②齊納擊穿強(qiáng)電場(chǎng)破壞共價(jià)健引起的。齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較高的PN結(jié)中。雪崩擊穿和齊納擊穿均為電擊穿。43②齊納擊穿強(qiáng)電場(chǎng)破壞共價(jià)健引起的。43⑷PN結(jié)的電容效應(yīng)除了單向?qū)щ娦灾?，PN結(jié)還存在電容效應(yīng)。①勢(shì)壘電容CB多子的充放電引起的。是指外加電壓的變化導(dǎo)致空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的變化，從而顯示出電容效應(yīng)。幾皮法~幾百皮法。②擴(kuò)散電容CD多子的積累引起的。是指PN結(jié)兩側(cè)積累的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生的電容效應(yīng)。44⑷PN結(jié)的電容效應(yīng)除了單向?qū)щ娦灾?，PN結(jié)還存在電容效⑷

PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的電容很小，是針對(duì)高頻交流小信號(hào)而考慮。PN結(jié)反向工作時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，正向工作時(shí)擴(kuò)散電容起主要作用。PN結(jié)的面積增大時(shí)，PN結(jié)的電容也增大。45⑷PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的電容很小，是針對(duì)高頻交流小信號(hào)而4.2半導(dǎo)體二極管1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖464.2半導(dǎo)體二極管1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型往往用于集成電路制造中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。

(3)平面型二極管

(2)面接觸型二極管(4)二極管的代表符號(hào)(b)面接觸型陽(yáng)極陰極471.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型PN結(jié)面積大，用半導(dǎo)體二極管圖片48半導(dǎo)體二極管圖片48半導(dǎo)體二極管圖片49半導(dǎo)體二極管圖片49半導(dǎo)體二極管圖片50半導(dǎo)體二極管圖片502.二極管的伏安特性

二極管的伏安特性的測(cè)出。VmAVDRRW（a）測(cè)正向特性VmAVDRRW（b）測(cè)反向特性512.二極管的伏安特性二極管的伏安特性的測(cè)出。VmAVDR2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示(a)二極管理論伏安特性CDoBAUBRuDiD（b）2CP10-20的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）75℃20℃（c）2AP15的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8522.二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示(a)①正向特性死區(qū)電壓：硅管0.5V鍺管0.1V線性區(qū)：硅管0.6V～1V鍺管0.2V～0.5V對(duì)溫度變化敏感：溫度升高→正向特性曲線左移溫度每升高1℃→正向壓降減小約2mV。2.二極管的伏安特性(a)二極管理論伏安特性正向特性CDoBAUBRuDiD53①正向特性2.二極管的伏安特性(a)二極管理論伏安特性正2.二極管的伏安特性②反向特性反向電流：很小。硅管0.1微安鍺管幾十個(gè)微安受溫度影響大：溫度每升高10℃→反向電流增加約1倍。③反向擊穿特性反向擊穿UBR:幾十伏以上。(a)二極管理論伏安特性反向擊穿特性CDoBAUBRuDiD反向特性542.二極管的伏安特性②反向特性(a)二極管理論伏安特性反3.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF最大反向工作電壓UR

反向電流IR最高工作頻率fM553.二極管的主要參數(shù)554.二極管的等效電路及應(yīng)用

二極管特性曲線的非線性，給二極管電路的分析帶來(lái)一定困難。為了簡(jiǎn)化分析，常常要做一些近似處理，可用某些線性電路元件來(lái)等效二極管，畫出二極管的等效電路。最常用的近似方法有二種。564.二極管的等效電路及應(yīng)用二極管特性曲線的非線性，給二極⑴理想二極管等效電路uDiDoDK理想二極管等效電路如果二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的電壓，二極管截止時(shí)的反向電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)的電流，則可以忽略二極管的正向壓降和反向電流，把二極管理想化為一個(gè)開(kāi)關(guān)，如圖所示。57⑴理想二極管等效電路uDiDoDK理想二極管等效電路如果二⑵考慮正向壓降的等效電路在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很大時(shí)，二極管的正向壓降UD變化不大（例如硅管約為0.6~0.8V），因此近似認(rèn)為二極管正向?qū)〞r(shí)有一個(gè)固定的管壓降UD（硅管取0.7V，鍺管取0.2V），于是可用一固定電壓源來(lái)等效正向?qū)ǖ亩O管。當(dāng)外加電壓U<UD時(shí)，二極管不通，電流為零，相當(dāng)于開(kāi)路。圖中畫出了這種近似等效電路。

58⑵考慮正向壓降的等效電路在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很大uDiDoDUD⑵考慮正向壓降的等效電路考慮正向壓降的等效電路KUD59uDiDoDUD⑵考慮正向壓降的等效電路考慮正向壓降的等效⑶二極管電路的分析方法二極管電路有兩種基本分析方法。圖解法，其做法為：利用二極管伏安特性曲線，用做負(fù)載線的方法來(lái)分析電路。計(jì)算分析法，其做法為：根據(jù)不同的條件利用二極管的等效電路來(lái)近似分析和計(jì)算電路。這種方法簡(jiǎn)便易行，誤差較小，是常用的分析方法。下面將結(jié)合例子來(lái)說(shuō)明各種分析方法。60⑶二極管電路的分析方法二極管電路有兩種基本分析方法。60由于二極管具有單向?qū)щ娦?，因此利用它可以進(jìn)行交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。這樣的電路叫整流電路(RectifierCircuits)。圖(a)就是一個(gè)實(shí)用的單相橋式全波整流電路，常應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源中。四個(gè)二極管Dl~D4接成電橋形式。設(shè)交流電源u為：

u

π2π3π4πtwouo+_u+_RLD4D2D1D3ioAB（a）⑶二極管電路的分析方法動(dòng)畫61由于二極管具有單向?qū)щ娦?，因此利用它可以進(jìn)行交流電到直流電的在一般整流電路中，交流電壓幅值Um都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的正向壓降UD，因此常近似為UD

=0，可以用理想二極管等效電路來(lái)分析電路的工作原理。當(dāng)交流電源u>0時(shí)，二極管Dl、D3導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；D2、D4截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，如圖(b)所示。因此輸出電壓uO=u。uo+_u+_RLD4D2D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2D1D3ioAB（b）+-⑶二極管電路的分析方法62在一般整流電路中，交流電壓幅值Um都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的正向壓當(dāng)u<0時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，Dl、D3截止，如圖(c)所示。因此uO=-u。uo+_u+_RLD4D2D1D3ioAB（a）uou+_RLD4D2D1D3ioAB（c）+-⑶二極管電路的分析方法63當(dāng)u<0時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，Dl、D3截止，如圖這樣無(wú)論在交流電源u的正半周還是負(fù)半周，負(fù)載RL兩端的輸出電壓uO始終是上正下負(fù)；RL電阻中的輸出電流iO始終是由A點(diǎn)流向B點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于交流電源u的波形可以畫出uO，iO及二極管中的電流iD的波形如圖(d)所示。

u

π2π3π4πtwo

uo（io）

π2π3π4πtwo

iD

π2π3π4πtwo

iD1iD3

iD2iD4

（d）⑶二極管電路的分析方法64這樣無(wú)論在交流電源u的正半周還是負(fù)半周，負(fù)載RL兩端的輸出電那么橋式全波整流輸出電壓uO的平均值UO（即直流成分）為：

式中U為交流電源u的有效值。負(fù)載電阻RL中流過(guò)的電流iO的平均值IO為⑶二極管電路的分析方法65那么橋式全波整流輸出電壓uO的平均值UO（即直流成分）為：從前圖中顯見(jiàn)每個(gè)二極管都只在交流電源的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流ID均為IO的一半。即從圖(b)、(c)中可見(jiàn)，每個(gè)二極管在截止時(shí)，它的兩端承受的最大反向電壓就是交流電源電壓u的峰值。記為⑶二極管電路的分析方法66從前圖中顯見(jiàn)每個(gè)二極管都只在交流電源的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以流那么，設(shè)計(jì)選擇二極管時(shí)必須滿足下列條件：如果要精確考慮二極管的正向壓降及導(dǎo)通時(shí)的正向電阻、截止時(shí)的反向電阻的影響，那么圖(d)中的波形還要進(jìn)行修正。⑶二極管電路的分析方法67那么，設(shè)計(jì)選擇二極管時(shí)必須滿足下列條件：如果要精確考慮二極管圖(a)是一個(gè)二極管組成的限幅電路(ClippingCircuit)。這種電路常用于有選擇地傳輸信號(hào)波形的一部分，所傳輸?shù)牟ㄐ尾糠痔幵陔娐吩O(shè)定的參考電壓以上或以下。DURRuou++––（a）⑶二極管電路的分析方法uo68圖(a)是一個(gè)二極管組成的限幅電路(ClippingCir電路中u為交流正弦電壓信號(hào)。UR為直流參考電壓源。D為普通二極管?，F(xiàn)在用考慮正向壓降的二極管等效電路來(lái)分析電路的工作情況。若D為硅管，則正向?qū)▔航礥D=0.7V。從而得到圖(b)的等效電路。DURRuou++––（a）kURRuou++––（b）UD⑶二極管電路的分析方法69電路中u為交流正弦電壓信號(hào)。UR為直流參考電壓源。D為普通二從圖(b)的等效電路可見(jiàn)，當(dāng)u>0且u>UR+UD時(shí)，二極管D導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合，輸出電壓UO=UR十UD。當(dāng)u<UR+UD時(shí)，二極管D截止，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，輸出電壓uO=u。kURRuou++––（b）UD⑶二極管電路的分析方法70從圖(b)的等效電路可見(jiàn)，當(dāng)u>0且u>UR+UD時(shí)，二極畫出uO的波形。電路將輸出電壓限制在UR+UD以下，可以采用理想二極管等效電路來(lái)進(jìn)行分析，那么uO的波形將近似在UR電壓以上削頂。kURRuou++––（b）UDuo（c）UR+UD⑶二極管電路的分析方法71畫出uO的波形。電路將輸出電壓限制在UR+UD以下，可以采用5.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管亦稱齊納二極管(ZenerDiodes)，與一般二極管不同之處是它正常工作在PN結(jié)的反向擊穿區(qū)。因其具有穩(wěn)定電壓作用，故稱為穩(wěn)壓管（VoltageRegulators）。

穩(wěn)壓管的符號(hào)和特性曲線如圖所示。725.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管亦稱齊納二極管(ZenerDio5.穩(wěn)壓二極管它的伏安特性與二極管基本相同，只是穩(wěn)壓管正常工作時(shí)是利用特性曲線的反向擊穿區(qū)。電流改變而電壓基本不變的特性稱為穩(wěn)壓特性，穩(wěn)壓管就是利用這一特性工作的。UIOUZIZUZIZIZM（b）陰極陽(yáng)極（a）735.穩(wěn)壓二極管它的伏安特性與二極管基本相同，只是穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：

穩(wěn)定電壓UZUZ是穩(wěn)壓管反向擊穿后的穩(wěn)定工作電壓值。例如穩(wěn)壓管2CWl的穩(wěn)定電壓是7~8.5V。由于工藝上的困難，同一型號(hào)的管子，穩(wěn)定電壓值有一定的分散性，就是說(shuō)，同樣都是2CWl型的管子，一個(gè)穩(wěn)定電壓是7V，而另一個(gè)卻可能是8.5V。5.穩(wěn)壓二極管74穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓UZ5.穩(wěn)壓二極管74動(dòng)態(tài)電阻rZrZ是穩(wěn)壓管在穩(wěn)定工作范圍內(nèi)管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流變化量之比即rZ越小，表示穩(wěn)壓作用越好。一個(gè)穩(wěn)壓管rZ的大小與工作電流有關(guān)，工作電流越大，rZ越小。5.穩(wěn)壓二極管75動(dòng)態(tài)電阻rZrZ是穩(wěn)壓管在穩(wěn)定工作范圍內(nèi)管子兩端電壓的變化量如圖是2CWl的rZ隨工作電流變化的曲線。由圖可見(jiàn)，當(dāng)I=2mA時(shí)，rZ=4.5Ω；I=5mA時(shí)，rZ

=2.2Ω；I>5mA時(shí)，rZ繼續(xù)下降，但變化不很明顯。I(mA)04812164812rZ(Ω)2CW1穩(wěn)壓管rZ—I曲線5.穩(wěn)壓二極管76如圖是2CWl的rZ隨工作電流變化的曲線。由圖可見(jiàn)，當(dāng)I=穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值，手冊(cè)上給出的穩(wěn)定電壓和動(dòng)態(tài)電阻都是指在這個(gè)電流下的值。工作電流若小于穩(wěn)定電流IZ，則rZ增大，穩(wěn)壓性能較差；工作電流若大于穩(wěn)定電流，rZ減小，穩(wěn)壓性能較好，但是要注意管子的功率損耗不要超出允許值。

5.穩(wěn)壓二極管77穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值，手冊(cè)上額定功耗PZMPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。如果已知管子的穩(wěn)定電壓值，那么額定功耗除以穩(wěn)定電壓就是該穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定電流IZM=PZM/UZ。超過(guò)這個(gè)電流使用，就可能損壞管子。例如2CWl的額定功耗PZM=280mW，UZ

=8.5V，則最大穩(wěn)定電流IZM=280/8.5≈33mA。5.穩(wěn)壓二極管78額定功耗PZMPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。5.電壓溫度系數(shù)溫度變化1℃時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)，定義為電壓溫度系數(shù)。它是表示穩(wěn)壓管溫度穩(wěn)定性的參數(shù)。例如2CWl的電壓溫度系數(shù)是0.07%/℃，假設(shè)20℃時(shí)穩(wěn)定電壓UZ=8V，那么50℃時(shí)穩(wěn)壓值將為5.穩(wěn)壓二極管79電壓溫度系數(shù)溫度變化1℃時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)，定義為電壓電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。通常，穩(wěn)定電壓UZ低于4V的管子，溫度系數(shù)是負(fù)的（齊納擊穿），高于6V的管子，溫度系數(shù)是正的（雪崩擊穿），而穩(wěn)定電壓在4V~6V左右的管子，溫度系數(shù)最小，接近于零。所以，要求溫度穩(wěn)定性較高的場(chǎng)合常選用6V左右的管子。

5.穩(wěn)壓二極管80電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。5.穩(wěn)壓二極管80為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措施。例如2DW7系列的穩(wěn)壓管就是這種管子，它是由二個(gè)穩(wěn)壓值相同的管子反向串聯(lián)起來(lái)的，如圖所示。123具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管圖工作時(shí)一個(gè)管子處于正向，有負(fù)溫度系數(shù)，另一個(gè)管子處于反向，有正溫度系數(shù)，二者互相補(bǔ)償，將1、2兩端的電壓溫度系數(shù)減到很小的程度。5.穩(wěn)壓二極管81為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措施。例如2DW7系穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必須在電路中串聯(lián)電阻如圖所示。RzUzDzI+-U+-穩(wěn)壓管電路5.穩(wěn)壓二極管82穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必須在電U<UZ時(shí)，穩(wěn)壓管未擊穿，電路不通。U>UZ時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿必須適當(dāng)選擇R值，使得I<IZM。R稱為限流電阻。

RzUzDzI+-U+-穩(wěn)壓管電路5.穩(wěn)壓二極管83U<UZ時(shí)，穩(wěn)壓管未擊穿，電路不通。U>UZ時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿必5.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理845.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理845.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理（1）設(shè)負(fù)載電阻RL不變而電網(wǎng)電壓波動(dòng)當(dāng)電網(wǎng)電壓增大，整流濾波輸出電壓Us增大，經(jīng)限流電阻和負(fù)載電阻分壓，使Uo（即Uz）增大；Uz增大將導(dǎo)致Iz劇增；Iz劇增，流過(guò)限流電阻的電流也要增大，從而限流電阻上的壓降UR增大；因?yàn)閁o=Us-UR，從而抵消了Us的增大值。當(dāng)電網(wǎng)電壓減小時(shí)，上述變化過(guò)程剛好相反，結(jié)果同樣使Uo穩(wěn)定。855.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理（1）設(shè)負(fù)載電阻RL不變而電網(wǎng)電壓波5.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理（2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變而負(fù)載電阻RL不穩(wěn)定當(dāng)負(fù)載電阻RL增大，經(jīng)限流電阻和負(fù)載電阻分壓，使Uo(即Uz)增大；Uz增大將導(dǎo)致Iz劇增；Iz劇增，流過(guò)限流電阻的電流也要增大，從而限流電阻上的壓降UR增大；Us不變，Uo=Us-UR，則Uo減小而抵消Uo的增大值，從而Uo保持穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載電阻RL減小時(shí)，上述變化過(guò)程剛好相反，結(jié)果同樣使Uo穩(wěn)定。865.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理（2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變而負(fù)載電阻RL不在不需考慮穩(wěn)壓管的電壓變化量的情況下，可以采用圖(a)所示的近似特性曲線（粗實(shí)線）和圖(b)穩(wěn)壓管電路等效電路。uiOUZ（a）KUZ（b）5.穩(wěn)壓二極管87在不需考慮穩(wěn)壓管的電壓變化量的情況下，可以采用圖(a)所在只考慮穩(wěn)壓管擊穿穩(wěn)壓時(shí)，電壓的變化量△U，與電流變化量地之間關(guān)系時(shí)，可以采用圖(c)所示的微變等效電路，即用動(dòng)態(tài)電阻rZ來(lái)等效穩(wěn)壓管，從而分析變化量之間的關(guān)系。rz△Iz△Uz+-（c）5.穩(wěn)壓二極管88在只考慮穩(wěn)壓管擊穿穩(wěn)壓時(shí)，電壓的變化量△U，與電流變化量地之W4作業(yè)(下周上課之前交)P1324-4、4-6、4-8思考題(不用交)P1324-、4-、4-、89W4作業(yè)(下周上課之前交)P132思考題(不用交)P134.3雙極型三極管1.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)類型。核心部分都是兩個(gè)PN結(jié)。

3AX313DG63AD6(a)外形示意圖904.3雙極型三極管1.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型3AX313D1.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NNPcbeSiO2絕緣層(b)NPN硅管結(jié)構(gòu)圖NcbePN型鍺銦球銦球(c)PNP鍺管結(jié)構(gòu)圖911.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NNPcbeSiO2絕緣層(b)N1.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型PNP型c集電極b基極集電區(qū)PN基區(qū)發(fā)射區(qū)P集電結(jié)發(fā)射結(jié)e發(fā)射極(a)PNP型ebc921.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型PNP型c集電極b基極集電區(qū)PN基區(qū)1.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NPN型c集電極b基極集電區(qū)NP基區(qū)發(fā)射區(qū)N集電結(jié)發(fā)射結(jié)e發(fā)射極(b)NPN型ebc931.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NPN型c集電極b基極集電區(qū)NP基區(qū)1.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型三極管在結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)摻雜濃度：發(fā)射區(qū)>>集電區(qū)>>基區(qū)；(2)基區(qū)必須很薄。941.晶體管的結(jié)構(gòu)和類型三極管在結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)特點(diǎn)：942.晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用

內(nèi)部條件外部條件

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。電路接法：共基接法。NPNVEEVCCiBRcReiEiCbec952.晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用內(nèi)部條件NPNVEEV共射接法。RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuCEiEuBC+++－－－2.晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用

96共射接法。RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuC⑴

晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子的過(guò)程電子在基區(qū)中的擴(kuò)散過(guò)程電子被集電極收集的過(guò)程

iBiCiEVCCVBBRbNPN(a)載流子運(yùn)動(dòng)情況iB’iEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各極電流分配情況晶體管中的電流iEniEpiB’iCnICBO97⑴晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子的過(guò)程iBi⑵晶體管的電流分配關(guān)系CBOBB'Iii-=CBOCnCIii+=CBEiii+=iB’iEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各極電流分配情況Cni=bBi,iCn=bBi,令=Bi,CnCCBOIii+=+CBOI=bCBOI+CBOI+Bibb98⑵晶體管的電流分配關(guān)系CBOBB'Iii-=CBOCnCI⑵晶體管的電流分配關(guān)系令：99⑵晶體管的電流分配關(guān)系令：99系數(shù)代表iB對(duì)iC的控制作用的大小，越大，控制作用越強(qiáng)。⑵晶體管的電流分配關(guān)系電流iC由兩部分組成：一部分是ICEO，它是iB=0時(shí)流經(jīng)集電極與發(fā)射極的電流，稱為穿透電流。另一部分是，它表示iC中受基極電流iB控制的部分。100系數(shù)代表iB對(duì)iC的控制作用的大小，越大，控制作用⑶

晶體管的放大作用晶體管放大作用的本質(zhì)：

iB對(duì)iC或iE對(duì)iC的控制作用。為什么能實(shí)現(xiàn)放大呢？

輸入信號(hào)負(fù)載VEEVCCecbiEiC晶體管共基電路iBiC輸入信號(hào)負(fù)載VCCVBB晶體管共射電路101⑶晶體管的放大作用晶體管放大作用的本質(zhì)：為什么能實(shí)現(xiàn)放大呢⑷

關(guān)于PNP型晶體管PNP管與NPN管之間的差別：(1)電壓極性不同。(2)電流方向不同。

VBBVCCbceiBiCiE(a)NPN型VBBVCCbceiBiCiE(b)PNP型NPN型和PNP型晶體管電路的差別102⑷關(guān)于PNP型晶體管PNP管與NPN管之間的差別：VBBV3.晶體管的特性曲線晶體管特性曲線是表示晶體管各極間電壓和電流之間的關(guān)系曲線。bceiBiEiCuBCuCEuBE+-+-+-

NPN型晶體管的電壓和電流參考方向

iC+iB=iE

uCE

=uBE－uBC

通常是以發(fā)射極為公共端，畫出iC、iB，uCE和uBE四個(gè)量的關(guān)系曲線，稱為共射極特性曲線。

1033.晶體管的特性曲線晶體管特性曲線是表示晶體管各極間電壓和μAVVmAiBiCVBBRW1RbRW2VCCuCE+uBE-+-測(cè)量NPN管共射特性曲線的電路圖104μAVVmAiBiCVBBRW1RbRW2VCCuCE+uB⑴共射輸入特性u(píng)CE為一固定值時(shí)，iB和uBE之間的關(guān)系曲線稱為共射輸入特性，即iB(mA)uBE(V)0.20.40.60.80.020.040.060.080uCE

=0V1V5V3DG4的輸入特性20℃105⑴共射輸入特性u(píng)CE為一固定值時(shí)，iB和uBE之間的關(guān)系輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

當(dāng)uCE=0時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正向伏安特性曲線形狀類似。μARW1VBBbecVuBE+-iBuCE=0時(shí)的晶體管106輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：當(dāng)uCE=0時(shí)，輸入特性曲線與二極

uCE增加，特性曲線右移。

uCE的大小影響基區(qū)內(nèi)集電結(jié)邊界電子的分布。

uCE≥1V以后，特性曲線幾乎重合。

uCE≥1V以后，基區(qū)中集電結(jié)邊界處的電子濃度很低。與二極管的伏安特性相似uBE<Ur時(shí)，iB=0；Ur=0.5V(Si)Ur=0.1V(Ge)正常工作時(shí)

uBE=0.7V(Si)uBE=0.2V(Ge)⑴共射輸入特性

107uCE增加，特性曲線右移。⑴共射輸入特性107cebuBEiBiCiEuCE+_+_

PNP型晶體管的電壓電流參考方向電壓極性、電流方向與NPN型管不同。PNP管的參考方向-uBE(V)iB(mA)00.10.20.30.40.040.080.120.16uCE=0V-6V3AX1的輸入特性⑴共射輸入特性

108cebuBEiBiCiEuCE+_+_PNP型晶體管的電⑵共射輸出特性iB為固定值時(shí)，iC和uCE之間的關(guān)系曲線稱為共射輸出特性，即(a)3AX1的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)2046820℃2681012晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA20℃0.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放大區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性510152025303550109⑵共射輸出特性iB為固定值時(shí)，iC和uCE之間的關(guān)系曲線⑵共射輸出特性

截止區(qū):指iB≤0，iC≤ICEO的工作區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域中，電流iC很小，基本不導(dǎo)通，故稱為截止區(qū)。工作在截止區(qū)時(shí)，晶體管基本失去放大作用。(a)3AX1的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)2046820℃2681012晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA20℃0.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放大區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性510152025303550110⑵共射輸出特性截止區(qū):指iB≤0，iC≤ICEO的工作⑵共射輸出特性

實(shí)際上，三極管在iB=0時(shí)并沒(méi)有完全截止。為使三極管真正截止，必須給發(fā)射結(jié)加反向偏壓，使發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入載流子。(a)3AX1的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)2046820℃2681012晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA20℃0.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放大區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性510152025303550111⑵共射輸出特性實(shí)際上，三極管在iB=0時(shí)并沒(méi)有完全截止。⑵共射輸出特性

飽和區(qū):

指輸出特性中iC上升部分與縱軸之間的區(qū)域。飽和區(qū)特性曲線的特點(diǎn)是固定iB不變時(shí)，iC隨uCE的增加而迅速增大。(a)3AX1的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)2046820℃2681012晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA20℃0.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放大區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性510152025303550112⑵共射輸出特性飽和區(qū):指輸出特性中iC上升部分與縱軸之⑵共射輸出特性

飽和區(qū)是對(duì)應(yīng)于uCE較小（uCE<uBE）的情況。這時(shí)集電結(jié)和發(fā)射結(jié)都處于正向偏置（uBE>Ur，uBC>0)。飽和時(shí)的值稱為飽和壓降當(dāng)時(shí)（），稱為臨界飽和。113⑵共射輸出特性飽和區(qū)是對(duì)應(yīng)于uCE較小（uCE<uBE）⑵共射輸出特性

放大區(qū):

輸出特性上在飽和區(qū)和截止區(qū)之間的區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)。在這個(gè)區(qū)域里，iB>0，uCE>uBE，即發(fā)射結(jié)是正向偏置，集電結(jié)是反向偏置。(a)3AX1的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)2046820℃2681012晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA20℃0.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放大區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性510152025303550114⑵共射輸出特性放大區(qū):輸出特性上在飽和區(qū)和截止區(qū)之間的⑵共射輸出特性

放大區(qū)的特點(diǎn)：iB固定，uCE增加iC略有增加。uCE固定，iB變化iC變化很大，iB對(duì)iC的強(qiáng)烈控制作用。(a)3AX1的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)2046820℃2681012晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA20℃0.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放大區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性510152025303550115⑵共射輸出特性放大區(qū)的特點(diǎn)：iB固定，uCE增加iC略4.晶體管的主要參數(shù)晶體管的參數(shù)是用來(lái)表示晶體管的各種性能指標(biāo)。⑴電流放大系數(shù)①共射直流電流放大系數(shù)它表示集電極電壓uCE一定時(shí)，集電極電流和基極電流之間的關(guān)系如果iC>>ICEO則1164.晶體管的主要參數(shù)晶體管的參數(shù)是用來(lái)表示晶體管的各種性能⑴電流放大系數(shù)A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的iC=6mA，iB=40μAuCE(V)iC(mA)051015483.368.81216A20406080iB=100μA3DG6的輸出特性117⑴電流放大系數(shù)A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的iC=6mA，iB=40μAuC⑴電流放大系數(shù)

晶體管3AX3有較大的穿透電流ICEO0.823468-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18B03AX3的輸出特性118⑴電流放大系數(shù)晶體管3AX3有較大的穿透電流ICEO0.表示集電極負(fù)載短路（即uCE保持不變）的條件下，集電極電流的變化量與相應(yīng)的基極電流變化量之比，即②共射交流短路電流放大系數(shù)大表示只要基極電流很小的變化，就可以控制產(chǎn)生集電極電流大的變化，即電流放大作用好。119表示集電極負(fù)載短路（即uCE保持不變）的條件下，集電極電流的值的求法：在A點(diǎn)附近找兩個(gè)uCE相同的點(diǎn)C和D所以對(duì)應(yīng)于C點(diǎn)，iC=8.8mA，iB=60μA；對(duì)應(yīng)于D點(diǎn)，iC=3.3mA，iB=20μA，△iC

=8.8-3.3=5.5mA，△iB=60-20=40μA，uCE(V)iC(mA)051015483.368.81216CDA20406080iB=100μA3DG6的輸出特性②共射交流短路電流放大系數(shù)120值的求法：在A點(diǎn)附近找兩個(gè)uCE相同的點(diǎn)C和D所以對(duì)應(yīng)于C點(diǎn)用同樣辦法可以求出3AX3工作在B點(diǎn)的值。找出F點(diǎn)和G點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于F點(diǎn)，iC=3.9mA，iB=0.06mA；對(duì)應(yīng)于G點(diǎn)，iC=1.8mA，iB=0.02mA；于是△iC=3.9-1.8=2.lmA，△iB=0.06-0.02=0.04mA，所以

=2.1/0.04=52.5-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18FBG03AX3的輸出特性0.823468②共射交流短路電流放大系數(shù)121用同樣辦法可以求出3AX3工作在B點(diǎn)的值。找出F點(diǎn)定義

根據(jù)晶體管的電流分配關(guān)系，可以得到下列換算關(guān)系

③共基直流電流放大系數(shù)和共基交流電流放大系數(shù)122定義根據(jù)晶體管的電流分配關(guān)系，可以得到下列換算關(guān)系③共基⑵極間反向電流①集電極-基極反向飽和電流ICBOICBO是指發(fā)射極開(kāi)路，集電極與基極之間加反向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，也就是集電結(jié)的反向飽和電流?？捎孟聢D電路測(cè)出。μAICBO(b)PNP管VμAICBO(a)NPN管VICBO的測(cè)量123⑵極間反向電流①集電極-基極反向飽和電流ICBOμAIC①集電極-基極反向飽和電流ICBO反向電壓大小改變時(shí)，ICBO的數(shù)值可能稍有改變。ICBO是少數(shù)載流子電流，受溫度影響很大，ICBO越小越好。硅管的ICBO比鍺管的小得多，要求在溫度變化范圍寬的環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)選用硅管；大功率管的ICBO值較大，使用時(shí)應(yīng)予以注意。124①集電極-基極反向飽和電流ICBO反向電壓大小改變時(shí)，IC②穿透電流ICEOICEO是基極開(kāi)路，集電極與發(fā)射極間加反向電壓時(shí)的集電極電流。由于這個(gè)電流由集電極穿過(guò)基區(qū)流到發(fā)射極，故稱為穿透電流。測(cè)量ICEO的電路如圖所示。μAbceICEO(a)NPN管μAbceICEO(b)PNP管ICEO的測(cè)量125②穿透電流ICEOICEO是基極開(kāi)路，集電極與發(fā)射極間加反②穿透電流ICEO由圖可見(jiàn)，ICEO不單純是一個(gè)PN結(jié)的反向電流所以，大的三極管的溫度穩(wěn)定性較差μAbceICEO(a)NPN管μAbceICEO(b)PNP管ICEO的測(cè)量126②穿透電流ICEO由圖可見(jiàn)，ICEO不單純是一個(gè)PN結(jié)的反⑶極限參數(shù)

①集電極最大允許耗散功率PCM晶體管電流iC與電壓uCE的乘積稱為集電極耗散功率PC=iCuCE，這個(gè)功率將導(dǎo)致集電結(jié)發(fā)熱，溫度升高。因此，定出了集電極最大允許耗散功率PCM，工作時(shí)管子消耗的平均功率PC必須小于PCM。127⑶極限參數(shù)①集電極最大允許耗散功率PCM晶體管電流iC①集電極最大允許耗散功率PCM

可以在輸出特性的坐標(biāo)上畫出PCM=iCuCE的曲線．稱為集電極最大功率損耗線。例如，3DG4的PCM=300mW，根據(jù)iCuCE=300mW，可以計(jì)算出功率損耗線上的點(diǎn)：uCE=5V時(shí)iC=60mA；uCE=l0V時(shí)iC=30mA；uCE=l5V時(shí)，iC=20mA；uCE=20V時(shí)，iC=l5mA；uCE=30V時(shí)，iC=l0mA；uCE=40V時(shí)，iCE=7.5mA等等。在輸出特性坐標(biāo)上找出這些點(diǎn)，并將它們連成一條曲線即為最大功率損耗線，如圖所示。128①集電極最大允許耗散功率PCM可以在輸出特性的坐標(biāo)上畫出①集電極最大允許耗散功率PCM

曲線的左下方均滿足此之此PC<PCM條件。

uCE(V)iC(mA)iB=1.0mA0.80.60.40.2010203001020304050603DG4的安全工作區(qū)U(BR)CEOICM20℃功率損耗線129①集電極最大允許耗散功率PCM曲線的左下方均滿足此之此P②反向擊穿電壓反向擊穿電壓是指各電極間允許加的最高反向電壓。U(BR)CBO是發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極-基極間的反向擊穿電壓。U(BR)CEO是基極開(kāi)路時(shí)，集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。U(BR)EBO是集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO。130②反向擊穿電壓反向擊穿電壓是指各電極間允許加的最高反向電③集電極最大允許電流ICM

集電極電流如果超過(guò)ICM，晶體管的放大性能就要下降甚至可能損壞。PCM、U(BR)CEO和ICM三個(gè)極限參數(shù)，決定了晶體管的安全工作區(qū)。⑷

頻率參數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)晶體管高頻放大性能的參數(shù)。131③集電極最大允許電流ICM集電極電流如果超過(guò)ICM，晶體①共發(fā)射極截止頻率晶體管共射短路電流放大系數(shù)隨信號(hào)頻率升高而下降，如圖所示。

下降到低頻時(shí)的0.707倍時(shí)f

的值βffT1041051061071081010010001β00.707β0fββ的頻率特性132①共發(fā)射極截止頻率晶體管共射短路電流放大系數(shù)隨信號(hào)②特征頻率fT

下降到等于1時(shí)的頻率稱為特征頻率fT。

通常高頻晶體管都用fT來(lái)表征它的高頻放大特性。當(dāng)頻率后，有以下近似關(guān)系：

βffT1041051061071081010010001β00.707β0fββ的頻率特性133②特征頻率fT下降到等于1時(shí)的頻率稱為特征頻率fT。5.溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響

主要考慮溫度對(duì)下述三個(gè)參數(shù)的影響：共射短路電流放大系數(shù)基射極間正向電壓uBE集電結(jié)反向飽和電流ICBO。1345.溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響主要考慮溫度對(duì)下述三個(gè)參數(shù)的影響①溫度對(duì)ICBO的影響ICBO是少數(shù)載流子形成的電流溫度每升高10℃，ICBO增加約一倍。公式為：通常手冊(cè)上給出的ICBO是溫度為25℃時(shí)的值，如果實(shí)際工作溫度高于25℃，則應(yīng)用上式算出實(shí)際值。135①溫度對(duì)ICBO的影響ICBO是少數(shù)載流子形成的電流通常②溫度對(duì)的影響溫度升高時(shí)隨之增大。一般的，溫度每升高1℃，增加約(0.5~1)%，即稱為的溫度系數(shù)。

136②溫度對(duì)的影響溫度升高時(shí)隨之增大。一般的，溫晶體管的曲線隨溫度升高間距增大。

uCE(V)iC(mA)05101512302040iB=60μA輸出特性02040iB=60μA25℃100℃②溫度對(duì)的影響137晶體管的曲線隨溫度升高間距增大。uCE(V)iC(mA)0③溫度對(duì)基-射電壓uBE的影響溫度升高時(shí)，對(duì)于同樣的發(fā)射極電流，晶體管所需的基-射電壓uBE減小。圖中給出低頻小功率鍺管在iE為恒定值時(shí)，uBE與溫度的關(guān)系曲線。溫度每升高l℃，|uBE|大約減小2mV。無(wú)論硅管或鍺管，uBE受溫度的影響基本相同138③溫度對(duì)基-射電壓uBE的影響溫度升高時(shí)，對(duì)于同樣的發(fā)射極電iB(uA)uBE(V)0.30.60.940uCE=2V輸入特性25℃150℃123③溫度對(duì)基-射電壓uBE的影響139iB(uA)uBE(V)0.30.60.940uCE=2V輸W5作業(yè)(下周上課之前交)P1324-11、4-12、4-13補(bǔ)充：分析穩(wěn)壓二極管的工作原理（1）設(shè)負(fù)載電阻RL不變而電網(wǎng)電壓Us減小（2）設(shè)電網(wǎng)電壓Us不變而負(fù)載電阻RL減小思考題(不用交)P1324-14、4-15、4-17140W5作業(yè)(下周上課之前交)P132思考題(不用交)P134.4

場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管是由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件是用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。按結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，它有兩大類。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET(JunctiontypeFieldEffectTransister)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)IGFET也稱金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）1414.4場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管是由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件11.絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET分為增強(qiáng)型

N溝道、P溝道

耗盡型N溝道、P溝道⑴

N溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)和工作原理

①結(jié)構(gòu)

N溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖

d(Drain)為漏極，相當(dāng)cg(Gate)為柵極，相當(dāng)bs(Source)為源極，相當(dāng)e動(dòng)畫1421.絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSF

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)改變導(dǎo)電通道的寬窄，從而控制漏-源極間電流的大小感生溝道的形成②工作原理uGS鋁SiO2P襯底型硅耗盡區(qū)受主離子（a）uGS<UTgbuGS自由電子耗盡區(qū)反型層（b）uGS≥UTgb143絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)改變導(dǎo)電通道的寬窄，從絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)改變導(dǎo)電通道的寬窄，從而控制漏-源極間電流的大小柵源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用當(dāng)uGS=0時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，uDS任意iD=0當(dāng)uGS>0時(shí)，形成空間電荷區(qū)。當(dāng)uGS>UT，形成導(dǎo)電溝道。UT—開(kāi)啟電壓。uGS越大，則導(dǎo)電溝道越寬，溝道電阻越小，iD越大

。②工作原理144絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)改變導(dǎo)電通道的寬窄，從而控制當(dāng)uGS>UT時(shí)，uDS>0iD有電流。當(dāng)uDS較小時(shí)，uGD=uGS-uDS>UT，溝道各處寬度基本不變電阻不變iD與uDS線性關(guān)系。當(dāng)uGS<UT時(shí)，即使uDS>0iD=0漏源電壓uDS對(duì)漏極電流iD的影響②工作原理145當(dāng)uGS>UT時(shí)，uDS>0iD有電流。當(dāng)uGS<UuDS↑uGD↓d處變窄，s處不變電阻↑iD與uDS非線性關(guān)系。當(dāng)uGD=UT時(shí)d處溝道消失預(yù)夾斷。uDS↑↑uGD<UT夾斷區(qū)向s處擴(kuò)展△uDS幾乎全部降到夾斷區(qū)iD基本不變。②工作原理146uDS↑uGD↓d處變窄，s處不變電阻↑i⑵N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線iD=f(uDS)uGS=常數(shù)①輸出特性u(píng)DS(V)iD(mA)0481224135633.544.5uGS=5VN溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線2.5ⅠⅡ截止區(qū)：147⑵N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線iD=f(uDS)uGS1.輸出特性可變電阻區(qū)：特點(diǎn)：若uGS不變，iD~uDS線性關(guān)系（電阻值不變）；若uGS不同，斜率也不同（電阻不同）。所以，可變電阻區(qū)是受uGS控制的壓控電阻。uDS(V)iD(mA)0481224135633.544.5uGS=5VN溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線2.5ⅠⅡ1481.輸出特性可變電阻區(qū)：特點(diǎn)：若uGS不變，iD~uDS線①輸出特性飽和區(qū)（恒流區(qū)）：特點(diǎn)：出現(xiàn)了夾斷。uGS不變，若uDS增加，iD幾乎不變（恒流）；uDS不變，若uGS變化，iD也變化（uGS控制iD）。定義一參數(shù)——跨導(dǎo)gmuDS(V)iD(mA)0481224135633.544.5uGS=5VN溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線2.5ⅠⅡ149①輸出特性飽和區(qū)（恒流區(qū)）：特點(diǎn)：出現(xiàn)了夾斷。uDS(V)uGS對(duì)漏極電流iD的控制關(guān)系可用

iD=f(uGS)uDS=const這一曲線描述，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。工程上有公式：iD=K(uGS-UT)2K為