半導(dǎo)體二極管和晶體管

第六章半導(dǎo)體二極管和晶體管6.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性6.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.3基本結(jié)構(gòu)6.4穩(wěn)壓二極管6.5晶體管6.7光電器件第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管6.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。自然界的物質(zhì)按其導(dǎo)電能力的大小，分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類，電阻率在10-3Ω·cm以下的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，電阻率在108Ω·cm以下的物質(zhì)稱為絕緣體，電阻率介于二者之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管1本征半導(dǎo)體完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭囟扔?，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)電子電流

(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流注意：

(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，其導(dǎo)電性能很差；

(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。

(3)本征半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)目恒等于空穴數(shù)目。自由電子和空穴都稱為載流子。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素），形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。摻雜后，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)發(fā)生顯著的變化。2雜質(zhì)半導(dǎo)體按摻入雜質(zhì)（某種元素）的性質(zhì)，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）和P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）兩類。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管2.1N型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。

Si

Si

Si

Si多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素，形成N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）。

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子?！鵑

型半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式是靠自由電子導(dǎo)電第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管摻入五價(jià)元素p+2.2P型半導(dǎo)體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素，形成P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）。※P

型半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式是靠空穴導(dǎo)電第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量

（a.減少、b.不變、c.增多）。abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba小結(jié)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管5.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由決定；雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由決定。（a.摻雜濃度、b.溫度）ba擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：載流子受擴(kuò)散力的作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散電流：載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。濃度差擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散電流擴(kuò)散力擴(kuò)散電流的大小與載流子的濃度梯度成正比第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管6.2PN結(jié)及其單相導(dǎo)電性1.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散電流漂移運(yùn)動(dòng)：載流子受電場(chǎng)力的作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)成為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移電流：載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為漂移電流。2.漂移運(yùn)動(dòng)和漂移電流漂移電流的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比電位差漂移運(yùn)動(dòng)漂移電流電場(chǎng)力第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管3.PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。形成空間電荷區(qū)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管少子漂移

擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)多子擴(kuò)散

形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)

促使阻止PN結(jié)的兩大基本特征：(1)當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體共處時(shí)，產(chǎn)生空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)的方向?yàn)镹指向P。(2)整個(gè)半導(dǎo)體仍然是電中性的。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管（1）PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄

P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–4.PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?章半導(dǎo)體二極管和晶體管PN結(jié)變寬外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR

P接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。–+內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－(2)PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管5.PN結(jié)的反向擊穿特性

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。如圖所示。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管雪崩擊穿當(dāng)反向電壓太高時(shí)，載流子在阻擋層中將受到強(qiáng)烈的電場(chǎng)加速作用，獲得夠的能量去碰撞原子，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。被撞出的載流子獲得能量后又可能再去碰撞別的原子，如此連鎖反應(yīng)造成了載流子的劇增。這種擊穿多發(fā)生在摻雜濃度不高的PN結(jié)，雪崩電壓一般高于6V。齊納擊穿當(dāng)反向電壓夠大時(shí)，阻擋層中的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)將電子從共價(jià)鍵中強(qiáng)行拉出，出現(xiàn)電子空穴對(duì)，使載流子劇增，其效果與溫度升高相仿。這種擊穿多發(fā)生在摻雜濃度不高的PN結(jié)，齊納擊穿電壓一般低于6V。結(jié)論

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?/p>

（1）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，正向擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，PN結(jié)處在導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)電阻很低，正向電流較大。（2）PN結(jié)加反向電壓時(shí)，僅有很小的反向飽和電流Is，處在截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電阻很高，反向電流很小。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管（3）當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。6.3半導(dǎo)體二極管基本結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。1.二極管的結(jié)構(gòu)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽(yáng)極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a

)

點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b

)面接觸型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)陰極陽(yáng)極(

d

)符號(hào)D第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管半導(dǎo)體二極管的型號(hào)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：第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管半導(dǎo)體二極管圖片第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管半導(dǎo)體二極管圖片第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管半導(dǎo)體二極管圖片第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管2.二極管伏安特性硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3V死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管UI01.最大整流電流

IF二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。它由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。2.最大反向工作電壓UR是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。3.反向電流IR指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，IR受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。3.二極管的主要參數(shù)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管4.最高工作頻率fM最高工作頻率主要由PN結(jié)電容的大小決定，結(jié)電容越大，則fM越低，工作時(shí)，若工作頻率超過(guò)fM

，則二極管的單向?qū)щ娦宰儾睢５?章半導(dǎo)體二極管和晶體管二極管的單向?qū)щ娦孕〗Y(jié)

1、二極管加正向電壓(正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù))時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。

2、二極管加反向電壓(反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正)時(shí)，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3、外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?/p>

4、二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。在分析含二極管的電路時(shí)，二極管一般采用理想模型或恒壓源模型，兩者的主要區(qū)別是二極管正向?qū)〞r(shí)，理想二極管的壓降為零，恒壓源模型的二極管上的壓降0.6(0.7)V或(0.2)0.3V第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管溫度對(duì)二極管伏安特性的影響第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管二極管是對(duì)溫度非常敏感的器件。實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會(huì)減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)（約為-2mV/℃）；溫度升高，反向飽和電流會(huì)增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增加一倍。二極管的溫度特性二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通否則，正向管壓降硅0.6~0.7V分析方法：將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽(yáng)

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開(kāi)。鍺0.2~0.3V截止若V陽(yáng)

<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管電路如圖，求：UAB

V陽(yáng)

=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰，VD=6V，二極管導(dǎo)通，若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例：解：取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。D6V12V3kBAUAB+–第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管解：兩個(gè)二極管的陰極接在一起，取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)

=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例:D1承受反向電壓為6V流過(guò)D2

的電流為求：UABBD16V12V3kAD2UAB+–第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管分析兩個(gè)二極管的導(dǎo)通情況，如導(dǎo)通，計(jì)算流過(guò)二極管的電流。如截止，求出其反向電壓。(練習(xí))第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管例：如圖所示已知：二極管是理想的，試畫(huà)出uo

波形。例：如圖所示第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管例電路如圖所示。設(shè)輸入V，設(shè)二極管是理想的，試畫(huà)出輸出電壓的波形。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管電路如圖所示第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管已知R=5k，電壓表V的讀數(shù)約為多少？判別二極管是導(dǎo)通還是截止。例電路如圖所示。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管1.符號(hào)UZIZIZMUZ

IZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO穩(wěn)壓二極管6.4穩(wěn)壓二極管第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。3.主要參數(shù)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

IR

IZ

IoRLIoIRVRIZIRVoVoVZVR4.穩(wěn)壓電路第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管例：如圖所示電路中，Ui＝12V，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓UZ＝6V，穩(wěn)定電流IZ

＝10mA，電阻R＝100Ω，RL＝150Ω。(1)求UO、IR和穩(wěn)壓管實(shí)際工作電流IZ；(2)若穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流IZ=50mA，試問(wèn)Ui允許波動(dòng)的范圍是多少？解：(1)由電路可知，第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管則穩(wěn)壓管的實(shí)際工作電流為(2)若穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流IZM=50mA，而穩(wěn)定電流IZ＝10mA，則由電路可知當(dāng)IZ＝10mA時(shí)當(dāng)IZM＝50mA時(shí)故Ui允許波動(dòng)的范圍是（11～15）V。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=10V，穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流IZMAX=20mA，輸入直流電壓

UI=20V，限流電阻R

最小應(yīng)選（）。

第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管例：如圖所示是穩(wěn)壓管電路。當(dāng)穩(wěn)壓管的電流Iz的變化范圍為5~40mA時(shí)，問(wèn)RL的變化范圍為多少？第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管（a）符號(hào)（b）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)刻度）二極管電容的大小除與其結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外，還與外加電壓有關(guān)。結(jié)電容隨PN結(jié)上反向電壓增加而減小，這種效應(yīng)顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管變?nèi)荻O管在高頻電路中應(yīng)用較多。（a）符號(hào)（b）特性曲線光電二極管第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管光電二極管在反向偏置狀態(tài)下工作，它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。其主要特點(diǎn)是反向電流與光照強(qiáng)度成正比光電二極管常用于光的測(cè)量，是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的常用器件。符號(hào)光電傳輸系統(tǒng)當(dāng)發(fā)光二極管通以電流，正向?qū)〞r(shí)發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度取決于電流的大小，電流越大，亮度越強(qiáng)。發(fā)光二極管第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管所發(fā)光的顏色由其所使用的材料決定，常見(jiàn)的有紅黃綠以及紅外線。發(fā)光二極管常做顯示器件，使用時(shí)與幾百歐姆的電阻串聯(lián)。防止電流過(guò)大而燒壞。有時(shí)也做檢測(cè)器件用。下圖是對(duì)電脈沖信號(hào)的檢測(cè)。6.5晶體管晶體管的結(jié)構(gòu)(a)硅平面型；(b)鍺合金型(b)銦球N型鍺BECPP銦球1晶體管的結(jié)構(gòu)(a)BEP型硅N型硅二氧化碳保護(hù)膜N型硅C第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號(hào)(a)NPN型晶體管；(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP型晶體管CE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNP基極發(fā)射極集電極BCE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)P發(fā)射結(jié)P集電結(jié)N集電極發(fā)射極基極B第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體的管子稱為NPN管。還有一種與它成對(duì)偶形式的，即兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體的管子，稱為PNP管。晶體管制造工藝上的特點(diǎn)是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度底，集電區(qū)面積大。(a)共基極 (b)共發(fā)射極 (c)共集電極三種連接方式（或成為三種組態(tài)）ab二端網(wǎng)絡(luò)單端口網(wǎng)絡(luò)ab四端網(wǎng)絡(luò)雙端口網(wǎng)絡(luò)dc輸入端口輸出端口第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管BECNNP發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP管從電位的角度看：EBRBECRC2電流分配和放大原理(1)三極管放大的外部條件第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏VB<VEVC<VB發(fā)射結(jié)正偏NPN

管集電結(jié)反偏VB>VEVC>VB

晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路設(shè)EC=6V，改變可變電阻RB,則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下表：(2)各電極電流關(guān)系及電流放大作用mAAVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:(a)IE=IB+IC符合基爾霍夫定律(b)IC

IB

，

IC

IE

(c)IC

IB把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實(shí)質(zhì):

用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管+UBE

ICIEIB

CTEB+UCE(a)NPN型晶體管；+UBE

IBIEICCTEB+UCE電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性(d)要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。(b)PNP型晶體管第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管(3)三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過(guò)程：由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過(guò)程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子過(guò)程：由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管載流子運(yùn)動(dòng)三個(gè)過(guò)程對(duì)三極管放大原理的總結(jié)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管在滿足發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置的前提下，晶體管內(nèi)載流子的傳輸發(fā)生如下過(guò)程：

(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

(2)電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合

(3)集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子三極管內(nèi)部載流子的電流關(guān)系IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBE

ICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流，溫度ICEO(常用公式)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管忽略ICEO，則即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線

(1)直觀地分析管子的工作狀態(tài)

(2)合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路6.4.2晶體管的特性曲線第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路mAAVVICUCIBRB+UBE+UCEUBCEB3DG100第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管特點(diǎn):非線性正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：

NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3V3DG100晶體管的輸入特性曲線O0.40.8IB/AUBE/VUCE≥1V60402080死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。1.輸入特性第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管輸入特性

與UCE=0V時(shí)相比，在UBE相同的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導(dǎo)通電壓約為0.5V。嚴(yán)格地說(shuō)，當(dāng)UCE逐漸增加時(shí)，IB逐漸減小，曲線逐漸向右移。這是因?yàn)閁CE增加時(shí)，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復(fù)合，所以IB減小。不過(guò)UCE超過(guò)1V以后再增加，IC增加很少，因?yàn)镮B的變化量也很小，通?？梢院雎訳CE變化對(duì)IB的影響，認(rèn)為UCE≥

1V時(shí)的曲線都重合在一起。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管為什么特性曲線要求

UCE

≥1V？

UCE

≥1V，原因是b、e間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分?jǐn)U散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴復(fù)合，形成IB。2.輸出特性共發(fā)射極電路ICEC=UCCIBRB+UBE+UCEEBCEBIC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=03DG100晶體管的輸出特性曲線在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管晶體管有三種工作狀態(tài)，因而輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)3DG100晶體管的輸出特性曲線IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(1)放大區(qū)在放大區(qū)IC=

IB，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。對(duì)NPN型管而言,應(yīng)使

UBE

>0,UBC<

0，此時(shí)，

UCE

>UBE。大放區(qū)對(duì)PNP型管而言,應(yīng)使

UBE

<

0,UBC

>

0，此時(shí)，

UCE

<

UBE。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)特點(diǎn)（a）三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；（b）基極電流IB微小的變化會(huì)引起集電極電流IC較大的變化，有電流關(guān)系式：IC=βIB；（c）對(duì)NPN型的三極管，有電位關(guān)系：UC>UB>UE，UCE>UBE；對(duì)PNP型的三極管，有電位關(guān)系：UC<UB<UE；UCE<UBE（d）對(duì)NPN型硅三極管，有發(fā)射結(jié)電壓UBE≈0.5V；對(duì)NPN型鍺三極管，有UBE≈0.2V。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(2)截止區(qū)(a)截止時(shí),發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；UBE≤0,UBC<0對(duì)NPN型硅管，當(dāng)UBE<0.5V時(shí),即已開(kāi)始截止,為使晶體管可靠截止,常使UBE

0。IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB=0時(shí),IC=ICEO(很小)。(ICEO<0.001mA)截止區(qū)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管(b)截止時(shí),若不計(jì)穿透電流ICEO，有IB、IC近似為0；UCE≈UCC(c)三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(3)飽和區(qū)

在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時(shí)，硅管UCES0.3V，鍺管UCES0.1V。

IC

UCC/RC。當(dāng)UCE

<

UBE時(shí)，集電結(jié)處于正向偏置(UBC

>0)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。飽和區(qū)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流(a)放大(b)截止(c)飽和當(dāng)晶體管飽和時(shí)，UCE

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的接通，其間電阻很??；當(dāng)晶體管截止時(shí)，IC

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，其間電阻很大，可見(jiàn)，晶體管除了有放大作用外，還有開(kāi)關(guān)作用。UBE>0ICIB+UCEUBC<0IC0IB=0+UCEUCCUBC<0UBE

0UBE>

0IB+UCE0

UBC>0晶體管飽和和截止時(shí)的特點(diǎn)第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管測(cè)量三極管三個(gè)電極對(duì)地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。例發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管舉例圖中已標(biāo)出各硅晶體管電極的電位，判斷晶體管的狀態(tài)。0V0.5V0.7V10V4V9.7V1V5.3V6V3V-3V-2.3V第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管6.4.3

晶體管的微變等效電路三極管各極電壓和電流的變化關(guān)系，在較大范圍內(nèi)是非線性的。如果三極管工作在小信號(hào)情況下，信號(hào)只是在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍變化，三極管特性可看成是近似線性的，可用一個(gè)線性電路來(lái)代替，這個(gè)線性電路就稱為三極管的微變等效電路。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式計(jì)算：式中，IE為射極靜態(tài)電流。1.輸入端等效電路圖中是三極管的輸入特性曲線，是非線性的。如果輸入信號(hào)很小，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的工作段可近似地認(rèn)為是直線。在圖中，當(dāng)uCE為常數(shù)時(shí)，從b、e看進(jìn)去三極管就是一個(gè)線性電阻三極管的輸入特性曲線如圖所示，第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管由上述方法得到的晶體管微變等效電路如圖所示。若動(dòng)態(tài)是在小范圍內(nèi)，特性曲線不但互相平行、間隔均勻，且與uCE軸線平行。當(dāng)uCE為常數(shù)時(shí)，從輸出端c、e極看，三極管就成了一個(gè)受控電流源，則2.輸出端等效電路

圖中是三極管的輸出特性曲線族。第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管晶體三極管及微變等效電路（a）晶體三極管;（b）晶體三極管的微變等效圖中：第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管因電阻rce很大，可看做開(kāi)路，這樣，等效電路可簡(jiǎn)化成下圖的形式。晶體三極管及微變等效電路

(a)晶體三極管;(b)晶體三極管的微變等效圖中：第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管4.主要參數(shù)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時(shí)，注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。由于晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在特性曲線的近于水平部分，IC隨I