ch9半導體二極管和三極管課件

4.2半導體二極管

4.3穩(wěn)壓管4.4半導體三極管4.1半導體的導電特性第4章半導體二極管和三極管4.1半導體的導電特性4.1.1本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子

Si

Si

Si

Si價電子

價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（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現(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。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。4.1.2N型半導體和P型半導體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。

在N

型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。4.1.2N型半導體和P型半導體

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

Si

Si

Si

Si

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。1.在雜質半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba2PN結的單向導電性PN結變窄P接正、N接負外電場IF內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–1).PN結加正向電壓（正向偏置）2).PN結加反向電壓（反向偏置）外電場P接負、N接正內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－動畫–+PN結變寬2).PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、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結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態(tài)。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－4.2.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內保持常數(shù)。

1.最大整流電流

IOM

最大整流電流是指二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。

2.反向工作峰值電壓URWM

它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。3.反向峰值電流IRM它是指二極管上加反向工作峰值電壓時的反向電流值。4.2.3主要參數(shù)二極管的應用范圍很廣，主要都是利用它的單向導電性。它可用與整流、檢波、限幅、元件保護以及在數(shù)字電路中作為開關元件。[例1]在圖中，輸入電位VA=+3V，VB=0V，電阻R接負電源–12V。求輸出端電位VY。

[解]因為VA高于VB，所以DA優(yōu)先導通。如果二極管的正向壓降是0.3V，則VY=+2.7V。當DA導通后,DB因反偏而截止。在這里，DA起鉗位作用，將輸出端電位鉗制在+2.7V。DA–12VYVAVBDBR4.3

穩(wěn)壓二極管1.符號UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(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+正向+反向3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(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。

[例1]圖中通過穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？IZDZ+20R=1.6k

UZ=12V

IZM=18mAIZ例1的圖IZ<IZM

，電阻值合適。[解]1.NPN型三極管集電區(qū)集電結基區(qū)發(fā)射結發(fā)射區(qū)集電極C基極B發(fā)射極ENNP不論平面型或合金型，都分成NPN或PNP三層，因此又把晶體管分為NPN型和PNP型兩類。ECB符號T集電區(qū)集電結基區(qū)發(fā)射結發(fā)射區(qū)N集電極C發(fā)射極E基極BNPPN2.PNP型三極管

CBET符號以下是說明晶體管的放大原理和其中的電流分配的實驗電路.4.4.2電流分配和放大原理發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++輸入回路輸出回路(3)當IB=0(將基極開路)時，IC=ICEO，表中ICEO<0.001mA=1A。(4)要使晶體管起放大作用，發(fā)射結必須正向偏置，發(fā)射區(qū)才可向基區(qū)發(fā)射電子；而集電結必須反向偏置，集電區(qū)才可收集從發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的電子。下圖給出了起放大作用時NPN型和PNP型晶體管中電流實際方向和發(fā)射結與集電結的實際極性。+UBE

ICIEIBCTEB+UCENPN型晶體管+UBE

IBIEICCTEB+UCEPNP型晶體管對于NPN型應滿足:UBE

>0UBC

<

0即

VC>

VB>

VE對于PNP型應滿足:UEB>0UCB

<0即

VC

<VB<

VE特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO4.4.3特性曲線1.輸入特性曲線IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。2.輸出特性曲線當晶體管飽和時，UCE

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關的接通，其間電阻很小；當晶體管截止時，IC

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關的斷開，其間電阻很大，可見，晶體管除了有放大作用外，還有開關作用。晶體管的三種工作狀態(tài)如下圖所示+

UBE>0

ICIB+UCE(a)放大

UBC<0+IC0IB=0+UCEUCC(b)截止

UBC<0++UBE

0

+UBE>

0

IB+UCE0

(c)飽和

UBC>0+晶體管結電壓的典型值當晶體管工作在動態(tài)(有輸入信號)時，基極電流的變化量為IB，它引起集電極電流的變化量為IC。IC與IB的比值稱為動態(tài)電流(交流)放大系數(shù)

在輸出特性曲線近于平行等距并且ICEO較小的情況下,可近似認為，但二者含義不同。1.電流放大系數(shù)，當晶體管接成共發(fā)射極電路時，在靜態(tài)(無輸入信號)時集電極電流與基極電流的比值稱為靜態(tài)電流(直流)放大系數(shù)4.4.4主要參數(shù)2.集—基極反向截止電流ICBOICBO是當發(fā)射極開路時流經(jīng)集電結的反向電流，其值很小。3.集—射極反向截止電流ICEOICEO是當基極開路(IB=0)時的集電極電流，也稱為穿透電流，其值越小越好。ICBOA+–ECAICEOIB=0+–4.集電極最大允許電流ICM5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。6.集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率PCM。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結溫約為150C，鍺管約為7090C。基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，稱為集—射反相擊穿電壓U(BR)CEO。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全