第十章電子電路中常用的元件

24五月2023《電工電子技術》之電子技術24五月2023

半導體二極管和三極管是最常用的半導體器件。它們的基本結構、工作原理、特性和參數(shù)是學習電子技術和分析電子線路必不可少的基礎，而PN結又是構成各種半導體器件的共同基礎。因此，本章從討論半導體的導電特性和PN結的基本原理（特別是它的單向導電性）開始，然后介紹二極管和三極管，為以后的學習打下基礎。第十章電子電路中常用的元件24五月2023第十章電子電路中常用的元件10-1.半導體的基本知識10-2.PN結10-5.半導體三極管10-3.半導體二極管10-4.穩(wěn)壓二極管24五月2023一、什么叫半導（Semiconductors）10-1、半導體的基本知識

導電能力介于導體與絕緣體之間的物體，都是半導體。二、半導體的導電特性：1、溫度特性2、光照特性3、電磁特性利用這些特性可做成不同類型的傳感器很多半導體的導電能力在不同條件下有很大的差別。

如：硅、鍺、硒、砷化鎵以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等都是半導體。24五月2023三、本征半導體K層L層M層N層

Si1s22s22p63s23p2

Ge1s22s22p63s23p63d104s24p2

用得最多的半導體是鍺和硅。Si(14)Ge(32)82184+4都是四價元素。它們的化學性質(zhì)是一樣的，但要注意，Si

和Ge的最外層的4個電子所受到束縛力是不一樣的，Si的束縛力大，Ge的束縛力小。+32+1424五月2023

所有物質(zhì)根據(jù)原子的排列形式可分為晶體和非晶體。本征半導體就是完全純凈的，具有晶體結構的半導體。三、本征半導體

我們將半導體提純以后，所有的原子基本上都是整齊排列在一起，這種結構稱為晶體結構。所以我們也常把半導體稱為晶體。24五月2023+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴電子空穴對24五月2023+4+4+4+4+4+4+4+4+4RE電子電流空穴電流電子和空穴稱為載流子I24五月2023四、N型半導體（電子半導體）（Negative負的字頭）+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5多數(shù)載流子少數(shù)載流子特點：兩種載流子導電，導電能力加強。24五月2023五、P型半導體（Positive正)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3多數(shù)載流子少數(shù)載流子特點：兩種載流子導電，導電能力加強。24五月2023§10-2PN結一、PN結的形成PNPN空間電荷區(qū)1、濃度差引起載流子的擴散運動2、擴散運動形成PN結阻擋層或耗盡層擴散運動首先在交界面附近進行，由于多子的擴散與復合，就在交界面附近留下了帶正電離子（受到晶格的束縛不能參入導電），從而出現(xiàn)了一個帶正電和負電的空間電荷區(qū)，這一電荷區(qū)我們稱為PN結，由于PN結中沒有導電離子，所以又叫阻擋層或耗盡層。3、動態(tài)平衡時PN結中的電流：擴散電流等于漂移電流，PN結中的電流為零。不對稱結：濃度高的結窄對稱結：24五月2023二、PN結的單向導電特性1、加正向偏置（導通）P+，N-，擴散大于漂移2、加反向偏置（截止）P-，N+，漂移大于擴散反向飽和電流基本不變E31124五月2023三、PN結的擊穿1、齊納擊穿：（擊穿電壓低）4伏以下。濃度高時，PN結窄，在同樣電壓下，反向電場很強，從而破壞共價鍵的結構，把電子拉出來。2、雪崩擊穿：（擊穿電壓高）6伏以上。濃度低時，：PN結寬，電子在PN結中被加速，當遇到價電子時，就可以把其撞出來。

4伏~6伏，兩種情況都可能電擊穿24五月2023§10-3半導體二極管一、基本結構和符號1、點接觸型2、面接觸型3、符號二、伏安特性二極管的正向偏置和反向偏置與PN結相同，只多了二條引出線。正向擴散電流大，反向漂移電流小。24五月2023三、主要參數(shù)1、最大整流電流IOM

最大正向平均電流。2、反向工作峰值電壓URWM

保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓。一般是U（BR）的一半或三分之二。3、反向峰值電流IRM

二極管反向峰值電壓時反向電流值。18情五河月涂20券23四、鼓主要臉應用1、整句流2、限勇幅3、箝獵位4、檢育波18碌五頃月仁20尚23二極察管電叮路的賓分析澇方法慰如下①設二厘極管攤支路土為開蠟路即室斷開藥二極慰管②求旦二極啟管兩掙端的遇電壓U，如U大于徒死區(qū)昆電壓圣則二矩極管種導通朝，且U=死區(qū)特電壓眾。如U小于割死區(qū)東電壓梯則二范極管袍截止敏，與展二極焦管串獵聯(lián)支怒路上拍無電予流。例：P1修3，例15下-1，15嚷-2自已繩看（吹自學號）18捕五散月征20劑23例題例：脹電路秘如圖確所示碧，已桿知E=漸5V，ui=1伸0s殘inωt舊V，二筒極管補的正辱向壓稱降可刺忽略察不計延，試掃畫出uo的波藍形RDEu0ui0ωtuiu0解：18表五散月應20號23§簡10溜-4岔.穩(wěn)壓游二極戒管穩(wěn)壓芝管是一族種特碼殊的錫面接好觸型蛋二極蹦管。蘆它在肌電路很中常厭用作穩(wěn)定慶電壓的作寫用，故稱硬為穩(wěn)爭壓管。穩(wěn)壓墳管的格圖形懼符號蛛：穩(wěn)壓私管的鏟伏安桂特性養(yǎng)：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向穩(wěn)壓貫管的煮伏安艇特性念曲線胖與普歲通二救極管塑類似鑰，只尺是反炕向曲甲線更全陡一鉆些。18賽五深月耗20稠23一、穩(wěn)壓遼管的逢使用穩(wěn)壓真管工冒作于茅反向單擊穿棍區(qū)，孫常見爺電路薦如下鏈。UiRUoRLU(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向在電夾路中要穩(wěn)壓漿管是反向妖聯(lián)接的。服當Ui大于脊穩(wěn)壓就管的午擊穿脊電壓豪時，穩(wěn)咱壓管肢被擊抹穿，犯電流郊將增厲大，匪電阻R兩端貧的電河壓增膝大，株在一肆定的秩電流寺范圍鳳內(nèi)穩(wěn)帝壓觀死兩端尤的電部壓基參本不鼻變，券輸出陶電壓Ui等于Uz。18跑五販月迫20眼23二、穩(wěn)壓爭管的勸主要點參數(shù)1、穩(wěn)選定電絕壓Uz指穩(wěn)手壓管除正常姨工作戚時的駝端電繭壓。（扔其數(shù)坦值具暴有分斧散性坐）2、穩(wěn)鑼定電型流IZ正常禾工作乳的參膚考電特流值球。低于乏此值逝穩(wěn)壓澇效果分差。飄在不站超過窯額定廟功率哥的前妥提下繳，高陵于此死值穩(wěn)鳴壓效社果好銷，即體工作備電流對越大怎穩(wěn)壓鐘效果堂越好溜。U(V)0I(mA)反向正向18奇五屑月脅20懼233、動繞態(tài)電匪阻rZ穩(wěn)壓稅管子怠端電蒜壓和化通過活其電籃流的持變化召量之懲比。穩(wěn)壓聚管的丸反向高伏安拖特性問曲線忍越陡均，則煤動態(tài)掛電阻事越小晃，穩(wěn)促壓效除果越莊好。4、最療大允劈燕許耗黑散功露耗PZM保證器穩(wěn)壓洞管不禾發(fā)生依熱擊抹穿的駁最大描功率軟損耗拆。其值請為穩(wěn)龍定電倦壓和歸允許慌的最莊大電稠流乘沿積U(V)0I(mA)反向正向18伐五版月怨20闖235、電揀壓溫辯度系斷數(shù)U說明延穩(wěn)壓豈值受寇溫度銅影響強的參枕數(shù)。如：襯穩(wěn)壓地管2C凝W1盈8的電構壓溫次度系撓數(shù)為0.飼09貌5%嬸/C假如眠在20C時的奪穩(wěn)壓介值為11腎V，當劃溫度芬升高蠶到50C時的品穩(wěn)壓籠值將杏為特別另說明抱：穩(wěn)壓兼管的鑄電壓宵溫度巧系數(shù)繞有正犬負之訂別。因此索選用6V左右慕的穩(wěn)懸壓管利，具策有較攪好的寨溫度攜穩(wěn)定踏性。18忠五處月稱20自23§取10默-5襲.半導爹體三距極管半導通體三極冬管(晶體宴管)是最傲重要耗的一桌種半望導體洞器件頁。廣蛙泛應混用于啦各種陸電子派電路局中。一.基本忠結構晶體烘管最顛常見耍的結紡構有平面水型和合金片型兩種漸。平侄面型巖都是鞋硅管秒、合待金型多主要花是鍺銳管。它們窗都具澤有NP游N或PN估P的三層旬兩結的結訊構，站因而板又有NP查N和PN差P兩類臣晶體正管。其三層分別程稱為發(fā)射灑區(qū)、巧基區(qū)和集電艘區(qū)，并引裳出發(fā)射大極(E科)、基串極(B擠)和集帽電極(C宋)三個收電極奶。三呆層之駛間的震兩個PN結分別犁稱為發(fā)射餓結和集電暢結。本節(jié)戶介紹笛晶體柴管的澤結構賠、特莫性及陣參數(shù)毀的內(nèi)駁容。E3壟1218拾五欺月砌20爐23N型硅P型N型二氧化硅保護膜CBE平面型結構N型鍺銦球銦球P型P型CEB合金型結構NPP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結集電結CBEBECBECNNP發(fā)射結集電結集電區(qū)基區(qū)CBE發(fā)射區(qū)18券五禁月市20膛23半導卷體三泰極管機有兩漁個PN結，收在性租能上出有質(zhì)然的變圍化，曬主要陽表現(xiàn)幟在放大雖作用上。濃下面棄我們倦來一撞組實驗蘿數(shù)據(jù)。各區(qū)驅的特眾點（準放大摘元件協(xié)結構猾特點扎）：發(fā)射摩區(qū)濃耕度高基區(qū)插薄而瓶且濃屠度低集電舌區(qū)面吵積大18灶五習月評20就23二.電流甜分配籠和放盼大原蘋理NP怎N型和PN墓P型晶蜘體管小的工籠作原狡理相腎似，謀本章麥只討救論前病者。為了壞了解裳晶體兼管的焰放大塞原理摟和其披中電舍流的增分配擱，我婆們先漂做一吐個實毅驗，砌實驗芒電路曲如圖秤所示拔。RBuAmAmAIBIEEBECIC把晶辱體管狼接成梳兩個磚電路育：1、基溝極電岔路2、集泄電極磨電路發(fā)射胸極是公共序端，因權此這女種接臺法稱森為晶崖體管皆的共發(fā)引射極及接法。18敵五變月監(jiān)20洋23如果粱用的罷是NP塞N型晶帝體管怪，電英源EB和EC的極布性必呀須照英圖中鵲那樣午接法處，使發(fā)射鈴結上加等上正剃向電筋壓（正向蕩偏置），邁由于EB＜EC，集電本結上加翁的是誼反向匙電壓禾（反向搭偏置），消晶體較管才禮能起懶到放止大作度用。二.電流集分配蹦和放放大原紗理RBuAmAmAIBIEEBECIC外部標條件18徹五飼月伸20壺23通過叫實驗礦及測魔量結門果，澆得：(1卸).IC(或IE)比IB大得僻多，(如表滲中第棟三、汪四列折數(shù)據(jù))<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)00.020.040.060.080.10IB(mA)18副五送月顏20誓23(4鐵).要使廁晶體送管起迅放大抓作用塌，發(fā)射蕉結必姥須正乎向偏豪置、頑集電求結必鎖須反棒向偏帳置——具有宴放大狹作用內(nèi)的外春部條瘋件。這就科是晶暖體管間的電說流放釣大作騰用，IB的微屆小變垂化可遙以引識起IC的較菜大變沖化(第三層列與菌第四塘列的盆電流懂增量絕比)。<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)00.020.040.060.080.10IB(mA)(3肯).當IB=0付(基極隨開路)時，IC也很摩小(約為1微安著以下)。18亞五貪月擠20板23晶體交管加怒上一誤定的襖電壓斑為什埋么就紙會有刃放大勵作用封呢？刊要了織解這躍個問秩題，奪就要以從晶劑體管逗的內(nèi)隙部運察動規(guī)功律來糞解釋編。18轉五睜月礙20損231、發(fā)射杜區(qū)向謹基區(qū)午擴散臭電子——內(nèi)部趨載流饒子運晶動規(guī)塔律發(fā)射辭結處變于正正向偏米置，權摻雜周濃度岸較高披的發(fā)抹射區(qū)伯向基蘇區(qū)進苦行多身子擴腳散。放大拐作用離的內(nèi)揚部條玻件：基區(qū)嫂很薄欄且摻艇雜濃斬度很思低。2、電子然在基飽區(qū)的尋擴散覽和復渴合基區(qū)冠厚度粒很小灘，電畜子在擴基區(qū)胞繼續(xù)倘向集選電結昏擴散啦。（覽但有播少部條分與蓮空穴株復合些而形枝成IBE歲IB）。（非始平衡核少數(shù)別載流濁子的施擴散業(yè)）電流標放大項作用卡原理18片五額月沃20寶233、集電子區(qū)收齡集擴茄散電慰子集電校結為采反向墾偏置義使內(nèi)電難場增強撒，對訴從基歉區(qū)擴承散進禽入集敞電結慈的電繭子具鵝有加斃速作方用而意把電膝子收鐵集到藝集電肥區(qū)，暗形成籃集電附極電泳流(ICE艱IC)。由電際流分繪配關近系示寶意圖扎可知忙發(fā)射匹區(qū)向靈基區(qū)翁注入喘的電淘子電濃流IE將分耐成兩疑部分ICE和IBE，它莫們的判比值臭為它表武示晶松體管響的電犁流放篩大能章力，討稱為篇電流燒放大隔系數(shù)駝。18騎五辣月權20聽23在晶嗎體管罩中，攝不僅IC比IB大很豈多；仗當IB有微且小變漏化時裂還會壟引起IC的較姜大變烤化。根據(jù)鳴晶體添管放產(chǎn)大的嫁外部苗條件雜，發(fā)聯(lián)射結臉必須薄正向泛偏置孔，集茅電結夾必須羨反向疤偏置合。則對于NP哄N型晶秩體管且對于PN體P型晶額體管且18補五圈月茫20矛234、集貨電極驗反向悉電流ICB將O（平窩衡少淡子產(chǎn)葛生）結論事：IE=ICE+IBEIC=ICE+ICB情OIB=IBE-ICB什Oβ=ICE/IBE=(適IC-ICB團O)/竊(IB+ICB梳O)=IC/IB雙極撥型晶父體管——因為吹兩種罪載流襲子參業(yè)加導值電。18遺五哭月保20咸23例：案測得峰工作嫂在放活大電襲路中她幾個亦晶體椒管三或個電請極的傘電位U1、U2、U3分別站為：（1）U1=3睛.5元V、U2=2騙.8貨V、U3=1予2V（2）U1=3恢V、U2=2齒.8法V、U3=1蚊2V（3）U1=6授V、U2=1湊1.誕3V、U3=1舊2V（4）U1=6甚V、U2=1本1.鳴8V、U3=1壁2V試判停斷它管們是NP伙N型還封是PN菌P型？猛是硅匠管還稼是鍺并管？計并確股定e、b、c。解：停（1）U1b、U2e、U3c梨N危PN硅（2）U1b、U2e、U3c否NP承N鍺（3）U1c、U2b、U3e棕PN趨P硅（4）U1c、U2b、U3e安PN舅P鍺18旗五蹄月荒20償23三.特性揪曲線晶體雜管的菌特性皇曲線萄是表判示一椒只晶鳥體管奧各電團極電燃壓與筒電流子之間騙關系懲的曲蓄線。陡是應汁用晶螞體管扒和分張析放敞大電販路的挺重要猴依據(jù)飯。最常場用的濤是共姜發(fā)射細極接晚法的輸入嗚特性掘曲線和輸出仗特性恨曲線些，實驗膜測繪青是得增到特棒性曲酬線的亭方法桂之一叫。特騰性曲跑線的繁測量燒電路負見右賭圖。用晶用體管惡特性舍圖示坡儀也中可直勸接測規(guī)量及市顯示愈晶體齊管的樂各個特性舊曲線蹄。AVmAVECRBIBUCEUBEICEB18誕五意月從20館231.輸入芒特性煌曲線輸入尺特性蛛曲線當UCE為常懼數(shù)時禁的IB與UBE之間啦的關猛系曲高線。(參見服右圖)對硅暫管來偏說，聯(lián)當UCE1侄V時，包集電補結已笑經(jīng)處斯于反合向偏壘置，異發(fā)射漁結正橡向偏灑置所挨形成尿電流輝的絕腐大部腳分將廈形成廟集電獻極電閉流，捆但IB與UBE的關看系依徹然與PN結的巖正向狠特性栗類似麥。(當UCE更小拼，IB才會引明顯仁增加)硅管完的死淡區(qū)電賞壓為0.項5V，鍺尖管的注死區(qū)唇電壓啊不超壟過0.相2V。放大銅狀態(tài)售時，仆硅NP漂N管UBE=0染.6奴~0澇.7確V；鍺PN肚P管UBE=需–塞0.謝2~陜–謠0.螺3V。3D到G6的輸輕入特偶性曲慘線00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V18糧五犬月都20舍232.輸出是特性洋曲線輸出難特性慶曲線古是在IB為常架數(shù)時氣，IC與UCE之間托的關劃系曲對線。伐在不掛同的錢下，搭可得況到不鮮同的期曲線潮，即舊晶體垮管的泡輸出飽特性藥曲線浩是一世組曲怠線(見下筒圖)。當IB一定敵時，UCE超過道約1V以后突就將冷形成IC，當UCE繼續(xù)筒增加落時，IC的增頂加將堡不再娃明顯孝。這礎是晶隱體管橫的恒伸流特臟性。當IB增加賊時，域相應騎的IC也增漂加，芹曲線星上移迅，而愛且IC比IB增加譜得更宏明顯勇。這辛是晶么體管盒的電償流放主大作艙用。18培五資月局20奮23通常移將晶朽體管變的輸趙出特汁性曲艱線分嗎為三椅個工常作區(qū)偵：(1拴)放大模區(qū)特性蓄曲線盯進于兵水平臘的區(qū)猾域。腐在放謹大區(qū)也稱棍線性甩區(qū)。薦此時吵發(fā)射旬結正躬向偏誤置，地集電姓結反陽向偏麗置。(2莊)截止麻區(qū)IB=0曲線求以下隊的區(qū)匆域。IB=0時IC=蔽ICE攏O。對周于硅傅管當UBE<0濟.5射V時即嶄開始羅截止洋。為靈了可鐮靠截蓬止常懼使UBE0。即攝截止緒時兩澆個PN結都輸反向觸偏置慨。18笛五蔥月齡20散23(3煙)飽和烈區(qū)當UCE<UBE時，躬集電坑結處兵于正螞向偏錫置，乞晶體素管工柿作于蝦飽和渣狀態(tài)寸。在螺飽和繪區(qū)，IB的變線化對IC影響眠較小撥，失始去放雜大作鴨用。即：恭飽和破時，霧晶體研管的販發(fā)射惱結處杜于正潮偏、來集電朽結也羨處于爆正偏臺。正偏反偏反偏集電結正偏正偏反偏發(fā)射結飽和放大截止18帥五猜月賴20未23工作猜在三獵種狀斯態(tài)的寶外部案條件椒：1、放盆大區(qū)蠢：發(fā)射嫁結正滴偏，泛集電磚結反俗偏2、截題止區(qū)失：發(fā)射額結反除偏，盤集電黨結反送偏3、飽疾和區(qū)食：發(fā)射治結正耳偏，做集電昏結正膀偏18市五售月質(zhì)20濱23四.主要秋參數(shù)晶體懸管的煌特性劈燕不僅壓可用扮特性跌曲線趙表示敵，還塊可用府一些部數(shù)據(jù)般進行周說明逆，即晶體擊管參妙數(shù)。它牽是設靜計電緞路和詞選用輪器件堵的依蜓據(jù)。1.電流作放大譽系數(shù)賊、當晶哪體管地接成朗共發(fā)單射極顆時，度靜態(tài)(直流)時的IC與IB的比講值稱微為共多發(fā)射隨極靜態(tài)(直流)放大由系數(shù)牢：當晶郊體管釘工作猛在動庸態(tài)時妄，電確流增蜓量ΔIC與ΔIB的比僻值稱賤為動態(tài)(交流)放大充系數(shù)休：18縫五乘月迅20雀23說明爪：1、靜胞態(tài)電斤流放歷大系耽數(shù)和菜動態(tài)柏電流片放大齡系數(shù)私的意舅義不剝同，必但大臟多數(shù)居情況潔下近旅似相針等，問可以床借用誦進行廁定量督估算膝。2、晶娘體管喪的輸鎖出特尺性曲貢線是貴非線披性的崖，只真有在絡曲線魯?shù)牡忍司嗥綘t直部菌分才斤有較祥好的悉線性纏關系綁，IC與IB成正落比，β也可婦認為搞是基形本恒挪定的良。3、由汁于制飯造工鳥藝的歇原因淚，晶與體管子的參就數(shù)具館有一輔定的辜離散撓性，烤即使摔是同另一型縮慧號的耍晶體捎管，調(diào)也不賺可能促具有