電子技術基礎（第5版）（微課版）課件 項目1、2 認識常用電子元器件

電子技術基礎項目1認識常用電子元器件任務1.1認識半導體任務1.2認識二極管任務1.3認識三極管項目導入

電子元器件是電子元件和小型機器、儀器的組成部分，其本身常由若干零件構成，可以在同類產(chǎn)品中通用。最常見的電子元器件有二極管、三極管等。任務1.1

認識半導體項目導入

1904年，愛迪生照明公司顧問約翰·安布羅斯·弗拉明發(fā)明了依靠熱電子發(fā)射工作的二極管，開啟了隨后幾十年間不同種類真空管技術的發(fā)展任務1.1

認識半導體項目導入1906年，李·德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，用來放大電話的聲音電流。任務1.1

認識半導體項目導入

1947年，點接觸型晶體管在貝爾實驗室誕生了，

該器件能把音頻信號放大100倍，外形比火柴棍短卻要粗一些。這在電子元器件的發(fā)展史上翻開了新的一頁。任務1.1

認識半導體項目導入

1950年，具有使用價值的鍺合金型晶體管誕生。任務1.1

認識半導體項目導入

1954年，結型晶體管誕生了。任務1.1

認識半導體項目導入到了20世紀60年代，半導體二極管成為主角。此后，各種性能優(yōu)良的電子元器件相繼出現(xiàn)，電子元器件逐步從真空管時代進入晶體管時代和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代。任務1.1

認識半導體項目導入為了正確、有效地運用各種各樣的電子元器件和半導體產(chǎn)品，相關工程技術人員需對半導體的獨特性能、PN結的形成及其單向導電性有一定的認識和了解，對電子工程中常用的二極管、三極管的外部特性和主要技術參數(shù)也必須熟悉、快速掌握，從而在工程實際中能夠正確使用二極管、三極管這些常見電子元器件，并在電子技術不斷飛速發(fā)展的洪流中推動電子元器件的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

了解本征半導體、P型和N型半導體的特征及PN結的形成過程；熟悉二極管的伏安特性、分類及用途；理解三極管的電流放大原理，掌握其輸入和輸出特性的分析方法；理解雙極型和單極型三極管在控制原理上的區(qū)別；初步掌握工程技術人員必需具備的分析電子電路的基本理論、基本知識和基本技能。學習目標提出問題

什么叫半導體？半導體和導體、絕緣體有什么不同？本征半導體或雜質半導體能稱之為半導體器件嗎？PN結是如何形成的？半導體在當今世界有何用途？任務1.1

認識半導體繞原子核高速旋轉的核外電子帶負電。自然界的一切物質都是由分子、原子組成的。原子又由一個帶正電的原子核和在它周圍高速旋轉著的帶有負電的電子組成。正電荷負電荷=原子結構中：原子核＋原子核中有質子和中子，其中質子帶正電，中子不帶電。1.1.1導體、半導體和絕緣體1.導體導體的最外層電子數(shù)通常是1~3個，且距原子核較遠，因此受原子核的束縛力較小。由于溫度升高、振動等外界的影響，導體的最外層電子就會獲得一定能量，從而掙脫原子核的束縛而游離到空間成為自由電子。因此，導體在常溫下存在大量的自由電子，具有良好的導電能力。常用的導電材料有銀、銅、鋁、金等。

原子核＋導體的特點：內(nèi)部含有大量的自由電子2.絕緣體絕緣體的最外層電子數(shù)一般為6~8個，且距原子核較近，因此受原子核的束縛力較強而不易掙脫其束縛。常溫下絕緣體內(nèi)部幾乎不存在自由電子，因此導電能力極差或不導電。常用的絕緣體材料有橡膠、云母、陶瓷等。原子核＋絕緣體的特點：內(nèi)部幾乎沒有自由電子，因此不導電。3.半導體半導體的最外層電子數(shù)一般為4個，常溫下存在的自由電子數(shù)介于導體和絕緣體之間，因而在常溫下半導體的導電能力也是介于導體和絕緣體之間。常用的半導體材料有硅、鍺、硒等。

原子核＋半導體的特點：導電性能介于導體和絕緣體之間，但具有光敏性、熱敏性和參雜性的獨特性能，因此在電子技術中得到廣泛應用。金屬導體的電導率一般在105s/cm量級；塑料、云母等絕緣體的電導率通常是10-22~10-14s/cm量級；半導體的電導率則在10-9~102s/cm量級。半導體的導電能力雖然介于導體和絕緣體之間，但半導體的應用卻極其廣泛，這是由半導體的獨特性能決定的：光敏性——半導體受光照后，其導電能力大大增強；熱敏性——受溫度的影響，半導體導電能力變化很大；摻雜性——在半導體中摻入少量特殊雜質，其導電能力極大地增強；半導體材料的獨特性能是由其內(nèi)部的導電機理所決定的。1.1.2半導體的獨特性能1.1.3本征半導體最常用的半導體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價價元素，即每個原子最外層電子數(shù)為4個。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子的簡化模型圖Si+4Ge+4因為原子呈電中性，所以簡化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號表示即可。天然的硅和鍺是不能制作成半導體器件的。它們必須先經(jīng)過高度提純，形成晶格結構完全對稱的本征半導體。本征半導體原子核最外層的價電子都是4個，稱為四價元素，它們排列成非常整齊的晶格結構。在本征半導體的晶格結構中，每一個原子均與相鄰四個原子的價電子兩兩組成電子對，構成共價鍵結構。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4實際上半導體的晶格結構是三維的。晶格結構共價鍵結構＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價鍵晶格結構來看，每個原子外層都具有8個價電子。但價電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。在游離走的價電子原位上留下一個不能移動的空位，叫空穴。受光照或溫度上升影響，共價鍵中價電子的熱運動加劇，一些價電子會掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子。熱運動造成晶體中出現(xiàn)自由電子的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。本征激發(fā)的結果，造成了半導體內(nèi)部自由電子載流子的產(chǎn)生，由此本征半導體的電中性被破壞，使失掉電子的原子變成帶正電荷的離子。由于共價鍵是定域的，使得這些帶正電離子不能移動，成為晶體中固定不動的部分，即它們不能參與導電。＋＋1.本征激發(fā)和復合＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或溫度上升影響，共價鍵中其它一些價電子直接跳進空穴，使失電子的原子重新恢復電中性。價電子填補空穴的現(xiàn)象稱為復合。此時整個晶體帶電嗎？為什么？參與復合的價電子又會留下一個新的空位，而這個新的空穴仍會被鄰近共價鍵中跳出來的價電子填補上，這種價電子填補空穴的復合運動使本征半導體中又形成一種不同于本征激發(fā)下的電荷遷移，為區(qū)別于本征激發(fā)下自由電子載流子的運動，我們把價電子填補空穴的復合運動稱為空穴載流子運動。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4半導體中這兩種載流子，其中自由電子載流子運動可以形容為沒有座位的人依次定向移動；空穴載流子運動則可形容為有座位的人依次向前挪動座位的運動。半導體內(nèi)部的這兩種運動總是共存的，且在一定溫度下達到動態(tài)平衡。2.半導體的導電機理在金屬導體中存在大量的自由電子，這些自由電子是一種帶電的微粒子，在外電場作用下定向移動形成電流。即金屬導體內(nèi)部只有自由電子一種載流子參與導電。半導體由于本征激發(fā)而產(chǎn)生自由電子載流子，由復合運動產(chǎn)生空穴載流子，因此，半導體中同時參與導電的通常有兩種載流子，且兩種載流子總是電量相等、符號相反，電流的方向規(guī)定為空穴載流的方向即自由電子的反方向。半導體中同時有兩種載流子參與導電，是它與金屬導體在導電機理上的本質區(qū)別，同時也是半導體導電方式的獨特之處。

本征半導體雖然有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數(shù)量極少導電能力仍然很低。如果在其中摻入某種元素的微量雜質，將使摻雜后的雜質半導體的導電性能大大增強。+五價元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P摻入磷雜質的硅半導體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。因此自由電子是這種半導體的導電主流。

在室溫情況下，本征硅中的磷雜質等于10-6數(shù)量級時，電子載流子的數(shù)目將增加幾十萬倍。摻入五價元素的雜質半導體由于自由電子多而稱為電子型半導體，也叫做N型半導體。1.1.4雜質半導體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價元素硼(B)B+摻入硼雜質的硅半導體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。因此空穴成為這種半導體的導電主流。一般情況下，雜質半導體中的多數(shù)載流子的數(shù)量可達到少數(shù)載流子數(shù)量的1010倍或更多，因此，雜質半導體比本征半導體的導電能力可增強幾十萬倍。

摻入三價元素的雜質半導體，由于空穴載流子的數(shù)量大大于自由電子載流子的數(shù)量而稱為空穴型半導體，也叫做P型半導體。在P型半導體中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子，而不能移動的離子帶負電。－不論是N型半導體還是P型半導體，其中的多子和少子的移動都能形成電流。但是，由于多子的數(shù)量遠大于少子的數(shù)量，因此起主要導電作用的是多數(shù)載流子。注意：摻入雜質后雖然形成了N型或P型半導體，但整個半導體晶體仍然呈電中性。一般可近似認為多數(shù)載流子的數(shù)量與雜質的濃度相等。P型半導體中的空穴多于自由電子，是否意味著它帶正電？自由電子導電和空穴導電的區(qū)別在哪里？空穴載流子的形成是否是自由電子填補空穴的運動形成的？何謂雜質半導體中的多子和少子

？N型半導體中的多子是什么？少子是什么？思考與問題1.1.5PN結及其形成過程1.PN結的形成

雜質半導體的導電能力雖然比本征半導體極大增強，但它們并不能稱為半導體器件。在電子技術中，PN結是一切半導體器件的“元概念”和技術起始點。在一塊晶片的兩端分別注入三價元素硼和五價元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場PN結形成動畫演示說明PN結形成的過程中，多數(shù)載流子的擴散和少數(shù)載流子的漂移共存。開始時多子的擴散運動占優(yōu)勢，擴散運動的結果使PN結加寬，內(nèi)電場增強；另一方面，內(nèi)電場又促使了少子的漂移運動：P區(qū)的少子電子向N區(qū)漂移，補充了交界面上N區(qū)失去的電子，同時，N區(qū)的少子空穴向P區(qū)漂移，補充了原交界面上P區(qū)失去的空穴，顯然漂移運動減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場，使PN結變窄。最后，擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即PN結形成。PN結內(nèi)部載流子基本為零，因此導電率很低，相當于介質。但PN結兩側的P區(qū)和N區(qū)導電率很高，相當于導體，這一點和電容比較相似，所以說PN結具有電容效應。PN結正向偏置時的情況PN結反向偏置的情況

2.PN結的單向導電性

PN結的上述“正向導通，反向阻斷”作用，說明它具有單向導電性，PN結的單向導電性是它構成半導體器件的基礎。由于常溫下少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。PN結中反向電流的討論反向飽和電流由于很小一般可以忽略，從這一點來看，PN結對反向電流呈高阻狀態(tài)，也就是所謂的反向阻斷作用。值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導致電子—空穴對增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設計電路時，必須考慮溫度補償問題。2.受溫度和光照影響，半導體的本征激發(fā)產(chǎn)生電子、空穴對；同時，復合運動又使得其它價電子不斷地“轉移跳進”空穴中。一定溫度下，電子、空穴對的激發(fā)和復合最終達到動態(tài)平衡。平衡狀態(tài)下，半導體中的載流子濃度一定，即反向飽和電流的數(shù)值基本不發(fā)生變化。1.半導體中少子的濃度雖然很低，但少子對溫度非常敏感，因此溫度對半導體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質原子的摻雜濃度，所以說多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。4.PN結的單向導電性是指：PN結正向偏置時，呈現(xiàn)的電阻很小幾乎為零，因此多子構成的擴散電流極易通過PN結；PN結反向偏置時，呈現(xiàn)的電阻趨近于無窮大，因此電流無法通過被阻斷。3.空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子擴散運動的作用，由于這種阻礙作用，使得擴散電流難以通過空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對擴散電流呈現(xiàn)高阻作用。學習與歸納1.1.6PN結的反向擊穿問題PN結反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結的電流很小，基本上可視為零值。但當電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PN結反向擊穿。反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿的原因主要有兩種：當PN結上加的反向電壓大大超過反向擊穿電壓時，處在強電場中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價電子碰撞出來，產(chǎn)生電子空穴對，新產(chǎn)生的載流子又會在電場中獲得足夠能量，再去碰撞其它價電子產(chǎn)生新的電子空穴對，如此連鎖反應，使反向電流越來越大，這種擊穿稱為雪崩擊穿。1.雪崩擊穿雪崩擊穿屬于碰撞式擊穿，其電場較強，外加反向電壓相對較高。通常出現(xiàn)雪崩擊穿的電壓均在7V以上。

當PN結兩邊的摻雜濃度很高，阻擋層又很薄時，阻擋層內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機會大為減少，因而不會發(fā)生雪崩擊穿。2.齊納擊穿PN結非常薄時，即使阻擋層兩端加的反向電壓不大，也會產(chǎn)生一個比較強的內(nèi)電場。這個內(nèi)電場足以把PN結內(nèi)中性原子的價電子從共價鍵中拉出來，產(chǎn)生出大量的電子—空穴對，使PN結反向電流劇增，這種擊穿現(xiàn)象稱為齊納擊穿。可見，齊納擊穿發(fā)生在高摻雜的PN結中，相應的擊穿電壓較低，一般均小于5V。雪崩擊穿是一種碰撞的擊穿，齊納擊穿是一種場效應擊穿，二者均屬于電擊穿。電擊穿過程通?？赡妫褐灰杆侔裀N結兩端的反向電壓降低，PN結即可恢復到原狀態(tài)。利用電擊穿時PN結兩端電壓變化很小電流變化很大的特點，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓管。若PN結兩端加的反向電壓過高，反向電流將急劇增長，從而造成PN結上熱量不斷積累，引起其結溫的持續(xù)升高，當這個溫度超過PN結最大允許結溫時，PN結就會發(fā)生熱擊穿，熱擊穿將使PN結永久損壞。熱擊穿的過程是不可逆的，實用中應避免發(fā)生。3.熱擊穿1.1.7半導體的用途及發(fā)展前景

當今世界，用半導體材料制成的集成電路已為電子工業(yè)中的重要基礎產(chǎn)品，在幾平方毫米的硅片上就能制作幾萬只晶體管，可在一片硅片上制成一臺微信息處理器，或完成其它較復雜的電路功能。集成電路的發(fā)展方向是實現(xiàn)更高的集成度和微功耗，并使信息處理速度達到微微秒級。另外，半導體微波器件包括接收、控制和發(fā)射器件等。毫米波段以下的接收器件已廣泛使用。在厘米波段，發(fā)射器件的功率已達到數(shù)瓦，人們正在通過研制新器件、發(fā)展新技術來獲得更大的輸出功率。

半導體發(fā)光、攝像器件和激光器件的發(fā)展使光電子器件成為半導體應用的另一個重要領域，其應用范圍主要有：光通信、數(shù)碼顯示、圖象接收、光集成等。

目前，全球半導體行業(yè)仍舊保持高景氣度。2022年全球半導體設備銷售額基本達到1140億美元。半導體的發(fā)展中，汽車成為重要增長極，尤其是新能源汽車銷量持續(xù)旺盛，拉動模擬、功率及MCU需求，汽車MCU銷售額預計將以7.7%的復合年增長率增長，市場規(guī)模有望達到215億美元，再創(chuàng)歷史新高。2.半導體的發(fā)展前景能否說出PN結有何特性？半導體與金屬導體的導電機理有何不同？什么是本征激發(fā)？什么是復合？少數(shù)載流子和多數(shù)載流子是如何產(chǎn)生的

？試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點。這兩種擊穿能否造成PN結的永久損壞

？思考與問題

空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？

謝希德（1921年3月19日—2000年3月4日），福建泉州人，固體物理學家、教育家及社會活動家，中國科學院院士、復旦大學原校長

。

1946年謝希德從從廈門大學數(shù)理系畢業(yè)后進入上海戶江大學任教；1947年赴美國史密斯學院留學；1949年獲得碩士學位后她轉入麻省理工學院專攻理論物理；1951年獲得博士學位后，即謀劃回國；1952年繞道英國回到中國并被分配到上海復旦大學物理系任教授；1956年被國務院調(diào)到北京大學聯(lián)合籌建半導體專業(yè)組；1958年夏謝希德又調(diào)回復旦大學，參加該大學與中國科學院上海分院聯(lián)合主辦的技術物理研究所，并任該所副所長；1980年當選為中國科學院數(shù)理學部委員，1981年獲美國史密斯學院、美國紐約學院榮譽博士學位；1983年1月出任復旦大學校長；1989年當選為第三世界科學院院士；1990年當選為美國文理科學院外籍院士；1997年出任上海杉達學院校長；2000年3月4日逝世于上海，享年79歲。

科技興則民族興，科技強則國家強，核心科技是國之重器。核心技術并不是那么容易引進的，也不可能一蹴而就，需要國人不忘初心，砥礪前行。2021年，我國半導體存儲器生產(chǎn)線大規(guī)模擴產(chǎn)，并帶動全球存儲器設備投資。實際需要必將極大地推動器件的不斷創(chuàng)新，作為未來的電子工程技術人員，我們必須對半導體及其常用器件有初步的了解和認識，為在實際工程中正確使用半導體器件打下基礎。拓展閱讀任務1.2認識二極管提出問題

什么叫半導體？半導體和導體、絕緣體有什么不同？本征半導體或雜質半導體能稱之為半導體器件嗎？PN結是如何形成的？半導體在當今世界有何用途？

把PN結用管殼封裝，然后在P區(qū)和N區(qū)分別向外引出一個電極，即可構成一個二極管。二極管是電子技術中最基本的半導體器件之一。根據(jù)其用途分有檢波管、開關管、穩(wěn)壓管和整流管等。硅高頻檢波管開關管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管

電子工程實際中，二極管應用得非常廣泛，上圖所示即為各類二極管的部分產(chǎn)品實物圖。知識準備1.2.1二極管的基本結構與類型特點：外殼金屬觸絲N型鍺片正極引線負極引線半導體二極管主要是依靠PN結而工作的。根據(jù)PN結構造面的特點，晶體二極管可分類如下：

1.點接觸型二極管PN結

點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過電流而形成的。點接觸型二極管正向特性和反向特性相對較差，因此，不能使用于大電流和整流。但是，點接觸型二極管構造簡單、價格便宜，其PN結的靜電容量小，因此適用于高頻電路的檢波、脈沖電路及計算機中的開關元件。N型鍺面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中，也可以用于大電流開關元件。負極引線底座金銻合金PN結鋁合金小球正極引線2.面接觸型二極管面接觸型二極管采用合金法工藝制成的，結構如圖示：特點：3.平面型二極管硅平面型二極管采用擴散法工藝制成：在半導體N型硅單晶片上擴散P型雜質，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的PN結。結構如圖示：負極引線P型硅二氧化硅層PN結正極引線平面型二極管的P區(qū)和N區(qū)部分表面，因被二氧化硅氧化膜覆蓋，所以穩(wěn)定性好且壽命較長。這種特制的硅二極管，不僅能通過較大的電流而在電路中起整流作用，而且性能穩(wěn)定可靠，還可用于開關作用、脈沖電路以及高頻電路。特點：根據(jù)用途二極管又可分為普通二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、檢波二極管、整流二極管等。部分二極管的電路圖符號以及文字符號如下：普通二極管圖符號穩(wěn)壓二極管圖符號發(fā)光二極管圖符號VDVDZVD除上述三種結構類型，還有鍵型二極管、合金型二極管、肖特基二極管、外延型二極管等很多結構類型的二極管，在此不一一贅述了。光電二極管圖符號VD變?nèi)荻O管圖符號VD1.2.2二極管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

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A)4020二極管的伏安特性是指流過二極管的電流與兩端所加電壓的函數(shù)關系。二極管既然是一個PN結，其伏安特性當然具有“單向導電性”。二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致可分為四個區(qū)：外加正向電壓超過死區(qū)電壓(硅管0.5V，鍺管0.1V)時，內(nèi)電場大大削弱，正向電流迅速增長，二極管進入正向導通區(qū)。死區(qū)正向導通區(qū)反向截止區(qū)當外加正向電壓較低時，由于外電場還不能克服PN結內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴散運動的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。外加反向電壓超過反向擊穿電壓UBR時，反向電流突然增大，二極管失去單向導電性，進入反向擊穿區(qū)。反向擊穿區(qū)反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。正向導通區(qū)和反向截止區(qū)的討論U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

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A)4020死區(qū)正向導通區(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)當外加正向電壓大于死區(qū)電壓時，二極管由死區(qū)進入導通區(qū)，導通區(qū)中的正向電流隨電壓的增大迅速增大，但導通后二極管的端電壓卻幾乎不變，硅二極管的正向導通電壓典型值約為0.7V，鍺二極管的正向導通電壓典型值約為0.3V。考慮到二極管的正向導通壓降，二極管正向偏置時，通常應串聯(lián)分壓限流電阻。在二極管兩端加反向電壓時，將有很小的、由少子漂移運動形成的反向飽和電流通過二極管。反向電流有兩個特點：一是它隨溫度的上升增長很快，二是在反向電壓不超過某一范圍時，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓的高低無關(與少子的數(shù)量有限)。所以通常把反向截止區(qū)中由少子形成的漂移電流稱為反向飽和電流。1.2.3二極管的主要參數(shù)1.最大耗散功率Pmax：耗散功率指通過二極管的電流與加在二極管兩端電壓的乘積。最大耗散功率是二極管不能承受的最高溫度的極限值。超過此值，二極管將燒損。3.最高反向工作電壓URM：指二極管長期安全運行時所能承受的最大反向電壓值。手冊上一般取擊穿電壓的一半作為最高反向工作電壓值。4.反向電流IR：指二極管未擊穿時的反向電流。IR值越小，二極管的單向導電性越好。反向電流隨溫度的變化而變化顯著，這一點要特別加以注意。5.最高工作頻率fM：此值由PN結的結電容大小決定。若二極管的工作頻率超過該值，則二極管的單向導電性將變差。2.最大整流電流IDM：指二極管長期使用時，允許通過二極管的最大正向平均電流值。1.二極管的整流電路

將交流電變成單方向脈動直流電的過程稱為整流。二極管半波整流電路T220V~RLVDIN40011.2.4二極管的應用u2ωt0uoωt0二極管全波整流電路T220V~RLVD1VD2uituo

t橋式整流電路簡化圖二極管橋式整流電路VD4T220V~RLVD1VD2VD3T220V~RL二極管全波整流電路二極管橋式整流電路2.二極管的鉗位電路圖示二極管鉗位電路中，限流電阻R的一端與直流電源U+相連，另一端與二極管陽極相連，二極管陰極連接端為電路輸入端A，陽極向外的引出端F點是電路的輸出端。

當圖中輸入端A點電位低于U＋時，則二極管(按理想二極管處理)VD正偏導通，忽略二極管的管壓降，則輸出端F的數(shù)值被鉗位在A電位；當輸入端A點電位較U＋高時，二極管則處于反偏不能導通，此時電阻R上無電流通過，輸出端F的電位就被鉗制在U+電位。FAU＋RVD用理想二極管組成的電路如下圖所示，試求圖中電壓U及電流I的大小。解(a)二極管正向偏置導通，例10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V（a）（b）（c）（d），U被鉗位在－5V。(c)二極管反向偏置截止，I＝0，U被鉗位在－5V。其余兩題練習。

對于二極管應用電路，討論時主要以二極管的單向導電性為關鍵，以此作為分析二極管是否導通或截止的依據(jù)，對電路進行分析。3.二極管雙向限幅電路圖示為二極管雙向限幅電路。已知：圖中二極管均為硅管，設導通時其管壓降試畫出輸出電壓UO的波形。例入電壓ui>＋0.7V時，二極管VD1導通，VD2截止，輸出電壓維持在VD＝0.7V的導通電壓值不變；當ui<－0.7V時，VD2導通，VD1截止，輸出電壓維持在－0.7V不變。除此兩段時間外，輸入電壓均小于±0.7V，兩個二極管均為截止狀態(tài)，所以輸出與輸入相同。可見，該電路中的二極管在電路中起著限幅作用。其電路輸出電壓波形為：

由圖示電路和輸入電路電壓的波形圖可看出：當輸分析+－VDuS10kΩIN4148+－uoiD圖示為理想二極管限幅電路。電源uS是一個周期性的矩形脈沖，高電平幅值為+5V，低電平幅值為-5V。試分析電路的輸出電壓為多少。分析uS+5V-5Vt0當輸入電壓ui=－5V時，二極管反偏截止，此時電路可視為開路，輸出電壓uo=0V；當輸入電壓ui=+5V時，二極管正偏導通，導通時二極管管壓降近似為零，故輸出電壓uo≈+5V。顯然輸出電壓uo限幅在0~+5V之間。uo例注意：分析開關電路較為簡單，通常把二極管進行理想化處理，即正偏時視其為“短路”，截止時視其為“開路”。正向導通時相當一個閉合的開關UD≈0+－+－VDUD≈∞+－VD+－+－VDPN+－反向阻斷時相當一個打開的開關+－+－VDPN*二極管的開關作用半導體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？

何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會出現(xiàn)死區(qū)電壓？

把一個1.5V的干電池直接正向聯(lián)接到二極管的兩端，會出現(xiàn)什么問題？二極管的伏安特性曲線上分為幾個區(qū)？能否說明二極管工作在各個區(qū)時的電壓電流情況？

檢驗學習結果為什么二極管的反向電流很小且具有飽和性？當環(huán)境溫度升高時又會明顯增大

？I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、這是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。VDZ穩(wěn)壓二極管通常是一種特殊的面接觸型二極管，其反向擊穿可逆。正向特性與普通二極管相似反向ΔIZΔUZ1.2.5特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管實物圖圖符號及文字符號顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。+US－DZ使用穩(wěn)壓二極管時應該注意的事項（1）穩(wěn)壓二極管正負極的判別DZ+－（2）穩(wěn)壓二極管使用時，應反向接入電路UZ－（3）穩(wěn)壓管應接入限流電阻（4）電源電壓應高于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值（5）穩(wěn)壓管都是硅管。其穩(wěn)定電壓UZ最低為3V，高的可達300V，穩(wěn)壓二極管在工作時的正向壓降約為0.6V。思索與回顧二極管的反向擊穿特性：當外加反向電壓超過擊穿電壓時，通過二極管的電流會急劇增加。

擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流，就能保證管子不因過熱而燒壞。如穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在Izmax和Izmix的范圍內(nèi)。在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時管子兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管就是利用這一點達到“穩(wěn)壓”效果的。穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū)。2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱為LED。是由鎵與砷或磷的化合物制成的二極管。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。

從結構圖看，發(fā)光管的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以其抗震性能好。發(fā)光管的核心部分和普通二極管一樣是PN結，在PN結中注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。實物圖圖符號和

文字符號VDLED發(fā)光二極管具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源所不可及的優(yōu)點。發(fā)光管正常工作時應正向偏置，因其屬于功率型器件，因此死區(qū)電壓較普通二極管高很多，其正偏工作電壓最少也要在1.3V以上。數(shù)字電路中，發(fā)光管常用來作為數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列器件。2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當?shù)臄?shù)值。隨著技術的不斷進步，發(fā)光管的用途也在不斷擴展，初時僅作為指示燈、顯示板等用，目前已被廣泛應用于顯示器、電視機采光裝飾和照明等。光電二極管也稱光敏二極管，是將光信號變成電信號的半導體器件，其核心部分也是一個PN結。光電二極管PN結的結面積較小、結深很淺，一般小于一個微米。VD光電二極管的正常工作狀態(tài)是反向偏置。在反向電壓下，無光照時，反向電流很小，稱為暗電流；有光照射時，攜帶能量的光子進入PN結，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分價電子掙脫共價鍵的束縛，產(chǎn)生電子—空穴對，稱光生載流子。光生載流子在反向電壓作用下形成反向光電流，其強度與光照強度成正比。3.光電二極管光電二極管和普通二極管一樣具有“單向導電性”，光電管管殼上有一個能射入光線的“窗口”，這個窗口用有機玻璃透鏡進行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上。實物圖圖符號和

文字符號變?nèi)荻O管雙稱可變電抗二極管，是一種利用PN結的勢壘電容與其反向偏置電壓的依賴關系及原理制成的二極管，其結構如：4.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管的作用是利用PN結之間電容可變的原理制作的，變?nèi)荻O管正常工作時應反向偏置，改變其PN結上的反向偏置電壓，即可改變PN結電容量。反向偏壓越高，結電容則越小，反向偏壓與結電容之間的關系是非線性關系。實物圖圖符號和

文字符號VD變?nèi)荻O管通常用于高頻電路做調(diào)諧元件，或者在通信等電路中作可變電容使用。激光二極管的物理結構是在發(fā)光二極管的PN結間安置一層具有光活體的半導體，其端面經(jīng)過拋光后具有部分反射功能，因而形成一個光諧振腔。在正向偏置情況下，LED結發(fā)射出光并與光諧振腔相互作用，從而進一步激勵從結上發(fā)射出單波長的激光，這種激光的物理性質與材料有關。

5.激光二極管實物圖圖符號和

文字符號VD激光二極管的工作原理理論上和氣體激光器相似，當激光二極管有源層內(nèi)的載流子在大量反轉情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復反射而產(chǎn)生感應輻射，造成選頻諧振正反饋，就可從PN結發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光。激光二極管在計算機上的光盤驅動器，激光打印機中的打印頭等小功率光電設備中得到了廣泛的應用

。1.利用穩(wěn)壓管或普通二極管的正向壓降，是否也可以穩(wěn)壓？你會做嗎？思考與問題2.現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向導通電壓為0.7V。試問：(1)若將它們串聯(lián)相接，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？(2)若將它們并聯(lián)相接，又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？3.在右圖所示電路中，發(fā)光二極管導通電壓UD＝1.5V，正向電流在5~15mA時才能正常工作。試問圖中開關S在什么位置時發(fā)光二極管才能發(fā)光？R的取值范圍又是多少？

RDS+5V任務1.3認識三極管提出問題

三極管的問世使PN結的應用發(fā)生了質的飛躍。作為電子世界中的未來工程技術人員，你了解雙極型三極管、單極型三極管的結構組成嗎？知道兩類三極管分別在電子電路中主要起什么作用嗎？了解兩種類型的三極管的外部特性特點嗎？你知道在工程應用中，兩種類型的三極管應參照哪些參數(shù)進行選擇嗎？你會檢測三極管的檢性及好壞嗎？NNP知識準備三極管是組成各種電子電路的核心器件。三極管的產(chǎn)生使PN結的應用發(fā)生了質的飛躍。1.3.1雙極型三極管BJT的結構組成雙極型晶體管分有NPN型和PNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個分區(qū)、兩個PN結和三個向外引出的電極：發(fā)射極e發(fā)射結集電結基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電極c基極bNPN型PNP型PPNNPN型三極管圖符號大功率低頻三極管小功率高頻三極管中功率低頻三極管目前國內(nèi)生產(chǎn)的雙極型硅晶體管多為NPN型（3D系列），鍺晶體管多為PNP型（3A系列），按頻率高低有高頻管、低頻管之別；根據(jù)功率大小可分為大、中、小功率管。

ecbPNP型三極管圖符號ecb注意：圖中箭頭方向為發(fā)射極電流的方向。1.3.2BJT的電流放大作用晶體管芯結構剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極晶體管實現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部結構條件（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。（2）為減少載流子在基區(qū)的復合機會，基區(qū)應做得很薄，一般為幾個微米，且摻雜濃度極低。（3）為了順利收集邊緣載流子，集電區(qū)體積較大，且摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間?？梢姡p極型三極管并非是兩個PN結的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個二極管來代替，使用時也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。晶體管實現(xiàn)電流放大作用的外部條件NNPUBBRB＋－（1）發(fā)射結必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴散，擴散電流即發(fā)射極電流ie，擴散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復合，形成基極電流ib，多數(shù)繼續(xù)向集電結邊緣擴散。UCCRC＋－（2）集電結必須“反向偏置”，以利于收集擴散到集電結邊緣的多數(shù)擴散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB整個過程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數(shù)等于基區(qū)復合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數(shù)之和，即：IE=IB+IC三極管的集電極電流IC稍小于IE，但遠大于IB，IC與IB的比值在一定范圍內(nèi)基本保持不變。特別是基極電流有微小的變化時，集電極電流將發(fā)生較大的變化。例如，IB由40μA增加到50μA時，IC將從3.2mA增大到4mA，即：顯然，雙極型三極管具有電流放大能力。式中的β值稱為三極管的電流放大倍數(shù)。不同型號、不同類型和用途的三極管，β值的差異較大，大多數(shù)三極管的β值通常在幾十至幾百的范圍。

由此可得：微小的基極電流IB可以控制較大的集電極電流IC，故雙極型三極管屬于電流控制器件。

結論由于發(fā)射結處正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流IE。回顧與總結1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程由于基區(qū)很薄，且多數(shù)載流子濃度又很低，所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)的空穴相復合形成基極電流IB，剩下的絕大部分電子則都擴散到了集電結邊緣。2.電子在基區(qū)的擴散和復合過程集電結由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(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。3.集電區(qū)收集電子的過程只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的內(nèi)部條件，再加上晶體管的發(fā)射結正偏、集電結反偏的外部條件，三極管就具有了放大電流的能力。1.3.3BJT的外部特性所謂特性曲線是指各極電壓與電流之間的關系曲線，是三極管內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)。從工程應用角度來看，外部特性更為重要。1.輸入特性以常用的共射極放大電路為例說明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時的輸入特性曲線UCE為0時UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲線繼續(xù)增大UCC使UCE=1V以上的多個值，結果發(fā)現(xiàn)：之后的所有輸入特性幾乎都與UCE=1V的特性相同，曲線基本不再變化。實用中三極管的UCE值一般都超過1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時的曲線。從特性曲線可看出，雙極型三極管的輸入特性與二極管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲線2.輸出特性先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。當IB不變時，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關系曲線稱為輸出特性。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根據(jù)記錄可給出IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線就是晶體管的輸出特性曲線。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB1至另一稍小的固定值上保持不變。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，繼續(xù)觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。UCE根據(jù)電壓、電流的記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線較前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不斷重復上述過程，我們即可得到不同基極電流IB對應相應IC、UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開始部分很陡，說明IC隨UCE的增加而急劇增大。當UCE增至一定數(shù)值時(一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基本上不再隨UCE而變化。當IB一定時，從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子數(shù)大致一定。當UCE超過1V以后，這些電子的絕大部分被拉入集電區(qū)而形成集電極電流IC。之后即使UCE繼續(xù)增大，集電極電流IC也不會再有明顯的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3當IB增大時，相應IC也增大，輸出特性曲線上移，且IC增大的幅度比對應IB大得多。這一點正是晶體管的電流放大作用。從輸出特性曲線可求出三極管的電流放大系數(shù)β。ΔIB=40A取任意再兩條特性曲線上的平坦段，讀出其基極電流之差；再讀出這兩條曲線對應的集電極電流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我們可得到三極管的電流放大倍數(shù)：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個區(qū)：飽和區(qū)。當發(fā)射結和集電結均為正向偏置時，三極管處于飽和狀態(tài)。此時集電極電流IC與基極電流IB之間不再成比例關系，IB的變化對IC的影響很小。截止區(qū)。當基極電流IB等于0時，晶體管處于截止狀態(tài)。實際上當發(fā)射結電壓處在正向死區(qū)范圍時，晶體管就已經(jīng)截止，為讓其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大區(qū)晶體管工作在放大狀態(tài)時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。在放大區(qū)，集電極電流與基極電流之間成β倍的數(shù)量關系，即晶體管在放大區(qū)時具有電流放大作用1.3.4BJT的主要技術參數(shù)1.集電極最大允許電流ICM2.反向擊穿電壓U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基極開路指基極開路時集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。使用中若超過此值,晶體管的集電結就會出現(xiàn)雪崩擊穿。當IC

=

ICM時，晶體管的β值通常下降到正常額定值的三分之二。但當IC>ICM時，晶體管并不一定燒損，但β值明顯下降。3.集電極最大允許功耗PCMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3晶體管的功耗PC=UCE*IC。使用中，如果溫度過高，晶體管的性能就會下降甚至被損壞，所以集電極損耗有一定的限制，規(guī)定集電極所消耗的最大功率不能超過最大允許耗散功率PCM值。如果超過PCM值，則晶體管就會因過熱而損壞。晶體管上的功耗超過PCM，管子將損壞。安

全

區(qū)晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜質濃度差別較大，如果把兩個極互換使用，則嚴重影響晶體管的電流放大能力，甚至造成放大能力喪失。晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?

晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，UCE<UBE，集電結也處于正偏，這時內(nèi)電場被大大削弱，因此極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達集電結邊緣的電子，這種情況下，集電極電流IC與基極電流IB不再是β倍的關系，因此，晶體管的電流放大能力大大下降。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，其電流放大系數(shù)是否也等于β？為了使發(fā)射區(qū)擴散電子的絕大多數(shù)無法在基區(qū)和空穴復合，由于基區(qū)摻雜深度很低且很薄，因此只能有極小一部分擴散電子與基區(qū)空穴相復合形成基極電流，剩余大部分擴散電子繼續(xù)向集電結擴散，由于集成電結反偏，這些集結到集電結邊緣的自由電子被集電極收集后形成集電極電流。為什么晶體管基區(qū)摻雜質濃度小？而且還要做得很薄？學習與討論思考與問題使用三極管時，只要①集電極電流超過ICM值；②耗散功率超過PCM值；③集—射極電壓超過U（BR）CEO值，三極管就必然損壞。上述說法哪個是對的？

用萬用表測量某些三極管的管壓降得到下列幾組數(shù)據(jù)，說明每個管子是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？它們各工作在什么區(qū)域？UBE＝0.7V，UCE＝0.3V；UBE＝0.7V，UCE＝4V；UBE＝0V，UCE＝4V；UBE＝－0.2V，UCE＝－0.3V；UBE＝0V，UCE＝－4V。NPN硅管，飽和區(qū)NPN硅管，放大區(qū)NPN硅管，截止區(qū)PNP鍺管，放大區(qū)PNP鍺管，截止區(qū)1.3.5單極型三極管概述

雙極型三極管是利用基極小電流去控制集電極較大電流的電流控制型器件，因工作時兩種載流子同時參與導電而稱之為雙極型。單極型三極管因工作時只有多數(shù)載流子一種載流子參與導電，因此稱為單極型三極管；單極型三極管是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應控制輸出電流的電壓控制型器件。上圖所示為單極型三極管產(chǎn)品實物圖。單極型管可分為結型和絕緣柵型兩大類，其中絕緣柵型場效應管應用最為廣泛，其中又分增強型和耗盡型兩類，且各有N溝道和P溝道之分。單極型三極管可用英文縮寫FET表示，與雙極型三極管BJT相比，無論是內(nèi)部的導電機理還是外部的特性曲線，二者都截然不同。FET屬于一種新型的半導體器件，尤為突出的是：FET具有高達107~1015的輸入電阻，幾乎不取用信號源提供的電流，因而具有功耗小，體積小、重量輕、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單且易于集成化等優(yōu)點。這些優(yōu)點擴展了單極型三極管的應用范圍，單極型三極管在工程實際中通常用于：①放大；②在多級放大器輸入級用作阻抗變換；③用作可變電阻；④用作恒流源；⑤用作電子開關。

1.3.6

絕緣柵場效應管的結構組成N+N+以P型硅為襯底BDGS二氧化硅(SiO2)絕緣保護層兩端擴散出兩個高濃度的N區(qū)N區(qū)與P型襯底之間形成兩個PN結由襯底引出電極B由高濃度的N區(qū)引出的源極S由另一高濃度N區(qū)引出的漏極D由二氧化硅層表面直接引出柵極G雜質濃度較低，電阻率較高。N+N+以P型硅為襯底BDGS大多數(shù)管子的襯底在出廠前已和源極連在一起鋁電極、金屬（Metal）二氧化硅氧化物（Oxide）半導體（Semiconductor)故單極型三極管又稱為MOS管。MOS管電路的連接形式N+N+P型硅襯底BDGS+－UDS+－UGS漏極與源極間電源UDS柵極與源極間電源UGS

如果襯底在出廠前未連接到源極上，則要根據(jù)電路具體情況正確連接。一般P型硅襯底應接低電位，N型硅襯底應接高電位，由導電溝道的不同而異。不同類型MOS管的電路圖符號DSGB襯底N溝道增強型圖符號DSGB襯底P溝道增強型圖符號DSGB襯底N溝道耗盡型圖符號DSGB襯底P溝道耗盡型圖符號由圖可看出，襯底的箭頭方向表明了場效應管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。虛線表示增強型實線表示耗盡型1.3.7

MOS管的主要技術參數(shù)

1.開啟電壓UT開啟電壓是增強型MOS管的參數(shù)，柵源電壓UGS小于UT的絕對值時，MOS管不能導通。

2.輸入電阻RGS

RGS是場效應管的柵源間輸入電阻典型值，對于絕緣柵場型MOS管，輸入電阻RGS約在1M~100MΩ之間。由于高阻態(tài)，所以可認為輸入電流基本為零。3.最大漏極功耗PDM最大漏極功耗可由PDM=UDS

ID決定，與雙極型三極管的PCM相當，管子正常使用時不得超過此值，否則將會由過熱而造成管子的損壞。1.3.6MOS場效應管的工作原理以增強型NMOS管為例說明其工作原理。N溝道增強型MOS管不存在原始導電溝道。當柵源極間電壓UGS=0時，增強型MOS管的漏極和源極之間相當于存在兩個背靠背的PN結。N+N+P型硅襯底BDGS不存在原始溝道+－UDSUGS=0此時無論UDS是否為0，也無論其極性如何，總有一個PN結處于反偏狀態(tài)，因此MOS管不導通，ID=0。MOS管處于截止區(qū)。PPN結PN結ID=01.導電溝道的形成在柵極和襯底間加UGS且與源極連在一起，由于二氧化硅絕緣層的存在，電流不能通過柵極。但金屬柵極被充電，因此聚集大量正電荷。+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDS=0UGS電場力排斥空穴二氧化硅層在UGS作用下被充電而產(chǎn)生電場形成耗盡層出現(xiàn)反型層形成導電溝道電場吸引電子

導電溝道形成時，對應的柵源間電壓UGS=UT稱為開啟電壓。UT+－+－N+N+P型硅襯底BDGS當UGS>UT、UDS≠0且較小時UDSUGSID當UGS繼續(xù)增大，UDS仍然很小且不變時，ID隨著UGS的增大而增大。此時增大UDS，導電溝道出現(xiàn)梯度，ID又將隨著UDS的增大而增大。直到UGD=UGS－UDS=UT時，相當于UDS增加使漏極溝道縮減到導電溝道剛剛開啟的情況，稱為預夾斷，ID基本飽和。導電溝道加厚產(chǎn)生漏極電流ID+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDSUGS在放大恒流區(qū)，如果UDS-UGD<UT時，溝道完全夾斷，ID=0，管子又回到截止區(qū)。但繼續(xù)增大UDS，使管子出現(xiàn)雪崩擊穿時，ID電流急劇增大，管子將進入擊穿區(qū)。UGD溝道出現(xiàn)預夾斷時工作在放大狀態(tài)，放大區(qū)ID幾乎與UDS的變化無關，只受UGS的控制。即MOS管是利用柵源電壓UGS來控制漏極電流ID大小的一種電壓控制器件。2.漏源間電壓UDS和柵源間電壓UGS對漏極電流ID的影響場效應管導電溝道形成動畫說明1.3.9

MOS管的使用注意事項1.MOS管中,有的產(chǎn)品將襯底引出，形成四個管腳。使用者可視電路需要進行連接。P襯底接低電位，N襯底接高電位。但當源極電位很高或很低時,可將源極與襯底連在一起。2.場效應管的漏極與源極通?？梢曰Q，且不會對伏安特性曲線產(chǎn)生明顯影響。注意：大多產(chǎn)品出廠時已將源極與襯底連在一起了，這時源極與漏極就不能再進行對調(diào)使用。3.MOS管不使用時,由于它的輸入電阻非常高,須將各電極短路,以免受外電場作用時使管子損壞。即MOS管在不使用時應避免柵極懸空，務必將各電極短接。4.焊接MOS管時，電烙鐵須有外接地線，用來屏蔽交流電場，以防止損壞管子。特別是焊接絕緣柵場效應管時，最好斷電后再焊接。單極型晶體管和雙極型晶體管的性能比較1.場效應管的源極S、柵極G、漏極D分別對應于雙極型晶體管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。2.場效應管是電壓控制電流器件，場效應管柵極基本上不取電流，而雙極型晶體管工作時基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號源取極小量電流的情況下，應該選用場效應管；而在允許取一定量電流時，選用雙極型晶體管進行放大可以得到比場效應管較高的電壓放大倍數(shù)。3.場效應管是多子導電，而雙極型晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場效應管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強。在環(huán)境條件（溫度等）變化比較劇烈的情況下，選用場效應管比較合適。4.場效應管的源極和襯底未連在一起時，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣柵型管的柵極電壓可正可負，靈活性比晶體管強；而雙極型晶體管的集電極與發(fā)射極由于特性差異很大而不允許互換使用。5.與雙極型晶體管相比，場效應管的噪聲系數(shù)較小，所以在低噪聲放大器的前級通常選用場效應管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來說，當信噪比是主要矛盾時，還應選用場效應管。6.場效應管和雙極型晶體管都可以用于放大或可控開關，但場效應管還可以作為壓控電阻使用，而且制造工藝便于集成化，具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因此在電子設備中得到廣泛的應用。MOS管在不使用時，應注意避免什么問題？否則會出現(xiàn)何種事故？

在使用MOS管時，為什么柵極不能懸空？雙極型管和MOS管的輸入電阻有何不同？你會做嗎？當UGS為何值時，增強型N溝道MOS管導通？思考與問題雙極型三極管和單極型三極管的導電機理有什么不同？為什么稱晶體管為電流控件而稱MOS管為電壓控件？

為什么說場效應管的熱穩(wěn)定性比雙極型三極管的熱穩(wěn)定性好？

1.雙極型三極管和單極型三極管的導電機理有什么不同？為什么稱晶體管為電流控件而稱MOS管為電壓控件？思考與練習解答2.當UGS為何值時，增強型N溝道MOS管導通？3.在使用MOS管時，為什么柵極不能懸空？4.晶體管和MOS管的輸入電阻有何不同？雙極型三極管有多子和少子兩種載流子同時參與導電；單極型三極管只有多子參與導電。晶體管的輸出電流IC受基極電流IB的控制而變化，因此稱之為電流控件；MOS管的輸出電流ID受柵源間電壓UGS的控制而變化，所以稱為電壓控件。當UGS=UT時，增強型N溝道MOS管開始導通，隨著UGS的增加，溝道加寬，ID增大。由于二氧化硅層的原因，使MOS管具有很高的輸入電阻。在外界電壓影響下，柵極易產(chǎn)生相當高的感應電壓，造成管子擊穿，所以MOS管在不使用時應避免柵極懸空，務必將各電極短接。晶體管的輸入電阻rbe一般在幾百歐～千歐左右，相對較低；而MOS管絕緣層的輸入電阻極高，一般認為柵極電流為零。本章學習結束，希望同學們對本章內(nèi)容予以重視，因為這是電子技術基礎的基礎部分。Goodbye!項目2認識各種類型放大電路任務2.1認識基本放大電路任務2.2認識共集電極放大電路任務2.3初識功率放大器和差放電路任務2.4認識放大電路的負反饋項目導入

實際生活中，經(jīng)常會把一些微弱的信號放大到便于測量和利用的程度，這就要用到放大電路。放大電路亦稱為放大器，它是使用最為廣泛的電子電路之一，也是構成其他電子電路的基礎單元電路。項目導入

放大電路的類型多種多樣，按器件分可分為電子管放大電路、晶體管分立元件放大電路、集成放大電路；按輸入信號又可分為直流放大電路和交流放大電路；按耦合方式分，可分為電容耦合放大電路、變壓器耦合放大電路、直接耦合放大電路及光耦合放大電路等；按信號頻率分，放大電路可分為高頻放大電路、中頻放大電路和低頻放大電路；按輸出分，放大電路又可分為電壓放大器、電流放大器和功率放大器；按通頻帶分，可分有寬帶放大電路和窄帶放大電路；按電路形式分，可分有單管放大電路、推挽放大電路、差分放大電路等；如果按工作點分，還可分為甲類放大電路、乙類放大電路、甲乙類放大電路等。項目導入

基本放大電路是構成各種復雜放大電路和線性集成電路的基本單元，無論是日常使用的收音機、電視機、精密的測量儀器還是復雜的自動控制系統(tǒng)，其中都有各種各樣的放大電路。在這些電子設備中，常常需要將天線接收到的或是從傳感器得到的微弱電信號加以放大，以便推動喇叭或測量裝置的執(zhí)行機構工作。因此，“放大”是模擬電子電路討論的重點，放大電路的基礎就是能量轉換。掌握放大電路的基本構成及特點，理解基本放大電路靜態(tài)工作點的設置目的及其求解方法；熟悉非線性失真的概念；初步掌握運用微變等效電路法求解電路的電壓放大倍數(shù)、電路的輸入電阻和輸出電阻；了解多級放大電路的常用耦合方式。技術能力上要求掌握示波器、信號發(fā)生器、電子毫伏表等常用電子儀器的使用方法；具有對共射放大電路進行靜態(tài)工作點調(diào)試的能力；掌握基本放大電路安裝、調(diào)試的工藝技能。學習目標提出問題基本放大電路的組成原則是什么？如何理解放大電路的工作原理？什么是放大電路的估算法和靜態(tài)分析法？如何理解放大電路的動態(tài)分析法？什么是微變等效電路？它有何作用？任務2.1

認識各種類型放大電路2.1.1基本放大電路的組成及組成原理放大電路是電子技術中應用十分廣泛的一種單元電路。

所謂“放大”，是指將一個微弱的電信號，通過某種裝置，得到一個波形與該微弱信號相同、但幅值卻大很多的信號輸出。這個裝置就是晶體管放大電路?！胺糯蟆弊饔玫膶嵸|是電路對電流、電壓或能量的控制作用。揚聲器負載輸入信號源擴音器中放大電路的組成為放大器提供能量的直流電源RS+－US放大電路+－u0i0話筒送來的微弱音頻信號ui放大電路微弱輸入小信號uiuO幅度大大增強的輸出信號uO放大電路的放大作用，實質是把直流電源UCC的能量轉移給輸出信號。輸入信號的作用則是控制這種轉移，使放大電路輸出信號的變化重復或反映輸入信號的變化。放大電路的核心元件是晶體管，因此，放大電路若要實現(xiàn)對輸入小信號的放大作用，必須首先保證晶體管工作在放大區(qū)。晶體管工作在放大區(qū)的外部偏置條件是：其發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。此條件是通過外接直流電源，并配以合適的偏置電路來實現(xiàn)的。電子技術中以晶體管為核心元件，利用晶體管的以小控大作用，可組成各種形式的放大電路，基本放大電路的形式分以下三種組態(tài)：＋

u0－＋

ui－bce＋

u0－＋

ui－bec＋

u0－＋

ui－bec共射組態(tài)放大電路共集電組態(tài)放大電路共基組態(tài)放大電路

無論放大電路的組態(tài)如何，其目的都是讓輸入的微弱小信號通過放大電路后，輸出時其信號幅度顯著增強?；痉糯箅娐返暮诵脑蔷w管，放大電路的作用是實現(xiàn)對微弱小信號的幅度放大，單憑晶體管的電流放大作用顯然無法完成。必須在放大電路中設置直流電源，并保證晶體管工作在線性放大區(qū)。1.核心元件晶體管必須發(fā)射結正偏，集電結反偏；2.輸入回路的設置應使輸入信號耦合到晶體管輸入電路，

以保證晶體管的以小控大作用；3.輸出回路的設置應保證晶體管放大后的電流信號能夠轉

換成負載需要的電壓形式；4.不允許被傳輸小信號放大后出現(xiàn)失真。2.1.1放大電路的組成原則2.1.2共射放大電路的組成共發(fā)射極放大電路是電子技術中應用最為廣泛的放大電路形式，其電路組成的一般形式為：3DG6管RBUBBC1+RCUCCC2+放大電路的核心元件——三極管輸入回路耦合電容基極電阻基極電源集電極電阻為放大電路提供能量的直流電源輸出回路耦合電容上圖所示為雙電源組成的共發(fā)射極基本放大電路。實際應用中，共射放大電路通常采用單電源供電，各部分的作用分別如下：晶體管的作用是把放大電路輸入的小電流進行放大，并控制能量轉移向放大電路提供能量，保證晶體管的放大作用?；鶚O偏置電阻的作用是為放大電路提供合適的靜態(tài)工作點，保證晶體管工作在放大區(qū)。輸入耦合電容的作用是通交隔直。一方面防止放大電路內(nèi)直流部分對輸入的影響，另一方面讓輸入交流信號順利通過。輸出耦合電容的作用是隔離放大電路內(nèi)部的直流和讓放大的交流信號順利輸出。集電極電阻的作用是將放大后的集電極電流轉換成電路所需的電壓輸出。3DG6管RBC1+RCC2++UCC3DG6RBC1+RCC2++UCCcebuiuoibiCuCEiBIB基極固定偏置電流放大后的集電極電流

iC通過RC將放大的電流轉換為放大的晶體管電壓輸出。uCE經(jīng)C2濾掉了直流成分后的輸出電壓信號電流和基極固定偏流的疊加顯然，放大電路內(nèi)部各電流、電壓都是交直流共存的。uit0輸入交流信號電流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCuOt0反相！輸入信號電壓2.1.3共射放大電路的工作原理

需放大的信號電壓ui通過C1轉換為放大電路的輸入電流，與基極偏流疊加后加到晶體管的基極，基極電流iB的變化通過晶體管的以小控大作用控制集電極電流iC變化；iC通過RC使電流的變化轉換為電壓的變化，即：uCE=UCC-iCRC

放大電路內(nèi)部各電壓、電流都是交直流共存的。其直流分量及其注腳均采用大寫英文字母；交流分量及其注腳均采用小寫英文字母；疊加后的總量用英文小寫字母，但其注腳采用大寫英文字母。例如：基極電流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；總量用iB表示。由上式可看出：當iC增大時，uCE就減小，所以uCE的變化正好與iC相反，這就是它們反相的原因。uCE經(jīng)過C2濾掉了直流成分，耦合到輸出端的交流成分即為輸出電壓uo。若電路參數(shù)選取適當，uo的幅度將比ui幅度大很多，亦即輸入的微弱小信號ui被放大了，這就是放大電路的工作原理。輸入信號ui=0、只在直流電源UCC作用下電路的狀態(tài)稱“靜態(tài)”。直流分析就是要求出此時的IB、IC和UCE三數(shù)值。C1+C2+ICUBE放大電路的直流通道UCE3DG6RBRC＋UCCcebIC=βIBUCE=UCC－ICRCIB=RBUCC-UBE直流下耦合電容C1、C2相當于開路，由直流通道求工作點上的IB：IB由圖可得由晶體管放大原理可求得IC：由圖又可求得工作點上UCE：式中ICRC前面的負號表示輸出電壓與集電極電流IC反相。2.1.4放大電路靜態(tài)分析的估算法分析UBE(V)IB0.5V0.7V死區(qū)uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t