電工電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）課件：晶體管的特性與識(shí)別

目錄分立元件放大電路二極管和三極管6.1二極管和三極管一、半導(dǎo)體概述1.導(dǎo)體分類2.本征半導(dǎo)體導(dǎo)體：電的良導(dǎo)體，如純金屬及其合金、酸堿鹽水溶液等。

導(dǎo)電材料分類絕緣體：電的不良導(dǎo)體，如陶瓷、橡膠等。半導(dǎo)體：

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅、鍺、砷化鎵等。

純凈的（無(wú)雜質(zhì)）晶體結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。Si28Ge28186.1二極管和三極管2.本征半導(dǎo)體純凈的（無(wú)雜質(zhì)）晶體結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。+4+4+4+4自由電子空穴空穴本征半導(dǎo)體晶體共價(jià)鍵載流子：運(yùn)載電荷的粒子，共價(jià)鍵：相鄰原子共有價(jià)電子所形成的束縛。

本征激發(fā)（熱激發(fā)）：受溫度、光照等環(huán)境因素的影響，半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得足夠的能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵上留下空位的現(xiàn)象，稱之為本征激發(fā)。復(fù)合：自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對(duì)消失的過(guò)程。自由電子：由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛空穴：自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，兩種載流子

自由電子：在共價(jià)鍵以外運(yùn)動(dòng)空穴：在共價(jià)鍵以內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)6.1二極管和三極管本征半導(dǎo)體特點(diǎn)1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對(duì)出現(xiàn),且數(shù)量少；

2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；

3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度、光照等外界條件有關(guān)。6.1二極管和三極管3.N型半導(dǎo)體載流子數(shù)

電子數(shù)磷原子自由電子+5+4+4+4+4+4自由電子：多數(shù)載流子空穴：少數(shù)載流子在硅或鍺的晶體中摻入五價(jià)元素磷。4.P型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+3硼原子空穴在硅或鍺的晶體中摻入三價(jià)元素硼。自由電子：少數(shù)載流子空穴：多數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)6.1二極管和三極管5.PN結(jié)形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由電子和空穴濃度差引起的載流子運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū)——PN結(jié)漂移運(yùn)動(dòng)：載流子在電場(chǎng)力作用下引起的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場(chǎng)有利于少子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。耗盡層6.1二極管和三極管6.PN結(jié)單向?qū)щ娦訮N外加正向電壓(正向偏置)PN外加反向電壓(反向偏置)PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零6.1二極管和三極管二、二極管結(jié)構(gòu)與類型PN結(jié)+引線+管殼=二極管

構(gòu)成P區(qū)的引出線稱為陽(yáng)極，N區(qū)的引出線稱為陰極。符號(hào)箭頭符號(hào)表示PN結(jié)正偏時(shí)電流的流向

分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型+–6.1二極管和三極管三、二極管的伏安特性及主要參數(shù)iD

=0U

Uth0

U

Uth（死區(qū)電壓）U（BR)

U

0iD<0.1

A(硅)幾十

A

(鍺)U<

（反向擊穿電壓）U（BR）反向電流急劇增大(反向擊穿)OuD/ViD/mA正向特性Uth反向特性U(BR)Uth

0.1V(鍺管)0.5V(硅管)iD急劇上升伏安特性反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿—PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)?！狿N結(jié)燒毀。Uon導(dǎo)通電壓Uon硅管約為0.6～0.8V;鍺管約為0.1～0.3V;二極管最大特點(diǎn)：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?.1二極管和三極管二極管的主要參數(shù)2.

URM—

最高反向工作電壓，為U(BR)/23.

IRM

—最大反向電流(二極管加最大反向電壓時(shí)的電流，越小單向?qū)щ娦栽胶?4.

fM—

最高工作頻率(超過(guò)時(shí)單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU(BR)IFURMO1.

IF—

最大整流電流(最大正向平均電流)6.1二極管和三極管半導(dǎo)體二極管特性的測(cè)試用數(shù)字式萬(wàn)用表檢測(cè)紅表筆是(表內(nèi)電源)正極，黑表筆是(表內(nèi)電源)負(fù)極。2k20k200k2M20M200

在

擋進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)PN結(jié)完好且正偏時(shí)，顯示值為PN結(jié)兩端的正向壓降(V)。反偏時(shí)，顯示?

。6.1二極管和三極管四、特殊二極管1.發(fā)光二極管工作條件：正向偏置符號(hào)發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠不可見光：紅外光6.1二極管和三極管2.光電二極管工作條件：反向偏置符號(hào)特性u(píng)iO暗電流E=200lxE=400lx3.穩(wěn)壓二極管符號(hào)工作條件：反向擊穿

在反向擊穿狀態(tài)下，讓流過(guò)管子的電流在一定的范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，利用這一點(diǎn)可以達(dá)到“穩(wěn)壓”的效果。6.1二極管和三極管五、三極管結(jié)構(gòu)與類型1.結(jié)構(gòu)基極BNNP發(fā)射極E集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)NPN型ECB各區(qū)主要作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)：作用：發(fā)射載流子

特點(diǎn)：摻雜濃度高基區(qū)：作用：傳輸載流子特點(diǎn)：薄、摻雜濃度低集電區(qū)：作用：接收載流子

特點(diǎn)：面積大PPNEBCPNP型ECB6.1二極管和三極管2.分類

NPN

小功率管<500mW中功率管0.5

1W大功率管>1W

按功率分：按材料分：

硅管鍺管按結(jié)構(gòu)分：PNP低頻管

按使用頻率分：高頻管6.1二極管和三極管六、電流分配與放大原理1.晶體管放大的條件1.內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大2.外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2.晶體管的電流分配和放大作用實(shí)驗(yàn)電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A電路條件:

EC>EB

發(fā)射結(jié)正偏

集電結(jié)反偏6.1二極管和三極管mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A測(cè)量結(jié)果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/IB5050535558

IC/

IB50606070(1)符合KCL定律(2)

IC和IE比IB大得多(3)

IB

很小的變化可以引起IC很大的變化。

即：基極電流對(duì)集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是晶體管的放大作用。6.1二極管和三極管晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律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。ICEIEIBEI

CBOIBICIB=IBE

–

ICBOIBE

IB+ICBO3、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。IC=ICE+ICBO實(shí)驗(yàn)表明：

IC>>IB，IB對(duì)IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變6.1二極管和三極管晶體管的電流分配關(guān)系總結(jié)：

1.晶體管在發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置的條件下具有電流放大作用。

2.晶體管的電流放大作用，實(shí)質(zhì)上是基極電流對(duì)集電極電流的控制作用。6.1二極管和三極管六三極管的伏安特性及主要參數(shù)1.伏安特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCECiBIERB+uBE

+uCE

EBCEBiC+

+

+

O特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)導(dǎo)通電壓

UBESi管:(0.6

0.8)VGe管:(0.2

0.3)V取0.7V取0.2ViBRB+uBE

EB+EB+

RB輸入特性6.1二極管和三極管輸出特性1.調(diào)整RB使基極電流為某一數(shù)值。2.基極電流不變，調(diào)整EC測(cè)量集電極電流和uCE

電壓。輸出特性曲線mAICECIBRBEBCEB3DG6

ARCV+uCE

50μA40μA30μA10μAIB=020μAuCE

/VO2468

4321iC

/mA6.1二極管和三極管（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置。（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置。（3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置iB>0，uBE>0，uCE≤uBEiC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO輸出特性曲線深度飽和時(shí)：0.3V(硅管)UCE為：0.1V(鍺管)6.1二極管和三極管共發(fā)射極電流放大系數(shù)（1）直流電流放大系數(shù)（2）交流電流放大系數(shù)

iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0024684321Q2.主要參數(shù)及使用常識(shí)5.1二極管和三極管極限參數(shù)（1）ICM

—集電極最大允許電流，超過(guò)時(shí)

值明顯降低。U(BR)CBO

—發(fā)射極開路時(shí)C、B極間反向擊穿電壓。（2