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关于半导体基础知识第1页，讲稿共76张，创作于星期日1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一，金属一般都是导体。般都是导体。有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。半导体的电阻率为半导体的电阻率为1010-3-310109 9 cmcm。一、半导体及其特性一、半导体及其特性1、什么是半导体、什么是半导体第2页，讲稿共76张，创作于星期日现代电子学中，用的最多的半导现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。电子）都是四个。GeSi电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此把电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此把半导体也称为半导体也称为晶体晶体。第3页，讲稿共76张，创作于星期日2、半导体的导电特性、半导体的导电特性1）热敏性）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。与温度有关。温度升高，导电能力增强。2）光敏性）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强与光照强弱有关。光照强，导电能力增强3）掺杂性）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。加入适当杂质，导电能力显著增强。3、常用半导体材料、常用半导体材料1）元素半导体）元素半导体 如：硅、锗如：硅、锗2）化合物半导体）化合物半导体 如：砷化镓如：砷化镓3）掺杂或制成其他化合物半导体的材料）掺杂或制成其他化合物半导体的材料 如；硼、磷、铟、锑如；硼、磷、铟、锑第4页，讲稿共76张，创作于星期日1、本征半导体、本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为称为本征半导体本征半导体。如硅晶体中，原子之间靠的很近，分属于每个原子如硅晶体中，原子之间靠的很近，分属于每个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子为两个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子为两个原子所共有，每个原子与其相临的原子之间形成所共有，每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价电子。共用一对价电子。在高度纯净的硅晶体中，所有外层电子均用于构在高度纯净的硅晶体中，所有外层电子均用于构成共价键，没有多余的自由电子，只有通过很强的力成共价键，没有多余的自由电子，只有通过很强的力才能使电子脱离晶体束缚。才能使电子脱离晶体束缚。1）内部结构）内部结构一、半导体物质的内部结构和导电机理一、半导体物质的内部结构和导电机理第5页，讲稿共76张，创作于星期日硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除去表示除去价电子后的价电子后的原子原子第6页，讲稿共76张，创作于星期日第7页，讲稿共76张，创作于星期日2）本征半导体的导电机理）本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价电价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为可以运动的带电粒子，它的导电能力为0，相当于绝缘体。相当于绝缘体。在常温下，由于在常温下，由于热激发热激发，使一些价电子获得，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电自由电子子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。电子电子空穴对的产生空穴对的产生第8页，讲稿共76张，创作于星期日+4+4+4+4电子电子空穴对的产生空穴对的产生自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子第9页，讲稿共76张，创作于星期日两种导电方式两种导电方式+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引临近的价电空穴吸引临近的价电子来填补。这样的结子来填补。这样的结果相当于空穴的迁移，果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，正电荷的移动，即：即：空穴电流空穴电流在外电场作用下，有两在外电场作用下，有两部分电流：部分电流：1、自由电、自由电子定向移动。子定向移动。2、空穴、空穴电流电流第10页，讲稿共76张，创作于星期日说明说明a.复合：复合：激发：激发：激发和复合成对产生成对消失激发和复合成对产生成对消失b.载流子：电子和空穴载流子：电子和空穴c.漂移运动：载流子在电场力的作用下的定向运动漂移运动：载流子在电场力的作用下的定向运动d.自由电子向电源正极移动，空穴向负极移动。虽然电子、空穴自由电子向电源正极移动，空穴向负极移动。虽然电子、空穴的运动方向相反，但在外电路中形成电流却一致。的运动方向相反，但在外电路中形成电流却一致。e.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。f.温度越高，载流子的浓度越高。温度是影响半导体性能的一温度越高，载流子的浓度越高。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。第11页，讲稿共76张，创作于星期日2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为为N型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓度大（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为大增加的杂质半导体称为P型半导体型半导体（空穴半（空穴半导体）。导体）。第12页，讲稿共76张，创作于星期日1）N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子施主原子。第13页，讲稿共76张，创作于星期日+4+4+5+4N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子+N N型半导体型半导体第14页，讲稿共76张，创作于星期日N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。第15页，讲稿共76张，创作于星期日2）P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为所以称为受主原子受主原子。第16页，讲稿共76张，创作于星期日+4+4+3+4空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P P型半导体型半导体第17页，讲稿共76张，创作于星期日总总 结结1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多。近似认为多子与杂质浓度相等。子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。3、多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。、多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。第18页，讲稿共76张，创作于星期日三、三、PN结及其单向导电性结及其单向导电性1、PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导型半导体和体和N型半导体，经过载流子的扩散，在型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了它们的交界面处就形成了PN结。结。第19页，讲稿共76张，创作于星期日P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区1）多数）多数载流子的载流子的扩散扩散运动运动及空间电荷区的产及空间电荷区的产生生(即即:PN结的产生结的产生)(浓度差产生浓度差产生)第20页，讲稿共76张，创作于星期日2、扩散的结果是使空、扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。间电荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E2）内电场的形成及其作用）内电场的形成及其作用1、内电场越强，就使漂、内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。阻挡多子扩散阻挡多子扩散促进少子漂移促进少子漂移3）矛盾）矛盾运动运动3、所以扩散和漂、所以扩散和漂移这一对相反的移这一对相反的运动最终达到平运动最终达到平衡，相当于两个衡，相当于两个区之间没有电荷区之间没有电荷运动，空间电荷运动，空间电荷区的厚度固定不区的厚度固定不变。变。第21页，讲稿共76张，创作于星期日+空间空间电荷电荷区区N N型区型区P P型区型区电位电位U UU U0 04）内建电势差）内建电势差第22页，讲稿共76张，创作于星期日1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、中的空穴、N中中的电子（的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3、P中的电子和中的电子和N中的空穴（中的空穴（都是少子都是少子），数），数量有限，因此由它们形成的电流很小。量有限，因此由它们形成的电流很小。请注意请注意第23页，讲稿共76张，创作于星期日2 PN结的特性结的特性-单向导电性单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是：的意思都是：P区加正、区加正、N区加负电区加负电压。压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是：P区加负、区加负、N区加正区加正电压。电压。第24页，讲稿共76张，创作于星期日1)PN结正向偏置结正向偏置+内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强多子的扩散加强能够形成较大的能够形成较大的扩散电流。扩散电流。第25页，讲稿共76张，创作于星期日2)PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，内电场被被加强，多子的扩散受抑多子的扩散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加强，但少子数量强，但少子数量有限，只能形成有限，只能形成较小的反向电流。较小的反向电流。第26页，讲稿共76张，创作于星期日 在在PNPN结的两结的两端加上电压后，端加上电压后，通过管子的电通过管子的电流流I I随管子两端随管子两端电压电压V V变化的曲变化的曲线线-伏安特性。伏安特性。PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。PN结伏安特性第27页，讲稿共76张，创作于星期日1.2 二极管二二极极管管的的结结构构和和分分类类二二极极管管的的符符号号和和型型号号二二极极管管的的伏伏安安特特性性二二极极管管的的参参数数二二极极管管的的温温度度特特性性二二极极管管的的应应用用第28页，讲稿共76张，创作于星期日一、一、二极管的结构和分类二极管的结构和分类 在在PNPN结上加上引线和外壳，就成为一个二极管。结上加上引线和外壳，就成为一个二极管。二极管按结构一般分有二极管按结构一般分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)点接触型点接触型 图图 二极管的结构示意图二极管的结构示意图PNPN结面积小，结面积小，结电容小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。1、结构、结构第29页，讲稿共76张，创作于星期日 图图 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(c)(c)平面型平面型(3)(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管 PNPN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型第30页，讲稿共76张，创作于星期日2、分类、分类1）按材料分：硅管和锗管）按材料分：硅管和锗管2）按结构分：点接触和面接触）按结构分：点接触和面接触3）按用途分：检波、整流）按用途分：检波、整流4 4）按频率分：高频和低频）按频率分：高频和低频二、符号和型号二、符号和型号AK阳极、阳极、P型材料型材料阴极、阴极、N型材料型材料第31页，讲稿共76张，创作于星期日半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：第32页，讲稿共76张，创作于星期日三、三、二极管的伏安特性二极管的伏安特性 式中式中I IS S 为反向饱和电流，为反向饱和电流，u u为二极管两端的电压为二极管两端的电压降，降，U UT T=kT/qkT/q 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，k k为玻耳兹曼常为玻耳兹曼常数，数，q q 为电子电荷量，为电子电荷量，T T 为热力学温度。为热力学温度。对于室温对于室温（相当（相当T T=300 K=300 K），则有），则有U UT T=26 mV=26 mV。二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示第33页，讲稿共76张，创作于星期日图 二极管的伏安特性曲线图示第34页，讲稿共76张，创作于星期日1 1、正向特性、正向特性 硅硅二极管的死区电压二极管的死区电压U Uthth=0.6V-0.7V=0.6V-0.7V左右，左右，锗锗二极管的死区电压二极管的死区电压U Uthth=0.2V-0.3V=0.2V-0.3V左右。左右。当当0 0U UU Uthth时，正向电流为零，时，正向电流为零，U Uthth称为死区电压或开启电压。称为死区电压或开启电压。当当U U0 0即处于正向特性区域。即处于正向特性区域。正向区又分为两段：正向区又分为两段：当当U UU Uthth时，开始出现正向电流，时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。并按指数规律增长。第35页，讲稿共76张，创作于星期日2 2、反向特性、反向特性当当 U0时，即处于反向特性区时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域域。反向区也分两个区域：当当UBRU0时，反向电流很时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称而变化，此时的反向电流也称反反向饱和电流向饱和电流I IS S 。当当UUBR时，反向电流急剧增加，时，反向电流急剧增加，UBR称为称为反向击穿电压反向击穿电压。第36页，讲稿共76张，创作于星期日PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_第37页，讲稿共76张，创作于星期日四、二极管的参数四、二极管的参数 (1)(1)最大整流电流最大整流电流I IF F二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2)(2)反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压U UBRBR。为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压U URMRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压U UBRBR的一半计算。的一半计算。最大反向工作电压最大反向工作电压URM-第38页，讲稿共76张，创作于星期日 (3)(3)反向电流反向电流I IR R (4)(4)正向压降正向压降U UF F(5)(5)动态电阻动态电阻r rd d 硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)(nA)级；锗二极管级；锗二极管在微安在微安(A)A)级。级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约约0.60.60.8V0.8V；锗二极管约；锗二极管约0.20.20.3V0.3V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然，然，r rd d与工作电流的大小有关，即与工作电流的大小有关，即 r rd d=U UF F/I IF F第39页，讲稿共76张，创作于星期日iDUDIDUDQ iD UDrD是二极管特性曲线工作是二极管特性曲线工作点点Q附近电压的变化与电附近电压的变化与电流的变化之比：流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化量的电阻。变化量的电阻。第40页，讲稿共76张，创作于星期日五、二极管的温度特性五、二极管的温度特性 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加1212，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加小，每增加11，正向压降，正向压降U UF F(U UD D)大约减小大约减小2mV2mV，即具有负的温度系数。即具有负的温度系数。第41页，讲稿共76张，创作于星期日 图 温度对二极管伏安特性曲线的影响图示第42页，讲稿共76张，创作于星期日例例1 1 一限幅电路如图（一限幅电路如图（a a），），R R=1k,=1k,U UREFREF=3V=3V。（。（1 1）当）当ui=0Vui=0V、6V6V时，分别求输出时，分别求输出u uO O的值；（的值；（2 2）当）当u ui i=6sint V=6sint V时，画出输出电压时，画出输出电压u uo o的波形（正向压降的波形（正向压降为零）。为零）。六、二极管的应用六、二极管的应用第43页，讲稿共76张，创作于星期日例例 2、二二极极管管构构成成“门门”电电路路，设设 V1、V2 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的不同组合时，求输出电压的不同组合时，求输出电压 UO 的值。的值。0 V正偏正偏导通导通5 V正偏正偏导通导通0 V第44页，讲稿共76张，创作于星期日输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBV1V20 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V5 V正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止0 V5 V0 V反偏反偏截止截止正偏正偏导通导通0 V5 V5 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通5 V第45页，讲稿共76张，创作于星期日例例 3、画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sin t(V)作用下输出作用下输出 uO 的波形。的波形。(按理想模型按理想模型)Otui/V15RLV1V2V3V4uiBAuO第46页，讲稿共76张，创作于星期日OtuO/V15第47页，讲稿共76张，创作于星期日1.3 1.3 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样管的伏安特性曲线完全一样(b)(b)一、特性一、特性(a)(a)二、符号二、符号第48页，讲稿共76张，创作于星期日 (1)(1)稳定电压稳定电压U UZ Z(2)(2)动态电阻动态电阻r rZ Z 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流I IZ Z下，所对应的反向工下，所对应的反向工作电压。作电压。其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。的。r rZ Z愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。r rZ Z=U UZ Z/I IZ Z三、主要参数三、主要参数第49页，讲稿共76张，创作于星期日 (3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 P PZMZM 稳压管的最大功率损耗稳压管的最大功率损耗取决于取决于PNPN结的面积和散热等条结的面积和散热等条件。反向工作时件。反向工作时PNPN结的功率损耗结的功率损耗为为 P PZ Z=U UZ Z I IZ Z，由，由 P PZMZM和和U UZ Z可以决可以决定定I IZmaxZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 I IZmax Zmax 和最小稳定工作和最小稳定工作 电流电流I IZmin Zmin 稳压管的最大稳定工作电稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即流取决于最大耗散功率，即P PZmax Zmax=U UZ ZI IZmax Zmax。而。而I Izminzmin对应对应V VZminZmin。若若I IZ ZI IZminZmin则不能稳压。则不能稳压。第50页，讲稿共76张，创作于星期日 稳压二极管在工作时应反接，稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。压作用。(c)(c)四、稳压管的应用四、稳压管的应用第51页，讲稿共76张，创作于星期日1、光电二极管、光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加五、其它特殊二极管五、其它特殊二极管第52页，讲稿共76张，创作于星期日2、发光二极管、发光二极管有正向电流流过时，有正向电流流过时，发出一定波长范围的发出一定波长范围的光，目前的发光管可光，目前的发光管可以发出从红外到可见以发出从红外到可见波段的光，它的电特波段的光，它的电特性与一般二极管类似。性与一般二极管类似。常用作显示器件。常用作显示器件。第53页，讲稿共76张，创作于星期日第54页，讲稿共76张，创作于星期日1.4 晶体三极管晶体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB两个结、三个区、三个极两个结、三个区、三个极E的箭头方向为发射结加正向电压时电流的方向的箭头方向为发射结加正向电压时电流的方向基基本本结结构构与与分分类类1、第55页，讲稿共76张，创作于星期日BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极1）基区：最）基区：最薄，掺杂浓薄，掺杂浓度最低度最低3）集电区：）集电区：面积较大面积较大2）发射区：掺）发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高2、结构特点、结构特点第56页，讲稿共76张，创作于星期日3、分类、分类：1）按材料分：）按材料分：硅管、锗管硅管、锗管4）按功率分：）按功率分：小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W第57页，讲稿共76张，创作于星期日半导体三极管图片半导体三极管图片第58页，讲稿共76张，创作于星期日二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极第59页，讲稿共76张，创作于星期日3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 2)电子在基区扩散与复合电子在基区扩散与复合电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)第60页，讲稿共76张，创作于星期日I CNIEI BNI CBOIB 3)集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 第61页，讲稿共76张，创作于星期日三、三极管的电流控制作用三、三极管的电流控制作用当当管管子子制制成成后后，发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电电结结面面积等确定，故电流的比例关系确定，即：积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBO穿透电流穿透电流1、电流分配关系、电流分配关系IE=IC+IB2、电流的放大作用、电流的放大作用直流放大系数直流放大系数第62页，讲稿共76张，创作于星期日IE=IC+IB定义：定义：为交流放大系数为交流放大系数一般的一般的，当当EBIBIcRcIc(IB=EB/RB)第63页，讲稿共76张，创作于星期日四、四、晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线、输入特性、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似时时第64页，讲稿共76张，创作于星期日O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 V第65页，讲稿共76张，创作于星期日、输出特性、输出特性iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321）截止区：）截止区：IB 0 IC=ICEO 0 条件：条件：两个结反偏两个结反偏截止区截止区ICEO特点：分三个区特点：分三个区第66页，讲稿共76张，创作于星期日iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212）放大区：）放大区：放大区放大区截止区截止区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO第67页，讲稿共76张，创作于星期日iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43213）饱和区：）饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区ICEOIc的大小取决于的大小取决于Ec和和Rc，第68页，讲稿共76张，创作于星期日五、温度对特性曲线的影响五、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。OT2 T1第69页，讲稿共76张，创作于星期日2.温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O第70页，讲稿共76张，创作于星期日六、六、晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数、电流放大系数、电流放大系数1）共发射极电流放大系数）共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百Q第71页，讲稿共76张，创作于星期日iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO。第72页，讲稿共76张，创作于星期日、极限参数、极限参数1）ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。2）PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区第73页，讲稿共76张，创作于星期日U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3）U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO第74页，讲稿共76张，创作于星期日七、晶体管电路的基本问题和分析方法七、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态三种工作状态状态状态电流关系电流关系 条条 件件放大放大I C=IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C IB两个结正偏两个结正偏ICS=IBS 集电结零偏集电结零偏临界临界截止截止IB U(th)则则导通导通以以 NPN为为 例：例：UBE U(th)则则截止截止第75页，讲稿共76张，创作于星期日例：例：有两个晶体管分别接在放大电路中，今测得它们管脚的电有两个晶体管分别接在放大电路中，今测得它们管脚的电位（对位（对“地地”）分别如下表所示。）分别如下表所示。晶体管晶体管 晶体管晶体管管脚管脚 1 2 3 管脚管脚 1 2 3电位电位/V 4 3.4 9 电位电位/V -6 -2.3 -2试判断晶体管类型，并确定三个电极。试判断晶体管类型，并确定三个电极。解解 NPN型：集电极电位最高，发射极电位最低，型：集电极电位最高，发射极电位最低，UBE0；PNP型；型；发射极电位最高，集电极电位最低，发射极电位最高，集电极电位最低，UBE0硅管：基极电位与发射极电位大约相差硅管：基极电位与发射极电位大约相差0.6V或或0.7V；锗管：基极；锗管：基极电位与发射极电位大约相差电位与发射极电位大约相差0.2V或或0.3V由此可知：由此可知：晶体管晶体管：NPN型，型，1B，2E，3C晶体管晶体管：PNP型，型，1C，2B，3E第76页，讲稿共76张，创作于星期日