第8章 半导体器件及特性精选文档.ppt

第8章 半导体器件及特性本讲稿第一页，共六十五页本章要求本章要求 了解了解:场效应管、晶闸管的结构及工作原理。场效应管、晶闸管的结构及工作原理。理解理解:半导体基础知识、半导体基础知识、N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体和和PN结的形成；两种载流子的扩散和漂移。结的形成；两种载流子的扩散和漂移。熟悉：熟悉：晶体二极管的单向导电性，二极管的用途及晶体二极管的单向导电性，二极管的用途及稳压管特点。稳压管特点。掌握：掌握：晶体管的放大作用，外特性，截止、放大、晶体管的放大作用，外特性，截止、放大、饱和三种工作状态。饱和三种工作状态。本讲稿第二页，共六十五页8.1 半导体基础知识半导体基础知识物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体半导体具有掺杂性、半导体具有掺杂性、热敏性、热敏性、光敏性光敏性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极可做成各种不同用途的半导体器件，如二极可做成各种不同用途的半导体器件，如二极可做成各种不同用途的半导体器件，如二极 管、三极管和晶闸管等）。管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二 极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强本讲稿第三页，共六十五页8.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子。Si Si Si Si价电子本讲稿第四页，共六十五页 Si Si Si Si价电子 价电子在获得一定能量（温价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为脱原子核的束缚，成为自由电自由电自由电自由电子子子子（带负电），同时共价键中留（带负电），同时共价键中留（带负电），同时共价键中留（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为下一个空位，称为下一个空位，称为下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。穴的运动（相当于正电荷的移动）。本讲稿第五页，共六十五页本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流部分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈半导体的导电性能也就愈半导体的导电性能也就愈半导体的导电性能也就愈好。好。好。好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在空穴成对地产生的同时，又不断复合。在空穴成对地产生的同时，又不断复合。在空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。载流子便维持一定的数目。载流子便维持一定的数目。载流子便维持一定的数目。本讲稿第六页，共六十五页8.1.2杂质半导体杂质半导体 掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形形成杂质半导体。成杂质半导体。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是多自由电子是多自由电子是多自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。动画1.N型半导体型半导体本讲稿第七页，共六十五页2 P 2 P 型半导体型半导体型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P 型半导体中型半导体中空穴是多数载空穴是多数载空穴是多数载空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。流子，自由电子是少数载流子。流子，自由电子是少数载流子。流子，自由电子是少数载流子。B硼原子接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴动画无论无论无论无论N N型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。本讲稿第八页，共六十五页 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.减少、减少、b.不变、不变、c.增多）。增多）。ab bc 4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流）b ba a本讲稿第九页，共六十五页8.1.3 PN结结结结1 PN PN PN PN结的形成结的形成结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+动画形成空间电荷区本讲稿第十页，共六十五页2 PN2 PN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 （1 1）PN PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，PN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+动画+本讲稿第十一页，共六十五页PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽（2 2）PN PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。动画+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，阻较大，阻较大，阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+本讲稿第十二页，共六十五页8.2 晶体二极管晶体二极管 8.2.1 8.2.1 晶体二极管的结构晶体二极管的结构晶体二极管的结构晶体二极管的结构 把把PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了晶体二极管，简称二极管。晶体二极管，简称二极管。二极管是由PN结、电极引线和管壳构成的。结构和图形符号本讲稿第十三页，共六十五页(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结结面积小、结结面积小、结结面积小、结电容小、正向电电容小、正向电电容小、正向电电容小、正向电流小。用于检波流小。用于检波流小。用于检波流小。用于检波和变频等高频电和变频等高频电和变频等高频电和变频等高频电路。路。路。路。结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。(c)平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。按其结构特点可分为点接触型、面接触型和平面型三大类。本讲稿第十四页，共六十五页阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型半导体二极管的结构半导体二极管的结构二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图本讲稿第十五页，共六十五页8.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压PN+PN+反向电流在一定电压范围内保持常数。本讲稿第十六页，共六十五页1.1.正向特性正向特性:二极管加正向电压时，电压和电流的关系。二极管加正向电压时，电压和电流的关系。只有超过某一数值时，才有明显的正向电流。这一只有超过某一数值时，才有明显的正向电流。这一 电压称为电压称为开开启电压启电压。正向特性在小电流时，呈现出指数变化规律，电。正向特性在小电流时，呈现出指数变化规律，电流较大以后近似按直线上升。流较大以后近似按直线上升。2.2.反向特性反向特性:二极管加反向电压二极管加反向电压,反向电流数值很小反向电流数值很小,且基本不且基本不变变,称反向饱和电流称反向饱和电流。硅管反向饱和电流为纳安数量级。硅管反向饱和电流为纳安数量级,锗管锗管为微安数量级。这时，二极管呈现很大的反向电阻，处于截止为微安数量级。这时，二极管呈现很大的反向电阻，处于截止状态。状态。3.反向击穿特性反向击穿特性 当反向电压加到一定值时当反向电压加到一定值时,反向电流急剧增加反向电流急剧增加,产生产生反向击穿反向击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上(高反压管可达几千伏高反压管可达几千伏)。通常二极管工作时，不允许工作在反。通常二极管工作时，不允许工作在反向击穿状态。向击穿状态。本讲稿第十七页，共六十五页8.2.3 二极管主要参数二极管主要参数1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 IF F二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。流。流。流。2.最大反向工作电压最大反向工作电压U UR R是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压UBRBR的一半或三分之二。二极管击穿的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向电流反向电流I IR指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，大，说明管子的单向导电性差，大，说明管子的单向导电性差，大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温度越受温度的影响，温度越受温度的影响，温度越受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小高反向电流越大。硅管的反向电流较小高反向电流越大。硅管的反向电流较小高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流锗管的反向电流锗管的反向电流锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。较大，为硅管的几十到几百倍。较大，为硅管的几十到几百倍。较大，为硅管的几十到几百倍。本讲稿第十八页，共六十五页4.4.最高工作频率最高工作频率f 5.5.二极管的直流电阻二极管的直流电阻RD 6.6.二极管的交流电阻二极管的交流电阻rd 本讲稿第十九页，共六十五页二极管的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，正二极管加正向电压（正向偏置，正二极管加正向电压（正向偏置，正二极管加正向电压（正向偏置，正(P)(P)极接正、负极接正、负(N)(N)极接负极接负极接负极接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，负二极管加反向电压（反向偏置，负(N)极接负、极接负、正正(P)极接正极接正）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。管反向电阻较大，反向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。向导电性。向导电性。向导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。本讲稿第二十页，共六十五页8.2.4 二极管的主要应用二极管的主要应用 利用二极管的单向导电特性，可实现整流、限幅及电平选择等多种应用电路。1.二极管整流电路二极管整流电路利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电小交变的电流变换为直流电（1）半波整流电路）半波整流电路本讲稿第二十一页，共六十五页（2）全波整流电路）全波整流电路本讲稿第二十二页，共六十五页2.二极管限幅电路二极管限幅电路本讲稿第二十三页，共六十五页3.二极管电平选择电路二极管电平选择电路本讲稿第二十四页，共六十五页4.低压稳压电路低压稳压电路利用二极管的正向压降，可以获得较好的稳压性能利用二极管的正向压降，可以获得较好的稳压性能本讲稿第二十五页，共六十五页8.2.58.2.5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二极管。稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。1.1.稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性 符号符号 _+稳压管正常工作时加反向电压 稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。UZIZIZM UZ IZ使用时要加限流电阻UIO本讲稿第二十六页，共六十五页（4 4）动态电阻动态电阻r rZ Z：r rZ Z愈小，曲线愈陡，愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。稳压性能愈好。(5)(5)温度系数温度系数：是反映稳定电压值受温度影响的是反映稳定电压值受温度影响的参数参数（3）稳定电流稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时的反：工作电压等于稳定电压时的反向电流向电流 2.2.稳压二极管的参数稳压二极管的参数 （1 1）稳定电压稳定电压UzUz：稳定电压就是稳压二极管在正常：稳定电压就是稳压二极管在正常工作时，管子两端的电压值工作时，管子两端的电压值 。（2）额定功耗额定功耗PZM：PZM=UZ IZM是稳压管的最大功率是稳压管的最大功率损耗。损耗。本讲稿第二十七页，共六十五页光电二极管光电二极管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。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。IU 照度增加照度增加符号符号发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几 几几几几十十十十mAmA光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管本讲稿第二十八页，共六十五页u ui 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V u ui 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 uo=u ui i已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 uo 波形。波形。8V例例1：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。ui18V参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+本讲稿第二十九页，共六十五页8.3晶体管晶体管 8.3.1 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极NPN型型BECBECPNP型型P PP PN N基极基极发射极发射极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管本讲稿第三十页，共六十五页基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结B BE EC CN NN NP P基极基极发射极发射极集电极集电极结构特点：结构特点：集电区：面积最大本讲稿第三十一页，共六十五页8.3.2 放大状态下晶体管中载流子的传输过程放大状态下晶体管中载流子的传输过程 晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。电压。当晶体管处在发射结正偏、集电结反偏的状当晶体管处在发射结正偏、集电结反偏的状态下，才能够实现电流放大作用。态下，才能够实现电流放大作用。按传输顺序分以下几个按传输顺序分以下几个过程过程:1.发射区向基区发射电子的过程发射区向基区发射电子的过程2.电子在基区的扩散和复合的过程电子在基区的扩散和复合的过程3.扩散到集电结的电子被集电区收集的过程扩散到集电结的电子被集电区收集的过程 本讲稿第三十二页，共六十五页BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 基区空穴基区空穴向发射区的向发射区的扩散可忽略。扩散可忽略。发射结正偏，发发射结正偏，发射区电子不断向基射区电子不断向基区扩散，形成发射区扩散，形成发射极电流极电流I IE E。进入进入P P 区的电区的电子少部分与基区子少部分与基区的空穴复合，形的空穴复合，形成电流成电流I IBE BE，多，多数扩散到集电结。数扩散到集电结。从基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成I ICECE。集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流I ICBOCBO。本讲稿第三十三页，共六十五页4.4.电流分配关系电流分配关系本讲稿第三十四页，共六十五页8.3.3 晶体管伏安特性曲线晶体管伏安特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：1 1）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线本讲稿第三十五页，共六十五页发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路 测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+RC本讲稿第三十六页，共六十五页1.1.输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线特点特点:非线性非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPNNPN型硅管 U UBE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOUCE=0V本讲稿第三十七页，共六十五页2.输出特性曲线输出特性曲线IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1)(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 IC=IB ，也也也也称为线性区，具有恒流称为线性区，具有恒流特性。特性。在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处于发射结处于正向偏置、集电结处于反正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放向偏置，晶体管工作于放大状态。大状态。本讲稿第三十八页，共六十五页I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB 0 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有 I IC 0 0 。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。晶体管工作于截止状态。晶体管工作于截止状态。晶体管工作于截止状态。饱饱和和区区截止区截止区（3）饱和区）饱和区 当当当当UCECE UBEBE时时时时，晶体管工晶体管工晶体管工晶体管工作于饱和状态。作于饱和状态。作于饱和状态。作于饱和状态。在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区，IB B I IC C，发射发射发射发射结处于正向偏置，结处于正向偏置，结处于正向偏置，结处于正向偏置，集电结也集电结也集电结也集电结也处于正处于正处于正处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管硅管硅管U UCES 0.3V，锗管锗管U UCES 0.1V。本讲稿第三十九页，共六十五页8.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数1.1.电流放大系数电流放大系数 和和 直流电流放大系数直流电流放大系数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当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。数也是设计电路、选用晶体管的依据。数也是设计电路、选用晶体管的依据。数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：注意：和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间。之间。之间。本讲稿第四十页，共六十五页例：在例：在例：在例：在U UCE=6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 Q Q1 点点点点IB B=40=40 A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在 Q2 2 点点I IB B=60 A,IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 0QQ1 1QQ2 2在在 Q1 点，有点，有点，有点，有由由 Q1 1 和和Q2 2点，得点，得本讲稿第四十一页，共六十五页2.2.极间反向电流极间反向电流 I ICBO是由少数载流子的漂移是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的运动所形成的电流，受温度的影响大。影响大。温度温度ICBOCBO ICBO A+EC集集-射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流)ICEOCEO AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大。温度ICEO，所以所以I IC C也相也相应增加。应增加。三极管的温度特三极管的温度特性较差。性较差。集集集集-基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO本讲稿第四十二页，共六十五页3.击穿电压击穿电压集电极集电极发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压V(BR)CEO：该电压是指当：该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允许反向电压。许反向电压。集电极集电极基极反向击穿电压基极反向击穿电压V(BR)CBO：该电压是指当晶：该电压是指当晶体管发射极开路时，其集电极与基极之间的最大允体管发射极开路时，其集电极与基极之间的最大允许反向电压。许反向电压。发射极发射极基极反向击穿电压基极反向击穿电压V(BR)EBO：该电压是指当：该电压是指当晶体管的集电极开路时，其发射极与基极与之间的晶体管的集电极开路时，其发射极与基极与之间的最大允许反向电压。最大允许反向电压。本讲稿第四十三页，共六十五页4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICM 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当 值值值值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。5.5.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。P PC P PCM=I IC C UCE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为150 C C，锗锗管约为管约为管约为管约为7070 9090 C。本讲稿第四十四页，共六十五页ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO本讲稿第四十五页，共六十五页三极管电路的三种基本组态三极管电路的三种基本组态 本讲稿第四十六页，共六十五页晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1、温度每增加、温度每增加10 C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优于锗管。增大一倍。硅管优于锗管。增大一倍。硅管优于锗管。增大一倍。硅管优于锗管。2 2、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，U UBEBE将减小将减小 (2(2 2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3 3、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，增加增加 0.5%1.0%。本讲稿第四十七页，共六十五页8.4 场效应晶体管场效应晶体管 场效应晶体管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件场效应晶体管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件（又称为单极型晶体管），是一种输入电压控制输出电流（又称为单极型晶体管），是一种输入电压控制输出电流的的半导体器件。（的的半导体器件。（FET）场场效效应应管的分管的分类类导电的载流子导电的载流子N沟沟道（道（电子作为载流子）电子作为载流子）P沟沟道（道（空穴作为载流子）空穴作为载流子）N沟沟道道结构结构结型结型绝缘栅型绝缘栅型P沟沟道道N沟沟道增强型道增强型N沟沟道耗道耗尽尽型型P沟沟道增强型道增强型P沟沟道耗道耗尽尽型型本讲稿第四十八页，共六十五页场效应晶体管具有输入电阻非常高，噪声低，受场效应晶体管具有输入电阻非常高，噪声低，受温度、辐射影响小，制造工艺简单，便于大规模温度、辐射影响小，制造工艺简单，便于大规模集成等优点。集成等优点。本讲稿第四十九页，共六十五页1.结型场效应晶体管的结构示意图及其表示符号如图所结型场效应晶体管的结构示意图及其表示符号如图所示。示。8.4.1 结型场效应晶体管的结构及工作原理结型场效应晶体管的结构及工作原理本讲稿第五十页，共六十五页两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型型沟道。三个电极：沟道。三个电极：G：栅极：栅极 D：漏极：漏极 S：源极：源极符号：符号：P区浓度高区浓度高本讲稿第五十一页，共六十五页 2.2.结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理（1）栅源电压对沟道的控制作用）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压在栅源间加负电压VGS，令，令VDS=0 当当VGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电沟道最宽。结，导电沟道最宽。当当VGS时，时，PN结反偏，形结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。道电阻增大。当当VGS到一定值时到一定值时，沟，沟道会完全合拢。道会完全合拢。定义：定义：夹断电压夹断电压Vp使导电沟使导电沟道完全合拢（消失）所需道完全合拢（消失）所需要的栅源电压要的栅源电压VGS。本讲稿第五十二页，共六十五页（2 2）漏源电压对沟道的控制作用）漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压在漏源间加电压VDS，令，令VGS=0 由于由于VGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。当当VDS=0时，时，ID=0。VDSID 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。道变窄，呈楔形分布。当当VDS，使，使VGD=VG S-VDS=VP时，时，在靠漏极处夹