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电工学与电工技术第1页，共50页，编辑于2022年，星期日第第14章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管14.3 半导体二极管半导体二极管14.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管14.5 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管14.2 PN14.2 PN结结14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性第2页，共50页，编辑于2022年，星期日第第14章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：一、理解一、理解一、理解一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用；电流放大作用；电流放大作用；电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。第3页，共50页，编辑于2022年，星期日 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。分析方法获得具有实际意义的结果。分析方法获得具有实际意义的结果。分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。分追究精确的数值。分追究精确的数值。分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程的值有误差、工程的值有误差、工程的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。上允许一定的误差、采用合理估算的方法。上允许一定的误差、采用合理估算的方法。上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。于应用。于应用。于应用。第4页，共50页，编辑于2022年，星期日14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：(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可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导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）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：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 (可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、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，导电能力显著增强所谓半导体：就是导电能力介于导体和绝缘体之间。所谓半导体：就是导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物。如：硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物。第5页，共50页，编辑于2022年，星期日14.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有完全纯净的、具有完全纯净的、具有完全纯净的、具有晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构的半导体，称为本征半导的半导体，称为本征半导体。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健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价电子价电子晶体结构：晶体内部原子排列具有周期性，晶体结构：晶体内部原子排列具有周期性，外部具有规则的外形。例如：钻石。外部具有规则的外形。例如：钻石。第6页，共50页，编辑于2022年，星期日 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为自自自自由电子由电子由电子由电子（带负电），同时共（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为价键中留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）（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。空穴空穴 温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下，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，其结果相当于空穴的补，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）。运动（相当于正电荷的移动）。第7页，共50页，编辑于2022年，星期日金属的导电机理：金属依靠自由电子导电。金属中的自由电子随时都在做无规则的热运动。当金属导体两端不加电压时，对一个截面来说，任何时刻从其两侧穿过的自由电荷数相等，作用相互抵消，不形成电流。当金属导体两端加电压时，其内部建立了电场，自由电子在恒定的电场力作用下穿梭于金属阳离子之间，不断地与金属阳离子碰撞而受到阻力，当电场力和碰撞的阻力达到平衡时，最终形成一个稳定的自由电子的定向移动速度，从而在金属导体中产生了电流。第8页，共50页，编辑于2022年，星期日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部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分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电流电流电流 (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)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流注意：注意：注意：注意：(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；(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半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就愈好。愈好。愈好。愈好。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。在一空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一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，半导体中载定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载定温度下，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。流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。第9页，共50页，编辑于2022年，星期日14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或方式，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掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 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）,形形形形成杂质半导体。成杂质半导体。成杂质半导体。成杂质半导体。在在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。动画动画第10页，共50页，编辑于2022年，星期日14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。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硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴动画动画无论无论N N型或型或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。第11页，共50页，编辑于2022年，星期日 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、掺杂浓度、掺杂浓度、b.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。3.3.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、减少、减少、b.b.不变、不变、c.增多）。增多）。a ab bc 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流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 N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是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.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a第12页，共50页，编辑于2022年，星期日14.2 PN结结14.2.1 PN PN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，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷区变薄。区变薄。区变薄。区变薄。扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。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。+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区第13页，共50页，编辑于2022年，星期日14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（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，PNPN结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，向电阻较小，向电阻较小，向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+动画动画+第14页，共50页，编辑于2022年，星期日2.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 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+动画动画+第15页，共50页，编辑于2022年，星期日PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 2.PN 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 内电场被加强，内电场被加强，少子的漂移加强，少子的漂移加强，由于少子数量很由于少子数量很少，形成很小的少，形成很小的反向电流。反向电流。IR P P接负、接负、N N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。动画动画+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，反向结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，电阻较大，PN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+第16页，共50页，编辑于2022年，星期日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 )面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 14.3 半导体二极管半导体二极管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阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第17页，共50页，编辑于2022年，星期日二极管的应用二极管的应用(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)面接触型面接触型 结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路，也可作数字电路的开关变频等高频电路，也可作数字电路的开关 结面积大、结电容大、正向电流大，但工作频率结面积大、结电容大、正向电流大，但工作频率结面积大、结电容大、正向电流大，但工作频率结面积大、结电容大、正向电流大，但工作频率低，用于整流电路。低，用于整流电路。低，用于整流电路。低，用于整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用于大功率整流和开关电路中。于大功率整流和开关电路中。于大功率整流和开关电路中。于大功率整流和开关电路中。第18页，共50页，编辑于2022年，星期日二极管图片 点接触性面接触性 平面性第19页，共50页，编辑于2022年，星期日14.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗锗锗锗管管管管0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。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。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V0.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。第20页，共50页，编辑于2022年，星期日14.3.3 主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOM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.反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWM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U 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.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM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较大，为硅管的几十到几百倍。较大，为硅管的几十到几百倍。第21页，共50页，编辑于2022年，星期日二极管二极管的单向导电性的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，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。正向电流较大。正向电流较大。正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，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。反向电流很小。反向电流很小。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，失去单向外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向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。导电性。导电性。导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。流愈大。流愈大。流愈大。第22页，共50页，编辑于2022年，星期日 二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴阴阴或或 U UD为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通若若若若 V阳阳阳阳 VVV阴阴 二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.3或或6.7V6.7V例例1：取取取取 B B 点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+第24页，共50页，编辑于2022年，星期日两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V1 1阳阳 =6 V6 V，V2 2阳阳=0 V=0 V，V1 1阴阴阴阴=V V2阴阴阴阴=12 VU UD1=6V=6V，U UD2=12V=12V UD2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例例2:D1承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流过 D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用，D D1起隔离起隔离作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB+第25页，共50页，编辑于2022年，星期日ui 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 uo o=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 uo=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3 3：二极管的用途：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、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。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二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+动画动画第26页，共50页，编辑于2022年，星期日14.4稳压二极管稳压二极管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。其反向特性曲线较陡，即反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，稳压二极管反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但其两端电压变化很小。利用这一特性，稳压二极管在电路中能起稳压作用。注：稳压二级管工作在反向击穿区；注：稳压二级管工作在反向击穿区；稳压二极管的反向击穿可逆。稳压二极管的反向击穿可逆。第27页，共50页，编辑于2022年，星期日14.4 稳压二极管稳压二极管1.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时加反向电压加反向电压加反向电压加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作用。用。用。用。_+UIO第28页，共50页，编辑于2022年，星期日3.主要参数主要参数(1)(1)稳定电压稳定电压UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数。(3)(3)(3)(3)动态电阻动态电阻(4)(4)稳定电流稳定电流 IZ、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=UZ IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。第29页，共50页，编辑于2022年，星期日14.5 半导体三极管半导体三极管14.5.1 基本结构基本结构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集电极集电极NPN型型型型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：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管第30页，共50页，编辑于2022年，星期日基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结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：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大第31页，共50页，编辑于2022年，星期日晶体管的图片第32页，共50页，编辑于2022年，星期日14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB BVE E集电结反偏集电结反偏 VC C VE集电结反偏集电结反偏 VC C V VB B 第33页，共50页，编辑于2022年，星期日2.各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.0010.701.502.303.103.950.0010.0010.721.542.363.184.05结论结论结论结论:1 1）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系 IE=I IB B+IC C2 2）IC C IB ，I IC IE 3 3）IC IB B 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。称为晶体管的电流放大作用。称为晶体管的电流放大作用。称为晶体管的电流放大作用。实质实质实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是是CCCSCCCS器件器件。第34页，共50页，编辑于2022年，星期日3.3.3.3.三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 基区空穴基区空穴基区空穴基区空穴向发射区的向发射区的向发射区的向发射区的扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，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，形成发射区扩散，形成发射区扩散，形成发射极电流极电流极电流极电流I I I IE E E E。进入进入进入进入P P P P 区的电区的电区的电区的电子少部分与基子少部分与基子少部分与基子少部分与基区的空穴复合，区的空穴复合，区的空穴复合，区的空穴复合，形成电流形成电流形成电流形成电流I I I IBE BE BE BE，多数扩散到集电多数扩散到集电多数扩散到集电多数扩散到集电结。结。结。结。从基区扩散来的从基区扩散来的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入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成集，形成集，形成I I I ICECECECE。集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流反向电流反向电流I I I ICBOCBOCBOCBO。第35页，共50页，编辑于2022年，星期日3.3.三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO IBE ICE CE 与与与与 I IBE 之比称为共发之比称为共发之比称为共发之比称为共发射极电流放大倍数射极电流放大倍数射极电流放大倍数射极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流,温度温度温度温度I ICEO(常用公式常用公式)若若IB=0,则则 IC ICE0CE0第36页，共50页，编辑于2022年，星期日14.5.3 特性曲线特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部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，是分析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。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第37页，共50页，编辑于2022年，星期日发射极是输入回路、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ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+第38页，共50页，编辑于2022年，星期日1.输入特性输入特性特点特点:非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.50.50.50.5V，锗管锗管0.10.10.10.1V。正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO第39页，共50页，编辑于2022年，星期日2.输出特性输出特性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：(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有 I IC=IB B ，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，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。第40页，共50页，编辑于2022年，星期日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）截止区）截止区）截止区）截止区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，有截止区，有截止区，有 IC C 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。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当U UCECE U UBEBE时时，晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区，IB B IC C，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集集电结也处于正电结也处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管硅管硅管UCES CES 0.3V 0.3V，锗管锗管U UCES 0.1V 0.1V。第41页，共50页，编辑于2022年，星期日14.5.4 主要参数主要参数1.1.电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数，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