第14章-半导体二极管和三极管.pptx

每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共登记登记登记登记8 8 8 8次。次。次。次。按校学生守则规定，每次所收作业只批改按校学生守则规定，每次所收作业只批改按校学生守则规定，每次所收作业只批改按校学生守则规定，每次所收作业只批改1/31/31/31/3，学生在，学生在，学生在，学生在作业的第一页按学号尾号填写批次。作业的第一页按学号尾号填写批次。作业的第一页按学号尾号填写批次。作业的第一页按学号尾号填写批次。学号尾号学号尾号学号尾号学号尾号0 0 0 0、1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3是第一批次；是第一批次；是第一批次；是第一批次；4 4 4 4、5 5 5 5、6 6 6 6是第二批次；是第二批次；是第二批次；是第二批次；7 7 7 7、8 8 8 8、9 9 9 9是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的作业阅过后登记。作业阅过后登记。作业阅过后登记。作业阅过后登记。按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于4 4 4 4次，该次，该次，该次，该生无资格参加本课程考试。生无资格参加本课程考试。生无资格参加本课程考试。生无资格参加本课程考试。评分标准：评分标准：评分标准：评分标准：1.1.1.1.一学期所登次数一学期所登次数一学期所登次数一学期所登次数4 4 4 4次，得次，得次，得次，得60606060分；分；分；分；2.2.2.2.一学期登满一学期登满一学期登满一学期登满4 4 4 4次后，再每登一次得次后，再每登一次得次后，再每登一次得次后，再每登一次得8 8 8 8分，并根据所交作分，并根据所交作分，并根据所交作分，并根据所交作业的质量好坏，在业的质量好坏，在业的质量好坏，在业的质量好坏，在8 8 8 8分的基础上，适当加减。分的基础上，适当加减。分的基础上，适当加减。分的基础上，适当加减。3.3.3.3.无故补交一次作业减无故补交一次作业减无故补交一次作业减无故补交一次作业减2 2 2 2分。分。分。分。4.4.4.4.缺交一次作业减缺交一次作业减缺交一次作业减缺交一次作业减10101010分。分。分。分。电工学平时作业管理办法及评分标电工学平时作业管理办法及评分标准准第1页/共70页电电 子子 技技 术术 的的 应应 用用（信信信信 号号号号 检检检检 测）测）测）测）压力、温度、水位、水流量等的测量与调节压力、温度、水位、水流量等的测量与调节;电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）;.第2页/共70页电电 子子 技技 术术 的的 应应 用用（汽汽汽汽 车车车车 电电电电 子）子）子）子）点火装置，燃油喷射控制、点火装置，燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表收音机、收音机、CDCD第3页/共70页几种模拟信号波形几种模拟信号波形(a)正弦波正弦波(b)三角波三角波(c)调幅波调幅波(d)阻尼振荡波阻尼振荡波(a)(d)(b)(c)信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。任意一点的数值均有其物理意义。数字信号数字信号数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值通常是某个最小单位的整数倍。其函数值通常是某个最小单位的整数倍。信信 号号 及及 其其 分分 类类 第4页/共70页信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。任意一点的数值均有其物理意义。数字信号数字信号数字信号波形举例数字信号波形举例数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值通常是某个最小单位的整数倍。其函数值通常是某个最小单位的整数倍。第5页/共70页 电工学（下）电工学（下）电子技术电子技术第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管(2(2次课次课)第第1515章章 基本放大电路基本放大电路(4.5(4.5次课次课)第第1616章章 集成运算放大器集成运算放大器(2(2次课次课)第第1717章章 电子电路中的反馈电子电路中的反馈(2.5(2.5次课次课)第第1818章章 直流稳压电源直流稳压电源(2(2次课次课)第第1919章章 电力电子技术电力电子技术第第2020章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路(3(3次课次课)第第2121章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路(4(4次课次课)第第2222章章 存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件第第2323章章 模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换第6页/共70页主主 要要 教教 学学 内内 容容主要教学内容主要教学内容第7页/共70页 参参 考考 书书 目目1.1.秦曾煌主编秦曾煌主编秦曾煌主编秦曾煌主编 电工学电工学电工学电工学第七版第七版第七版第七版 高教出版社高教出版社高教出版社高教出版社2.2.2.2.骆雅琴主编骆雅琴主编骆雅琴主编骆雅琴主编 电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程第二版第二版第二版第二版 中科大出中科大出中科大出中科大出版社版社版社版社3.3.图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材第8页/共70页第第1414章章 半导体器件半导体器件 14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 14.3 14.3 二极管二极管 14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管 14.5 14.5 晶体管晶体管 14.6 14.6 光电器件光电器件第9页/共70页本章要求：本章要求：理解理解PNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；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；线，理解主要参数的意义；会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管第10页/共70页学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，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，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，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。就不要过分追究精确的数值。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、RC RC 的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、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。讨论器件的目的在于应用。件的目的在于应用。第11页/共70页导体：电阻率小于10-3 cmcm 量级;绝缘体：电阻率大于108 cmcm量级;半导体：电阻率介于导体和绝缘体之间;导电导电能力能力14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性第12页/共70页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)。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 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：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 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，导电能力显著增强第13页/共70页14.1.1 14.1.1 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，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。半导体。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价电子第14页/共70页本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 Si Si Si Si价电子在获得一定能量（温度升价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为的束缚，成为自由电子自由电子（带负电），（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为同时共价键中留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）。自由电子空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中又出现一个空穴，如此继续下去，就好像空穴在运中又出现一个空穴，如此继续下去，就好像空穴在运动（相当于正电荷的移动）。动（相当于正电荷的移动）。本征半导体中产生电子空穴对的现象称为本征激发。本征激发。第15页/共70页当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出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现两部分电流(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(2)(2)被原子束缚的被原子束缚的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：(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,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)本征半导体中，自由电子数目恒等于空穴数目。本征半导体中，自由电子数目恒等于空穴数目。(3)(3)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能半导体的导电性能也就愈好。也就愈好。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。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。本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和空穴总是成对产生的同空穴总是成对产生的同时，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，半导体中载流子便维持一定的数目。达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。第16页/共70页14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或N N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电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）,形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在NN型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。第17页/共70页14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 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 P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 PP型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。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无论无论N N型或型或P P型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，对外不显电性。对外不显电性。应注意：应注意：第18页/共70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.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。2.2.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、b.b.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.a.减少、减少、b.b.不变、不变、c.c.增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，PP型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，NN型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是。（a.a.电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）b ba a第19页/共70页14.2 PN14.2 PN结及其单相导电性结及其单相导电性 扩散运动：扩散运动：载流子受扩散力的作用所产生的运动称为扩散运动。载流子受扩散力的作用所产生的运动称为扩散运动。扩散电流：载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。扩散电流：载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。1.扩散运动和扩散电流浓度差扩散运动扩散电流扩散力扩散力扩散电流的大小与载流子的浓度梯度成正比第20页/共70页14.2 PN14.2 PN结及其单相导电性结及其单相导电性漂移运动：载流子受电场力的作用所产生的运动成为漂移运动。漂移电流：载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。2.漂移运动和漂移电流漂移电流的大小与电场强度成正比电位差漂移运动漂移电流电场力电场力第21页/共70页14.2.1 PN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PP型半导体型半导体NN型半导体型半导体空间电荷区也称PN结扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区14.2 PN14.2 PN结及其单相导电性结及其单相导电性内电场越强，漂移内电场越强，漂移运动越强，阻碍多子运动越强，阻碍多子扩散运动能力越强，扩散运动能力越强，而漂移使空间电荷区而漂移使空间电荷区变薄。变薄。第22页/共70页少子少子漂移漂移 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区产生内电场产生内电场 促使促使阻止阻止PNPN结的两大基本特征：结的两大基本特征：1.当当P型半导体和型半导体和N型半导体共处时，产生空间电荷区，型半导体共处时，产生空间电荷区，形成内电场，内电场的方向为形成内电场，内电场的方向为N指向指向P。2.整个半导体仍然是电中性的。整个半导体仍然是电中性的。第23页/共70页 PN结加上正向电压（正向偏置）正向电压（正向偏置）的意思是：P区加正、N区加负电压；PN结加上反向电压（反向偏置）反向电压（反向偏置）的意思是：P区加负、N区加正电压；14.2.2 PN14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性第24页/共70页14.2.2 PN14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场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。PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场PN+第25页/共70页PNPN结变宽结变宽2.PN 2.PN 结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）外电场外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。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。+PNPN结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P PN N+第26页/共70页结结论论 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1）PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，PN结处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。结处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。（2）PN结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流Is，处，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。PN结的单向导电性结的单向导电性第27页/共70页 一一个个PNPN结结加加上上相相应应的的电电极极引引线线并并用用管管壳壳封封装装起起来来，就就构构成成了了半半导导体体二二极极管管，简简称称二二极极管管，接接在在P P型型半半导导体体一一侧侧的的引引出出线称为阳极；接在线称为阳极；接在N N型半导体一侧的引出线称为阴极。型半导体一侧的引出线称为阴极。14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管(a)(a)点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。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)(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。PNPN结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。第28页/共70页阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)面接触型图112半导体二极管的结构和符号二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阳极(d)符号D参看二极管参看二极管参看二极管参看二极管的实物图的实物图的实物图的实物图14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管第29页/共70页14.3.2 14.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管0.1V0.1V。反向击穿电压U(BR)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穿外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去单向导电性。单向导电性。正向特性正向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。第30页/共70页14.3.3 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 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，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一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。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。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.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。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反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，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。第31页/共70页 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负 ）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正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。向电阻较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正 ）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反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。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。去单向导电性。4.4.4.4.二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。二极管单向导电性二极管单向导电性第32页/共70页二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/）；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10，反向电流大约增加一倍。温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响二极管的温度特性二极管的温度特性第33页/共70页二极管应用电路二极管应用电路1.整流电路整流电路2.限幅电路限幅电路3.钳位电路钳位电路4.第34页/共70页定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗0 0.20.3V.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 V阳阳 VV阴阴或或 U UD D为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通若若 V V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6V6V一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或6.7V6.7V例1：取取BB点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。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36页/共70页例2:两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BB点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。V V1 1阳阳=6V6V，V V2 2阳阳=0V=0V，V V1 1阴阴=V V2 2阴阴=12V12VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2U UD1D1 D D22优先导通，优先导通，D D1 1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，U UABAB =0V=0VD D1 1承受反向电压为承受反向电压为6V6V流过流过DD2 2 的电流为的电流为求：求：U UABAB 在这里，在这里，D D22起起钳位作用，钳位作用，D D1 1起起隔离作用。隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+第37页/共70页u ui i8V8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路u uo o=8V=8V u ui i8V8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路u uo o=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 u uo o 波形。波形。例例3 3：参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8V8VD D8V8VR Ru uo ou ui i+u ui i18V18V8V8Vu u0 0第38页/共70页1.1.符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压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稳压管反向击穿后，电流变化很大，后，电流变化很大，但其两端电压变化但其两端电压变化很小，利用此特性，很小，利用此特性，稳压管在电路中可稳压管在电路中可起稳压作用。起稳压作用。_+UIO稳压管实物图14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管第39页/共70页3.3.主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压U UZZ 稳压管正常工作稳压管正常工作(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)(2)(2)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 C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)(4)(4)稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZZ、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 I IZMZM是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，有最小稳定电流和最大稳定电流之分。有最小稳定电流和最大稳定电流之分。有最小稳定电流和最大稳定电流之分。有最小稳定电流和最大稳定电流之分。(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZMZM=U UZZI IZMZM是指稳压管正常工作时，管子上允许的最大耗散功率。是指稳压管正常工作时，管子上允许的最大耗散功率。rZ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40页/共70页例例 稳压管的稳定电压UZ=10V，稳压管的最大稳定电流IZMAX=20mA，输入直流电压 UI=20V，限流电阻R最小应选（）。第41页/共70页例：如图所示是稳压管电路。当稳压管的电流Iz的变化范围为540mA时，问RL的变化范围为多少？第42页/共70页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。I IU U 照度增加照度增加符号符号发光二极管（发光二极管（LEDLED）有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，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，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高高高高(1.5(1.53V)，电流为几，电流为几，电流为几，电流为几 几十几十几十几十mAmA光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管单个发光二极管实物第43页/共70页双极型晶体管是由两个背靠背、互有影响的PN结构成的。在工作过程中两种载流子都参与导电，所以全名称为双极结型晶体管。双极结型晶体管有三个引出电极，人们习惯上又称它为晶体三极管或简称晶体管。晶体管的种类很多,按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管等等。但是从它的外形来看，晶体管都有三个电极，常见的晶体管外形如图所示：从晶体管的外形可看出，其共同特征就是具有从晶体管的外形可看出，其共同特征就是具有从晶体管的外形可看出，其共同特征就是具有从晶体管的外形可看出，其共同特征就是具有三个电极，这就是三个电极，这就是三个电极，这就是三个电极，这就是“三极管三极管三极管三极管”简称的来历。简称的来历。简称的来历。简称的来历。14.5 14.5 双极性晶体管双极性晶体管第44页/共70页14.5.1 三极管的结构三极管的结构14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理14.5.3 三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线14.5.4 三极管的主要参数三极管的主要参数14.5 14.5 半导体三极管（晶体管）半导体三极管（晶体管）第45页/共70页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NPNNPN型型型型BECB BE EC CPNPPNP型型型型P PP PN N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符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管14.5.1 基本结构第46页/共70页基区：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：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P 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：面积最大面积最大由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体的管子称为NPN管。还有一种与它成对偶形式的，即两块P型半导体中间夹着一块N型半导体的管子，称为PNP管。晶体管制造工艺上的特点是：发射区是高浓度掺杂发射区是高浓度掺杂区区，基区很薄且杂质浓度底，集电区面积大。基区很薄且杂质浓度底，集电区面积大。第47页/共70页(a)共基极共基极(b)共发射极共发射极(c)共集电极共集电极三种连接方式（或成为三种组态）三种连接方式（或成为三种组态）a ab b二端二端网络网络单端口网络a ab b四端四端网络网络双端口网络d dc c输入输入端口端口输出输出端口端口第48页/共70页14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.三极管放大的条件三极管放大的条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC*外部条件：外部条件：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNPPNP发射结正偏发射结正偏V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏V VC C V VB B*晶体管内部条件：晶体管内部条件：a）发射区杂质浓度基区；b）基区很薄。第49页/共70页2.2.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I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.001 U UB B U UE E；UCEUBE（d d）对）对NPNNPN型硅三极管，有发型硅三极管，有发射结电压射结电压U UBEBE0.70.7V V；对；对NPNNPN型型锗三极管，有锗三极管，有U UBEBE0.20.2V V。第57页/共70页（2 2）截止区）截止区I IBB00以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有 I ICC 0 0 。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截止区截止区（a）发射结和集电结均反向偏置；UBE0,UBC0（b）若不计穿透电流ICEO，有IB、IC近似为0；UCEUCC（c）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。第58页/共70页（3 3）饱和区）饱和区（a）三极管的发射结和集电结均正向偏置；UBC0,UCEUBE（b）三极管的电流放大能力下降，通常有ICIB；（c）UCE的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V；UCE0,IC=UCC/RC（d）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。三三极极管管作作为为开开关关使使用用时时，通通常常工工作作在在截截止止和和饱饱和和导导通通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。第59页/共70页例：例：如图所示电路中，如图所示电路中，当输入电压当输入电压分别为分别为和和时，时，试问晶体管试问晶体管处于何种工作状态？处于何种工作状态？第60页/共70页解：解：当当时，时，晶体管已处于深度饱和状态。晶体管已处于深度饱和状态。晶体管临界饱和时的基极电流晶体管临界饱和时的基极电流当当时，时，晶体管处于放大状态晶体管处于放大状态晶体管可靠截止。晶体管可靠截止。当当时，时，第61页/共70页14.5.4 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:,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。管的参数也是设计电路、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I ICE0CE0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2020020200之间。之间。第62页/共70页例：在例：在例：在例：在U UCECE=6V=6V时，时，时，时，在在在在QQ11点点点点I IB B=40=40 A,A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在在在QQ22点点点点I IB B=60=60 A,A,I IC C=2.3mA=2.3mA。求：。求：。求：。求：和和和和 在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计