《常用半导体器》PPT课件.ppt

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1、1.1.常用半导体器件常用半导体器件 半半导体基础知识导体基础知识1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 晶体三极管晶体三极管1.4 场效应管场效应管1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管*1.6 集成电路中的元件集成电路中的元件*主要内容主要内容 1、掌握以下基本概念：半导体材料的特点、空穴、扩散运动、漂移运动、PN结正偏、PN结反偏；了解PN结的形成过程；2、掌握二极管的单向导电性及其电路的分析方法掌握二极管的单向导电性及其电路的分析方法；正确理解半导体二极管的伏安特性曲线及主要参数；了解稳压管工作原理及使用中的注意事项，了解选管的一般原则。3、掌握晶体管的分类、输出特性曲线、三个工

2、作区域掌握晶体管的分类、输出特性曲线、三个工作区域的特点、放大的条件及参数的特点、放大的条件及参数。了解三极管的结构、放大原理及选管原则；4、掌握场效应管的分类、特点、特性曲线及参数掌握场效应管的分类、特点、特性曲线及参数，了解其结构、工作原理。1.1.0 什么是半导体什么是半导体1.1.1 本征半导体本征半导体1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.1.3 PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性 半导体基础知识半导体基础知识 1.1.什么是什么是半导体半导体一、一、半导体半导体导体导体如：金属如：金属绝缘体绝缘体如：橡胶、云母、塑料等。如：橡胶、云母、塑料等。导电能力介于导体和绝缘体之。导电能

3、力介于导体和绝缘体之。半导体半导体 2.半导体导电特性半导体导电特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加热敏特性热敏特性热敏器件热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光敏特性光敏特性光敏器件光敏器件光电器件光电器件 常用的半导体材料有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）化合物半导体：砷化镓（GaAs）掺杂材料：硼(B)、磷(P)1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体常用的本征半导体常用的本征半导体Si+142 8 4Ge

4、+322 8 18 4+41.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：纯度：99.9999999%99.9999999%，“九个九个9”9”它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体体称为本征半导体称为本征半导体.将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，它它的的原原子子结结构为共价键结构。构为共价键结构。价价电电子子共共价价键键图图 本征半导体结构示意图本征半导体结构示意图二、本征半导体的晶体结构二、本征半

5、导体的晶体结构当当温温度度 T=0 K 时时，半半导导体不导电，如同绝缘体。体不导电，如同绝缘体。图图 本征半导体中的本征半导体中的 自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子自由电子空穴空穴 自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力，但很微弱但很微弱,浓度相等。浓度相等。空空穴穴相相当当于于带带正正电电的的粒粒子子，带带电电量量与与电电子子相相等等，符符号号相相反反；空空穴穴的的运运动动相相当当于于电电子子的反方向运动的反方向运动三、本征半导体中的两种载流子三、本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）本征激发本征激发复合复合1.半导体中两种载流子半导

6、体中两种载流子带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴 2.本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称为称为 电子电子-空穴对。空穴对。3.本征半导体中本征半导体中自由电子自由电子和和空穴空穴的浓度的浓度用用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然 ni=pi。4.由由于于物物质质的的运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又 不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5.载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切

7、切相相关关，它它随随着着温温度度的的升升 高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。小结：小结：杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺杂后半导体的导电率大为提高掺入三价元素如掺入三价元素如B、Al、In等，等，形成形成P型半导体，也称空穴型半导体型半导体，也称空穴型半导体掺入五价元素如掺入五价元素如P、Sb等，等，形成形成N型半导体，也称电子型半导体型半导体，也称电子型半导体1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体 N N型半导体型半导体在本征半导体中掺入五价元素如在本征半导体中掺入五价元素如P。自由电子是多

8、子自由电子是多子（杂质、热激发）（杂质、热激发）空穴是少子空穴是少子（热激发）（热激发）由于五价元素很容易贡献电由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为子，因此将其称为施主杂质。施主杂质。施主杂质因提供自由电子而施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为带正电荷成为正离子正离子代表符号代表符号 P P型半导体型半导体在本征半导体中掺入三价元素如在本征半导体中掺入三价元素如B。自由电子是少子（热激发）自由电子是少子（热激发）空穴是多子空穴是多子 （杂质、热激发）（杂质、热激发）因留下的空穴很容易俘获因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为电子，使杂质原子成为负负离子。离子。三价杂质三价杂质 因而也因

9、而也称为称为受主杂质受主杂质。代表符号代表符号1.1.3 PN结的形成及特性1 PN结的形成2 PN结的单向导电性P区区N区区浓度差扩散运动浓度差扩散运动（多子）（多子）载流子载流子从从浓度浓度大大向浓度向浓度小小的区域的区域扩散扩散,称称扩散运动扩散运动形成的电流成为形成的电流成为扩散电流扩散电流内电场内电场漂移运动漂移运动（少子）（少子）内电场内电场阻碍多子阻碍多子向对方的向对方的扩散扩散即即阻碍扩散运动阻碍扩散运动同时同时促进少子促进少子向对方向对方漂移漂移即即促进了漂移运动促进了漂移运动扩散运动扩散运动=漂移运动时漂移运动时达到达到动态平衡动态平衡 一、一、PNPN结的形成结的形成内内

10、 电电 场场 阻阻 止止 多多 子子 扩扩 散散 因浓度差因浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移扩散运动扩散运动多子从浓度大向浓度小的区域扩散多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动称扩散运动扩散运动产生扩散电流扩散运动产生扩散电流漂移运动漂移运动少子向对方漂移少子向对方漂移,称漂移运动称漂移运动漂移运动产生漂移电流。漂移运动产生漂移电流。动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流=漂移电流，漂移电流，PNPN结内总电流结内总电流=0=0。PN PN 结结稳定的空间电荷区稳定的空间

11、电荷区又称高阻区又称高阻区 也称耗尽层也称耗尽层1.PN1.PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 外电场方向与外电场方向与PNPN结内电场方结内电场方向相反，削弱了内电场。于是向相反，削弱了内电场。于是内电场对多子扩散运动的阻碍内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。空间可忽略漂移电流的影响。空间电荷区变窄，电荷区变窄，PNPN结呈现低阻性。结呈现低阻性。P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；内内外外二、二、P PN N结的

12、单向导电性结的单向导电性结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外电场与外电场与PNPN结内电场方向相结内电场方向相同，增强内电场。同，增强内电场。内电场对多子扩散运动阻碍增内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小。少子强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移在内电场的作用下形成的漂移电流加大。电流加大。此时此时PNPN结区少子漂移电流大于结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。扩散电流，可忽略扩散电流。结变宽结变宽PNPN结呈现高阻性结呈现高阻性P区的电位低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏；内内外外二、二、

13、P PN N结的单向导电性结的单向导电性由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结结具有单向导电性。具有单向导电性。PN结加正向电压时，呈现低结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电阻，具有较大的正向扩散电流；电流；PN结加反向电压时，呈现高结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电阻，具有很小的反向漂移电流。电流。IS：反向饱和电流：反向饱和电流UT：温度的电压当量：温度的电压当量在常温在常温(300 K)下，下，UT 26 mV三、三、PN 结的电流方程结的电流方程PN结所加端电压结所加端电压u与流过的电流与流过的电流i的关系为的关系为四、四、PN结的伏安特性结的伏安特性i=

14、f(u)之间的关系曲线。之间的关系曲线。604020 0.002 0.00400.5 1.02550i/mAu/V正向特性正向特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反反向向特特性性图图 PN结的伏安特性结的伏安特性反向击穿反向击穿齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿五、五、PN结的电容效应结的电容效应当当PN上的电压发生变化时，上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量结中储存的电荷量将随之发生变化，使将随之发生变化，使PN结具有电容效应。结具有电容效应。电容效应包括两部分电容效应包括两部分势垒电容势垒电容扩散电容扩散电容1.势垒电容势垒电容Cb是由是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。结

15、的空间电荷区变化形成的。(a)PN 结加正向电压结加正向电压（b)PN 结加反向电压结加反向电压 N空间空间电荷区电荷区PVRI+UN空间空间电荷区电荷区PRI+UV2.扩散电容扩散电容 Cd 是由多数载流子在散过程中积累而引起的。是由多数载流子在散过程中积累而引起的。QOxnPQ12 Q Q正正向向电电压压变变化化时时，变变化化载载流流子子积积累累电电荷荷量量发发生生变变化化，相相当当于于电电容容器器充充电电和和放放电电的的过过程程 扩扩散散电电容容效效应。反向电压时应。反向电压时,可忽略可忽略.Cd和和Cb一般都比较小，对于低频信一般都比较小，对于低频信号来说容抗较大，作用可以忽略；但对号

16、来说容抗较大，作用可以忽略；但对于高频信号就要考虑此容抗的影响。于高频信号就要考虑此容抗的影响。结电容结电容Cj=Cd+Cb1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.2.3 1.2.3 二极管的参数二极管的参数 1.2.4 1.2.4 二极管的电路分析二极管的电路分析 1.2.5 1.2.5 稳压二极管稳压二极管 1.2.6 1.2.6 其他二极管其他二极管 1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二

17、极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为管按结构分为点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电结面积小，结电容小，用于检波和变频等容小，用于检波和变频等高频电路。高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(3)(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造往往用于集成电路制造工艺中。工艺中。PN PN 结面积可大可小，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。(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管 PNPN结面积大，用于结面积大，用

18、于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型(4)(4)二极管的代表符号二极管的代表符号 二极管的伏安特性二极管的伏安特性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硅二极管硅二极管2CP102CP10的伏安特性的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性开启电压：开启电压：导通电压：导通电压：一、伏安特性一、伏安特性锗二极管锗二极管2AP152AP15的伏安特性的伏安特性UonU(BR)开启电压：开启电压：导通电压：导通电压：二极管的参数二极管的参数(1)最大整流电流最大整流电流IF(2)反向击穿电压

19、反向击穿电压UBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压URM(3)反向电流反向电流I IR R(4)最高工作频率最高工作频率(5)极间电容极间电容l二极管伏安特性的建模l应用举例 理想模型理想模型 恒压降模型恒压降模型 折线模型折线模型 指数模型指数模型模型越来越准确，但模型越来越准确，但是计算越来越复杂是计算越来越复杂直流模型用在直流电源作用的电路中直流模型用在直流电源作用的电路中交流模型用在交流电源作用的电路中交流模型用在交流电源作用的电路中 小信号模型小信号模型直流模型：直流模型：交流模型：交流模型：二极管的等效电路二极管的等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路一、由伏安特性折线化得

20、到的等效电路 1.理想模型理想模型 2.恒压降模型恒压降模型3.折线模型折线模型 二极管的等效电路二极管的等效电路 二、二极管的微变等效电路二、二极管的微变等效电路 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。其正向特性可以等效成一个微变电阻。即即根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T=300K）图图1.2.7二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路已知R=10K，若VDD=10V求电路的ID和UD。例例1.1.二极管电路的静态工作情况分析二极管电路的静态工作情况分析三、应用举例三、应用举例理想模型理想

21、模型恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设首先：首先：将原始电路中的二极管用它的将原始电路中的二极管用它的直流模型代替，得到如下电路。直流模型代替，得到如下电路。然后：然后：判断理想判断理想二极管二极管的状态（导通的状态（导通或截止）。或截止）。方法：将理想二极管断开，求阳极和方法：将理想二极管断开，求阳极和阴极的电位差，若阴极的电位差，若0,0,则理想二极管正则理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管；向导通，用理想的导线代替二极管；若若0VVB B；导通；导通；反向偏置反向偏置V VA AVVB B；截止；截止；解题方

22、法：解题方法：断开二极管断开二极管2AP12AP1，求，求V VA A和和V VB BV VA A=15=15（10/10/（10+14010+140）=1V=1V；V VB B=-10=-10（2/2/（18+218+2）+15+15（5/5/（25+525+5）；）；V VA AVVB B，所以，二极管，所以，二极管2AP12AP1截止；截止；讨论一u ui i=10sinwt(v)=10sinwt(v)E=5v R=1kE=5v R=1k欧姆忽略二极管的欧姆忽略二极管的正向压降和反向电流正向压降和反向电流画出画出u uo o的波形的波形（1 1）u ui i E E E 时，二极管正向导

23、通，时，二极管正向导通，u uo o=E;=E;讨论二讨论三1.V2V、5V、10V时二极管中时二极管中的直流电流各为多少？的直流电流各为多少？2.若输入电压的有效值为若输入电压的有效值为5mV，则上述各种情况下二极管中的交则上述各种情况下二极管中的交流电流各为多少？流电流各为多少？V5V时，时，V=10V时，时，V2V讨论三V2V，IDV5V，ID 8.6mAV10V，ID 20mA在伏安特性上，在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！点越高，二极管的动态电阻越小！1.伏安特性伏安特性进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 稳压二极管稳压二极管

24、稳压原理稳压原理：在反向击穿时，电流：在反向击穿时，电流在很大范围内变化时，只引起很在很大范围内变化时，只引起很小的电压变化。小的电压变化。正向部分与普通正向部分与普通二极管相同二极管相同当反向电压加到当反向电压加到一定值时，反向一定值时，反向电流急剧增加，电流急剧增加，产生反向击穿。产生反向击穿。稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。二、主要参数二、主要参数（1 1）稳定电流）稳定电流I IZ Z（2 2）稳定电压）稳定电压U UZ Z （3 3）动态电阻）动态电阻R RZ Z （4 4）最大功耗）最大功耗 P PZMZM 稳压管工作时应反接，并串入一只电

25、阻。稳压管工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用电阻的作用一是起一是起限流作用限流作用，以保护稳压管。二是当输入电压或负，以保护稳压管。二是当输入电压或负载电流变化时，通过电阻上压降的变化，载电流变化时，通过电阻上压降的变化，取出误差信号取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。三三.应用方法应用方法稳压电路稳压电路IZmin IZ IZmaxVIVOIZIRVRVO例例1：稳压二极管的应用：稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值稳压二极管技术数据为：稳压值U UZ Z=10V=10V，I Izmax

26、zmax=12mA=12mA，I Izminzmin=2mA=2mA，负载电阻，负载电阻R RL L=2k=2k，输入电压，输入电压u ui i=12V=12V，限流电阻，限流电阻R=200 R=200 ，求，求iZ。若若负载电阻负载电阻变化范围为变化范围为1.5 1.5 k k -4 -4 k k ，是否还能稳压，是否还能稳压？RLuiuORDZiiziLUZUZ=10V ui=12VR=200 Izmax=12mA Izmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL

27、=10-5=5（mA）RL=1.5 k ,iL（mA）,iZ（mA）RL=4 k ,iL（mA）,iZ（mA）负载变化负载变化,但但iZ仍在仍在12mA和和2mA之间之间,所以稳压管仍能起所以稳压管仍能起稳压作稳压作用用光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。其结构和普通的二极管基本相同其结构和普通的二极管基本相同 它利用光电导效应工作，它利用光电导效应工作，PNPN结工作在反偏状态，当光照射在结工作在反偏状态，当光照射在PNPN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，产生电子结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，产生电子空穴空穴对，在外电场的作用下形

28、成光电流。对，在外电场的作用下形成光电流。D应在反压状应在反压状态工作态工作 发光二极管是发光二极管是将电能转换成光能的特殊半导体将电能转换成光能的特殊半导体器件，它器件，它只有在加正向电压时才发光只有在加正向电压时才发光。其他类型二极管其他类型二极管1 1 1 1、光、光、光、光 电电电电 二二二二 极极极极 管管管管2 2 2 2、发、发、发、发 光光光光 二二二二 极极极极 管管管管LEDLED显示器显示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共阳极电路共阳极电路共阴极电路共阴极电路控制端为高电平控制端为高电平对应二极管发光对应二极管发光控制端为低电平控制端为低电平对应二极管发光

29、对应二极管发光e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：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片 晶体三极管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。由于两个PN结之间的相互影响，使BJT表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。晶体三极管晶体三极管 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线1.3.4 晶体管的主要参数晶

30、体管的主要参数 晶体三极管晶体三极管1.3.5 温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响1.3.6 光电三极管光电三极管*又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。三极管有两种类型：三极管有两种类型：NPN 型和型和 PNP 型。型。主要以主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。晶体三极管晶体三极管ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极c（Collector）基极基极 b（Base）发射极发射极 e（Emitter）NNP 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型集电区集电区集电结集电结基区基区发

31、射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPNPNP 型型 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。浓度最低。以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPeb三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不不具具备备放大作用放大作用1.3.2 晶体

32、管的电流放大作用晶体管的电流放大作用三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.基基区区做做得得很很薄薄。通通常常只只有有几几微微米到几十微米，而且米到几十微米，而且掺杂较少掺杂较少。三极管放大的外部条件：三极管放大的外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。3.集电结面积大。集电结面积大。1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用becRcRb一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动I EIB1.发射结加正向电压，扩散发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流运动形成发射极电流2.2.扩扩散散

33、到到基基区区的的自自由由电电子子与与空空穴穴的的复复合合运运动动形形成成基基极极电电流流,复复合合掉掉的的空空穴穴由由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩散，多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动becI EI BRcRb3.集集电电结结加加反反向向电电压压，漂漂移移运动形成集电极电流运动形成集电极电流Ic 其能量来自外接电源其能量来自外接电源 VCC。I C另另外外，集集电电区区和和基基区区的的少少子子在在外外电电场场的的作作用用下下将将进进行行漂漂移移运运动动而而形形成成反反向向饱饱和和电电流流，用用ICBO表示。表示。

34、ICBO一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动beceRcRb二、晶体管的电流分配关系二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO IE=ICn+IBn+IEp =IEn+IEpIE=IC+IB图晶体管内部载流子的运动与外部电流图晶体管内部载流子的运动与外部电流IB=IEp+IBnICBO IBnICBO三、晶体管的共射电流放大系数三、晶体管的共射电流放大系数整理可得：整理可得：ICBO 称反向饱和电流称反向饱和电流ICEO 称穿透电流称穿透电流1.共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数2.共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数共

35、集电极接法共集电极接法：集电极作为公共电极，用：集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法：基极作为公共电极，用：基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法：发射极作为公共电极，用：发射极作为公共电极，用CE表示。表示。BJTBJT的三种组态的三种组态3.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数或或4.共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数直直流流参参数数 与与交交流流参参数数 、的的含含义义是是不不同同的的，但但是是，对对于于大大多多数数三三极极管管来来说说，与与 ，与与 的的数数值值却却差差别不大，计算中，可不将它们严格区分。别不大，计算中，可不将它们严

36、格区分。5.与与 的关系的关系uCE=0VuBE/V iB=f(uBE)UCE=const(2)当当uCE1V时，时，uCB=uCE-uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，在同样的集电子，基区复合减少，在同样的uBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1)当当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。一、一、输入特性曲线输入特性曲线uCE=0V uCE 1VuBE/V+-bce共射极放大电路共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射

37、特性曲线饱和区：饱和区：iC明显受明显受uCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(uCE)IB=const二、输出特性曲线二、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时，uBE小于死区电压，小于死区电压，集电结反偏集电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于uCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏

38、，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BJTBJT的三个工作区域的三个工作区域饱和区特点：饱和区特点：iC不再随不再随iB的增加的增加而线性增加，即而线性增加，即此时此时截止区特点：截止区特点：iB=0，iC=ICEO。uCE=UCES ，典型值为。典型值为。放大区特放大区特点：点：BJT输出特性比较输出特性比较平坦，接近于恒流特性，在这个平坦，接近于恒流特性，在这个区域符合区域符合 iB=iC的规律，是放大的规律，是放大器的工作部分。器的工作部分。当工作点进入饱和区或截当工作点进入饱和区或截止区时，将产生止区时，将产生 非线性失真。非线性失真。三极管的参数分

39、为三大类三极管的参数分为三大类:直流参数、交流参数、极限参数直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数一、直流参数1.1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数IC/IB vCE=const2.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数3.集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数二、交流参数二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =iC/iB UCE=const2.共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =i

40、C/iE UCB=const3.特征频率特征频率 fT 值下降到值下降到1 1的信号频率的信号频率1.1.最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率P PCMCM PCM=ICUCE 三、极限参数三、极限参数2.2.最大集电极电流最大集电极电流I ICMCM3.3.反向击穿电压反向击穿电压 U UCBOCBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。U EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。UCEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 U UCBOU

41、CEOUEBO 由由P PCMCM、I ICMCM和和U UCEOCEO在输出特性曲线上可以确定过损耗在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 PCM=iCuCE U(BR)CEOUCE/V1.温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3.温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C，要增加要增加0.5%1.0%温度温度T 输出特性曲线族

42、间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之：ICBO ICEO T UBE IB IC 1.3.5 温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响三极管工作状态的判断三极管工作状态的判断例例1：测量某测量某NPN型型BJT各电极对地的电压值如下，各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？试判别管子工作在什么区域？（1 1）V VC C 6V6V V VB B V VE E 0V0V（2 2）V VC C 6V6V V VB B 4V4V V VE E （3 3）V VC C V VB B 4V4V V VE E 解：原则：原则：正偏正偏反偏反偏反偏反偏集电结集电结正偏正偏正偏正偏反偏反偏发

43、射结发射结饱和饱和放大放大截止截止对对NPN管而言，放大时管而言，放大时V VC C V VB B V VE E 对对PNP管而言，放大时管而言，放大时V VC C V VB B V VE E （1）放大区）放大区（2）截止区）截止区（3）饱和区）饱和区判断三极管工作状态的解题思路：判断三极管工作状态的解题思路：（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管的发射结电压，若发射结的发射结电压，若发射结反偏反偏或或零偏零偏或或小于死区电压值小于死区电压值，则三，则三极管极管截止截止。若发射结。若发射结正偏正偏，则三极管可能处于，则三极管可

44、能处于放大放大状态或处于状态或处于饱和饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。）。（2）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，此时三极管既有饱和状态时的特征此时三极管既有饱和状态时的特征UCES，又有放大状态，又有放大状态时的特征时的特征IC=IB），求此时三极管的集电极临界饱和电流），求

45、此时三极管的集电极临界饱和电流ICS，进而求出基极临界饱和电流，进而求出基极临界饱和电流IBS。集电极临界饱和电流。集电极临界饱和电流ICS是三极管的集电极可能流过的最大电流。是三极管的集电极可能流过的最大电流。（3）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中实际流动的电流实际流动的电流iB。（4）比较）比较iB和和IBS的大小：的大小：若若iB IBS（或者（或者 iB ICS），则三极管处于），则三极管处于饱和饱和状态。状态。若若iB IBS（或者（或者 iB ICS），则三极管处于），则三极管处于放大放大状态。状态。例例某放大电路中

46、某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。三个电极的电流如图所示。IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流的正方向和电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC IAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。例例例例：测测测测得得得得工工工工作作作作在在在在放放放放大大大大电电电电路路路路中中中中几几几几个个个个晶晶晶晶体体体体管管管管三三三三个个个个电电电电极极极极的的的的电电电电位位位位U U1 1、U U2 2、U U3 3分别为：分别为：分别为：分别为：（

47、1 1）U U1 1、U U2 2、U U3 3=12V=12V （2 2）U U1 1=3V=3V、U U2 2、U U3 3=12V=12V （3 3）U U1 1=6V=6V、U U2 2、U U3 3=12V=12V （4 4）U U1 1=6V=6V、U U2 2、U U3 3=12V=12V判断它们是判断它们是判断它们是判断它们是NPNNPN型还是型还是型还是型还是PNPPNP型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定型？是硅管还是锗管？并确定e e、b b、c c。（1 1）U U1 1 b b、U U2 2 e e、U U3 3 c NPN

48、c NPN 硅硅硅硅 （2 2）U U1 1 b b、U U2 2 e e、U U3 3 c NPN c NPN 锗锗锗锗 （3 3）U U1 1 c c、U U2 2 b b、U U3 3 e PNP e PNP 硅硅硅硅 （4 4）U U1 1 c c、U U2 2 b b、U U3 3 e PNP e PNP 锗锗锗锗原则：先求原则：先求UBE，若等于，为硅管；若等于，为锗管。发射结正，若等于，为硅管；若等于，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。偏，集电结反偏。NPN管管UBE0，UBC0，即，即U UC C U UB B U UE E 。PNP管管UBE0，UBC0，即，即U UC C U

49、 UB B U UE E 。解：解：解：解：一、等效电路、符号一、等效电路、符号二、光电三极管的输出特性曲线二、光电三极管的输出特性曲线ceceiCuCEO图图1.3.11光电三极管的输出特性光电三极管的输出特性E1E2E3E4E01.3.6 光电三极管光电三极管*场效应管是场效应管是通过改变外加电压产生的电场强通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。度来控制其导电能力的半导体器件。它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、

50、噪声低、制造工艺热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。规模集成电路中得到了广泛的应用。根据结构和工作原理不同根据结构和工作原理不同,场效应管可分为场效应管可分为两大类两大类:结型场效应管结型场效应管(JFET)和和绝缘栅型场效应绝缘栅型场效应管管(IGFET).).场效应管场效应管场场效效应应管管：一一种种载载流流子子参参与与导导电电，利利用用输输入入回回路路的的电电场场效应来控制效应来控制输出回路电流输出回路电流的三极管，又称的三极管，又称单极型三极管。单极型三极管。特点特