第6章半导体器件的基本特性优秀PPT.ppt

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1、第6章半导体器件的基本特性现在学习的是第1页，共49页 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

2、行分析计算时，只要能满足技术指标，就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。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、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、工的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。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、技术指标和正对于元器件，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

3、件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。目的在于应用。现在学习的是第2页，共49页第一部分：二极管现在学习的是第3页，共49页一、半导体的基本知识一、半导体的基本知识半导体的导电特性：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)。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）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）

4、。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(可做可做可做可做 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，导电能力显著增强现在学习的是第4页，共49页1 本征半导体本征半导体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，称为本征半完全纯净的、具有晶体结构的半导体

5、，称为本征半导体。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。共价健共价健价电子价电子现在学习的是第5页，共49页 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（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成为为自由电子自由电子（带负电），同（带负电），同时共价键中留下一个空位，时共价键中留下一个空位，称为称为空穴空穴（带正电）（带正

6、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）。现在学习的是第6页，共49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

7、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 (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)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

8、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。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。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，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。半导体中载流子便维持一定的数目。现在学习的是第7页，共49页2 N2 N型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量

9、增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，这种半导体的主要导电方式，这种半导体的主要导电方式，这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型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子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）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素

10、）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂形成杂形成杂形成杂质半导体。质半导体。质半导体。质半导体。在在在在N N 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。现在学习的是第8页，共49页2 N2 N型半导体和型半导体和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掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si

11、Si 在在在在 P 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无论无论N型或型或型或型或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。现在学习的是第9页，共49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.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度

12、）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.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、减少、减少、b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。abc c 4.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

13、.电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流）ba a现在学习的是第10页，共49页二、二、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性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。扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。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

14、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。+形成空间电荷区形成空间电荷区现在学习的是第11页，共49页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

15、加强，形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。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，PNPN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，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+现在学习的是第12页，共49页2.PN 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接负、接负、N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+现在学习的是第13页，共49页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

16、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。+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，PN结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向电

17、阻较大，电阻较大，PN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+现在学习的是第14页，共49页 结论：结论：加正向电压加正向电压导通导通加反向电压加反向电压截止截止单方向导电性单方向导电性下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回现在学习的是第15页，共49页三、三、半导体二极管半导体二极管1 1 基本结构基本结构基本结构基本结构(a)(a)点接触型点接触型(b)面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频

18、等高频电路。等高频电路。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)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，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。现在学习的是第16页，共49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

19、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和符号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阴极阳极阳极(d )符号符号D现在学习的是第17页，共49页2 伏安特性伏安特性硅管硅管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 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穿外加电压

20、大于反向击穿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。单向导电性。单向导电性。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 0 0.60.8V锗锗锗锗0 0.1.10.3VUI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。现在学习的是第18页，共49页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二极管

21、长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。均电流。2.2.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般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。击穿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IRMRM指二极管加最高反向工作电压时指二极管加最高反向工作电压时指二极管加最高反向工作电压时指二极管加最高反向工作电压时(即未击穿时即未击穿时)的反向电的反向电的反向电的反向电流。反向电流大

22、，说明管子的单向导电性差，流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRM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，锗锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。现在学习的是第19页，共49页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

23、、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，正向二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向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。电流较大。电流较大。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，反向电流很小。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。二极

24、管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。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。3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去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。单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。电流愈大。现在学习的是第20页，共49页 补充：二极管电路分析举例补充：二极管电路分析举例补充：二极管电路分析举例补充：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 0.6

25、0.8V锗锗0.10.3V 分析方法：分析方法：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UD的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 VV阴阴或或或或 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，二极管导通，二极管导通若若 V阳阳 VV阴阴阴阴 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 UAB=6V6V否则，否则，U UAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或6.7V例例1：取取取取 B 点作

26、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。D6V12V3k BAUAB+现在学习的是第22页，共49页FDADBAB-12V+3V0V？现在学习的是第23页，共49页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 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。V V1阳阳 =6 V6 V，V V2阳阳阳阳=0 V，V V1 1阴阴阴阴 =V2 2阴阴阴阴=12 V

27、12 VUD1=6V=6V，U UD2D2=12V U UD2 U UD1D1 D D2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D 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，UAB=0 V例例2:D1承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D2 的电流为的电流为求：求：UAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳起钳位作用，位作用，D D1 1起隔离起隔离作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB+现在学习的是第24页，共49页ui 8V，

28、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=8V=8V u ui i 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 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 uo 波形。波形。8V8V例例3：二极管的用途：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、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 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i

29、+现在学习的是第25页，共49页稳压二极管稳压二极管n n1.1.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.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四、四、特殊二极管特殊二极管现在学习的是第26页，共49页3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工

30、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。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环境温度每变化环境温度每变化1 1 C 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百分数百分数。(3)(3)动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻(4)(4)稳定电流稳定电流 I 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 IZMZM(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZM=UZ I IZMrZ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

31、愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。现在学习的是第27页，共49页光电二极管光电二极管 光电二极管工作于反向偏置状态。无光照时电路中光电二极管工作于反向偏置状态。无光照时电路中电流很小，有光照时电流会急剧增加。电流很小，有光照时电流会急剧增加。光电二极管电路光电二极管电路 发光二极管电路发光二极管电路发光二极管发光二极管 发光二极管工作于正向偏置状态。正向电流通过发光发光二极管工作于正向偏置状态。正向电流通过发光二极管时，它会发出光来，正向工作电压一般不超过二极管时，它会发出光来，正向工作电压一般不超过 2 V，正向电流为，正向电流为10 mA左右。发光二极管常用于数字仪表和音响

32、左右。发光二极管常用于数字仪表和音响设备中的显示器。冷光源。设备中的显示器。冷光源。上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节现在学习的是第28页，共49页第二部分：三极管现在学习的是第29页，共49页l1947年12月16日：威廉邵克雷（William Shockley）、约翰巴顿（John Bardeen）和沃特布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。l1956年，邵克雷、巴丁、布拉顿三人，因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖.l1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。l1954年10月18日：第一台晶体管收音机Reg

33、ency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。l1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1/16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。l1978年，英特尔发布了第一款16位处理器8086。含有2.9万个晶体管。l2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿个周期运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。l2010年11月，NVIDIA发布全新的GF110核心，含30亿个晶体管，采用先进的40纳米工艺制造。现在学习的是第30页，共49页一、基本结构一、基本结构一、基

34、本结构一、基本结构NNP基极基极基极基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：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管型三极管PNP型三极管型三极管型三极管型三极管现在学习的是第31页，共49页基区：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 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：面积最大面积最大现在学习的是第32页

35、，共49页二、电流分配和放大原理二、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 PNP PNP发射结正偏发射结正偏 VBV VE集电结反偏集电结反偏 VC V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 VC CV VB B 现在学习的是第33页，共49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结论结论:n n1 1）三电极电流关系）三电极电流关系

36、）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE E=I IB B+I IC Cn n2 2）I IC C I IB B ，I IC C I IE E n n3 3）I IC C I 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。特性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。现在学习的是第34页，共49页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

37、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扩向发射区的扩向发射区的扩向发射区的扩散可忽略。散可忽略。散可忽略。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区子少部分与基区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，形的空穴复合，形的空

38、穴复合，形成电流成电流成电流成电流I I I IBE BE BE BE，多数，多数，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。扩散到集电结。扩散到集电结。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 ICBOCBOCBOC

39、BO。现在学习的是第35页，共49页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IC=ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO IBE I ICE CE 与与与与 IBE BE 之比称为共发射之比称为共发射之比称为共发射之比称为共发射极电流放大倍数极电流放大倍数极电流放大倍数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ICEO (常用公式常用公式常用公式常用公式)若若IB=0,则则 I IC C I ICE0现在学习的是第36页，共49页三、三、特性曲线特性曲线 即管子各电极电压与电流

40、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）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现在学习的是第37页，共49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 共发射极电路共发射

41、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+现在学习的是第38页，共49页1.输入特性输入特性特点特点特点特点:非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：硅管硅管0.50.5V，锗管锗管0.10.1V。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 U UBE BE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 UBE 0.2 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO现在学习的是第39

42、页，共49页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：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 在放大区有在放大区有 I IC C=IB ，也，也，也，也称为线性区，具有恒流特称为线性区，具有恒流特性。性。在放大区，在放大区，发射结处于发射结处于发射结处于发射结处于正向偏置、集电结处于反向正向偏置、集电结处于反向正向偏置、集电结处于反向正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状偏置，晶体管工作于放大状偏置，

43、晶体管工作于放大状偏置，晶体管工作于放大状态。态。态。态。现在学习的是第40页，共49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I IB B 0,i 0,iC C随随i iB B成正成正比变化，比变化，i iC C=i iB B。饱和区：条件饱和区：条件发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置，发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置，i iB B 0,0,i iC C 随随i iB B增加变缓，趋于增加

44、变缓，趋于“饱和饱和”。V VCE CE 很低，很低，c ce e间间“短路短路”截止区：条件截止区：条件发射结处于反向偏置、集电结处于反向偏置发射结处于反向偏置、集电结处于反向偏置,i,iB B=0,i=0,iC C=0,c0,ce e间间“断开断开”。现在学习的是第42页，共49页练习:6-14现在学习的是第43页，共49页四、四、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

45、体管的表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的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。参数也是设计电路、选用晶体管的依据。参数也是设计电路、选用晶体管的依据。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20 200之间。之间。之间。之间。现在学习的是第44页，共49页例：在例：在例：在例：在U UCECE=

46、6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 QQ1 点点点点I IB=40=40 A,A,IC=1.5mA=1.5mA；在在 QQ2 2 点点点点IB B=60 A,I IC=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在在在在 QQ1 1 点，有点，有点，有点，有由由 QQ1 1 和和Q2 2点，得点，得现在学习的是第45页，共

47、49页2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO ICBOCBO是由少数载流子的漂移是由少数载流子的漂移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。影响大。影响大。温度温度温度温度ICBOCBO ICBO A+EC3.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)ICEO AICEOIB=0+ICEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也相也相应增加。应增

48、加。三极管的温度特三极管的温度特三极管的温度特三极管的温度特性较差。性较差。性较差。性较差。现在学习的是第46页，共49页4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICM5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升会导致三极管的上升会导致三极管的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 ICMCM。当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射

49、极之间的电压U UCE 超过一定的数值时，三极超过一定的数值时，三极超过一定的数值时，三极超过一定的数值时，三极管就会被击穿。管就会被击穿。管就会被击穿。管就会被击穿。6.6.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 PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会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。烧坏三极管。烧坏三极管。烧坏三极管。P PCMCM 为晶体管受热引起参数变化不超过允为晶体管受热引起参

50、数变化不超过允许值是，集电极所消耗的最大功率。许值是，集电极所消耗的最大功率。PC C PCM=IC U UCE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为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70 90 C C。现在学习的是第47页，共49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 C，I ICBO增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优 于锗管。于锗管。2 2 2 2、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C，UBE将减小将减小 (22.5)mV，即晶体管具有负温度系数。