半导体器件ppt课件.ppt

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1、 本本章章在在简简要要介介绍绍半半导导体体材材料料的的特特性性及及导导电电规规律律后后，重重点点研研究究常常用用半半导导体体器器件件的的组组成成结结构构、伏伏安安特特性性、主主要要参参数数和和应应用用方方法法，为为后后续续学学习习电电子子电电路路建立必要的基础。建立必要的基础。半导体二极管半导体二极管及其应用电路及其应用电路第第 1 1 章章第二部分 电子技术基础第二部分 电子技术基础 第第1 1章章 半导体二半导体二极管及其应用电路极管及其应用电路1.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构1.2 半导体二极管的单向导电性半导体二极管的单向导电性1.3 几种常用特殊二极管几种常用特殊二极管1

2、.4 二极管基本电路应用二极管基本电路应用主要内容：主要内容：重点内容：重点内容：难点内容：难点内容：PNPN结的单向导电性，含半导体器件电路的分析。结的单向导电性，含半导体器件电路的分析。结的单向导电性，含半导体器件电路的分析。结的单向导电性，含半导体器件电路的分析。第第1 1章章 半导体器件半导体器件 介介介介绍绍绍绍半半导导体体材材料料的的特特性性，半半导导体体二二极极管管、半半导体三极管的工作原理及应用知识导体三极管的工作原理及应用知识。PNPN结结结结的的的的单单单单向向向向导导导导电电电电性性性性，电电子子器器件件认认知知规规律律和和含含含含半导体器件电路的分析方法。半导体器件电路

3、的分析方法。半导体器件电路的分析方法。半导体器件电路的分析方法。1.1 半导体二极管的结构1.1.1 1.1.1 半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料半半导导体体：指指导导电电能能力力介介于于导导体体与与绝绝缘缘体体之之间间的的物物质质。常常用用的的半半导导体体材材料料有有硅硅（Si）和和锗锗（Ge e），硒硒和和许许多金属氧化物、硫化物都是半导体。多金属氧化物、硫化物都是半导体。图图2.1.1 2.1.1 锗、硅原子结构锗、硅原子结构锗、硅原子结构锗、硅原子结构物体的导电性：物体的导电性：（1 1）导体）导体（2 2）绝缘体）绝缘体（3 3）半导体）半导体（1 1）热敏性）热敏性大大部部

4、分分半半导导体体的的导导电电能能力力随随温温度度的的升升高高而而增增强强，有有些些对对温度反应特别敏感。温度反应特别敏感。热敏元件热敏元件半导体材料的三个特点：半导体材料的三个特点：（2 2）光敏性）光敏性半半导导体体的的导导电电能能力力随随光光照照强强度度的的变变化化而而变变化化。例例如如硫硫化化镉镉薄薄膜膜，无无光光照照时时，电电阻阻是是几几十十兆兆欧欧姆姆，是是绝绝缘缘体体；受受光照时，电阻只有几十千欧姆。光照时，电阻只有几十千欧姆。光敏元件光敏元件（3 3）掺杂性）掺杂性如如果果在在纯纯净净半半导导体体中中掺掺入入微微量量其其它它元元素素（称称为为掺掺杂杂），半半导导体体的的导导电电能

5、能力力随随着着掺掺杂杂能能力力的的变变化化而而发发生生显显著著变变化化。基本半导体器件基本半导体器件1.1 半导体二极管的结构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。完全纯净的具有晶体结构的半导体。图图2.1.1 2.1.1 锗、硅原子结构锗、硅原子结构锗、硅原子结构锗、硅原子结构根据半导体的掺杂情况，半导体材料又可以分为两类：根据半导体的掺杂情况，半导体材料又可以分为两类：典典型型的的半半导导体体 材材 料料 有有 硅硅（S Si i）和和 锗锗（G Ge e），它它们们都都是是四四价价元元素素，每每个个原原子子的的外外层层有有四四个个价价电电子子，原原子子结结构构如如

6、图图2.1.12.1.1所示。所示。四价元素四价元素1.1 半导体二极管的结构SiSiSiSi共价键共价键共共价价键键：在在晶晶体体结结构构的的半半导导体体中中，相相邻邻两两个个原原子子的的一一对对最最外外层层电电子子成成为为共共用用电电子子，形形成成共共价价键结构。键结构。价电子价电子电电子子、空空穴穴：在在常常温温下下由由于于分分子子的的热热运运动动，少少量量价价电电子子挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，同同时时在在原原位位留留下下的的空空位位称称空空穴穴。这这种种现现象象称称为为本本征激发征激发结结论论：在在本本征征半半导导体体中中电电子子空空穴穴成成对对产产生生

7、，当当温温度度和和光光照照增加时，其数目增加。增加时，其数目增加。自由电子自由电子空穴空穴本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意图1.1 半导体二极管的结构SiSiSiSi 在在外外电电场场作作用用下下，自自由由电电子子定定向向运运动动，价电子填补空穴。价电子填补空穴。自由电子定向运动自由电子定向运动价电子价电子填补空填补空穴穴在在半半导导体体中中，同同时时存存在在着着自自由由电电子子导导电电和和空空穴穴导导电电。这这就就是是半半导导体体导导电电方方式的最大特点。式的最大特点。自自由由电电子子（带带负负电电）和和空空穴穴都都被被称称为为载载流流子。子。本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意

8、图本征硅示意图1.1 半导体二极管的结构2 2、杂质半导体、杂质半导体电子型（电子型（N型）半导体型）半导体空穴型（空穴型（P型）半导体型）半导体杂质半导体杂质半导体有两大类有两大类SiSiSiSi本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意图SiP N N型半导体：型半导体：型半导体：型半导体：在本征在本征 硅硅或锗中掺入五价元素，如或锗中掺入五价元素，如磷、砷、锑，则自由电子磷、砷、锑，则自由电子数目大大增加，形成多数数目大大增加，形成多数载流子。空穴为少数载流载流子。空穴为少数载流子。子。在在外外电电场场作作用用下下，自自由由电电子子导导电电占占主主导导地地位位，故故称称电电子子型型半

9、半导导体体。简简称称N N型半导体型半导体型半导体型半导体空穴空穴自由电子自由电子自由电子数增加自由电子数增加1.1 半导体二极管的结构SiSiSiSi本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意图本征硅示意图 P P型半导体：型半导体：型半导体：型半导体：在本征在本征 硅或锗中掺入三价元素，硅或锗中掺入三价元素，如硼、铝、铟，则空穴如硼、铝、铟，则空穴数目大大增加，形成多数目大大增加，形成多数载流子。自由电子为数载流子。自由电子为少数载流子。少数载流子。在在外外电电场场作作用用下下，空空穴穴导导电电占占主主导导地地位位，故故称称空空穴穴型型半半导导体体。简简称称P P型型型型半导体半导体半导体半导体空

10、穴空穴自由电子自由电子SiB空穴数增加空穴数增加1.1 半导体二极管的结构1.1.1.1.2 2 PN 结的形成结的形成1 1、PN 结形成结形成图图2.1.22.1.2用用专专门门的的制制造造工工艺艺在在同同一一块块半半导导体体单单晶晶上上，形形成成P型型半半导导体体和和N型型半半导导体体，在在两两种种半半导导体体的的交交界界面面附附近近，由由于于多多数数载载流流子子浓浓度度的的差差别别，引引起起多多数数载流子的扩散运动。载流子的扩散运动。图图2.1.2 2.1.2 PNPN结的形成结的形成结的形成结的形成P区空穴向区空穴向N区扩散区扩散N区电子向区电子向P区扩散区扩散1.1 半导体二极管的

11、结构1 1、PN 结形成结形成扩扩散散运运动动在在交交界界面面附附近近形形成成一一个个很很薄薄的的空空间间电电荷荷区，这就是区，这就是PN结。结。图图2.1.2 2.1.2 PNPN结的形成结的形成结的形成结的形成P P区空穴向区空穴向N N区扩散区扩散N区电子向区电子向P区扩散区扩散阻挡层阻挡层阻挡多子扩散阻挡多子扩散耗尽区耗尽区PN结结1.1 半导体二极管的结构1.1.31.1.3、PN 结的导电性结的导电性在在PN结结两两端端加加上上不不同同极极性性的的外外电电压压，PN结结呈呈不不同的导电性。同的导电性。图图2.1.3 2.1.3 PNPN结加正向电压：结加正向电压：P P区区接接电电

12、源源正正极极，N N区区接接电电源负极，如源负极，如图图2.1.32.1.3（a a）。）。外外电电场场削削弱弱内内电电场场，空空间间电电荷荷区区变变窄窄，多多数数载载流流子子扩扩散散运动增强。运动增强。PN结结的的正正向向电电流流由由多多数数载载流流子子形形成成，比比较较大大，PN结结呈呈现现较较小小的的正正向向电电阻阻，称称PN结结正正向导通。向导通。1.1 半导体二极管的结构图图2.1.3 2.1.3 PNPN结加反向电压：结加反向电压：P P区区接接电电源源负负极极，N N区区接接电电源正极，如源正极，如图图2.1.32.1.3（b b）。）。外外电电场场加加强强内内电电场场，空空间间

13、电电荷荷区区变变宽宽，阻阻止止多多子子扩扩散散运运动动，只只有有少少数数载载流流子子越越过过空空间电荷区形成反向电流。间电荷区形成反向电流。PN结结的的反反向向电电流流由由少少数数载载流流子子形形成成，反反向向电电流流非非常常小小，PN结结呈呈现现极极高高的的反反向向电电阻阻，称称PN结反向截止。结反向截止。1.1.1 1.4 4 半导体二极管半导体二极管常用二极管图片常用二极管图片普通小功率二极管普通小功率二极管普通小功率二极管普通小功率二极管大功率二极管大功率二极管大功率二极管大功率二极管各种发光二极管各种发光二极管各种发光二极管各种发光二极管1.1 半导体二极管的结构 二极管的基本结构二

14、极管的基本结构 半导体二极管结构半导体二极管结构半导体二极管结构半导体二极管结构由一个由一个PN结加电极引线与外壳制成。结加电极引线与外壳制成。D图图2.1.4 2.1.4 二极管符号二极管符号二极管符号二极管符号P PN阳极或正极阳极或正极阴极或负极阴极或负极阳极或正极阳极或正极阴极或负极阴极或负极D 根据根据根据根据PN结接触面的大小，二极管可分点接触型与面接触型。结接触面的大小，二极管可分点接触型与面接触型。PN结结接触面小接触面小点接触型：点接触型：点接触型：点接触型：PN结接触面小，不能通过大结接触面小，不能通过大电流但其结电容小，常用于高频检波及电流但其结电容小，常用于高频检波及小

15、电流整流，使用时不能承受较高的反小电流整流，使用时不能承受较高的反向电压和大电流。向电压和大电流。面接触型：面接触型：面接触型：面接触型：PN结接触面积大，通过的正结接触面积大，通过的正向电流比点接触型大，常用作整流管，向电流比点接触型大，常用作整流管，但结电容大，适用于低频电路。但结电容大，适用于低频电路。PN结结接触面大接触面大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 )面接触型面接触型二极管的结构和符号示意图二极管的结构和符号示意图二

16、极管的结构和符号示意图二极管的结构和符号示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D1.2 半导体二极管的单向导电性半导体二极管的单向导电性1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性伏安特性：伏安特性：伏安特性：伏安特性：二极管的端电压与电流二极管的端电压与电流二极管的端电压与电流二极管的端电压与电流之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。伏安特性曲线：伏安特性曲线：伏安特性曲线：伏安特性曲线：描述二极管的端电压与描述二极管的端电压与描述二极管的端电压与描述二极管的端电压与电流之间的关系曲线。图电流之间的关系曲线。图电流之间的关系曲线。图电流之间的关系曲线。图2.1.52.1

17、.52.1.52.1.5为典型硅管的为典型硅管的为典型硅管的为典型硅管的伏安伏安特性曲线。特性曲线。注意：注意：注意：注意：正、反向电压和电正、反向电压和电正、反向电压和电正、反向电压和电流的单位是不同的。流的单位是不同的。流的单位是不同的。流的单位是不同的。图图2.1.5 2.1.5 二极管的伏二极管的伏二极管的伏二极管的伏 安特性曲线安特性曲线安特性曲线安特性曲线正向伏安特性测试电路正向伏安特性测试电路正向伏安特性测试电路正向伏安特性测试电路mAVDERU+WI1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性正向特性说明：正向特性说明：OA正向死区正向死区AB正向导通区正向导通区硅

18、硅0.5V0.5V锗锗0.2V0.2V硅硅0.6V-0.7V0.6V-0.7V锗锗0.2V-0.3V0.2V-0.3V二极管正向伏二极管正向伏二极管正向伏二极管正向伏 安特性曲线安特性曲线安特性曲线安特性曲线反向伏安特性测试电路反向伏安特性测试电路反向伏安特性测试电路反向伏安特性测试电路EmAVDRU+WI1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性反向特性说明：反向特性说明：OC反向截止区反向截止区CD反向击穿区反向击穿区二极管反向伏二极管反向伏二极管反向伏二极管反向伏 安特性曲线安特性曲线安特性曲线安特性曲线硅几微安硅几微安锗几十微安锗几十微安反向饱和电流反向饱和电流伏安特性理

19、想化：伏安特性理想化：伏安特性理想化：伏安特性理想化：死区电压、导通压降、反向电流等于零。死区电压、导通压降、反向电流等于零。死区电压、导通压降、反向电流等于零。死区电压、导通压降、反向电流等于零。1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.3 1.2.3 主要参数主要参数1 1 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 IFMFM：二极管长期使用时，允许流过的最大正向平均电流。使用二极管长期使用时，允许流过的最大正向平均电流。使用二极管长期使用时，允许流过的最大正向平均电流。使用二极管长期使用时，允许流过的最大正向平均电流。使用时时时时不允许超过此值不允许超过此值不允许超

20、过此值不允许超过此值2 2 2 2、最大反向工作电压、最大反向工作电压、最大反向工作电压、最大反向工作电压U URMRM：确确确确保保保保二二二二极极极极管管管管安安安安全全全全使使使使用用用用所所所所允允允允许许许许施施施施加加加加的的的的最最最最大大大大反反反反向向向向电电电电压压压压。是是是是击击击击穿穿穿穿电压电压电压电压U U U UBRBRBRBR（反向击穿电压）的一半或者三分之二（反向击穿电压）的一半或者三分之二（反向击穿电压）的一半或者三分之二（反向击穿电压）的一半或者三分之二3 3 3 3、反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流I IR R：当当当当二极管加二极管加

21、二极管加二极管加反向工作电压时的反向电流，此值越小，则反向工作电压时的反向电流，此值越小，则反向工作电压时的反向电流，此值越小，则反向工作电压时的反向电流，此值越小，则二二二二极管极管极管极管的单向导电性越好。的单向导电性越好。的单向导电性越好。的单向导电性越好。D1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.4 1.2.4 二极管应用举例二极管应用举例二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。图图2.1.6 例例例例1.2.1题图题图【例例例例1.2

22、.11.2.1 】如如如如图图图图2.1.62.1.6所所所所示示示示电电电电路路路路中中中中，已已已已知知知知电电电电路路路路中中中中的的的的二二二二极极极极管管管管为为为为硅硅硅硅管管管管，电电电电源源源源电电电电压压压压及及及及电电电电阻阻阻阻值值值值如如如如图图图图所所所所示示示示，问问问问二二二二极极极极管管管管D D是是是是否否否否能能能能导导导导通通通通，U Uabab为为为为多多多多少少少少？流流流流过电阻的电流各为多少？过电阻的电流各为多少？过电阻的电流各为多少？过电阻的电流各为多少？先假设二极先假设二极管不导通管不导通判断加在二极管两端判断加在二极管两端的正向电压是否大于的

23、正向电压是否大于导通电压？导通电压？二极管导通，二极管两二极管导通，二极管两端电压等于导通电压；端电压等于导通电压；二二极极管管截截止止，这这条条电电路路中中无电流。无电流。是是1.2.4 1.2.4 二极管应用举例二极管应用举例【例例例例1.2.11.2.1 】分析方法：分析方法：【解解解解 】否否图图2.1.6 例例例例1.2.1题图题图（a）图中，假设）图中，假设D不导通，以不导通，以b为参考点，二极管的正为参考点，二极管的正极电位为极电位为12V，负极电位为，负极电位为6V，正向电压为，正向电压为【例例例例1.2.11.2.1 】分析方法：分析方法：【解解解解 】所以二极管截止，所以二

24、极管截止，Uab6V，流过电阻的电流为零。，流过电阻的电流为零。12（6）=6V0.6V图图2.1.6 例例例例1.2.1题图题图二二极极管管的的正正向向电电压压为为6V0.6V，所所以以二二极极管管导导通通，导导通通电电压为压为0.6V，Uab120.6V11.4V，流过电阻的电流，流过电阻的电流【例例例例1.2.11.2.1 】分析方法：分析方法：【解解解解 】（b）图中，假设）图中，假设D不导通，以不导通，以b为参为参考点，则二极管的正极电位为考点，则二极管的正极电位为6V，负极电位为负极电位为12V，正向电压为，正向电压为6（12）=6V 0.6V I=(120.66)3000=0.0

25、018A负号表示电流方向从负号表示电流方向从b流向流向a。图图2.1.6 例例例例1.2.1题图题图【例例例例1.2.21.2.2 】如图如图2.1.7所示，已知所示，已知E5V，输入信号，输入信号为正弦波为正弦波ui10sint V，二极管的正向导通电压为，二极管的正向导通电压为0.6V，画出输出电压信号的波形图。，画出输出电压信号的波形图。这这个个电电路路仍仍是是分分析析二二极极管管的的导导通通与与否否，图图中中二二极极管管的的正正极极接接信信号号电电压压ui，二二极极管管的的负负极极接接电电源源E的的正正极极，两两个个量量进进行行比比较较，确确定定二二极极管的导通与否。管的导通与否。1.

26、2.4 1.2.4 二极管应用举例二极管应用举例分析方法：分析方法：【解解解解 】图图2.1.7 例例例例1.2.2题图题图 当当ui E0.6V（导导通通电电压压）时时，二二极极管截止，此时二极管无电流通过，管截止，此时二极管无电流通过，uoui【例例例例1.2.21.2.2 】分析方法：分析方法：【解解解解 】当当ui E0.6V（导导通通电电压压）时时，二二极管导通，极管导通，uo E0.6V5.6V。图图2.1.8 输出电压波形图输出电压波形图输出电压波形图输出电压波形图虚线为输入电虚线为输入电压波形。压波形。ui E0.6Vui E0.6V【例例例例1.2.31.2.3 】在图在图2

27、.1.9所示电路中，已知输入端所示电路中，已知输入端A的的电位电位VA3.6V，输入端，输入端B的电位的电位VB0.3V，电阻，电阻R10 k ，电源，电源E9V，二极管的导通电压为，二极管的导通电压为0.2V，求输出端求输出端F的电位和流过的电位和流过R的电流的电流I。1.2.4 1.2.4 二极管应用举例二极管应用举例图图2.1.9 例例例例1.2.3题图题图分析方法：分析方法：【解解解解 】先先假假设设两两个个二二极极管管均均不不导导通通，根根据据 已已 知知 条条 件件，UDA 3.6(9)=12.6V，故故DA导导通通，VF3.60.2=3.4V。再再看看DB，UDB0.33.4=3

28、.1V，故故DB截截止止。先先讨讨论论DB这个结论也成立。这个结论也成立。先先假假设设两两个个二二极极管管均均不不导导通通，根根据据 已已 知知 条条 件件，UDB 0.3(9)=8.7V，故故DB导导通通，VF0.30.2=0.1V。再再看看DA，UDA3.60.1=3.5V，故，故DA也导通。也导通。DA DB都导通吗？都导通吗？流过流过R中的电流为中的电流为 结结结结论论论论：当当数数个个二二极极管管的的负负极极（正正极极）并并联联在在一一点点，而而加加在在这这些些二二极极管管的的正正极极（负负极极）电电位位各各不不相相同同，且且都都高高于于负负极极（低低于于正正极极）电电位位时时，正正

29、极极最最高高（负负极极最最低低）的二极管导通。的二极管导通。【例例例例1.2.31.2.3】分析方法：分析方法：【解解解解 】1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.5 1.2.5 特殊二极管特殊二极管一、稳压管一、稳压管一、稳压管一、稳压管 稳稳压压管管是是一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型半半导导体体硅硅二二极极管管。专专为为在在电电路路中中稳稳定定电电压压设设计计，故故称称为为稳稳压管。压管。图图2.1.10 2.1.10 稳压管符号稳压管符号稳压管的图形稳压管的图形符号及伏安特性符号及伏安特性图图2.1.11 2.1.11 稳压管稳压管 伏安特性曲线伏安特性曲线DZ特点：特点：1 1

30、、正向特性曲线同二极管；、正向特性曲线同二极管；反反向向击击穿穿区区2 2、反向击穿电压较低，反向特性曲线、反向击穿电压较低，反向特性曲线 比较陡；比较陡；U UZ Z为稳压值。为稳压值。3 3、正常的工作区域为反向击穿区，且可逆。、正常的工作区域为反向击穿区，且可逆。3 3 3 3、动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻r rZ Z：稳压管动态电阻越小，稳压管动态电阻越小，稳压管动态电阻越小，稳压管动态电阻越小，反向伏安特性曲线越陡，反向伏安特性曲线越陡，反向伏安特性曲线越陡，反向伏安特性曲线越陡，稳压性能稳压性能稳压性能稳压性能越好。越好。越好。越好。1 1 1 1、稳定电压、稳定电压、稳定电压

31、、稳定电压U UZ Z：稳压管在正常工作时，管子两端的电稳压管在正常工作时，管子两端的电稳压管在正常工作时，管子两端的电稳压管在正常工作时，管子两端的电压。一般由电子器件手册给出。压。一般由电子器件手册给出。压。一般由电子器件手册给出。压。一般由电子器件手册给出。稳压管主要参数稳压管主要参数1.2.5 1.2.5 特殊二极管特殊二极管DZ2 2 2 2、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 IZ Z：稳压管在正常工作时，允许通过的最稳压管在正常工作时，允许通过的最稳压管在正常工作时，允许通过的最稳压管在正常工作时，允许通过的最大反向电流，一般不应超出此值。大反向电流，一般不

32、应超出此值。大反向电流，一般不应超出此值。大反向电流，一般不应超出此值。稳压管常用参数见表稳压管常用参数见表2.1.12.1.11.2 半导体二极管半导体二极管1.2.5 1.2.5 特殊二极管特殊二极管图图2.1.12 2.1.12 光电二光电二极极管管光电二极管光电二极管的图形、等效电路及伏安特性的图形、等效电路及伏安特性三、光电二极管三、光电二极管三、光电二极管三、光电二极管是一种将光能转换成电能的器件，其是一种将光能转换成电能的器件，其反向反向电流电流随光照强度的变化而上升。随光照强度的变化而上升。伏安特性：伏安特性：伏安特性：伏安特性：光电二极管光电二极管的反向的反向电流与光照度成正

33、电流与光照度成正比。比。应用：应用：应用：应用：1 1、光电二极管、光电二极管的的管壳上有一个玻璃管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照；窗口以便接受光照；2 2、可用于光测量。、可用于光测量。3 3、制成光电池。、制成光电池。1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.5 1.2.5 特殊二极管特殊二极管图图2.1.12 2.1.12 发发光二光二极极管管发发光光二二极极管管的的图图形形符号符号二、发光二极管二、发光二极管二、发光二极管二、发光二极管发光二极管发光二极管是一种将电能转是一种将电能转换成光能的器件，即当管子换成光能的器件，即当管子通以电流后将发出光来。通以电流后将发出光来。应用：应用：应

34、用：应用：常作为显示器件，工作电流在几常作为显示器件，工作电流在几个到几十毫安。个到几十毫安。当管子加正向电当管子加正向电压时，在正向电流激发下，管子压时，在正向电流激发下，管子发光。发光的颜色有红，黄，绿，发光。发光的颜色有红，黄，绿，蓝，紫等。蓝，紫等。1.3 半导体三极管半导体三极管常用三极管图片常用三极管图片 半半半半导导导导体体体体三三三三极极极极管管管管（亦亦亦亦称称称称晶晶晶晶体体体体管管管管）是是是是通通通通过过过过一一一一定定定定工工工工艺艺艺艺，将将将将两两两两个个个个PNPN结结结结结结结结合合合合在在在在一一一一起起起起的的的的器器器器件件件件。由由由由于于于于两两两两

35、个个个个PNPN结结结结的的的的相相相相互互互互影影影影响响响响，使使使使半半半半导导导导体体体体三三三三极极极极管管管管具具具具有有有有电电电电流流流流放放放放大大大大作作作作用用用用，从从从从而而而而使使使使PNPN结结结结的的的的应应应应用用用用发发发发生生生生了质的飞跃。了质的飞跃。了质的飞跃。了质的飞跃。按频率分：高频管、低频管按频率分：高频管、低频管按频率分：高频管、低频管按频率分：高频管、低频管1.3.1 1.3.1 基本结构基本结构按按按按功功功功率率率率分分分分：大大大大功功功功率率率率管管管管、小小小小功功功功 率管率管率管率管按结构分：按结构分：按结构分：按结构分：NPN

36、NPN型和型和型和型和PNPPNP型型型型按工艺分：平面型和合金型按工艺分：平面型和合金型按工艺分：平面型和合金型按工艺分：平面型和合金型1.3 半导体三极管半导体三极管NPNNPN型管：型管：型管：型管：NPNNPN型三极管由两个型三极管由两个型三极管由两个型三极管由两个PNPN结的三层半导体组成。结的三层半导体组成。结的三层半导体组成。结的三层半导体组成。1.3.1 1.3.1 基本结构基本结构特特特特点点点点：中中中中间间间间的的的的P P型型型型半半半半导导导导体体体体特特特特别别别别薄薄薄薄，两两两两边边边边各各各各为为为为一一一一层层层层N N型型型型半半半半导导导导体体体体。两两

37、两两个个个个N N型型型型区区区区的掺杂浓度不同，不能调换。的掺杂浓度不同，不能调换。的掺杂浓度不同，不能调换。的掺杂浓度不同，不能调换。图图2.1.14 2.1.14 NPNNPN型型型型三极管三极管三三三三 个个个个 区区区区：NN集集集集电电电电区区区区PP基基基基 区区区区NN发发发发射射射射区区区区三三三三 个个个个 极极极极：CC集集集集电电电电极极极极BB基基基基极极极极型型型型EE发射极发射极发射极发射极两个结两个结两个结两个结 ：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：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂

38、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 B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P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结构特点：结构特点：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NPNNPN型型型型三三三三极极极极管管管管和和和和PNPPNP型型型型三三三三极极极极管管管管的的的的电电电电路路路路符符符符号号号号。箭箭箭箭头头头头表表表表示示示示发发发发射射射射结正向导通时电流的方向。结正向导通时电流的方向。结正向导通时电流的方向。结正向导通时电

39、流的方向。1.3.1 1.3.1 基本结构基本结构图图2.1.14 2.1.14 NPNNPN型型型型三极管三极管共同点：共同点：共同点：共同点：电电极极名名称称、符符号号相相同同；内内部部结结构构相相同。同。不不不不共共共共同同同同点点点点：PP集集集集电电电电极极极极NN基基基基极极极极型型型型PP发射极发射极发射极发射极箭头方向箭头方向箭头方向箭头方向1.3 半导体三极管半导体三极管半导体三极管的电流放大原理和电流分配情况。半导体三极管的电流放大原理和电流分配情况。半导体三极管的电流放大原理和电流分配情况。半导体三极管的电流放大原理和电流分配情况。1.3.2 1.3.2 电流分配与放大作

40、用电流分配与放大作用 图图2.1.15 2.1.15 电流放大实验电路电流放大实验电路电流放大实验电路电流放大实验电路 实验电路分析：实验电路分析：实验电路分析：实验电路分析：基基基基极极极极回回回回路路路路（偏偏偏偏置置置置电电电电路路路路）：U UCCCC正正正正极极极极-R-RB B-发发发发射射射射结结结结U UCCCC负负负负极。极。极。极。集电极回路：集电极回路：集电极回路：集电极回路：U UCCCC正正正正极极极极-R-RC C-集集集集电电电电极极极极、发发发发射射射射极极极极-U UCCCC负极。负极。负极。负极。改改改改变变变变基基基基极极极极电电电电阻阻阻阻R R R R

41、B B B B，可可可可使使使使基基基基极极极极、集集集集电电电电极极极极、发发发发射射射射极极极极电电电电流流流流（I IB B I IC C、I IE E）发生变化）发生变化）发生变化）发生变化。1.3.2 1.3.2 电流分配与放大作用电流分配与放大作用 实验及测量结果得到如下结论：（见表实验及测量结果得到如下结论：（见表实验及测量结果得到如下结论：（见表实验及测量结果得到如下结论：（见表2.1.22.1.2）（4 4）基基基基极极极极电电电电流流流流少少少少量量量量的的的的变变变变化化化化可可可可以以以以引引引引起起起起集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流较较较较大大大大的的的的变

42、变变变化化化化。电电电电流放大系数基本不变流放大系数基本不变流放大系数基本不变流放大系数基本不变（1 1）基基基基极极极极电电电电流流流流与与与与集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流之之之之和和和和等等等等于于于于发射极电流。发射极电流。发射极电流。发射极电流。（2 2）基基基基极极极极电电电电流流流流与与与与集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流小小小小很很很很多多多多，发射极电流约等于集电极电流。发射极电流约等于集电极电流。发射极电流约等于集电极电流。发射极电流约等于集电极电流。（3 3）半半半半导导导导体体体体三三三三极极极极管管管管有有有有电电电电流流流流放放放放大大大大作作作作

43、用用用用，表表表表2.1.22.1.2三列、四列三列、四列三列、四列三列、四列I IC C I IB B的比值为：的比值为：的比值为：的比值为：结论：结论：结论：结论：共共共共发发发发射射射射极极极极电电电电路路路路使使使使三三三三极极极极管具有放大作用。管具有放大作用。管具有放大作用。管具有放大作用。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，

44、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。从基区扩散来从基区扩散来从基区扩散来从基区扩散来的电子作为集的电子

45、作为集的电子作为集的电子作为集电结的少子，电结的少子，电结的少子，电结的少子，漂移进入集电漂移进入集电漂移进入集电漂移进入集电结而被收集，结而被收集，结而被收集，结而被收集，形成形成形成形成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。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I IC C=I ICECE+I ICBO CBO I ICECEICIBBECNNPEBRBEC

46、IEIBEICEICBOI IB B=I IBEBE-I ICBO CBO I IBEBE I ICE CE 与与与与 I 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,温度温度温度温度I ICEOCEO (常用公式常用公式常用公式常用公式)若若若若I IB B=0,=0,则则则则 I IC C I ICE0CE01.3 半导体三极管半导体三极管1.3.3 1.3.3 半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线1 1、输入特性曲线、输入特性曲线、输入特性曲

47、线、输入特性曲线指指指指集集集集电电电电极极极极-发发发发射射射射极极极极之之之之间间间间的的的的电电电电压压压压U UCECE为为为为常常常常数数数数时时时时，输输输输入入入入回回回回路路路路中中中中基基基基极电流极电流极电流极电流I IB B与基极与基极与基极与基极-发射极的电压发射极的电压发射极的电压发射极的电压U UBEBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。之间的关系曲线。之间的关系曲线。图图2.1.16 2.1.16 实验电路实验电路实验电路实验电路 特特特特 性性性性 曲曲曲曲线线线线可可可可以以以以用用用用晶晶晶晶体体体体管管管管图图图图示示示示仪仪仪仪直直直直观观观观显显显显示示

48、示示，也也也也可可可可以以以以通通通通过过过过实实实实验验验验电电电电路路路路测绘。测绘。测绘。测绘。1.3.3 1.3.3 半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线1 1、输入特性曲线、输入特性曲线、输入特性曲线、输入特性曲线指指指指集集集集电电电电极极极极-发发发发射射射射极极极极之之之之间间间间的的的的电电电电压压压压U UCECE为为为为常常常常数数数数时时时时，输输输输入入入入回回回回路路路路中中中中基基基基极极极极电电电电流流流流I IB B与与与与基基基基极极极极-发发发发射射射射极极极极的的的的电电电电压压压压U UBEBE之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系曲线。曲线

49、。曲线。曲线。图图2.1.17 2.1.17 3DG6 3DG6的输入的输入的输入的输入 特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线 特点：特点：特点：特点：与二极管伏安特性类似；与二极管伏安特性类似；与二极管伏安特性类似；与二极管伏安特性类似；死死死死区区区区电电电电压压压压：硅硅硅硅管管管管约约约约0.5V,0.5V,锗锗锗锗管管管管约约约约0.2V;0.2V;导导导导通通通通压压压压降降降降U UBEBE:硅硅硅硅管管管管约约约约0.6V,0.6V,锗锗锗锗管约管约管约管约0.2V;0.2V;当当当当U UCECE1 1后后后后，输输输输入入入入特特特特性性性性基基基基本本本本与与与与U UCEC

50、E无关。无关。无关。无关。1.3.3 1.3.3 半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线2 2、输出特性曲线、输出特性曲线、输出特性曲线、输出特性曲线指指指指当当当当基基基基极极极极电电电电流流流流I IB B为为为为常常常常数数数数时时时时，输输输输出出出出回回回回路路路路中中中中集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流I IC C与与与与 集集集集 电电电电 极极极极-发发发发 射射射射 极极极极 电电电电 压压压压U UCECE之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线。在在在在不不不不同同同同的的的的I IB B下下下下，可可可可得得得得到到到到一一一一组组组组曲线