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1、第4章 半导体二极管和三极管第1页，共43页，编辑于2022年，星期一本章要求：本章要求：一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN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
2、。第2页，共43页，编辑于2022年，星期一 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件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，以便用简的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简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。便的分析方法获得具有实际意义的结果。便的分析方法获得具有实际意义的结果。便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算
3、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、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。讨论器件的目确使用方法，不要过分追究其内部
4、机理。讨论器件的目的在于应用。的在于应用。第3页，共43页，编辑于2022年，星期一4.1 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：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）。光敏性：光敏性：当
5、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 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，导电能力显著增强第4页，共43页，编辑于2022年，星期一4.1.1 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，称为本征半完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子
6、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价电子价电子第5页，共43页，编辑于2022年，星期一 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（带负电），同（带负电），同时共价键中留下一个空位
7、，称时共价键中留下一个空位，称时共价键中留下一个空位，称时共价键中留下一个空位，称为为为为空穴空穴（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）。第6页，共43页，编辑于2022年，星期一本征半
8、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当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部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分电流分电流分电流 (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)(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；其导电性能很差；其导电
9、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。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。导体中载流子便维持一定的数目。第7页，共43页，编辑于2022年，星期一4.1.
10、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
11、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）,形形成杂质半导体。成杂质半导体。在在在在N 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8页，共43页，编辑于2022年，星期一4.1.2 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增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电
12、方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。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 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电子变为电子变为负离子负离子空穴空穴动画动画无论无论无论无论N N型或型或型或型或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。第9页，共43页，编辑于2022年，星期一 1.1
13、.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.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 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、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.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。ab bc 4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 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
14、是 ，N 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、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）ba第10页，共43页，编辑于2022年，星期一4.2 PN结结4.2.1 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，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷
15、区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。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11页，共43页，编辑于2022年，星期一4.2.2 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结加正向电压结加正向电压（正向
16、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 内电场被削内电场被削内电场被削内电场被削弱，多子的扩弱，多子的扩弱，多子的扩弱，多子的扩散加强，形成散加强，形成散加强，形成散加强，形成较大的扩散电较大的扩散电较大的扩散电较大的扩散电流。流。流。流。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。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1
17、2页，共43页，编辑于2022年，星期一2.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）外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+动画动画+第13页，共43页，编辑于2022年，星期一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 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的
18、反向电流。向电流。IR P接负、接负、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。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 结加反向电压时，结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，向电阻较大，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+第14页，共43页，编辑于2022年，星期一4.3 半导体二极管半导体二极管4.3.1 基本结构基本结构(a)(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
19、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。PN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15页，共43页，编辑于2022年，星期一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
20、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 4.3 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16页，共43页，编辑于2022年，星期一4.3.2 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 外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大
21、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：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3VUI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。第17页，共43页，编辑于2022年，星期一4.3.3 主
22、要参数主要参数1.最大整流电流最大整流电流 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 URWMRWM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UBR的一半或三分之二。
23、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I IRM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，IRM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，锗管的反向电锗管的反向电流较大，
24、为硅管的几十到几百倍。流较大，为硅管的几十到几百倍。第18页，共43页，编辑于2022年，星期一二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
25、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
26、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。第19页，共43页，编辑于2022年，星期一 二极管电路分析举例二极管电路分析举例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UD D的正负。的正负。若若 V阳阳
27、 V V阴阴或或 U UD D为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳 VV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通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，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=6V否则，否则，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6.36.3或或或或6.7V6.7V例例1：取取 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
28、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21页，共43页，编辑于2022年，星期一两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 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。V1 1阳阳阳阳=6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V，V V1 1阴阴阴阴=V V2阴阴=12 V12 VU UD1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V UD2D2 UD1 D2 优先导通，优先导通，D1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
29、管压降，二极管可看作短路，UAB=0 V=0 V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流过 D2 2 的电流为的电流为求：求：UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用，D D1 1起隔离起隔离起隔离起隔离作用。作用。作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB+第22页，共43页，编辑于2022年，星期一ui i 8V，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 ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路
30、uo o=ui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3：二极管的用途：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、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 V 8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+动画动画第23页，共43页，编辑于2022年，星期一4.4 稳压二极管稳压二极管1.符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.伏安特性伏安特性 稳压管正
31、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第24页，共43页，编辑于2022年，星期一3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(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(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 环境温度每变化环境温度每变化1 1 C引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分
32、数。(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 IZ、最大稳定电流、最大稳定电流 I 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 PZM ZM=U UZ Z I 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。第25页，共43页，编辑于2022年，星期一光电二极管光电二极管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。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。IU 照度增加照度增加符号符号符号符号发光二极管发光二极管
33、发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的有正向电流流过时，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，它的电特性与一发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一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高，电流为几般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几 几几几几十
34、十十十mAmA光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管第26页，共43页，编辑于2022年，星期一4.5 半导体三极管半导体三极管4.5.1 基本结构基本结构NNP基极基极发射极发射极集电极集电极集电极集电极NPNNPN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PNP型三极管型三极管型三极管型三极管第27页，共43页，编辑于2022年，星期一基区：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
35、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：结构特点：结构特点：集电区：集电区：面积最大面积最大第28页，共43页，编辑于2022年，星期一4.5.2 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发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 VC VE集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏
36、V VC CVB B 第29页，共43页，编辑于2022年，星期一2.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:1）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE=IB B+IC C2 2）I IC C I IB B，IC C IE 3）I IC C 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
37、。的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，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，是是是是CCCS器件器件器件器件。第30页，共43页，编辑于2022年，星期一3.3.3.3.三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
38、略。发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不断发射区电子不断发射区电子不断发射区电子不断向基区扩散，形向基区扩散，形向基区扩散，形向基区扩散，形成发射极电流成发射极电流成发射极电流成发射极电流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，多，多，多数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。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
39、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31页，共43页，编辑于2022年，星期一3.三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=I
40、BE-ICBO IBE ICE 与与与与 IBE 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ICEOCEO (常用公式常用公式常用公式常用公式)若若I IB=0,则则 I IC ICE0第32页，共43页，编辑于2022年，星期一4.5.3 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
41、性曲线：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33页，共43页，编辑于2022年，星期一发射极是输入回路、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
42、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34页，共43页，编辑于2022年，星期一1.输入特性输入特性特点特点: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 U UBE 0.2 0.3VIB(A)UBE(V)204
43、060800.40.8UCE 1VO第35页，共43页，编辑于2022年，星期一2.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)(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 IC=IB B ，也，也，也，也称为线性区，具有恒流特性。称为线性区，具有恒流特性。称为线性区，具有恒流特性。称为线性区，具有恒流特性。在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处于发射结
44、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36页，共43页，编辑于2022年，星期一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）截止区）截止区IB 0 以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有 IC 0 0 。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向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。偏置，晶体管工作
45、于截止状态。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当当当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，I IB B IC，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管UCES CES 0.3V，锗管锗管锗管锗管U UCES 0.1V。第37页，共43页，编辑于2022年，星期一4.5.4 主要参数主要参数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
46、系数交流电流放大系数交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，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，晶体管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。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常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间
47、。之间。之间。第38页，共43页，编辑于2022年，星期一例：在例：在U UCE=6 V时，时，时，时，在在在在 Q Q1 1 点点点点I IB B=40 A,A,I IC=1.5mA；在在 Q2 点点点点I IB=60=60 A,A,I IC=2.3mA=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 Q1 1 点，有点，
48、有由由由由 Q Q1 1 和和Q2 2点，得点，得第39页，共43页，编辑于2022年，星期一2.集集集集-基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 ICBO ICBOCBO是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度的影响大。温度温度ICBOCBO ICBO A+EC3.集集集集-射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流)I ICEO AICEOIB=0+I ICEOCEO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 I
49、CEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也相也相也相也相应增加。应增加。应增加。应增加。三极管的温度特性三极管的温度特性三极管的温度特性三极管的温度特性较差。较差。较差。较差。第40页，共43页，编辑于2022年，星期一4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM5.5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC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。当集当集当集
50、当集射极之间的电压射极之间的电压U UCE 超过一定的数值时，三超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极基极开路时的击穿电压开路时的击穿电压U U(BR)CEO。6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过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。高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。P PC PCM CM=I IC U UCECE 硅硅管允许结温约