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1、电工基础-晶体管基础第1页，本讲稿共32页7-1.半导体的导电特性半导体的导电特性7-2.半导体二极管半导体二极管7-3.稳压管稳压管7-4.半导体三极管半导体三极管第2页，本讲稿共32页导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般，金属一般都是导体。都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为称为半导体半导体
2、，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。氧化物等。7-1.半导体的导电特性半导体的导电特性第3页，本讲稿共32页完全纯净、具有晶体结构的半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体一、本征半导体最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素四价元素，每个原子最外层电子数为 4。+SiGe第4页，本讲稿共32页 掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主
3、要导电方式，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）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导形成杂质半导形成杂质半导形成杂质半导体。体。体。体。在在在在N N 型半导体中型半导
4、体中型半导体中型半导体中自由电子是多自由电子是多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。数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。二.N型半导体和P型半导体第5页，本讲稿共32页三、PN结的形成PN空间电荷区空间电荷区P区区N区区多数载流子将扩散扩散形成耗尽层；耗尽层；耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成空间电荷区；空间电荷区；（内电场）一块晶片的两边分别为P型半导体和N型半导体。内电场内电场阻碍了多子的继续扩散。第6页，本讲稿共32页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
5、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。扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。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
6、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一、PN结的形成第7页，本讲稿共32页 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 内电场被削内电场被削内电场被削内电场被削弱，多子的弱，多子的弱，多子的弱，多子的扩散加强，扩散加强，扩散加强，扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。PN 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
7、窄，正向电流较大，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，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。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+第8页，本讲稿共32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 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+第9页，本讲稿共32页1.1.点接触型点接触型点接触型点接触型2.2.面接触型面接触型面接触型面接触型结面积小、结电容小、结面积小、结电
8、容小、结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、正向电流小。用于检正向电流小。用于检正向电流小。用于检正向电流小。用于检波和变频等高频电路。波和变频等高频电路。波和变频等高频电路。波和变频等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。3.3.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。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
9、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。7-2.半导体二极管半导体二极管一一、二极管的结构和分类二极管的电路符号：二极管的电路符号：PN第10页，本讲稿共32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 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线外壳外壳 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 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
10、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 符号符号D第11页，本讲稿共32页二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0.1V0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。二极管才能导通。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
11、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：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。第12页，本讲稿共32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、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正
12、向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负接负接负接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电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。阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。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，
13、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。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，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温
14、度愈高反向电流愈大。流愈大。流愈大。流愈大。第13页，本讲稿共32页 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，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3V 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的高低或所加电压的高低或所加电
15、压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 VV阴阴阴阴或或或或 U UD D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若若 V V阳阳阳阳 V0 时时:u20 时时D1,D4导通导通D2,D3截止截止电流通路电流通路:a D1RLD4bu20 时时D2,D3导通导通D1,D4截止截止电流通路电流通路:b D2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1D4RLuoab整流输出电压平均值：整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值负载电
16、流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 二极管平均电流：二极管平均电流：ID=Io/2二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo第21页，本讲稿共32页集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uo+-+第22页，本讲稿共32页 7-3.稳压管稳压管稳压管是一种特殊的面接触型二极管。它稳压管是一种特殊的面接触型二极管。它在电路中常用作稳定电压的作用，故称为在电路中常用作稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管。一、稳压管的图形符号：一、稳压管的图形符号：二、稳压管的伏安特性：二、稳压管的伏安特性：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-
17、20-1030-12反向正向稳压管的伏安特性曲线与普通二极管类似，只是反向曲线更陡一些。伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性第23页，本讲稿共32页UZIZIZM UZ IZ 稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时加反向电压加反向电压加反向电压加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端流变化很大，但其两端流变化很大，但其两端流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此电压变化很小，利用此电压变化很小，利用此电压变化很小，利用此特性，稳压
18、管在电路中特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中可起稳压作用。可起稳压作用。可起稳压作用。可起稳压作用。_+UIO符号符号符号符号 伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性第24页，本讲稿共32页三、三、三、三、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 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)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。2.2.2.2.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
19、每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。3.3.3.3.动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻4.4.4.4.稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z、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 IZMZM5.5.5.5.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 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMr rZ Z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，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。第25页，本讲稿共32页四、光电二极管四、光电
20、二极管四、光电二极管四、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。I IU U 照度增加照度增加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，它的电特性与发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与发光管可
21、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，电流为几一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几 几十几十几十几十mAmA。光电二极管光电二极管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，本讲稿共32页半导体三极管半导体三极管又叫晶体三极管，通常简称为三极管又叫晶体三极管，通常简称为三极管或晶体管。它是放大电路最基本的元件之一。或晶体管。它是放大电路最基本的元件之一。7.47.4半导体三极管半导体三极管一一.三极管结构示意图及符号三极
22、管结构示意图及符号1.NPN型型集电结集电结发射结发射结发射区发射区基区基区集电区集电区发射极发射极基极基极集电极集电极结构示意图结构示意图符号符号第27页，本讲稿共32页2.PNP型型集电结集电结发射结发射结发射区发射区基区基区集电区集电区发射极发射极基极基极集电极集电极结构示意图结构示意图符号符号第28页，本讲稿共32页电流分配和放大原理电流分配和放大原理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、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNPPNP
23、发射结正偏发射结正偏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集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 第29页，本讲稿共32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 1、温度每增加、温度每增加、温度每增加、温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优于锗管。增大一倍。硅管优于锗管。增大一倍。硅管优于锗管。增大一倍。硅管优于锗管。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 C，U UBEBE将
24、减小将减小将减小将减小 (2(2 2.5)mV2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3 3、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，增加增加增加增加 0.5%1.0%0.5%1.0%。截止截止放大放大饱和饱和发射结发射结反偏反偏正偏正偏正偏正偏集电结集电结反偏反偏反偏反偏正偏正偏各态偏置情况各态偏置情况第30页，本讲稿共32页例题例题：设三极管处于放大状态，测得各脚对地的电位如下图，试判断设三极管处于放大状态，测得各脚对地的电位如下图，试判断管型（管型（NPN或或PNP）、材料（硅或锗），并确定）、
25、材料（硅或锗），并确定B、E、C极。极。序号U1U2U3管型材料 E B CA00.3-5B822.7C-25-2.3D-10-2.3-3第31页，本讲稿共32页判断方法判断方法：(1)在三个电极电压中判断有无电压差为在三个电极电压中判断有无电压差为0.2-0.3V或或0.6-0.7V，从而确定材料和，从而确定材料和C极；极；（2）如）如C极电压最高，则为极电压最高，则为NPN，最低则为最低则为PNP。（3）确定）确定B、E极。极。序号U1U2U3管型材料 E B CA00.3-5B822.7C-25-2.3D-10-2.3-3PNP锗U2U1U3NPN硅U2U3U1NPN锗U3U1U2PNP硅U2U3U1已知放大已知放大状态状态第32页，本讲稿共32页