第14章半导体器件1精选文档.ppt

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1、第14章半导体器件1本讲稿第一页，共六十四页 课课 程程 简简 介介一、电子技术组成电子技术组成1.1.模拟电子技术模拟电子技术：u半导体器件：二极管半导体器件：二极管D D，三极管（晶体管），三极管（晶体管）,场效应管场效应管 u分立元件电路：共射极、共基极、共集电极放大电路，差放，分立元件电路：共射极、共基极、共集电极放大电路，差放，功放功放u集成电路：集成运放，集成功放集成电路：集成运放，集成功放u信号：产生，放大，反馈，运算，比较信号：产生，放大，反馈，运算，比较2.2.数字电子技术：数字电子技术：u组合逻辑电路：分析，设计，门电路是基本单元组合逻辑电路：分析，设计，门电路是基本单元u

2、时序逻辑电路：分析，设计，触发器是基本单元时序逻辑电路：分析，设计，触发器是基本单元本讲稿第二页，共六十四页二、二、学习方法：学习方法：1.1.理解理论知识理解理论知识2.2.重视实践重视实践:做好作业、实验做好作业、实验三、三、考核考核1.1.考试成绩：考试成绩：80%80%2.2.平时成绩：平时成绩：20%20%理论联系实际理论联系实际本讲稿第三页，共六十四页第第14章章 半导体器件半导体器件14.3 二极管二极管14.4 稳压二极管稳压二极管14.5 双极型晶体管双极型晶体管14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性14.6 光电器件光电器件

3、本讲稿第四页，共六十四页一、掌握一、掌握一、掌握一、掌握PNPN结的单向导电性，结的单向导电性，结的单向导电性，结的单向导电性，理解晶体管的电流分配和理解晶体管的电流分配和理解晶体管的电流分配和理解晶体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、工作二、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；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、稳压管的电路。三、会分析含有二极管、稳压管的电路。四、掌握晶体管的特性曲线。四、掌握晶体管的特性曲线。四、掌握晶体管的特性曲线。四、掌握晶体管

4、的特性曲线。本本 章章 要要 求求本讲稿第五页，共六十四页导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金 属一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡 皮、陶瓷、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，称为半导体半导体，常用的半导体材料 有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。本讲稿第六页，共六十四页半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

5、同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性本讲稿第七页，共六十四页14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeGeSiSi 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子

6、）都是四个。层电子（价电子）都是四个。锗锗和硅的原子结构和硅的原子结构本讲稿第八页，共六十四页通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。晶体。硅硅和和锗锗是是四四价价元元素素，在在原原子子最最外外层层轨轨道道上上的的四四个个电电子子称称为为价价电电子子。它它们们分分别别与与周周围围的的四四个个原原子子的的价价电电子子形形成成共共价价键键。共共价价键键中中的的价价电电子子为为这这些些原原子子所所共共有有，并并为为它它们们所所束束缚缚，在在空空间间形形成成排排列列有有序序的的晶晶体体。这这种种结结构的立体和平面示意图如下。构的立体和平面示意图如下。+4+4+4+

7、4+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子(a)硅晶体的空间排列（b）硅单晶中的共价键结构共价键共用电子对本讲稿第九页，共六十四页 形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。列，形成晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”。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（化学成分纯净化学成分纯净）+4+4+4+4+

8、4+4+4+4本讲稿第十页，共六十四页二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理1.1.自由电子和空穴自由电子和空穴 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子自由电子。这一现象称为本征激发，也称热激发。+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴空穴。本本 征征 激激 发发 演演 示示本讲稿第十一页，共六十四页2.2.本征半导体的导电机理

9、本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在其它力的作用下，空在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴动，因此可以认为空穴是载流子。是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。本讲稿第十二页，共六十四页温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半导体的导电温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因能力越强

10、，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成：（1 1）自由电子移动产生的电流。）自由电子移动产生的电流。（2 2）空穴移动产生的电流。）空穴移动产生的电流。在本征半导体中在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合同时又不断的复合本讲稿第十三页，共六十四页14.1.2 14.1.2 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导在本征半

11、导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。种载流子浓度大大增加。1 1 N型半导体2 2 P型半导体本讲稿第十四页，共六十四页1 1、N N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚

12、，很容易被激发而成为自由电子，这样磷个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。原子就成了不能移动的带正电的离子。+4+4+4+4+5+5+4+4多余电子磷原子本讲稿第十五页，共六十四页+4+4+4+4+5+5+4+4多余电子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？(1)(1)由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。(2)(2)本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。在在N N型半导体中自由电子是多数载流子型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原它主要由杂

13、质原子提供；空穴是少数载流子子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。本讲稿第十六页，共六十四页2 2、P P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价半导体原子形成共价键时，产生一个空位。这个空位可能吸引束键时，产生一个空位。这个空位可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。同时在相邻原子

14、中出现一个带负电的离子。同时在相邻原子中出现一个空穴。空穴。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴硼原子P P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。少数载流子，由热激发形成。本讲稿第十七页，共六十四页3.3.杂质半导体的符号杂质半导体的符号N型半导体型半导体P型半导体型半导体+多子电子少子空穴多子空穴少子电子少子浓度少子浓度与温度有关，与掺杂无关与温度有关，与掺杂无关多子浓度多子浓度与温度无关，与掺杂有关与温度无关，与掺杂有关本讲稿第十八页，共六十四页总总 结结2.N2.N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺

15、杂提供型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，的电子，N N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。3.3.P P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.1.本征半导体中受激发产生的电子很少。本征半导体中受激发产生的电子很少。本讲稿第十九页，共六十四页 如图所示：如图所示：在一块本征半导体在两侧通过扩在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质散不同的杂质,分别形成分别形成P

16、型半导体和型半导体和N 型半导型半导体。此时将在体。此时将在P型半导体和型半导体和N 型半导体的结合面型半导体的结合面上形成如下物理过程上形成如下物理过程:1 1、PN PN 结的形成结的形成空间电荷区（PN结）结）PN内电场耗尽层两侧载流子存在浓度差两侧载流子存在浓度差多子扩散运动多子扩散运动空穴：空穴：PN；电子；电子NP空穴和电子产生复合空穴和电子产生复合杂质离子不移动形成空间电荷区杂质离子不移动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促进少子漂移运动促进少子漂移运动阻止多子扩散运动阻止多子扩散运动多子的扩散和多子的扩散和少子的漂移达少子的漂移达到动态平衡到动态平衡形成形成

17、PN结结PNPN结的形成过程动画演示结的形成过程动画演示扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动14.2 14.2 PN 结及其单向导电性结及其单向导电性本讲稿第二十页，共六十四页(1)加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F正向电流正向电流2 2、PN结的单向导电性结的单向导电性外电场方向本讲稿第二十一页，共六十四页(2)(2)加反向电压加反向电压电源正极接电

18、源正极接N N区，负极接区，负极接P P区区 外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R RP PN N 在一定的温度下，由本征激发产生在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故的少子浓度是一定的，故I IR R基本上与外基本上与外加反压的大小无关加反压的大小无关，所以称为所以称为反向饱和电反向饱和电流流。但。但I IR R与温度有关与温度有关。外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场方向PN结结单向导电性动画单向导电性动画本讲稿第二十二页，共六十四页 PN PN结加

19、正向电压时，具有较大的正向扩结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，散电流，呈现低电阻，PN PN结导通；结导通；PNPN结加反向电压时，具有很小的反向漂移结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，电流，呈现高电阻，PN PN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。本讲稿第二十三页，共六十四页14.3 二极管14.3.1 14.3.1 基本结构基本结构结构：结构：二极管二极管(Diode)PN PN结结 管壳管壳 引线引线符号：符号：分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接

20、触型面接触型面接触型平面型平面型阳极（正极）阳极（正极）阴极（负极）阴极（负极）本讲稿第二十四页，共六十四页二极管常见的几种结构二极管常见的几种结构1.1.点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，不能承受高的反向电压和大的电流，往往用来作小电流整流、高频检波和及开关作用。本讲稿第二十五页，共六十四页2.面接触型二极管面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。本讲稿第二十六页，共六十四页3.3.平面型二极管平面型二极管用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。本讲稿第二十七页，共六十四页常见的半导体二极管常见的半导体二极管本讲稿第二十八页，共六

21、十四页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：代表器件的类型，代表器件的类型，P P为普通管，为普通管，Z Z为整流管，为整流管，K K为开关管。为开关管。2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。本讲稿第二十九页，共六十四页14.3.2 14.3.2 伏安特性伏安特性1.正向特性正向特性实验曲线实验曲线uEiVmA2.反向特性反向特性uE

22、iVuA硅：硅：0.5 V锗：锗：0.1 V导通压降导通压降开启开启电压电压击穿电压击穿电压UBR锗锗硅：硅：0.7 V锗：锗：0.3V反向饱和电流反向饱和电流二极管的特性对温度很敏感，环境温度升高时，二极管正向特性曲线左移，反向特二极管的特性对温度很敏感，环境温度升高时，二极管正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。性曲线下移。本讲稿第三十页，共六十四页14.3.3 14.3.3 主要参数主要参数1.1.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流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。3.3.反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的

23、电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URWM一般一般是是UBR 的一半。的一半。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。为保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。为U(BR)/2 4.4.反向电流反向电流 IRM 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子指二极管加反向峰值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，因此反向电流越小越好。的单向导电

24、性差，因此反向电流越小越好。本讲稿第三十一页，共六十四页 例例:图中电路，输入端图中电路，输入端A的电位的电位VA=+3V，B的电位的电位VB=0V，求输出端，求输出端Y的电位的电位VY。电阻。电阻R接负电源接负电源-12V。VY=+2.7V解：解：DA优先导通，优先导通，DA导通后，导通后，DB上加的是反向电压，因而上加的是反向电压，因而截止。截止。DA起钳位作用，起钳位作用，DB起起隔离作用。隔离作用。二极管的应用例二极管的应用例1 1：-12VVAVB+3V0VDBDAVY 判断二极管导通还是截止的原则：先将二极管断开，然后观判断二极管导通还是截止的原则：先将二极管断开，然后观察或计算二

25、极管正、负两极间是正向电压还是反向电压，若正向察或计算二极管正、负两极间是正向电压还是反向电压，若正向则导通，否则截止。则导通，否则截止。本讲稿第三十二页，共六十四页例例：二极管构成的限幅电路如图所示二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，(1)若若 ui为为4 4V的直流信号，试计算电路的电流的直流信号，试计算电路的电流I和输出电压和输出电压uo,(2)如如果果ui为为幅幅度度为为4V的的交交流流三三角角波波，波波形形如如图图（b）所所示示，试试分分析析电路并画出相应的输出电压波形。电路并画出相应的输出电压波形。解解：（1）当）当ui=4v时，二极管导通时，二极管导通二极管的应

26、用例二极管的应用例2 2：+-+UREFIuiRuo本讲稿第三十三页，共六十四页0-4V4Vuit2V2Vuot（2）解：解：当当ui 2v时，二极管导通；时，二极管导通；uo=ui；uo=UREF=2v.+-+UREFIuiRuo本讲稿第三十四页，共六十四页14.4 稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。UZ动态电阻：动态电阻：r rz z越小，越小，稳压稳压性能越好。性能越好。正向同二极管符号：符号：工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿 稳压管工作于反向击稳压管工作于反向击穿区。稳压管击穿时，电穿区。稳压管击穿时，电流虽然在很大范围内变化，流虽然在很大范围内

27、变化，但稳压管两端的电压变化但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作压管在电路中能起稳压作用。用。本讲稿第三十五页，共六十四页（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1 1）稳定电压）稳定电压 UZ（2 2）电压温度系数）电压温度系数 U（%/%/）稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻本讲稿第三十六页，共六十四页稳压二极管的应用例稳压二极管

28、的应用例3：稳压管的技术参数稳压管的技术参数:负载电阻负载电阻RL600，求限流求限流电阻电阻R取值范围。取值范围。解：由电路可得解：由电路可得+UZ-IZDZRILIR+Ui=15V-RL本讲稿第三十七页，共六十四页半导体三极管又称半导体三极管又称晶体三极管晶体三极管，简称，简称晶体管晶体管或或三极管三极管。在三。在三极管内，有两种载流子：电子与空穴，它们同时参与导电，故晶极管内，有两种载流子：电子与空穴，它们同时参与导电，故晶体三极管又称为体三极管又称为双极型三极管双极型三极管，简记为，简记为BJT（英文（英文Bipo1ar Junction Transistor的缩写）。它的基本功能是具

29、有电流放大作用。的缩写）。它的基本功能是具有电流放大作用。三极管属于三极管属于电流控制型器件。电流控制型器件。14.5 双极型晶体管本讲稿第三十八页，共六十四页14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构N NN NP P集电极集电极C基极基极B发射极发射极ENPN注：符号中箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向。注：符号中箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向。基区，电极称为基极 B（Base）发射区，电极称为发射极 E（Emitter）集电区，电极称为集电极 C（Collector）集 电 结J c发 射 结J e符号符号:BCEP PP PN N集电极集电极C基极基极B发射极发射

30、极EPNPBCE符号：符号：本讲稿第三十九页，共六十四页三极管结构特点：三极管结构特点：为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺过程中，必为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺过程中，必须作到：须作到：1.1.使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；以上三条实际上是三极管放大作用的内部条件。以上三条实际上是三极管放大作用的内部条件。2.2.使基区掺杂浓度最小，且基区最薄，以有效地传输载流使基区掺杂浓度最小，且基区最薄，以有效地传输载流子；子；3.3.使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以有效使集电区面积最大，

31、且掺杂浓度小于发射区，以有效地收集载流子。地收集载流子。本讲稿第四十页，共六十四页 一、一个实验一、一个实验14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理共射极放大电路共射极放大电路RBICIBECEBIEBCEVmAmAA+UBE_V+UCE_本讲稿第四十一页，共六十四页IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA 0.0010.701.502.303.103.95IE/mA0.0010.721.542.363.184.05晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据结论结论:1.IE=IC+IB3.当当IB=0（将基极开路）时，（将基极开路）时，IC=ICEO，

32、ICEO 0二二.电流放大原理电流放大原理共发射极接法共发射极接法C区区B区区E区区+UCE UBEUCBNNPEBECRBRCEBC本讲稿第四十三页，共六十四页 1 发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子；因为发射结正偏，所以发射区向基区注因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子入电子，形成了扩散电流，形成了扩散电流IEN。同时从基区。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。但其数量小，可忽略。所以发射极电流所以发射极电流I E=I EN+IEP I EN。BJTBJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程RC

33、ECRBEBNNPEBC 2 电子在基区中扩散与复合电子在基区中扩散与复合；发发射射区区的的电电子子注注入入基基区区后后，由由于于浓浓度度的的差差别别，将将向向集集电电结结继继续续扩扩散散，少少部部分分遇遇到到空空穴穴复复合合掉掉，复复合合掉掉的的空空穴穴由由电电源源 EB提提供供，形形成成 IBE,所所以以基基极极电电 流流I B I BE。大大部部分分到到达达了了集集电电区区的的边边缘缘。本讲稿第四十四页，共六十四页RCECRBEBNNPEBC 3 集电区收集扩散过来的电子。集电区收集扩散过来的电子。因为集电结反偏，收集扩散到因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，集电区边缘的电子，形

34、成电流形成电流ICE 。另外，集电结区的少子形成漂移另外，集电结区的少子形成漂移电流电流ICBO。ICBO对放大没有贡献，而且受温度影响很大，容易使管子工作不稳定，所以在制造过程中要尽量设法减少ICBOBICEICI本讲稿第四十五页，共六十四页ICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数 实验表明实验表明IC比比IB大数十至数百倍，因而大数十至数百倍，因而IB虽然很小，但虽然很小，但对对IC有控制作用，有控制作用，IC随随IB的改变而改变，即基极电流较小的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电

35、极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。流放大作用。三极管载流子三极管载流子动画演示动画演示本讲稿第四十六页，共六十四页14.5.3 特性曲线特性曲线 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 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：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲

36、线：1 1 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）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）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的 电路电路电路电路本讲稿第四十七页，共六十四页1.输入特性输入特性 描述了在管压降描述了在管压降UCE一定一定的情况下，基极电流的情况下，基极电流 IB与发与发射结压降射结压降 UBE之间的函数关之间的函数关系，即系，即测量三极管特性的实验电路测量三极管特性的实验电路ICIBRBEB RCVV

37、A mA+UCE-EC+UBE -本讲稿第四十八页，共六十四页1.输入特性输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅 管UB E0.60.7V,锗 管UBE0.20.3V。死区电压，硅 管 0.5V，锗 管 0.1V。（1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，合减少，在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些

38、。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。UCE 1VUCE=0VUCE=0.5V本讲稿第四十九页，共六十四页2、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。本讲稿第五十页，共六十四页2、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中UCEUBE,集 电 结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。本讲稿第五十一页，共六十四页2、输出特性输出特性IC(mA )1234

39、UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中:IB=0，IC=IC E O,UBEIC，UCE 0.3V (3)(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 注：注：放大电路中三极管工作区域可通过放大电路中三极管工作区域可通过三个电极的电位来判断。三个电极的电位来判断。本讲稿第五十三页，共六十四页例：测量三极管三个电极对地电位如图 所示，试判断三极管的工作状态。图 三极管工作状态判断 放大放大截止截止饱和饱和本讲稿第五十四页，共六十四页14.5.4 主要参数主要参数 前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射前

40、面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。接法，相应地还有共基、共集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：1.电流放大倍数电流放大倍数 和和 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

41、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。依据。依据。依据。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。之间。之间。和和和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。本讲稿

42、第五十五页，共六十四页例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。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：=本讲稿第五十六页，共六十四页2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是发 射 极 开路时，集电结反偏，由少子的漂移形成的反向电流，它实际上就是 一 个 PN结 的反向电流。易 受温度变化的影响。锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级，硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。本讲稿第五十七页，共六十四页3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO=I

43、CBO+ICBO=(1+)ICBO BECNNP集 电 结 反偏有IC B OICEO受受温温度度影影响响很很大大，当当温温度度上上升升时时，ICEO增增加加很很快快，所所以以IC也也相相应应增增加加。三三极极管管的的温温度度特特性性较较差差。由于发射结正偏，发射区电子向基区扩散。ICBOIB=0本讲稿第五十八页，共六十四页4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC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 值下降到值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极

44、之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击基极开路时的击穿电压穿电压U(BR)CEO。本讲稿第五十九页，共六十四页6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三流过三极管，所发出的功率极管，所发出的功率为：为：PC=ICUCE 必定导致结温上升，所以必定导致结温上升，所以PC有限制。有限制。PC PCMICUCEICUC E=PC MICMU(BR)CEO安全工作区本讲稿第六十页，共六十四页14.6.1 发光二极管发光二极管 LED有正向电流

45、流过时，发出一定波长范围的光，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，它的电特性与一般二极管类似。的电特性与一般二极管类似。应用：半导体光源。应用：半导体光源。14.6.2 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。应用：光电检测。应用：光电检测。符号符号符号符号 14.6 光电器件14.6.3 14.6.3 光电晶体管光电晶体管本讲稿第六十一页，共六十四页14.6.3 14.6.3 光电晶体管光电晶体管符号符号 外形外形光电晶体管是根据光照的强度来控制集电极电流的大

46、小。光电晶体管是根据光照的强度来控制集电极电流的大小。本讲稿第六十二页，共六十四页1 1半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带带正正电电。在在纯纯净净半半导导体体中中掺掺入入不不同同的的杂杂质质，可以得到可以得到N N型半导体和型半导体和P P型半导体。型半导体。本章小结本章小结2 2采采用用一一定定的的工工艺艺措措施施，使使P P型型和和N N型型半半导导体体结结合合在在一起，就形成了一起，就形成了PNPN结。结。PNPN结的基本特点是单向导电性。结的基本特点是单向导电性。3 3 二二极极管管是是由由一一个个PNPN结结构构成成的的。其其特特性性可可以以用用伏伏安安特特性性和一系列参数来描述。和一系列参数来描述。本讲稿第六十三页，共六十四页4.4.三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。型晶体管。5.5.是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就可以控是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。制集电极电流。6.6.特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。7.7.有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。本讲稿第六十四页，共六十四页