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1、第1章 半导体二极管及其基本应用1.1二极管的特性及主要参数1.1.1半导体的基本知识1.1.2二极管的结构与类型1.1.3二极管的伏安特性1.1.4 二极管的主要参数一、本征半导体与两种载流子一、本征半导体与两种载流子半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体本征半导体 纯净的单晶半导体。如硅、锗单晶体。纯净的单晶半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8
2、 18 4简化简化模型模型+4惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动1.1.1半导体的基本知识本征激发：本征激发：复复 合：合：自自由由电电子子和和空空穴穴在在运运动动中中相相遇遇重重新新结结合合成对消失的过程。成对消失的过程。漂漂 移：移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位中留下一个
3、空位(空穴空穴)的过程。的过程。两种载流子两种载流子电子电子(自由电子自由电子)空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子(在共价键以外在共价键以外)的运动的运动空穴空穴(在共价键以内在共价键以内)的运动的运动 结论结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。二、二、杂质杂质半导体半导体 掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体1、N 型型半导体半导体本征半导体中掺入五价元素后形成以
4、自由电子为多数本征半导体中掺入五价元素后形成以自由电子为多数载流子的杂质半导体（空穴为少数载流子）载流子的杂质半导体（空穴为少数载流子）2、P 型半导体型半导体本征半导体中掺入三价元素后形成以空穴为多数载流本征半导体中掺入三价元素后形成以空穴为多数载流子的杂质半导体（电子为少数载流子）子的杂质半导体（电子为少数载流子）三、三、PN 结及其单向导电性结及其单向导电性1、PN 结结载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散，扩散，复合使交界面复合使交界面形成形成空间电荷区空间电荷区(耗尽区耗尽区)，同时建立一内电场，同时建立一内电场 空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，阻止
5、扩散进行，阻止扩散进行，有利于有利于少子的漂移。少子的漂移。2、PN 结的单向导电性结的单向导电性a.外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置)P 区区N 区区内电场内电场+UR外电场外电场外外电场电场使使空间电荷区变窄。空间电荷区变窄。IF限流电阻限流电阻b.外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)P 区区N 区区 +UR内电场内电场外电场外电场外电场外电场使使空间电荷区空间电荷区变宽。变宽。IRPN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。1.1.2 二极管的结构与类
6、型一、结构与符号一、结构与符号正极负极构成PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底二、二极管的类型二、二极管的类型分类分类按材料分按材料分硅硅二极管、二极管、锗锗二极管二极管按结构分按结构分点接触点接触型、型、面接触面接触型、型、平平面型面型按功能按功能分分普通普通二极管二极管、特殊特殊二极管二极管1.1.
7、3 二极管的伏安特性二极管二极管的伏安特性方程的伏安特性方程反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300(27 C)：UT =26 mV一、一、二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)uD UthiD 急剧上升急剧上升0 uD Uth UD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性IS-U(BR)反反向向击击穿穿-U(BR)uD 0 iD=IS 0.
8、1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)uD-U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)1、正向特性、正向特性2、反向特性、反向特性3、反向、反向击穿击穿特性特性反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V，正，正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性4、硅、硅管与锗管特性比较：管与锗管特性比较：604020 0.02
9、0.040 0.4 0.82550iD/mAuD/VUthIsiD/mAuD/V0.20.4 25 50510150.010.020UthIs死区电压和导通电压死区电压和导通电压大，反向电流小，单大，反向电流小，单向导电性和温度稳定向导电性和温度稳定性好性好死区电压和导通电压死区电压和导通电压小，反向电流大，小，反向电流大，单向导电性和温度稳单向导电性和温度稳定性较差。定性较差。二、温度二、温度对二极管特性的影响对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 每升高每升高10，反向电流约增大一倍，反向电流约增大一倍T 升高升高，UD(on)以以(2
10、 2.5)mV/C 下降下降T 过过高高，PN结会消失结会消失iDuD-U(BR)I FURMOIF 最大整流电流最大整流电流(最大正向平均电流最大正向平均电流)1 1URM 最高反向工作电压最高反向工作电压，为，为 U(BR)/2 2 2IR 反向电流反向电流(越小单向导电性越好越小单向导电性越好)3 3 fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)4 41.1.4 二极管的主要参数影响工作频率的原因影响工作频率的原因 PN 结的电容效应结的电容效应 结论：结论：1.低频低频时，因结电容很小，对时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。结影响很小。高频高频时，因时
11、，因容抗容抗减小减小，使使结电容分流结电容分流，导致，导致单向单向 导电性变差。导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。第1章 半导体二极管及其基本应用1.2二极管的基本应用1.2.1二极管的大信号模型1.2.2二极管应用电路举例1.2.3二极管的直流电阻和交流电阻一、理想模型一、理想模型特性特性uDiD符号及符号及等效模型等效模型SS正偏导通，正偏导通，uD=0；反偏截止，；反偏截止，iD=0二、恒压降模型二、恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7 V(Si)0.2 V(Ge)UD(on)*三、折线近似模型三、折线近似模型uDiDUD(
12、on)UI斜率斜率1/rDrDUD(on)1.2.1 二极管的大信号模型UD(on)例例 1.2.1 硅硅二二极极管管，R=2 k，分分别别用用二二极极管管理理想想模模型型和和恒恒压降模型求出压降模型求出 VDD=2 V 和和 VDD=10 V 时时 IO 和和 UO 的值。的值。UOVDDIORUOVDDIOR 解解 VDD=2 V 理想理想IO=VDD/R=2/2 =1(mA)UO=VDD=2 V恒压降恒压降 UO=VDD UD(on)=2 0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10 V 理想理想IO=VDD/R=10/2=5(mA)恒压降恒压降 UO=1
13、0 0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)UOVDDIORVDD 大，大，采用理想模型采用理想模型VDD 小，小，采用恒压降模型采用恒压降模型例例1.2.2 试求电路中电流试求电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压和输出电压 UO 的值的值。解：解：假设二极管断开假设二极管断开UP=15 VUP UN二极管导通二极管导通等效为等效为 0.7 V 的恒压源的恒压源 UO=VDD1 UD(on)=15 0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA)I2=(UO VDD2)/R=(14.3 12)/1=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(m
14、A)VDD1VDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12VPN一一、低电压稳压电路、低电压稳压电路1.2.2 二极管应用电路举例二极管正向导通二极管正向导通UO=2UD(on)1.4V二二极极管管构构成成“门门”电电路路如如下下图图所所示示，V1、V2 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值，分析电路功能。的值，分析电路功能。UAUBUOR3 k 12 VVDDV1V2BAY输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBV1V20
15、 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V5 V正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止0 V5 V0 V反偏反偏截止截止正偏正偏导通导通0 V5 V5 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通5 V二、与门电路二、与门电路UA、UB 均均为为高高电电压压时时，Y端端输输出出为为高高电电压压，只只要要有有一一个个输输入入为为低低电电压压，则则输输出出为为低低电电压压，实实现现了了与与功能。功能。利用二极管的单向导电性将交流电变为直流电，称为整流。利用二极管的单向导电性将交流电变为直流电，称为整流。(按理想模型按理想模型)RLV1V2V3V4uiBAuOuiBAuOS1S2S3S4uiBAuOS1
16、S2S3S4Otui/V15OtuO/V15三、三、整流电路整流电路硅二极管构成的桥式整流电硅二极管构成的桥式整流电路如左图所示。路如左图所示。在在ui=15sin t(V)作用下输出作用下输出 uO 的波形。的波形。二二极极管管双双向向限限幅幅电电路路如如图图所所示示，已已知知ui=2 sin t(V)，分分析析二二极管的限幅作用。极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuOR0.7V ui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui 0.7 VV1 导通导通 V2 截止截止 uO=0.7
17、V思考题思考题:V1、V2 支支路路各各串串联联恒恒压压源源，输出波形如何输出波形如何？OtuO/V0.7Otui/V2 0.7四、四、限幅电路限幅电路小小 结结理想二极管理想二极管：正偏导通，电压降为零，相当于开关合上；正偏导通，电压降为零，相当于开关合上；反偏截止，电流为零，相当于开关断开。反偏截止，电流为零，相当于开关断开。恒压降模型恒压降模型：正偏电压正偏电压 UD(on)时导通，等效为恒压源时导通，等效为恒压源 UD(on)；否则截止，相当于二极管支路断开。否则截止，相当于二极管支路断开。一、直流电阻一、直流电阻VDDuDR1.2 V100 iD/mA500.30.6uD/V1.20
18、.9静态工作点静态工作点二极管直流电阻二极管直流电阻 RDiDQIDUD1.2.3二极管的直流电阻和交流电阻二、交流电阻二、交流电阻rd=UT/ID=26 mV/IDiD/mA500.30.6uD/V1.20.9QIDUD uD iD第1章 半导体二极管及其基本应用1.3特殊二极管及其基本应用1.3.1 稳压二极管稳压二极管1.3.2 发发光二极管与光电二极管光二极管与光电二极管1.3.3 变容二极管变容二极管1.3.1 稳压二极管一、稳压二极管一、稳压二极管的特性的特性与主要参数与主要参数符号符号iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性主要主要参数参数稳定
19、稳定电压电压 U UZ Z 流过流过规定电流时稳压规定电流时稳压管两端管两端的反向电压值。的反向电压值。稳定稳定电流电流 I IZ Z 工作电压等于工作电压等于U UZ Z是所对应的电流值；是所对应的电流值；越越大稳压效果越好大稳压效果越好，小于，小于 I Iminmin 时不稳压。时不稳压。最大最大工作电流工作电流 I IZMZM、最大、最大耗散功率耗散功率 P PZMZMP ZM=UZ IZM动态电阻动态电阻 r rZ Z=UZ/IZ几几 几十几十 ，rZ 越越小稳压效果越好小稳压效果越好。反向击穿反向击穿工作条件工作条件工作条件工作条件一般，一般，UZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0
20、(为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；4 V UZ 7 V，CTV 很小。很小。电压电压温度系数温度系数 CTV 二、稳压二极管的稳压电路二、稳压二极管的稳压电路IR=IDZ+ILUO=UI IR R当当 UI 波动时波动时(RL不变不变)当当 RL 变化时变化时(UI 不变不变)UIUORRLILIRIDZR为限流电阻，为限流电阻，RL为负载电阻为负载电阻反之亦然反之亦然反之亦然反之亦然稳压二极管稳压二极管的稳压电路实例的稳压电路实例UIUORRLILIRIDZ472CW107UI=1213.6VIL=056mAUO=9V电阻电阻R选用选用1W金属膜电阻金属膜电阻2CW10
21、7：UZ=8.59.5V，IZM=100mA，IZ=5mA例例 在在稳压电路实例稳压电路实例中：中：(1)当输入电压当输入电压UI(min)=12V,负载电流负载电流IL(max)=56mA,求求IDZ=?(2)当输入电压当输入电压UI=13.6V，负载电流，负载电流IL=0mA，求，求IDZ=?及及R所承受的功耗。所承受的功耗。解解：(1)(2)1.3.2 发光二极管与光电二极管一、发光二极管一、发光二极管 LED一般一般工作电流几到几十工作电流几到几十 mA，导通电压导通电压(1.7 3.5)V发光发光类型：类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示显示类型：类型：不可见光：不可见光：
22、红外光红外光点阵点阵 LED符号符号u/Vi /mAO2特性特性七段七段 LED普通普通 LED，应用电路应用电路基本电路基本电路交流驱动电路交流驱动电路脉冲信号驱动电路脉冲信号驱动电路正向偏置正向偏置工作条件工作条件工作条件工作条件二、光电二极管二、光电二极管1符号符号符号符号实物照片实物照片2.光电耦合器光电耦合器反反向偏置向偏置工作条件工作条件工作条件工作条件1.3.3 变容二极管利用利用PN结的电容特性制成的二极管称为变结的电容特性制成的二极管称为变容二极管，反偏时它的反向电阻很大，近似容二极管，反偏时它的反向电阻很大，近似开路，其容量随加于开路，其容量随加于PN结两端反向电压的结两端
23、反向电压的增加而减小。增加而减小。-uD/VC/pFOuD 符号符号特性特性第1章 半导体二极管及其基本应用1.4二极管的使用知识及技能训练1.4.1 二极管的使用知识二极管的使用知识1.4.2 二极管综合应用实例二极管综合应用实例1.4.1 二极管的使用知识一、一、二极管的命名方法二极管的命名方法第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分第五部分第五部分用数字用数字“2”表表示器件有示器件有两个电极两个电极用字母表用字母表示器件的示器件的材料和极材料和极性性用字母表用字母表示器件的示器件的类型类型用数字表用数字表示器件序示器件序号号用字母表用字母表示规格号示规格号A|N
24、型型锗锗材材料料B|P型型锗锗材材料料C|N型型硅硅材材料料D|P型型硅硅材材料料P普通管普通管K开关管开关管W稳压管稳压管Z整流管整流管U光电管光电管国产国产示例：示例：2CZ52B表示硅材表示硅材料整流二极管料整流二极管国外二极管型号示例国外二极管型号示例1N4001PN结的数结的数目（二极目（二极管为管为1个个PN结）结）EIA注册注册标志标志EIA（美（美国电子工国电子工业协会）业协会）登记顺序登记顺序号号二、二、二极管的选用与检测二极管的选用与检测2.二极管识别与检测二极管识别与检测1.二极管的选用（见教材二极管的选用（见教材P16）（1）正负极性的识别正负极性的识别（2）用模拟万用
25、表检测判断用模拟万用表检测判断在在 R 1 k 挡进行测量，挡进行测量，红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极，负极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极。正极。测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。一一般般硅硅管管正正向向电电阻阻为为几几千千欧，锗管正向电阻为几百欧。欧，锗管正向电阻为几百欧。正正反反向向电电阻阻相相差差不不大大为为劣劣质管。质管。正正反反向向电电阻阻都都是是无无穷穷大大或或零则二极管内部断路或短路。零则二极管内部断路或短路。1k 0 0 0(3)(3)用数字式万用表检测判断用数字式万用表检测判断红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极，正极，黑黑表笔是表笔是(表
26、内电源表内电源)负极。负极。2k20k200k2M20M200 在在 挡挡进进行行测测量量，当当 PN 结结完完好好且且正正偏偏时时，显显示示值值为为PN 结结两两端端的的正正向向压压降降(V)。反反偏偏时，显示时，显示 。1.4.2 二极管综合应用实例过流保护过流保护熔丝熔丝电源变压器电源变压器用以用以降压降压交流电源交流电源指示指示交流开关合上发红交流开关合上发红光光桥式桥式整流整流将交流电压变成脉动直流电压将交流电压变成脉动直流电压电容电容滤波滤波滤除交流滤除交流平滑输出平滑输出电压电压直流电压输出直流电压输出指示指示有直流电压输出发有直流电压输出发绿光绿光稳压电路稳压电路稳定输出稳定输
27、出电压电压一、电路组成与工作原理一、电路组成与工作原理交流输入电压 U1=220V（有效值）变压器二次侧电压 U2=10V（有效值）整流滤波输出电压平均值 UI=1.210=12V稳压电路直流输出电压 UO=5V桥式整流过程桥式整流过程（a)u2正半周，正半周，VD1、VD3导通，导通，VD2、VD4截止，截止，uI=u2（a)u2负半周，负半周，VD2、VD4导通，导通，VD1、VD3截止，截止，uI=-u2整流滤波输入、输出电压波形整流滤波输入、输出电压波形加滤波电容加滤波电容C未未加滤波电容加滤波电容C输出电压平均值输出电压平均值5 5二、使用注意问题二、使用注意问题合合上交流电源应注意
28、观察电路中有无异常现象上交流电源应注意观察电路中有无异常现象。整流整流电路中，二极管电路中，二极管正负极性不能接反正负极性不能接反。滤波滤波电容为电解电容，其电容为电解电容，其正极接高电位、负极接低电位正极接高电位、负极接低电位。变压器变压器应有较小的空载电流应有较小的空载电流。电源电源出现故障，要认真对待，内部检查时一定出现故障，要认真对待，内部检查时一定要要关关断断交流交流电源电源，严禁用手触摸电源进线部分的元器件，严禁用手触摸电源进线部分的元器件。1 12 23 34 4第2章 半导体三极管及其基本应用本章小结2.1晶体管的特性与参数晶体管的特性与参数2.2晶体管的基本应用晶体管的基本应
29、用2.3场效应管及其基本应用场效应管及其基本应用2.4 三极管的使用知识三极管的使用知识引言三极管具有三极管具有放大放大和和开关开关作用作用三极管分类三极管分类双极型半导体三极管，简称晶体管（双极型半导体三极管，简称晶体管（BJTBJT）（它有空穴和自由电子两种载流子参与导电）（它有空穴和自由电子两种载流子参与导电）单极型半导体三极管，简称场效应管（单极型半导体三极管，简称场效应管（FETFET）（它只有一种载流子参与导电）（它只有一种载流子参与导电）本章重点晶体管的放大原理、放大电路的组成、直流通路、交流通路及小信号等效电路。第2章 半导体三极管及其基本应用2.1晶体管的特性与参数2.1.1
30、 晶体管的工作原理晶体管的工作原理2.1.2 晶体管的伏安特性晶体管的伏安特性2.1.3 晶体管的主要参数晶体管的主要参数2.1.1 晶体管的工作原理一、结构与符号NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB分类分类按材料分按材料分硅管、锗管硅管、锗管按结构分 NPNNPN、PNPPNP按使用频率分按使用频率分低频管、高频管低频管、高频管按功率分按功率分小功率管 1 W二二、电流、电流放大原理放大原理1.晶体管放大的条件晶体管放大的条件内部
31、内部条件条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏输入输入回路回路输出输出回路回路RCVCCiBIERB+UBE+UCE VBBCEBiC+UCB+IEIBIC发发射射结结正正偏偏集集电电结结反反偏偏UCB0集电结反偏+-UBE0发射结正偏2.晶体管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：以小电流（IB）控制大电流（IC）的作用，称为晶体管的电流放大作用。晶体晶体管内部载流子的传输过程管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电
32、流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)知识知识拓展拓展集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)考虑到集电结反向饱和电流考虑到集电结反向饱和电流ICBO的
33、影响：的影响：IE=IC+IB穿透电流穿透电流2.1.2 晶体管的伏安特性一、输入一、输入特性曲线特性曲线输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEBiC+iBRB+uBE VBB+O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VVBB+RB二、输出特性曲线二、输出特性曲线iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A
34、10 AIB=0O 2 4 6 8 43213.截止截止区：区：IB 0 IC=ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏1.放大区：放大区：2.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管)UCE(sat)=0.1 V(锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区条件：发射结正偏 集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO三、三、PNP晶体管的伏安特性曲线晶体管的伏安特性曲线2.1.3 晶体管的主要参数一、电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuC
35、E /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 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一般为几十 几百Q二、极间反向饱和电流CB 极间反向饱和电流 ICBO，CE 极间反向饱和电流 ICEO。三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。2.PCM 集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。3.U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)
36、EBO(讨论讨论)已知已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO =20 V，当当 UCE=10 V 时，时，IC mA当当 UCE=1 V，则，则 IC mA当当 IC=2 mA，则，则 UCE iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高 1C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。O第2章 半导体三极管及其基本应用2.2晶体管的基本应用2.2.1 晶体管的直流电路晶体管的直流电路2.2.2 晶体管开关电路晶体管开关电路2.2.3 晶体管放大电路晶体管放大电路2.2.1 晶体管的直流电路一、工程近似分析法一、工程近似分析法+RBRC+uCE+uBE +V
37、CCVBB6 V6 ViBiC178 k 1 k =100二、图解分析法二、图解分析法+RBRC+uCE+uBE +VCCVBB6 V6 ViBiC输入直流负载线方程：输入直流负载线方程：uCE=VCC iC RCuBE=VBB iBRB输出直流负载线方程：输出直流负载线方程：输入回路图解输入回路图解QuBE/ViB/A静态工作点静态工作点VBBVBB/RB178 k UBEQIBQ0.730输出回路图解输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1 k Q33UCEQOiB=30 AICQ1、发射结反偏或零偏，截止。2、发射结正偏，导通。集电结反偏，放大导通，iB、iC;集电结正偏，
38、饱和导通，iB、iC近似不变。ICS 称集电极饱和电流IBS 称基极临界饱和电流UCES称饱和压降ICSUCESIBSiB IBS饱和导通;iB IBS放大导通。晶体管晶体管工作状态的判断方法工作状态的判断方法2.2.2 晶体管开关电路UI=UIH晶体管饱和，C、E间等效为开关闭合 UI=0V，晶体管截止，C、E间等效为开关断开例例2.2.3图（a）所示硅晶体管电路中，=50，输入电压为一方波，如图(b)所示，试画出输出电压波形。n uI=0 时，三极管发射结零偏截止，iC 0,故uO 5V。n 当uI=3.6V时，设三极管饱和，则 uO=UCES 0.3V 可见当uI=3.6V时，iBIBS
39、，三极管确实可靠饱和，因此uO 0.3V。uO 波形如图（c）所示。而实际基极电流 解：解：2.2.3 晶体管放大电路1.放大放大电路的组成电路的组成+iBiCRBVCCVBBRCC1ui+uCE+178KuBEC26V6V+uoVCC 集电极集电极直流电源直流电源 使集电结反偏使集电结反偏 隔直流、通交流隔直流、通交流RC 集电极直流负载集电极直流负载电阻电阻VBB 基极基极直流偏置电源，直流偏置电源，RB 基极偏置电阻基极偏置电阻 使发射结正偏，提供合适使发射结正偏，提供合适的基极的基极电流电流C1、C2 耦合电容耦合电容 将将 IC UC，使，使电流电流放大放大 电压放大电压放大一一、放
40、大、放大电路电路的工作的工作原理原理2.静态工作状态静态工作状态与直流通路与直流通路当放大器接通直流电源，而输入信号为零时，其工作状态称为当放大器接通直流电源，而输入信号为零时，其工作状态称为静态静态，这时电路中电压、电流只有直流量：这时电路中电压、电流只有直流量：UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQUBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ直流通路直流通路静态工作点静态工作点IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQUBEQ uBE Ot3.动态工作波形动态工作波形有输入信号时放大电路工作状态称有输入信号时放大电路工作状态称动态动态ui=UimsintuBE=UBEQ+Ui
41、msintiB=IBQ+IbmsintiC=ICQ+IcmsintuCE=UCEQ-IcmRcsintuo=-IcmRcsint=-Uomsint二、放大二、放大电路电路的图解分析的图解分析例例 2.2.4 硅管，硅管，ui=10 sin t(mV)，RB=178 k，RC=1 k，VCC=VBB=6 V，图解分析各电压、电流值。，图解分析各电压、电流值。解解 令令 ui=0，求静态电流，求静态电流 IBQuBE/ViB/AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ(交流负载线交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10 A20304050505Q6直流负载线直流负载线Q
42、 Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuceRL+iBiCRBVCCVBBRCC1ui+uCE+uBE 1.图解分析举例图解分析举例当当 ui=0 uBE=UBEQ iB=IBQ iC=ICQ uCE=UCEQ 当当 ui=Uim sin t ib=Ibmsin t ic=Icmsin t uce=Ucem sin t uo=uceiB =IBQ +Ibmsin tiC =ICQ +Icmsin tuCE=UCEQ Ucem sin t =UCEQ+Ucem sin(180 t)uBE/ViB/A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ(交流负载线交流负载线
43、)uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO2.放大电路的截止和饱和失真放大电路的截止和饱和失真因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管：顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管：底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件
44、：不发生截止失真的条件：IBQ Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管：管：顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件：IBQ+I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQ三、放大三、放大电路电路的小信号等效电路分析的小信号等效电路分析晶体管电路晶体管电路可当成双口可当成双
45、口网络来分析网络来分析1、晶体管晶体管 H 参数参数小信号电路模型小信号电路模型从输入端口看进去，相当于电阻从输入端口看进去，相当于电阻 rberbe Hie从输出端口看进去为一个从输出端口看进去为一个受受 ib 控制的电流源控制的电流源 ic=ib，Hfe+uce+ube ibicCBErbe Eibic ic+ube+uce BCrbb 晶体管基区体电阻晶体管基区体电阻例例 2.2.5 =100，uS =10sin t(mV)，求，求叠叠加在加在“Q”点上的各交流量。点上的各交流量。解解 令令 ui=0，求静态电流，求静态电流 IBQ 求求“Q”，计算，计算 rbeICQ=IBQ=2.4
46、mAUCEQ=12 2.4 2.7=5.5(V)2、晶体管放大电路的交流分析晶体管放大电路的交流分析 交流通路交流通路+uo+iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+RS+uCE+uBE ubeuce 小信号等效小信号等效+uo+RBRLRSrbe Eibic icBCusRC+ube 分析各极交流量分析各极交流量 分析各极总电量分析各极总电量uBE=(0.7+0.0072sin t)ViB=(24+5.5sin t)AiC=(2.4+0.55sin t)mAuCE=(5.5 0.85sin t)V第2章 半导体三极管及其基本应用2.3场效应管及其基本应用引言引言2.3.1 场效应管的结
47、构、符号及其工作原理场效应管的结构、符号及其工作原理2.3.2 场效应管的主要参数场效应管的主要参数2.3.3 场效应管的基本应用场效应管的基本应用引言场效应管场效应管 FET(Field Effect Transistor)类型：类型：结型结型 JFET(Junction Field Effect Transistor)金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管（简称半导体场效应管（简称MOSFET，即，即Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor)特点：特点：1.单极型器件单极型器件(一种载流子导电一种载流子导电)3.工艺简单、
48、易集成、功耗小、体积小、成本低工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低2.输入电阻高输入电阻高(107 1015 ，MOS 可高达可高达 1015 )2.3.1 场效应管的结构、符号及其工作原理一、一、N 沟道增强型沟道增强型MOSFET1.结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗尽层耗尽层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate
49、 D 漏极漏极 DrainSGDB2.工作原理工作原理反型反型层层(沟道沟道)场效应管通过控制输入电压场效应管通过控制输入电压UGS，可，可以控制输出电流以控制输出电流ID的有无或大小，具的有无或大小，具有压控电流作用。有压控电流作用。当当 UGS=0，DS 间为两个背对背的间为两个背对背的 PN 结结；当当 0 UGS UGS(th)时：时：uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值（2）输出特性输出特性可变电阻可变电阻区区uDS 107 MOSFET：RGS=109 1015IDSSuGS/ViD/mAO4.低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，
50、单位单位 S(西门子西门子)。一般为几。一般为几毫西毫西(mS)uGS/ViD/mAQPDM=uDS iD，受温度限制。，受温度限制。5.漏源动态电阻漏源动态电阻 rds6.最大漏极功耗最大漏极功耗 PDMO2.3.3 场效应管的基本应用一一、放大电路的工作原理、放大电路的工作原理1.电路组成电路组成+iDRGVDDVGGRDC1ui+uDS+uGSC2+uoGDS共源放大电路共源放大电路VGG 栅极直流电源栅极直流电源RG 栅极电阻栅极电阻VDD 漏极直流电源漏极直流电源RD 漏极直流负载电阻漏极直流负载电阻C1 C2 隔直耦合电容隔直耦合电容+RDGDSRGIDQVGGVDD+uGS/Vi