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1、2023/3/11电工电子技术基础第五章第五章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管 主要内容：主要内容：半导体基础知识半导体基础知识 二极管及其应用二极管及其应用 三极管及其应用三极管及其应用 2023/3/11电工电子技术基础5-1 5-1 半导体基础知识半导体基础知识GeSi一、半导体导电特性一、半导体导电特性 导电介于导体与绝缘体间，如硅、锗、硒及大多数导电介于导体与绝缘体间，如硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物金属氧化物和硫化物 如钴、锰、镍导电性受温度影响大作热敏电阻如钴、锰、镍导电性受温度影响大作热敏电阻 镉、铅的硫化物与碘化物受光照影响大作光敏电阻镉、铅的硫化物与碘化物受
2、光照影响大作光敏电阻1、本征半导体、本征半导体硅与锗原子结构硅与锗原子结构本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体完全纯净的、结构完整的半导体晶体2023/3/11电工电子技术基础硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对SiSiSiSi2023/3/11电工电子技术基础+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。体的导电能力很弱。2023/3/11电工电子技术基础 2 2、杂质半导体、杂质半导体SiSiB-SiSiSiP+SiP 型型N 型
3、型硅或锗中掺棚等三价元素硅或锗中掺棚等三价元素硅或棚中掺磷等五价元素硅或棚中掺磷等五价元素2023/3/11电工电子技术基础多子少子多子少子3、PN结结2023/3/11电工电子技术基础正向偏置2023/3/11电工电子技术基础反向偏置2023/3/11电工电子技术基础5-2 二极管及其应用二极管及其应用一、二极管一、二极管1、基本结构、基本结构 将将PN结加相应电极引线和管壳，为半导体二极管，分结加相应电极引线和管壳，为半导体二极管，分 点接触型点接触型：（锗管）：（锗管）PN结小，通电电流小，作开关元件结小，通电电流小，作开关元件 面接触型：（硅管）面接触型：（硅管）PN结大，通电电流大，
4、用于整流结大，通电电流大，用于整流引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片PN结结点接触型点接触型面接触型面接触型2023/3/11电工电子技术基础二极管符号：二极管符号：PNVD2、伏安特性、伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR2023/3/11电工电子技术基础3、主要参数、主要参数（1）最大平均整流电流）最大平均整流电流IF 指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流 一般几十至几百毫安一般几十至几百毫安（2）最高反向工
5、作电压）最高反向工作电压 URM 确保二极管不被反向击穿的一个参数。一般为几十确保二极管不被反向击穿的一个参数。一般为几十至几百伏至几百伏（3）极间电容）极间电容 CP 指二极管两极之间电容的总称。一般在数皮法以下指二极管两极之间电容的总称。一般在数皮法以下（4）最高工作频率）最高工作频率fM 极间电容频率效应不能忽略时的工作频率极间电容频率效应不能忽略时的工作频率 2023/3/11电工电子技术基础例例1：如图所示，求：如图所示，求VY，设二极管的正向压降设二极管的正向压降0.3VVAVB VDA先导通先导通VY=2.7V当当VDA导通后导通后VDB上是反向上是反向电压截止电压截止VDA起钳
6、位作用，起钳位作用，Y端电位钳在端电位钳在+2.7V VDB起隔离作用，将输入起隔离作用，将输入B与输出与输出Y隔离隔离2023/3/11电工电子技术基础二、特殊二极管二、特殊二极管1、稳压管、稳压管符号符号VZUIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。UZ（1）符号及特性曲线）符号及特性曲线2023/3/11电工电子技术基础（2）主要参数）主要参数A、稳定电压稳定电压 UZ：稳压管反向击穿后的稳定工作电压稳压管反向击穿后的稳定工作电压B、电压温度系数电压温度系数u：稳压值受温度变化影响系数稳压值受温度变化影响系数 低于低于6V稳压管，为稳压管，
7、为u负负 高于高于6V稳压管，为稳压管，为u正正C、动态电阻动态电阻rz:稳压管两端电压的变化量与相应电流稳压管两端电压的变化量与相应电流变化量比值变化量比值 rZ=UZ/IZ 反向伏安特性越陡，动态电阻越小，稳压管越好反向伏安特性越陡，动态电阻越小，稳压管越好D D、稳定电流稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时的工作电流工作电压等于稳定电压时的工作电流E、最大耗散功率最大耗散功率PM：管子不致于产生热击穿时的功管子不致于产生热击穿时的功率损耗。率损耗。2023/3/11电工电子技术基础2、发光二极管、发光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。IU照度增加照度增
8、加例例2：如图，求：如图，求IZIZ=（20-12）/1600=5mAIZIZM 电阻值合适电阻值合适2023/3/11电工电子技术基础三、主要应用三、主要应用主要应用于整流、滤波及稳压主要应用于整流、滤波及稳压二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流RLuiuouiuott2023/3/11电工电子技术基础二极管的应用举例二极管的应用举例2：滤波滤波RRLuiuRuouitttuRuo2023/3/11电工电子技术基础NPN型型PNP型型箭箭头头方方向向表表示示发发射射结结加加正正向向电电压压时时的的电电流流方方向向一、三极管一、三极管5-3 三极管及其应用三极管及其
9、应用VTVT1、三极管、三极管结构结构2023/3/11电工电子技术基础 内部条件：内部条件：a）发射区杂质浓度发射区杂质浓度集电区集电区基区基区b）基区很薄基区很薄 外部条件：外部条件：a)发射结正偏发射结正偏;b)集电结反偏集电结反偏共发射极结法：共发射极结法：EBEE发射结加正向电压发射结加正向电压P+N-集电结加反向电压集电结加反向电压ECEB实验最终：实验最终：IE=IC+IB IC、IE比比IB大得多大得多IC/IB是晶体管电流放大作用是晶体管电流放大作用NPN型PNP型2、电流分配与放大原理、电流分配与放大原理晶体管放大作用条件：晶体管放大作用条件：2023/3/11电工电子技术
10、基础电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE(2)进入进入P区的电区的电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，形成电流成电流IBE ，多多数扩散到集电结。数扩散到集电结。(1)发射发射结正偏，结正偏，发射区电发射区电子不断向子不断向基区扩散，基区扩散，形成发射形成发射极电流极电流IE。2023/3/11电工电子技术基础BECNNPEBRBECIE(4)集电结反偏，集电结反偏，有少数载流子有少数载流子漂移形成漂移形成ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE(3)从基区从基区扩散来的电
11、扩散来的电子作为集电子作为集电结的少子，结的少子，漂移进入集漂移进入集电结而被收电结而被收集，形成集，形成ICE。2023/3/11电工电子技术基础IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE电流放大电流放大系数：系数：2023/3/11电工电子技术基础NPN型三极管型三极管PNP型三极管型三极管BECIBIEIC+UCE-+-UBEBECIBIEIC+UCE-+UBE-电流放大电流放大系数：系数：2023/3/11电工电子技术基础3 3、三极管的特性曲线、三极管的特性曲线、三极管的特性曲线、三极管的特性曲线(1)输入特性曲线
12、输入特性曲线正常情况下：硅管的正常情况下：硅管的NPN晶体管晶体管UBE=0.60.7V 锗管的锗管的PNP晶体管晶体管UBE=-0.2-0.3V2023/3/11电工电子技术基础(2)输出特性曲线输出特性曲线A、放大区：发射结正偏，集电结反偏，放大区：发射结正偏，集电结反偏，IC=IBB、截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO0.001mAC、饱和区：当饱和区：当UCEUBE，发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，IC、IB不成正比。不成正比。2023/3/11电工电子技术基础4、主要参数、主要参数接成接成共射极，在静态（无输入信号）时，共射极，在静态
13、（无输入信号）时，共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：在动态（有输入信号）时，基极电流的变化量为在动态（有输入信号）时，基极电流的变化量为 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 2023/3/11电工电子技术基础例：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：=2023/3/11电工电子技术基础(2)集集基极反向漏电流基极反向漏电流ICBO发射极开路时，集电结处于反向偏置，集电
14、区与发射极开路时，集电结处于反向偏置，集电区与基区少数载流子的漂移形成。基区少数载流子的漂移形成。ICBO越小越好越小越好(3)集集射极穿透电流射极穿透电流ICEOIB=0，集电结反向偏置，发射结正向偏置时集电集电结反向偏置，发射结正向偏置时集电极电流极电流 ICEO=（1+）ICBO(4)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM IC一定值时，一定值时，当当下降到下降到2/3正常值时集电极正常值时集电极电流电流(5)集集射极反向击穿电压射极反向击穿电压 U（BR）CEO 基极开路，集电极和发射极间的最大允许电压基极开路，集电极和发射极间的最大允许电压(6)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM晶体管因受热引起参数变化不超过允许值时，集电极晶体管因受热引起参数变化不超过允许值时，集电极消耗的最大功率消耗的最大功率