二极管和晶体管3.pptx

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1、第十四章第十四章 二极管和晶体管二极管和晶体管 理解理解PN结的单向导电性；结的单向导电性；了解二极管、稳压二极管和晶体管的基本了解二极管、稳压二极管和晶体管的基本构造、工作原理和主要特性曲线，理解主要构造、工作原理和主要特性曲线，理解主要参数的意义；参数的意义；理解晶体管的电流分配和放大作用。理解晶体管的电流分配和放大作用。第1页/共34页半导体的导电特性：掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能 力增加几十万乃至几百万倍；（可做成各种不同用途的半导体器件，如 二极管、晶体管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力显著增强；（可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光 敏二极管、光敏晶体管等

2、）热敏性：当环境温度增高时，导电能力显著增强；（可做成各种热敏元件，如热敏电阻）14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性第2页/共34页 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，称为本征半导体。共价健价电子：共价键中的两个电子。硅原子14.1 14.1 14.1 14.1 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价电子硅单晶中的共价健结构 Si Si Si Si共价键：每一原子的一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对。第3页/共34页 价电子获得一定能量（温度增高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自由电子，本征半导体的导电

3、机理空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子14.1 14.1 14.1 14.1 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 Si Si Si Si中性的原子显出带正电，同时在共价键中留下一个空位，称为空穴。第4页/共34页 在外电场的作用下，有空穴的原子吸引相邻原子中的价电子来填补这个空穴，于是失去一个价电子的相邻原子的共价键中出现另一个空穴，如此继续下去，好似空穴的运动（相当于正电荷的运动）。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：自由电子作定向运动形成电子电流；价电子递补空穴形成空穴电流。自由电子空穴统称载流子14.1 14.1 14.1

4、 14.1 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第5页/共34页 本征半导体中的载流子数目极少，其导电性能很差；温度愈高，载流子数目愈多，半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。在一定的温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子便维持一定的数目。14.1 14.1 14.1 14.1 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注意注意第6页/共34页 Si Si Si Si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量增加，自由电子

5、导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。在单晶硅中掺入微量磷元素多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形成杂质半导体。在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。14.1 14.1 14.1 14.1 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Pp+第7页/共34页SiSiSiSi 掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。在单晶硅中掺入微量硼元素 在P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。获得一个电子变为负离

6、子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。14.1 14.1 14.1 14.1 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硼原子BB第8页/共34页14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 PN PN结的形成结的形成浓度差形成多数载流子的扩散运动内电场少数载流子的漂移运动P 型半导体N 型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的宽度固定不变。+形成空间电荷区第9页/共34页内电场PN+PN 结加正向电压（正向偏置）PN 结变窄 P接

7、正、N接负 外电场I 多数载流子的扩散运动加强，而内电场被削弱，从而形成较大的扩散电流（正向电流）。PN 结加正向电压，PN结变窄，形成较大的正向电流，PN结呈现低电阻，处于导通状态。+结的单向导电性结的单向导电性14.2 PN14.2 PN14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性第10页/共34页PN 结变宽外电场 外电场有助于少数载流子的漂移，内电场被加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。I P接负、N接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN结加反向电压，PN结变宽，反向电流极小，PN结呈现高电阻，处于截止状态。2

8、.PN 结加反向电压（反向偏置）14.2 PN14.2 PN14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性内电场PN+第11页/共34页14.3 二极管二极管基本结构基本结构(a)点接触型一般为锗管(b)面接触型一般为硅管 结面积小、结电容小、正向电流小，适用于高频和小功率工作。结面积大、结电容大、正向电流大，适用于低频整流电路。(c)平面型 用于大功率整流管和开关电路中。第12页/共34页阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a )点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b

9、 )面接触型二极管的结构示意图阴极阳极(d )符号D14.3 14.3 14.3 14.3 二极管二极管二极管二极管第13页/共34页 伏安特性伏安特性硅管0.5V锗管0.1V反向击穿电压U(BR)导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通。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。正向特性反向特性硅0.60.7V锗0.20.3VUI死区电压PN+PN+反向电流在一定电压范围内为常数14.3 14.3 14.3 14.3 二极管二极管二极管二极管第14页/共34页 主要参数主要参数 最大整流电流 IOM 反向工作峰值电压URWM 反向峰值电流IRM14.3 14.3 14.3 1

10、4.3 二极管二极管二极管二极管 二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。指在二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。反向电流大，说明二极管的单向导电性差，且受温度的影响大。硅管的反向电流较小。第15页/共34页分析方法：将二极管断开若 V阳 V阴或 UD为正(正向偏置)，二极管导通；若 V阳 5V时，二极管导通，视作短路，uo=5V；ui VB VE 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管外部条件PNP型晶体管：VC VB V

11、E 内部条件基区很薄，掺杂浓度很低；发射区掺杂浓度很高；集电区结面积大。第21页/共34页集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。进入基区的自由电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE（基本上等于基极电流IB），多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区向基区扩散自由电子（多数载流子），形成发射极电流IE。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE，基本上等于集电极电流IC基区空穴（很少）向发射区的扩散可忽略。三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管IBIC第22页/共3

12、4页 各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05结论:（静态电流放大系数）14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管（动态电流放大系数）第23页/共34页 用来表示晶体管各极电压和电流之间相互关系的曲线，它反映出晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。共发射极放大电路输入电路输出电路 测量晶体管特性的实验线路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+特性曲线特性曲线14.5 14.5 14.5 14.5 晶

13、体管晶体管晶体管晶体管第24页/共34页正常工作情况下的发射结电压：NPN型（硅管）UBE 0.60.7VPNP型（锗管）UBE -0.2 -0.3V死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO 输入特性曲线14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管第25页/共34页放大区截止区饱和区IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O 放大区（线性区）IC=IB，具有恒流特性；输出特性14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管发射结正偏、集电结反偏，

14、晶体管工作于放大状态。第26页/共34页截止区饱和区IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O截止区IB=0的曲线以下的区域；发射结与集电结均反偏，晶体管工作于截止状态；饱和区当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态；发射结与集电结均正偏；UCE0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通。14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管IC0，发射极与集电极之间如同一个开关的断开。第27页/共34页 电流放大系数，静态电流（直流）放大系数：动态电流（交流）放大系数：当晶体管接成发射极电路时，有 和 的含义不同，但在输出特性曲线

15、近于平行等距且ICEO 较小的情况下，两者数值较为接近。常用晶体管的 值在20 200之间 主要参数主要参数14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管第28页/共34页 集-基极反向截止电流 ICBO 集-射极反向截止电流（穿透电流）ICEOICBO是由集电区和基区中的少数载流子向对方运动所形成的电流，受温度的影响大。ICBO越小越好。ICEO受温度的影响大，其值越小越好。集电极最大允许电流 ICM 集电极电流 IC 超过一定值时，晶体管的 值要下降，当 值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流即为ICM。14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管第

16、29页/共34页 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集电极最大允许耗散功耗PCM 当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率。PCM=IC UCE14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管 PCM主要受结温Tj极限制。第30页/共34页ICMU(BR)CEO安全工作区 由ICM，U(BR)CEO，PCM三者共同确定晶体管的安全工作区ICUCEOPCM14.5 14.5 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管第31页/共34页 以上所讨论的几个参数中：和 ICBO（ICEO）是表明晶体管优劣的主要指标；ICM，U(BR)CEO和PCM都是极限参数，用来说明晶体管的使用限制。第32页/共34页本章作业本章作业（画波形）（画波形）（电位）（电位）（稳压管）（稳压管）（三极管）（三极管）第33页/共34页感谢您的观看。第34页/共34页