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1、半导体二极管和三极管第1页，本讲稿共63页下篇下篇从从20世纪初开始，人们相继发现了真空和半导体电子器件，世纪初开始，人们相继发现了真空和半导体电子器件，以以检波检波、放大放大及及开关开关等功能为核心的等功能为核心的电子技术电子技术得到迅得到迅速发展。速发展。从从1948美国贝尔实验室发明半导体晶体管以来，半导体电子器美国贝尔实验室发明半导体晶体管以来，半导体电子器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的主角，经历了分立器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的主角，经历了分立器件、集成电路、大规模和超大规模的集成电路。其应用领域遍件、集成电路、大规模和超大规模的集成电路。其应用领域遍及广播、通讯、测
2、量、控制及广播、通讯、测量、控制；今天，计算机已经以高技；今天，计算机已经以高技术的载体进入到各个领域，为人类文明的发展树立了一座宏术的载体进入到各个领域，为人类文明的发展树立了一座宏伟的里程碑。伟的里程碑。第2页，本讲稿共63页 今天,听广播、看电视已成为人们日常生活中最普通的事。个人计算机正在进入寻常百姓家。人们在享用现代科技成果时，未必都能想到，就在身边的收音机、电视机、计算机里，曾经发生过几次翻天覆地的大革命。第3页，本讲稿共63页 第一次大革命发生在1906年。那一年，美国人德福雷斯特发明了真空三极管。由这种真空三极管和其他一些元件（电阻、电容、电感等）组成放大电路，可以把收音机接收
3、的信号放大十倍、百倍乃至千倍。这样，收音机就能收到更远的电台，而且音量更大、音质更好。真空是靠在真空中运动的电子来实现放大的，所以人们也把它称为电子管。真空管体积大、耗电多，发热量也大，寿命又不够长，缺点不少。到了20世纪40年代，人们把收音机和其他电子设备做得小巧些，寿命更长、可靠性更高些，用真空管很难办到。于是，电子学领域里的第二次革命爆发了。第4页，本讲稿共63页 晶体管革命晶体管革命 在在20世纪世纪30年代，美国的贝尔实验室里有年代，美国的贝尔实验室里有3位值得注位值得注意的人物：意的人物：研究部主任默文研究部主任默文凯利、研究人员布拉顿和肖克利。凯利、研究人员布拉顿和肖克利。凯利是
4、一位富有创见的科技管理者，凯利是一位富有创见的科技管理者，早在早在30年代中年代中期，他已经意识到用于电话交换机的机电继电器动作速期，他已经意识到用于电话交换机的机电继电器动作速度太慢，如不淘汰势必影响电话技术的进步。度太慢，如不淘汰势必影响电话技术的进步。1936年，年，凯利明确地向肖克利表示，凯利明确地向肖克利表示，为了适应通信业务的增长，为了适应通信业务的增长，电话的机械交换必将被电子交换取代。真空管又存在许电话的机械交换必将被电子交换取代。真空管又存在许多致命的弱点，寻求建立在新材料、新原理基础上的新多致命的弱点，寻求建立在新材料、新原理基础上的新型电子器件便成了当务之急。型电子器件便
5、成了当务之急。第5页，本讲稿共63页1956年年12月月10日，肖克利、巴丁、布拉顿经过日，肖克利、巴丁、布拉顿经过20年的努年的努力终于攻克了这一难题，研制出晶体管。为此他们从瑞力终于攻克了这一难题，研制出晶体管。为此他们从瑞典国王手中接过了诺贝尔物理奖的证书。他们为人类奉典国王手中接过了诺贝尔物理奖的证书。他们为人类奉献的，不仅是一项伟大的技术发明，而且是半导体物理献的，不仅是一项伟大的技术发明，而且是半导体物理学的划时代的新发现。学的划时代的新发现。晶体管的发明是电子学领域的一场革命。晶体管的发明是电子学领域的一场革命。与电子管相比，晶体管体积仅为与电子管相比，晶体管体积仅为1/100，
6、耗电量也仅为耗电量也仅为1/100，而寿命却要长，而寿命却要长100倍倍。晶体管以咄咄逼晶体管以咄咄逼“人人”之势占领了原被电子管占领的之势占领了原被电子管占领的舞台，到舞台，到50年代末，采用晶体管的收音机、电视机已比年代末，采用晶体管的收音机、电视机已比比皆是了。比皆是了。第6页，本讲稿共63页 到到50年代末，人们越来越强烈地感到，一个个互相独立的年代末，人们越来越强烈地感到，一个个互相独立的元件、器件的小型化之路，将走到尽头。这是因为：元件、器件的小型化之路，将走到尽头。这是因为：一个复杂的电路，里面有大量的元器件，这些一个复杂的电路，里面有大量的元器件，这些“零件零件”之间要用导线连
7、接起来。大量的导线也限制了电路之间要用导线连接起来。大量的导线也限制了电路体积的缩小。体积的缩小。在科学技术发展的关键时刻，在科学技术发展的关键时刻，往往需要富有想象力的科学家创造全新的观念。往往需要富有想象力的科学家创造全新的观念。1958年，就出现了两位这样的人物：年，就出现了两位这样的人物：基尔比和诺伊斯。基尔比和诺伊斯。第7页，本讲稿共63页 1958年年9月月12日，基尔比的第一个集成电路实验日，基尔比的第一个集成电路实验获得成功。在这一年里，获得成功。在这一年里，美国仙童公司的美国仙童公司的RN诺伊斯也诺伊斯也研制出第一块集成电路片。研制出第一块集成电路片。到今天，集成电路已走过到
8、今天，集成电路已走过40多年的历程。多年的历程。在这在这40多年中，集成电路发生了巨大的变化。多年中，集成电路发生了巨大的变化。第8页，本讲稿共63页先说说在一个芯片上能集成多少个器件。1958年，集成电路诞生时，那个芯片上只有5个元器件；1971年发明的微处理器，上面集成了2，300个器件；1989年英特尔公司80486芯片，集成了120万个晶体管；今天，一个高性能的微处理器上可集成2.5亿个以上的器件。第9页，本讲稿共63页再看集成电路里半导体器件的尺寸：1959年大约是100微米，到1961年下降到25微米。1984年研制的1兆位半导体存储器，线宽大约1微米；1990年的64兆位半导体存
9、储器，线宽降至0.3微米。到2004年，线宽就仅有0.1微米了。0.1微米约为一般原子尺度的100倍，集成电路与分子电路已经很接近。此外，芯片的进步还表现在运算速度上。时钟频率决定着芯片完成一次运算的速度。目前，高性能微处理器运算速度高达每秒近10亿次第10页，本讲稿共63页第第 15 章章半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管第11页，本讲稿共63页15-1.半导体的导电特性半导体的导电特性15-2.PN结结15-3.半导体二极管半导体二极管15-4.稳压管稳压管15-5.半导体三极管半导体三极管第12页，本讲稿共63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
10、的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般都，金属一般都是导体。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、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。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，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，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。15-1.半导体的导电特性半导体的导电特性第13页，本讲稿共63页半导体半导体-导电能力介于导体和半导体之间的材料。导电能力介于导体和半导体之间的材料。常见的半导体材料有硅、
11、锗、硒及许多金属的氧化物和常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性：半导体材料的特性：1.纯净半导体的导电能力很差；纯净半导体的导电能力很差；2.温度升高温度升高导电能力增强；导电能力增强；3.光照增强光照增强导电能力增强；导电能力增强；4.掺入少量杂质掺入少量杂质导电能力增强。导电能力增强。第14页，本讲稿共63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。+
12、SiGe第15页，本讲稿共63页完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子相邻原子由外层电子形成共价键共价键第16页，本讲稿共
13、63页 Si Si Si Si价电子 价电子在获得一定能量（温度价电子在获得一定能量（温度价电子在获得一定能量（温度价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原升高或受光照）后，即可挣脱原升高或受光照）后，即可挣脱原升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为子核的束缚，成为子核的束缚，成为子核的束缚，成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带（带（带（带负电），同时共价键中留下一负电），同时共价键中留下一负电），同时共价键中留下一负电），同时共价键中留下一个空位，称为个空位，称为个空位，称为个空位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征
14、半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自温度愈高，晶体中产生的自温度愈高，晶体中产生的自温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。由电子便愈多。由电子便愈多。由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空
15、穴的运动而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。（相当于正电荷的移动）。（相当于正电荷的移动）。（相当于正电荷的移动）。第17页，本讲稿共63页 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两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部分电流部分电流部分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电
16、流空穴电流注意：注意：注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈半导体的导电性能也就愈半导体的导电性能也就愈半导体的导电性能也就愈好。好。好。好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子
17、和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。便维持一定的数目。便维持一定的数目。便维持一定的数目。本征半导体的导电机
18、理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理动画播放动画播放1动画播放动画播放2第18页，本讲稿共63页 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。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+多余电子磷
19、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）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）,形成杂质形成杂质形成杂质形成杂质半导体。半导体。半导体。半导体。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。多数载流子，空穴是少数载流子。多数载流子，空穴是少数载流子。多数载流子，空穴是少数载流子。二.N型半导体和P型半导体第19页，本讲稿共63页 掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大
20、量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数空穴是多数空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。载流子，自由电子是少数载流子。载流子，自由电子是少数载流子。载流子，自由电子是少数载流子。B硼
21、原子接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第20页，本讲稿共63页 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a
22、.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体
23、中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a思考思考思考思考第21页，本讲稿共63页 15-2.PN结结不论是P型半导体还是N型半导体，都只能看做是一般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。半导体器件的核心是PN结，是采取一定的工艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成P型半导体和N型半导体，在两种半导体的交界面上形成PN结。各种各样的半导体器件都是以PN结为核心而制成的，正确认识PN结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。第22页，本讲稿共63页一、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
24、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空间电荷区；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23页，本讲稿共63页空间电荷区空间电荷区P区N区载流子的运动有两种形式：扩散扩散 由于载流子浓度梯度浓度梯度引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动。漂移漂移 载流子受电场作用电场作用沿电场力方向的运动。耗尽层中载流子的扩散和漂移运动最后达到一种动态平衡，这样的耗尽层就是PN结结。PN结内电场内电场的的方向方向由N区指向P区。第24页，本讲稿共63页多子的扩散运动多子的扩散运动内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度
25、差浓度差P P 型半导体型半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。扩散的结果使空间电荷区变宽。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。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+形成空间电荷区一、PN结的形成动画播放动画播放第25页，本
26、讲稿共63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IF 内电场被削弱，内电场被削弱，内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加多子的扩散加多子的扩散加多子的扩散加强，形成较大强，形成较大强，形成较大强，形成较大的扩散电流。的扩散电流。的扩散电流。的扩散电流。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，正结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，向电阻较小，向电阻较
27、小，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PN+动画播放动画播放第26页，本讲稿共63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27页，本讲稿共63页PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽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 内电场被加强，内电场被加
28、强，少子的漂移加强，少子的漂移加强，由于少子数量很由于少子数量很少，形成很小的少，形成很小的反向电流。反向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，电阻较大，电阻较大，电阻较大，PNPN结处于
29、截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+动画播放动画播放第28页，本讲稿共63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
30、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，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。15-3.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：PN第29页，本讲稿共63页阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅 平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳 点接触型铝合金小球N型
31、硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线 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 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阳极 符号D第30页，本讲稿共63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。反向击穿电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压
32、二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正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PN+PN+反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。第31页，本讲稿共63页三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平
33、均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。电流。电流。电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击穿后单向导
34、电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向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，说明管子的单向导电性差，说明管子的单向导电性差，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温度越高反向受温度的影响，温度越高反向受温度的影响，温度
35、越高反向受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。管的几十到几百倍。管的几十到几百倍。管的几十到几百倍。第32页，本讲稿共63页二极管的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导
36、通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，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。正向电流较大。正向电流较大。正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正正正正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反
37、向电流很小。大，反向电流很小。大，反向电流很小。大，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，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。愈大。愈大。愈大。第33页，本讲稿共63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
38、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
39、(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 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V例1：取取取取 B B 点作参考点，断开二点作参考点，断开二点作参考点，断开二点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。极的电位。极的电位。极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在
40、这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3kBAUAB+第35页，本讲稿共63页两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1 1阳阳阳阳 =6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 =V V2 2阴阴阴阴=12 V12 VU UD1D1=6V=6V，U UD2
41、D2=12V=12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用，D D1 1起隔起隔
42、起隔起隔离作用。离作用。离作用。离作用。BD16V12V3kAD2UAB+第36页，本讲稿共63页u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例例例3 3：二极管的用途：二极管的用途：二
43、极管的用途：二极管的用途：整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、钳位、开关、元件钳位、开关、元件钳位、开关、元件钳位、开关、元件保护、温度补偿等。保护、温度补偿等。保护、温度补偿等。保护、温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+第37页，本讲稿共63页 15-4.稳压管稳压管稳压管是一种特殊的面接触型二极管。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，故它在电路中常用作稳定电压的作用，故称为稳压管。称为稳压管
44、。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)204010-20-1030-12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38页，本讲稿共63页UZIZIZM UZ IZ 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。_+U
45、IO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39页，本讲稿共63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
46、.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 IZMZMrZ 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40页，本讲稿共63页四、光电二极管四、光电二极管四、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
47、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
48、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41页，本讲稿共63页 15-5.半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管(晶体管晶体管)是最重要的一种半导体器件。广泛是最重要的一种半导体器件。广泛应用于各种电子电路中。应用于各种电子电路中。一一.基本结构基本结构晶体管最常见的结构有平面型和合金型两种。平面型都是硅管、合金型主要是锗管。它们都具有NPN或PNP的三层两结三层两结的结构，因而又有NPN和PNP两类晶体管。本节介绍晶体
49、管的结构、特性及参数的内容。第42页，本讲稿共63页N型硅P型N型二氧化硅保护膜CBEN型锗铟球铟球P型P型CEB平面型结构合金型结构NNP发射结集电结发射区集电区基区EBCNPP发射区集电区基区发射结集电结EBCBECBEC第43页，本讲稿共63页NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极NPNNPN型型型型BECB BE EC CPNPPNP型型型型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型
50、三极管型三极管第44页，本讲稿共63页结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极集电区：集电区：面积最大面积最大三层两结的结构第45页，本讲稿共63页二、电流分配和放大原理二、电流分配和放大原理二、电流分配和放大原理二、电流分配和放大原理1.1.三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