二极管和三极管精.ppt

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1、二极管和三极管第1 页，本讲稿共46 页14.1 半导体的导电特性 自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。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，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。第2 页，本讲稿共46 页 半导体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。比如：热敏性、光敏性、掺杂性。当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。第3 页，本讲稿共46 页14.1.1本征半导体在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子

2、与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。第4 页，本讲稿共46 页本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。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素，这是半导体的一大特点。第5 页，本讲稿共46 页本征半导体的共价键结构硅原子价电子+4+4+4+4空穴自由电子价电子挣脱原子核的束缚形成电子空穴对的过程叫激发。第6 页，本讲稿共46 页空穴的移动半导体中的电流:自由电子电流和空穴电流。第7 页，本讲稿共46 页

3、+4+4+414.1.2 PP半导体和N型半导体型半导体1.N 型半导体在硅或锗的晶体中 掺入少量的五价元 素,如磷。磷原子+4正离子自由电子靠自由电子导电的半导体称N型半导体。自由电子的总数大于空穴，自由电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，称为少子。+5第8 页，本讲稿共46 页 N 型半导体结构示意图少数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。第9 页，本讲稿共46 页+4+4+42.P 型半导体在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元 素,如硼。硼原子+4负离子空穴靠空穴导电的半导体称P型半导体。空穴的总数大于自由电子，空穴为多数载流子，自由电子为少子

4、。+3第10 页，本讲稿共46 页 P 型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子第11 页，本讲稿共46 页杂质半导体的示意表示法P型半导体+N型半导体第12 页，本讲稿共46 页P 型N 型14.2 PN 结PN结内电场方向1.PN 结的形成多数载流子少数载流子内电场阻碍多数载流子的扩散运动，加强少数载流子的漂移运动。在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。第13 页，本讲稿共46 页多子扩散少子漂移内电场方向空间电荷区P 区N 区在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来。第

5、14 页，本讲稿共46 页PN结的形成第15 页，本讲稿共46 页内电场方向外电场方向RI14.2.2 PN 结的单向导电性1.外加正向电压P 型N 型PN结PN结变薄，扩散运动增强，形成较大的正向电流 I。PN结所处的状态称为正向导通，其特点：PN结正向电流大，PN结电阻小。E第16 页，本讲稿共46 页第17 页，本讲稿共46 页内电场方向外电场方向RI 02.外加反向电压P 型N 型PN结PN结变厚，漂移运动增强，扩散运动难以进行，反 向电流很小 I。PN结所处的状态称为反向截止，其特点：PN结反向电流小，PN结电阻大。E第18 页，本讲稿共46 页第19 页，本讲稿共46 页14.2.

6、3 PN14.2.3 PN结电容结电容PN结电容势垒电容 扩散电容 1.势垒电容 PN结中空间电荷的数量随外加电压变化所形成的电容称为势垒电容，用 Cb 来表示。势垒电容不是常数，与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电压的大小有关。载流子在扩散过程中积累的电荷量随外加电压变化所形成的电容称为扩散电容，用 Cd 与来示。PN正偏时，扩散电容较大，反偏时，扩散电容可以忽略不计。2.扩散电容 第20 页，本讲稿共46 页1.点接触型二极管14.3.1 基本结构 基本结构PN结面积、结电容小，可通过小电流。用于高频电路及小电流整流电路。14.3 半导体二极管半导体二极管是在一个PN结两侧加上电极引线

7、而做成的+P N阳极 阴极二极管的符号2.面接触型二极管PN结面积、结电容大，可通过大电流。用于低频电路及大电流整流电路。第21 页，本讲稿共46 页 正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点接触型二极管二极管的符号正极负极 正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线 面接触型二极管N型硅PN结PN结第22 页，本讲稿共46 页半导体二极管图片第23 页，本讲稿共46 页600400200-0.1-0.20 0.40.8-50-100I/mAU/V正向特性反向击穿特性硅管的伏安特性14.3.2 14.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性I/mAU/V0.4 0.8-40-802460.10.2锗管的

8、伏安特性正向特性反向特性反向特性死区电压死区电压 硅管锗管0.50.1正向电压 0.6-0.70.2-0.3反向电流 小 几微安大 几百微安受温度影响 小大第24 页，本讲稿共46 页600400200-0.1-0.20 0.40.8-50-100I/mAU/V反向击穿特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性正向电压二极管的近似和理想伏安特性I/mAU/V 014.3.3 二极管的主要参数1.最大整流电流IOM2.反向工作峰值电压URM3.反向峰值电流IRMURM长时间使用时允许通过的最大正向电流平均值UF第25 页，本讲稿共46 页 例1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管，求

9、输出端Y的电位并说明二极管的作用。解：DA优先导通，则VY=30.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止,起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA 12VYABDBR 二极管的应用范围很广,它可用在整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。第26 页，本讲稿共46 页二极管钳位电路DE3VRuiuouRuD例2：下图中D为理想二极管,ui=6 Sin tV,E=3V,画出 uo波形。t t ui/Vuo/V633002 2 解：uiuD=3ui3 uo=3V时D导通ui3 uo=ui时D截止第27 页，本讲稿共46 页 t 6302 例3：双向限幅电路 t

10、 033DE3VRDE3V uiuouRuD ui/Vuo/V第28 页，本讲稿共46 页14.4 稳压管IFUF0正向特性反向激穿区UZIminIZmaxDZ正极正极负极符号 符号伏安特性 稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。第29 页，本讲稿共46 页IFUF0 UZIZminIZmax硅稳压管的主要参数 稳定电压UZ 最小稳定电流 IZmin 最大稳定电流 IZmax 动态电阻 rZIZUZrZ=IZUZ 电压温度系数 VZT 最大允许耗散功率PM 在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。Izmin 电流低于此值时，稳压性能变坏 IZmax 电流高于此值时，二极管会损

11、坏功率高于此值时，二极管会因结温升高 而损坏。第30 页，本讲稿共46 页14.5.1 半导体三极管的结构内部有电子和空穴两种载流子参与导电的晶体管14.5 半导体三极管1 NPN型NNPCBECEB集电极基极发射结集电结发射区集电区基区发射极NPN型晶体管的结构示意图NPN型晶体管的图形符号基区浓度小、很薄。发射区浓度大，发射电子。集电区尺寸大，收集电子，浓度低。第31 页，本讲稿共46 页2 PNP型PPNCBECEB集电极基极发射结集电结发射区集电区基区发射极PNP型晶体管的结构示意图PNP型 晶体管的图形符号按半导体材料的不同分为锗管和硅管，硅晶体管多为NPN型，锗晶体管多为PNP型。

12、第32 页，本讲稿共46 页 结构特点：发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图第33 页，本讲稿共46 页N型硅二氧化硅保护膜BECN+P型硅（a）平面型N型锗ECB铟球铟球PP+（b）合金型第34 页，本讲稿共46 页ECRCIC UCECEBUBE共发射极接法放大电路14.5.2 三极管的电流控制作用三极管具有电流控制作用的外部条件:（1）发射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:UBE 0UBC VB VE对于PNP型三极管应满足:UEB 0UCB 0即 VC VB VE输出回路

13、输入回路公共端EBRBIB第35 页，本讲稿共46 页发射区向基区扩散电子IEIB电子在基区扩散与复合集电区收集电子 电子流向电源正极形成 ICICNPN电源负极向发射区补充电子形成 发射极电流IE 三极管的电流控制原理EB正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成 IBVCCRCVBBRB第36 页，本讲稿共46 页由于基区很薄,掺杂浓度又很小,电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量。所以：IC IB同样有:IC IB所以说三极管具有电流控制作用,也称之为电流放大作用。RBEBECRCIC UCECEBIBUBE电流关系：IE=IB+ICIE电流放大作用体现了基极电流IB对集电极电流IC的控制作用

14、。第37 页，本讲稿共46 页共发射极接法放大电路（1）发射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:UBE 0、UBC VB VE且IC=IB对于PNP型三极管应满足:UBE 0即 VC VB VE且IC=IBRBEBECRCIC UCECEBIBUBE输出回路输入回路公共端1.放大状态条件特征14.5.3 三极管的特性曲线IE（一）三极管的工作状态（一）三极管的工作状态第38 页，本讲稿共46 页2.饱和状态 集电结、发射结均反向偏置，即UBE 0（1）IB增加时，IC基本不变，且IC UC/RC（2）UCE 0 晶体管C、E之间相当于短路3.截止状态即UCE UBE（1

15、）IB=0、IC 0（2）UCE EC（3）晶体管C、E之间相当于开路共发射极接法放大电路条件特征（1）发射结正向偏置；（2）集电结正向偏置。条件特征RBEBECRCIC UCECEBIBUBEIE第39 页，本讲稿共46 页1.三极管的输入特性IBUBEOUCE 1VIB=f(UBE)UC E=常数（二）三极管的特性曲线（二）三极管的特性曲线死区电压温度增加时，由于热激发形成的载流子增多，在同样的UBE下，基极电流增加。输入特性曲线左移。25C75CRBEBECRCIC UCECEBIBUBEIE第40 页，本讲稿共46 页2.三极管的输出特性 RBEBECRCIC UCECEBIBUBE第

16、41 页，本讲稿共46 页UCE/VIB=40AIB=60AoICIB增加IB减小IB=20AIB=常数IC=f(UCE)第42 页，本讲稿共46 页IC/mAUCE/V0放大区三极管输出特性上的三个工作区 IB=0 A20A40 A截止区饱和区60 A80 A第43 页，本讲稿共46 页（三）（三）三极管的主要参数 三极管的主要参数 1.电流放大系数 直流电流放大系数 IB=IC 交流电流放大系数=IC IB2.穿透电流 ICEO 3.集电极最大允许电流 ICM4.集-射反向击穿电压 U(BR)CEO5.集电极最大允许耗散功率 PCM 极限参数使用时不允许超过ECRCCEBICE0由少数载流

17、子形成，其值受温度影响很大，因此越小越好。值下降到正常值的2/3所对应的集电极电流基极开路，集、射极之间最大允许电压。温度增加时其值减小。=UCE IC第44 页，本讲稿共46 页UCE/VIB=40A60AoIC 20A61.52.3mA在输出特性上求,=ICIB=1.5mA40A=37.5=ICIB=2.3-1.5(mA)60-40(A)=40设UCE=6V第45 页，本讲稿共46 页IC/mAUCE/V0IB=0 A20A40 A60 A80 A由三极管的极限参数确定安全工作区 三极管的极限参数确定安全工作区U(BR)CEOICM安全工作区过损耗区PCM曲线ICEO第46 页，本讲稿共46 页