半導(dǎo)體二極管和三極管

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 魯東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院魯東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 LongDongLongDong University University l 1. 本課程的性質(zhì)本課程的性質(zhì) l 2. 特點(diǎn)特點(diǎn) l 3. 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 l 4. 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) l 5. 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法 前言前言 l 6. 成績(jī)?cè)u(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)定 實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)： 20 % 平時(shí)：平時(shí)： 10% 考試：考試： 70 % l 7. 教材教材 前言前言 電路與電子學(xué)電路與電子學(xué)( (第二版第二版) ) 劉淑英、蔡勝樂(lè)、王文輝劉淑英、蔡勝樂(lè)、王文輝 主編主編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 20022002 l

2、 8. 參考書(shū)參考書(shū) 童詩(shī)白童詩(shī)白 主編，主編，模模 擬電子技術(shù)擬電子技術(shù) 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 第三第三 版版，高教出，高教出 版社版社 前言前言 一些基本概念一些基本概念 l 在電子技術(shù)中，被傳遞、加工和處理的信號(hào)可以在電子技術(shù)中，被傳遞、加工和處理的信號(hào)可以 分為兩大類：分為兩大類：模擬信號(hào)模擬信號(hào)和和數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) l 模擬信號(hào)模擬信號(hào)：在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的信：在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的信 號(hào)，稱為模擬信號(hào)，例如正弦波信號(hào)、心電信號(hào)號(hào)，稱為模擬信號(hào)，例如正弦波信號(hào)、心電信號(hào) 等。等。 l 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅度上均不連續(xù)的信號(hào)。：在時(shí)間和幅度上均不連續(xù)的信號(hào)。 一些基本概念

3、一些基本概念 l模擬電路模擬電路：工作信號(hào)為模擬信號(hào)的電子電：工作信號(hào)為模擬信號(hào)的電子電 路。路。 l數(shù)字電路數(shù)字電路：工作信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的電子電：工作信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的電子電 路。路。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 l 半導(dǎo)體二極管和三極管半導(dǎo)體二極管和三極管 l 放大電路基礎(chǔ)放大電路基礎(chǔ) l 功率放大電路功率放大電路 l 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 l 負(fù)反饋放大電路負(fù)反饋放大電路 l 信號(hào)的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號(hào)的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路 l 直流電源直流電源 第第4章章 半導(dǎo)體二極管和三極管半導(dǎo)體二極管和三極管 l 內(nèi)容主要有：內(nèi)容主要有： 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 PN結(jié)的形成及單

4、向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及單向?qū)щ娦?半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、工作原理工作原理、工作特性工作特性、參數(shù)參數(shù) l 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件主要包括：主要包括： 半導(dǎo)體二極管（包括穩(wěn)壓管）半導(dǎo)體二極管（包括穩(wěn)壓管） 三極管和場(chǎng)效應(yīng)管三極管和場(chǎng)效應(yīng)管 4.1 PN結(jié)結(jié) 1. 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的物理特性 l物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能分為物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能分為 導(dǎo)體導(dǎo)體：導(dǎo)電能力良好的物質(zhì)。：導(dǎo)電能力良好的物質(zhì)。 絕緣體絕緣體：導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。：導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體：是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之：是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之 間的物質(zhì)，如硅、鍺、硒、砷化鎵及一些硫化

5、間的物質(zhì)，如硅、鍺、硒、砷化鎵及一些硫化 物和氧化物物和氧化物。 半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的物理特性 l半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。 溫度升高溫度升高時(shí)，純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著時(shí)，純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著 增加；增加； 在純凈半導(dǎo)體材料中在純凈半導(dǎo)體材料中加入微量的加入微量的“雜質(zhì)雜質(zhì)”元元 素素，它的電導(dǎo)率就會(huì)成千上萬(wàn)倍地增長(zhǎng)；，它的電導(dǎo)率就會(huì)成千上萬(wàn)倍地增長(zhǎng)； 純凈的半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體受到光照受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯提時(shí)，導(dǎo)電能力明顯提 高。高。 l半導(dǎo)體為什么具有以上的導(dǎo)電性質(zhì)？半導(dǎo)體為什么具有以上的導(dǎo)電性質(zhì)？ 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) l

6、 原子的組成：原子的組成： 帶正電的帶正電的原子核原子核 若干個(gè)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的若干個(gè)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子電子 且整個(gè)原子呈且整個(gè)原子呈電中性。電中性。 l 半導(dǎo)體器件的材料：半導(dǎo)體器件的材料： 硅（硅（Silicon-Si）：）：四價(jià)元素，硅的原子序數(shù)是四價(jià)元素，硅的原子序數(shù)是14，外，外 層有層有4個(gè)個(gè)電子。電子。 鍺（鍺（Germanium-Ge）：）：也是四價(jià)元素，鍺的原子序數(shù)也是四價(jià)元素，鍺的原子序數(shù) 是是32，外層也是，外層也是4個(gè)個(gè)電子。電子。 l 簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖4-1(a)的簡(jiǎn)化形式。的簡(jiǎn)化形式。 +4 慣性核慣性核 價(jià)電子價(jià)電子 圖圖

7、4-1 (a) 硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) l單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) l共價(jià)鍵共價(jià)鍵:由相鄰兩個(gè)原子各拿出一個(gè)價(jià)電子由相鄰兩個(gè)原子各拿出一個(gè)價(jià)電子 組成價(jià)電子對(duì)所構(gòu)成的聯(lián)系。組成價(jià)電子對(duì)所構(gòu)成的聯(lián)系。 l圖圖4-1(b)是晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。是晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 圖圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 +4+4+4 +4 +4 +4+4 +4+4 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 2.2.半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體

8、（Intrinsic Semiconductor） 純凈的、結(jié)構(gòu)完整的單晶半導(dǎo)體，稱為純凈的、結(jié)構(gòu)完整的單晶半導(dǎo)體，稱為 本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體。 l物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小取決于其中能參與導(dǎo)物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小取決于其中能參與導(dǎo) 電的粒子電的粒子載流子的多少。載流子的多少。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 l本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（T=0K相當(dāng)于相當(dāng)于 T=273）時(shí)，相當(dāng)于）時(shí)，相當(dāng)于絕緣體絕緣體。 l在室溫條件下，本征半導(dǎo)體便具有一定在室溫條件下，本征半導(dǎo)體便具有一定 的導(dǎo)電能力。的導(dǎo)電能力。 l半導(dǎo)體半導(dǎo)體中的中的載流子載流子 自由電子自由電子 空穴（空穴（Hole） 空穴和自由電子

9、同時(shí)參加導(dǎo)電，是半導(dǎo)空穴和自由電子同時(shí)參加導(dǎo)電，是半導(dǎo) 體的重要特點(diǎn)體的重要特點(diǎn) l價(jià)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子的的 同時(shí)同時(shí)，在原來(lái)的共價(jià)鍵位置上留下了一個(gè)，在原來(lái)的共價(jià)鍵位置上留下了一個(gè) 空位，這個(gè)空位叫做空位，這個(gè)空位叫做空穴?？昭?。 l空穴帶正電荷?？昭◣д姾?。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 l在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子，在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子， 同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子和空穴總是成同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子和空穴總是成 對(duì)地產(chǎn)生，稱為對(duì)地產(chǎn)生，稱為電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)。 l半導(dǎo)體中共價(jià)鍵分裂產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過(guò)半導(dǎo)體中共價(jià)鍵分裂產(chǎn)生電

10、子空穴對(duì)的過(guò) 程叫做程叫做本征激發(fā)本征激發(fā)（Intrinsic Excitation）。）。 l產(chǎn)生本征激發(fā)的條件：加熱、光照及射線產(chǎn)生本征激發(fā)的條件：加熱、光照及射線 照射。照射。 l空穴是載流子嗎？空穴是載流子嗎？ 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 l 空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí)空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí) 質(zhì)上是價(jià)電子質(zhì)上是價(jià)電子 填補(bǔ)空穴而形填補(bǔ)空穴而形 成的。成的。 B A 空穴空穴 自由電子自由電子 圖圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 +4+4+4 +4 +4 +4+4 +4+4 C 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 l由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移 動(dòng)

11、，因此，動(dòng)，因此，空穴是一種載流子空穴是一種載流子。 l半導(dǎo)體中有兩種載流子：半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子載流自由電子載流 子（簡(jiǎn)稱電子）和空穴載流子（簡(jiǎn)稱空子（簡(jiǎn)稱電子）和空穴載流子（簡(jiǎn)稱空 穴），穴），它們均可在電場(chǎng)作用下形成電流它們均可在電場(chǎng)作用下形成電流 。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 l半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì)半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì) ，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)越來(lái)越多，電，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)越來(lái)越多，電 子和空穴濃度是否會(huì)越來(lái)越大呢？子和空穴濃度是否會(huì)越來(lái)越大呢？ l實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明，在一定的溫度下，電子濃度和，在一定的溫度下，電子濃度和 空穴濃度都保持一個(gè)定

12、值。空穴濃度都保持一個(gè)定值。 l半導(dǎo)體中存在半導(dǎo)體中存在 載流子的載流子的產(chǎn)生產(chǎn)生過(guò)程過(guò)程 載流子的載流子的復(fù)合復(fù)合過(guò)程過(guò)程 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 綜上所述：綜上所述： l(1)半導(dǎo)體中有兩種載流子：半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由自由電子和空電子和空 穴，電子帶負(fù)電，空穴帶正電。穴，電子帶負(fù)電，空穴帶正電。 l(2)本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是成對(duì)地本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是成對(duì)地 產(chǎn)生，產(chǎn)生，ni = pi。 l(3)半導(dǎo)體中，同時(shí)存在載流子的半導(dǎo)體中，同時(shí)存在載流子的產(chǎn)生和復(fù)產(chǎn)生和復(fù) 合合過(guò)程。過(guò)程。 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 l本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且受溫度和光本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且

13、受溫度和光 照等條件影響甚大，不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)照等條件影響甚大，不能直接用來(lái)制造半導(dǎo) 體器件。體器件。 l本征半導(dǎo)體的物理性質(zhì)：純凈的半導(dǎo)體中摻本征半導(dǎo)體的物理性質(zhì)：純凈的半導(dǎo)體中摻 入微量元素，導(dǎo)電能力顯著提高。入微量元素，導(dǎo)電能力顯著提高。 l摻入的微量元素?fù)饺氲奈⒘吭亍半s質(zhì)雜質(zhì)”。 l摻入了摻入了“雜質(zhì)雜質(zhì)”的半導(dǎo)體稱為的半導(dǎo)體稱為“雜質(zhì)雜質(zhì)”半導(dǎo)半導(dǎo) 體體。 l常用的雜質(zhì)元素常用的雜質(zhì)元素 三價(jià)的硼、鋁、銦、鎵三價(jià)的硼、鋁、銦、鎵 五價(jià)的砷、磷、銻五價(jià)的砷、磷、銻 l通過(guò)控制摻入的雜質(zhì)元素的種類和數(shù)量來(lái)制通過(guò)控制摻入的雜質(zhì)元素的種類和數(shù)量來(lái)制 成各種各樣的半導(dǎo)體器件。成各種各樣的

14、半導(dǎo)體器件。 l雜質(zhì)雜質(zhì)半導(dǎo)體分為：半導(dǎo)體分為：N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 l在本征半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素，在本征半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素， 可使半導(dǎo)體中自由電子濃度大為增加，可使半導(dǎo)體中自由電子濃度大為增加， 形成形成N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 l摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子占據(jù)晶格中某些硅摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子占據(jù)晶格中某些硅 （或鍺）原子的位置。如圖（或鍺）原子的位置。如圖4-2所示。所示。 圖圖4-2 N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 +4+4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 l摻入五價(jià)原子摻入五價(jià)原子 N型

15、半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 l摻入五價(jià)摻入五價(jià) 原子占據(jù)原子占據(jù)Si 原子位置原子位置 在 室 溫 下在 室 溫 下 就可以激發(fā)就可以激發(fā) 成成自由電子自由電子 l 雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。 l 自由自由電子電子的數(shù)目高的數(shù)目高，故故導(dǎo)電導(dǎo)電能力顯著提高能力顯著提高。 l 把這種半導(dǎo)體稱為把這種半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，其中的型半導(dǎo)體，其中的電子稱為多數(shù)電子稱為多數(shù) 載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少 子）。子）。 l 在在N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)等于正離子數(shù)和空穴數(shù)之自由電子

16、數(shù)等于正離子數(shù)和空穴數(shù)之 和和，自由電子帶負(fù)電，空穴和正離子帶正電，整塊半，自由電子帶負(fù)電，空穴和正離子帶正電，整塊半 導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 l 在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半 導(dǎo)體中的空穴濃度大為增加，形成導(dǎo)體中的空穴濃度大為增加，形成P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 空位空位 A 圖圖4-3 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶體結(jié)構(gòu)示意圖 +4+4+4 +4 +4 +3+4 +4+4 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 空位吸引鄰近空位吸引鄰近 原子的價(jià)電子填原子的價(jià)電子填 充，從而

17、留下一充，從而留下一 個(gè)空穴。個(gè)空穴。 在在P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 中，中，空穴數(shù)等于空穴數(shù)等于 負(fù)離子數(shù)與自由負(fù)離子數(shù)與自由 電子數(shù)之和電子數(shù)之和，空，空 穴帶正電，負(fù)離穴帶正電，負(fù)離 子和自由電子帶子和自由電子帶 負(fù)電，整塊半導(dǎo)負(fù)電，整塊半導(dǎo) 體中正負(fù)電荷量體中正負(fù)電荷量 相等，保持電中相等，保持電中 性。性。 綜上所述：綜上所述： l (1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N型半型半 導(dǎo)體。導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是 少數(shù)載流子少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。

18、l (2)本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成P型半型半 導(dǎo)體導(dǎo)體。其中。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流 子子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。 l (3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少 子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。 載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 漂移運(yùn)動(dòng)（漂移運(yùn)動(dòng)（Drift Movement） l有電場(chǎng)力作用時(shí)，電子和空穴便產(chǎn)生定向運(yùn)有電場(chǎng)力作用時(shí)，電子和空穴便產(chǎn)生定向運(yùn) 動(dòng)，

19、稱為動(dòng)，稱為漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。 l漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為漂移電流漂移電流。 擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) l由于濃度差而引起的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)由于濃度差而引起的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn) 動(dòng)（動(dòng)（Diffusion Movement），），載流子擴(kuò)散載流子擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流。 l擴(kuò)散是由濃度差引起的，所以擴(kuò)散電流的擴(kuò)散是由濃度差引起的，所以擴(kuò)散電流的 大小與載流子的濃度梯度成正比。大小與載流子的濃度梯度成正比。 3. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 lPN結(jié)：結(jié)： 是指在是指在P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形型半導(dǎo)體的交界處形 成的空間電荷區(qū)。成

20、的空間電荷區(qū)。 lPN結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。 二極管的核心是一個(gè)二極管的核心是一個(gè)PN結(jié)；三極管中包結(jié)；三極管中包 含了兩個(gè)含了兩個(gè)PN結(jié)結(jié)。 l濃度差引起載流子的擴(kuò)散。濃度差引起載流子的擴(kuò)散。 3. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 l擴(kuò)散的結(jié)果形成自建電場(chǎng)。擴(kuò)散的結(jié)果形成自建電場(chǎng)。 空間電荷區(qū)也稱作空間電荷區(qū)也稱作 “耗盡區(qū)耗盡區(qū)” “勢(shì)壘勢(shì)壘 區(qū)區(qū)” l自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。 l動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡。 擴(kuò)散擴(kuò)散=漂移漂移 3. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 4.4.PN結(jié)的特性結(jié)的特性 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)外加正向電壓

21、結(jié)外加正向電壓 l如圖所示，如圖所示，電源的正極電源的正極 接接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，這區(qū)，這 種接法叫做種接法叫做PN結(jié)加正向結(jié)加正向 電壓或正向偏置。電壓或正向偏置。 PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓 lPN結(jié)外加正向電壓時(shí)（結(jié)外加正向電壓時(shí)（P正、正、N負(fù)），空間負(fù)），空間 電荷區(qū)變窄。電荷區(qū)變窄。 l不大的正向電壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。不大的正向電壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。 l外加電壓的微小變化，擴(kuò)散電流變化較大。外加電壓的微小變化，擴(kuò)散電流變化較大。 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 l如圖所示，如圖所示，電源的正極接電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P 區(qū)，這種接法叫做區(qū)，

22、這種接法叫做PN結(jié)加反向電壓或反結(jié)加反向電壓或反 向偏置向偏置。 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 l 流過(guò)流過(guò)PN結(jié)的電流主要是少子的漂移決定的，稱結(jié)的電流主要是少子的漂移決定的，稱 為為PN結(jié)的結(jié)的反向電流反向電流。 PN結(jié)的反向電流很小，而且與反向電壓的大小結(jié)的反向電流很小，而且與反向電壓的大小 基本無(wú)關(guān)?；緹o(wú)關(guān)。PN結(jié)表現(xiàn)為很大的電阻，稱之截止。結(jié)表現(xiàn)為很大的電阻，稱之截止。 lPN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自 建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散電流近似為零。建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散電流近似為零。 l反向電流很小反向電流很小，它由少數(shù)載流子形成，與少，它由少

23、數(shù)載流子形成，與少 子濃度成正比。子濃度成正比。 l少子少子的值與外加電壓無(wú)關(guān)，因此的值與外加電壓無(wú)關(guān)，因此反向電流的反向電流的 大小與反向電壓大小基本無(wú)關(guān)，故稱為反向大小與反向電壓大小基本無(wú)關(guān)，故稱為反向 飽和電流。飽和電流。 l溫度升高時(shí)，少子值迅速增大，所以溫度升高時(shí)，少子值迅速增大，所以PN結(jié)結(jié) 的反向電流受溫度影響很大。的反向電流受溫度影響很大。 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 結(jié)論結(jié)論： lPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦裕?PN結(jié)加正向電壓產(chǎn)生大的正向電流，結(jié)加正向電壓產(chǎn)生大的正向電流， PN 結(jié)導(dǎo)電。結(jié)導(dǎo)電。 PN結(jié)加反向電壓產(chǎn)生很小的反向飽和電結(jié)加反向電壓產(chǎn)生很小的反向飽和

24、電 流，近似為零，流，近似為零， PN結(jié)不導(dǎo)電。結(jié)不導(dǎo)電。 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l定量描繪定量描繪PN結(jié)兩端電壓和流過(guò)結(jié)的電流的關(guān)系結(jié)兩端電壓和流過(guò)結(jié)的電流的關(guān)系 的曲線的曲線PN結(jié)的伏安特性。結(jié)的伏安特性。 l根據(jù)理論分析，根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性方程為結(jié)的伏安特性方程為 ) 1( kT qU S eII外加電壓外加電壓 流過(guò)流過(guò)PN結(jié)結(jié) 的電流的電流電子電荷量電子電荷量 q =1.610-19C 反向飽和電流反向飽和電流 絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度(K) 玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù) k =1.3810-23J/K自然對(duì)數(shù)的底自然對(duì)數(shù)的底 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l令令 )1( k

25、T qU S eII T U q kT 在常溫下，在常溫下，T = 300K， 則則 )1( T U U S eII mV q kT UT26 106 . 1 3001038. 1 19 23 當(dāng)當(dāng)U大于大于UT數(shù)倍數(shù)倍 T U U Se II 1 T U U e 即正向電流隨正向電壓的增加以指數(shù)即正向電流隨正向電壓的增加以指數(shù) 規(guī)律迅速增大。規(guī)律迅速增大。 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l外加反向電壓時(shí)，外加反向電壓時(shí)，U為負(fù)值，當(dāng)為負(fù)值，當(dāng)|U|比比UT大幾倍時(shí)，大幾倍時(shí)， 1 T U U e )1( T U U S eII IIS 即加反向電壓時(shí)，即加反向電壓時(shí)，PN結(jié)只流過(guò)很小的反向飽

26、和結(jié)只流過(guò)很小的反向飽和 電流電流。 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l 曲線曲線OD段段表示表示PN結(jié)結(jié) 正向偏置時(shí)的伏安特正向偏置時(shí)的伏安特 性，稱為性，稱為正向特性正向特性； l 曲線曲線OB段段表示表示PN結(jié)結(jié) 反向偏置時(shí)的伏安特反向偏置時(shí)的伏安特 性，稱為性，稱為反向特性反向特性。 U（mV） I（mA） 0 圖圖4-5 PN結(jié)的理論伏安特性結(jié)的理論伏安特性 D T=25 B -IS （V） 0.25 50 75 100 (uA) 0.5 1 1.5 2 l畫(huà)出畫(huà)出PN結(jié)的理論伏安特結(jié)的理論伏安特 性曲線。性曲線。 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 l 加大加大PN結(jié)的反向電壓結(jié)的反向電壓

27、 到某一值時(shí)，反向電到某一值時(shí)，反向電 流突然劇增，這種現(xiàn)流突然劇增，這種現(xiàn) 象稱為象稱為PN結(jié)擊穿結(jié)擊穿，發(fā)，發(fā) 生擊穿所需的電壓稱生擊穿所需的電壓稱 為為擊穿電壓擊穿電壓，如圖所，如圖所 示。示。 l 反向擊穿的特點(diǎn)反向擊穿的特點(diǎn)：反：反 向電壓增加很小，反向電壓增加很小，反 向電流卻急劇增加。向電流卻急劇增加。 UBR U（V） I（mA） 0 圖圖4-6 PN結(jié)反向擊穿結(jié)反向擊穿 雪崩擊穿雪崩擊穿 l由倍增效應(yīng)引起的擊穿。由倍增效應(yīng)引起的擊穿。當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加的反結(jié)外加的反 向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，空間電荷數(shù)目向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，空間電荷數(shù)目 較多，自建電場(chǎng)很強(qiáng)，使流過(guò)較多，自建電場(chǎng)

28、很強(qiáng)，使流過(guò)PN結(jié)的少子結(jié)的少子 漂移速度加快，可獲得足夠大的動(dòng)能，它漂移速度加快，可獲得足夠大的動(dòng)能，它 們與們與PN結(jié)中的中性原子碰撞時(shí)，能把價(jià)電結(jié)中的中性原子碰撞時(shí)，能把價(jià)電 子從共價(jià)建中碰撞出來(lái)，產(chǎn)生新的電子空子從共價(jià)建中碰撞出來(lái)，產(chǎn)生新的電子空 穴對(duì)。穴對(duì)。 l雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)結(jié) 中。中。 齊納擊穿齊納擊穿 l強(qiáng)電場(chǎng)破壞共價(jià)健引起的強(qiáng)電場(chǎng)破壞共價(jià)健引起的。 l齊納擊穿齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較高的通常發(fā)生在摻雜濃度較高的PN結(jié)結(jié) 中。中。 l雪崩擊穿和齊納擊穿均為雪崩擊穿和齊納擊穿均為電擊穿電擊穿。 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)

29、 l除了單向?qū)щ娦灾?，除了單向?qū)щ娦灾猓琍N結(jié)還存在電容效應(yīng)結(jié)還存在電容效應(yīng) 。 l 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB 多子的充放電引起的。是指外加電壓的多子的充放電引起的。是指外加電壓的 變化導(dǎo)致空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的變化，從而變化導(dǎo)致空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的變化，從而 顯示出電容效應(yīng)。幾皮法顯示出電容效應(yīng)。幾皮法幾百皮法。幾百皮法。 l 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD 多子的積累引起的。是指多子的積累引起的。是指PN結(jié)兩側(cè)積累結(jié)兩側(cè)積累 的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生 的電容效應(yīng)的電容效應(yīng)。 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) lPN結(jié)的電容很小，是針對(duì)結(jié)的電容很小，是針對(duì)

30、高頻交流高頻交流小信號(hào)小信號(hào) 而考慮。而考慮。 lPN結(jié)反向工作時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，結(jié)反向工作時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用， 正向工作時(shí)擴(kuò)散電容起主要作用。正向工作時(shí)擴(kuò)散電容起主要作用。PN結(jié)的結(jié)的 面積增大時(shí)，面積增大時(shí)，PN結(jié)的電容也增大。結(jié)的電容也增大。 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型 l 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管 。二極管按結(jié)構(gòu)分有。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面面接觸型和平面 型型三大類。三大類。 l (1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)結(jié)

31、面積小，結(jié) 電容小，用于檢波和電容小，用于檢波和 變頻等高頻電路。變頻等高頻電路。 (a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型 PN結(jié)面積大，用于工結(jié)面積大，用于工 頻大電流整流電路。頻大電流整流電路。 (c)(c)平面型平面型 陰極陰極 引線引線 陽(yáng)極陽(yáng)極 引線引線 P N P 型支持襯底型支持襯底 往往用于集成電往往用于集成電 路制造中。路制造中。PN 結(jié)面積結(jié)面積 可大可小，用于高頻整可大可小，用于高頻整 流和開(kāi)關(guān)電路中。流和開(kāi)關(guān)電路中。 n (3) 平面型二極管平面型二極管 n (2)面接觸型二極管面接觸型二

32、極管 n(4) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào) (b)(b)面接觸型面接觸型 陽(yáng)極陽(yáng)極 陰極陰極 半導(dǎo)體二極管圖片 半導(dǎo)體二極管圖片 半導(dǎo)體二極管圖片 2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 l二極管的伏安特性的測(cè)出二極管的伏安特性的測(cè)出。 V mA V D R RW （a）測(cè)正向特性）測(cè)正向特性 V mA V D R RW （b）測(cè)反向特性）測(cè)反向特性 2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 n二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示 )1( / TD UU SD eIi (a)二極管理論伏安特性二極管理論伏安特性 C D o B A UBR uD iD （b b）

33、2CP10-202CP10-20的的伏安特性曲線伏安特性曲線 iD（mA） uD（V）0 12 -100-200 20 40 60 80 -20 -10 -30 （uA） 75 20 （c c）2AP152AP15的的伏安特性曲線伏安特性曲線 iD（mA） uD（V） 0 0.4 -40-80 20 40 80 -0.2 -0.1 -0.3 60 0.8 正向特性正向特性 l 死區(qū)電壓：死區(qū)電壓：硅管硅管 0.5V 鍺管鍺管 0.1V l 線性區(qū)：線性區(qū)：硅管硅管 0.6V1V 鍺管鍺管 0.2V0.5V l 對(duì)溫度變化敏感：對(duì)溫度變化敏感： l 溫度升高溫度升高正向特性曲線左移正向特性曲線左

34、移 l 溫度每升高溫度每升高1正向壓降正向壓降 l 減小約減小約2mV。 2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 (a)二極管理論伏安特性二極管理論伏安特性 正向正向 特性特性 C D o B A UBR uD iD 2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 反向特性反向特性 l 反向電流：反向電流：很小。很小。 硅管硅管 0.1微安微安 鍺管鍺管 幾十個(gè)微安幾十個(gè)微安 l 受溫度影響大：受溫度影響大： 溫度每升高溫度每升高10 反向電流增加約反向電流增加約1倍。倍。 反向擊穿特性反向擊穿特性 l 反向擊穿反向擊穿UBR:幾十伏以上。幾十伏以上。 (a)二極管理論伏安特性二極管理論伏安特性 反向

35、擊反向擊 穿特性穿特性 C D o B A UBR uD iD 反向反向 特性特性 3. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) l 最大整流電流最大整流電流IF l 最大反向工作電壓最大反向工作電壓UR l 反向電流反向電流I IR R l 最高工作頻率最高工作頻率fM 4. 二極管的等效電路及應(yīng)用二極管的等效電路及應(yīng)用 l二極管特性曲線的非線性，給二極管電二極管特性曲線的非線性，給二極管電 路的分析帶來(lái)一定困難。為了簡(jiǎn)化分析，路的分析帶來(lái)一定困難。為了簡(jiǎn)化分析， 常常要做一些近似處理，可用某些線性常常要做一些近似處理，可用某些線性 電路元件來(lái)等效二極管，畫(huà)出二極管的電路元件來(lái)等效二極管，畫(huà)出二極

36、管的 等效電路。等效電路。 l最常用的近似方法有二種。最常用的近似方法有二種。 理想二極管等效電路理想二極管等效電路 uD iD o DK 理想二極管等效電路理想二極管等效電路 l 如果二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的如果二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的 電壓，二極管截止時(shí)的反向電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)電壓，二極管截止時(shí)的反向電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián) 的電流，則可以忽略二極管的正向壓降和反向電流，的電流，則可以忽略二極管的正向壓降和反向電流， 把二極管理想化為一個(gè)開(kāi)關(guān)，如圖所示。把二極管理想化為一個(gè)開(kāi)關(guān)，如圖所示。 考慮正向壓降的等效電路考慮正向壓降的等效電路 l 在二極管充分導(dǎo)通且工

37、作電流不是很大時(shí)，在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很大時(shí)， 二極管的正向壓降二極管的正向壓降UD變化不大（例如硅管約變化不大（例如硅管約 為為0.60.8V），因此近似認(rèn)為二極管正向?qū)В?，因此近似認(rèn)為二極管正向?qū)?通時(shí)有一個(gè)固定的管壓降通時(shí)有一個(gè)固定的管壓降UD（硅管?。ü韫苋?.7V， 鍺管取鍺管取0.2V），于是可用一固定電壓源來(lái)等），于是可用一固定電壓源來(lái)等 效正向?qū)ǖ亩O管。效正向?qū)ǖ亩O管。 l 當(dāng)外加電壓當(dāng)外加電壓U0時(shí)，二極管時(shí)，二極管Dl、D3導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合； D2、D4截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，如圖截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，如圖 (b)所示。因此輸出所示

38、。因此輸出 電壓電壓uO = u。 uo + _ u + _ RL D4 D2 D1 D3 io A B （a） uuo + _ RL D4 D2 D1 D3 io A B （b） + - 二極管電路的分析方法二極管電路的分析方法 l 當(dāng)當(dāng)u 0且且uUR+UD時(shí)，時(shí)， 二極管二極管D導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合，輸出電壓導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合，輸出電壓UO = UR十十UD。 l 當(dāng)當(dāng)u5mA時(shí)，時(shí)，rZ繼續(xù)下降，但變化不很明顯。繼續(xù)下降，但變化不很明顯。 I(mA) 048 1216 4 8 12 rZ() 2CW1 穩(wěn)壓管rZI曲線 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ l穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)

39、壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值，是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值， 手冊(cè)上給出的穩(wěn)定電壓和動(dòng)態(tài)電阻都是指在手冊(cè)上給出的穩(wěn)定電壓和動(dòng)態(tài)電阻都是指在 這個(gè)電流下的值。這個(gè)電流下的值。 l工作電流若小于穩(wěn)定電流工作電流若小于穩(wěn)定電流IZ，則，則rZ增大，穩(wěn)增大，穩(wěn) 壓性能較差；壓性能較差； l工作電流若大于穩(wěn)定電流，工作電流若大于穩(wěn)定電流，rZ減小，穩(wěn)壓性減小，穩(wěn)壓性 能較好，但是要注意管子的功率損耗不要超能較好，但是要注意管子的功率損耗不要超 出允許值。出允許值。 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 額定功耗額定功耗PZM lPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。 l如果已知

40、管子的穩(wěn)定電壓值，那么額定功耗如果已知管子的穩(wěn)定電壓值，那么額定功耗 除以穩(wěn)定電壓就是該穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定除以穩(wěn)定電壓就是該穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定 電流電流IZM=PZM/UZ。超過(guò)這個(gè)電流使用，就。超過(guò)這個(gè)電流使用，就 可能損壞管子?？赡軗p壞管子。 l例如例如2CWl的額定功耗的額定功耗PZM =280mW，UZ = 8.5V，則最大穩(wěn)定電流，則最大穩(wěn)定電流IZM = 280/8.533mA。 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) l溫度變化溫度變化1時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)，時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)， 定義為電壓溫度系數(shù)。它是表示穩(wěn)壓管溫度定義為電壓溫度系數(shù)。它是表示穩(wěn)壓管

41、溫度 穩(wěn)定性的參數(shù)。穩(wěn)定性的參數(shù)。 l例如例如2CWl的電壓溫度系數(shù)是的電壓溫度系數(shù)是0.07%/，假，假 設(shè)設(shè)20時(shí)穩(wěn)定電壓時(shí)穩(wěn)定電壓UZ = 8V，那么，那么50時(shí)穩(wěn)時(shí)穩(wěn) 壓值將為壓值將為 V168. 88)2050( 10000 7 1 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 l電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。 l通常，穩(wěn)定電壓通常，穩(wěn)定電壓UZ低于低于4V的管子，溫度系的管子，溫度系 數(shù)是負(fù)的（齊納擊穿），高于數(shù)是負(fù)的（齊納擊穿），高于6V的管子，的管子， 溫度系數(shù)是正的（雪崩擊穿），而穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)是正的（雪崩擊穿），而穩(wěn)定電壓 在在4V6V左右的管子，溫度

42、系數(shù)最小，接近左右的管子，溫度系數(shù)最小，接近 于零。于零。 l所以，要求溫度穩(wěn)定性較高的場(chǎng)合常選用所以，要求溫度穩(wěn)定性較高的場(chǎng)合常選用 6V左右的管子左右的管子。 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 l 為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措 施。例如施。例如2DW7系列的穩(wěn)壓管就是這種管子，它是系列的穩(wěn)壓管就是這種管子，它是 由二個(gè)穩(wěn)壓值相同的管子反向串聯(lián)起來(lái)的，如圖由二個(gè)穩(wěn)壓值相同的管子反向串聯(lián)起來(lái)的，如圖 所示。所示。 12 3 具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管圖具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管圖 n工作時(shí)一個(gè)管子處于正工作時(shí)一個(gè)管子處于正 向，有負(fù)溫度系數(shù)，另向，有負(fù)溫度

43、系數(shù)，另 一個(gè)管子處于反向，有一個(gè)管子處于反向，有 正溫度系數(shù)，二者互相正溫度系數(shù)，二者互相 補(bǔ)償，將補(bǔ)償，將1、2兩端的電兩端的電 壓溫度系數(shù)減到很小的壓溫度系數(shù)減到很小的 程度。程度。 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路 l為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必 須在電路中串聯(lián)電阻如圖所示。須在電路中串聯(lián)電阻如圖所示。 Rz Uz Dz I + - U + - 穩(wěn)壓管電路 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 lUUZ時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿 R UU I Z n必須適當(dāng)選擇必須適當(dāng)選擇R值，使得值，使得 I集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)；基區(qū)；

44、 (2)基區(qū)必須很薄?；鶇^(qū)必須很薄。 2. 晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用 l內(nèi)部條件內(nèi)部條件 l外部條件外部條件 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 l電路接法：共基接法。電路接法：共基接法。 NPN VEE VCCiB RcRe iE iC b ec l共射接法。共射接法。 Rb VBB VCC Rc iB iC b e c N P N uBE uCE iE uBC + + + 2. 晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用 晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng) l 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子的過(guò)程發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子的過(guò)程

45、 l 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散過(guò)程電子在基區(qū)中的擴(kuò)散過(guò)程 l 電子被集電極收集的過(guò)程電子被集電極收集的過(guò)程 iB iC iE VCC VB B Rb N P N (a) 載流子運(yùn)動(dòng)情況載流子運(yùn)動(dòng)情況 iB iE iCn ICBO iE iB Rb VBB VCC iC (b)各極電流分配情況各極電流分配情況 晶體管中的電流晶體管中的電流 iEn iEp iB iCn ICBO 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系 CBOBB Iii CBOCnC Iii CBE iii iB iE iCn ICBO iE iB Rb VBB VCC iC (b)各極電流分配情況 Cn i b b B i ,iC

46、n b b Bi , 令令 B i , CnC CBO I ii CBO I b b CBO I CBO I B i b b b b 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系 CEOBC Iii b b CEOBBCE Iiiii )1(b b B CEOC i Ii b b CBOCEO II)1(b b 令： CBOBC I1ii)(b bb b b b 系數(shù)系數(shù) 代表代表iB對(duì)對(duì)iC的控制作用的大小，的控制作用的大小， 越大，控制作用越強(qiáng)。越大，控制作用越強(qiáng)。 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系 l電流電流iC由兩部分組成：由兩部分組成： l一部分是一部分是ICEO，它是，它是iB

47、=0時(shí)流經(jīng)集電極與時(shí)流經(jīng)集電極與 發(fā)射極的電流，稱為穿透電流。發(fā)射極的電流，稱為穿透電流。 另一部分是另一部分是 ，它表示，它表示iC中受基極電流中受基極電流 iB控制的部分?？刂频牟糠?。 B ib b 晶體管的放大作用晶體管的放大作用 l晶體管放大作用的本質(zhì)：晶體管放大作用的本質(zhì)： iB對(duì)對(duì)iC或或iE對(duì)對(duì)iC的控制作用的控制作用。 為什么能實(shí)現(xiàn)放大呢？為什么能實(shí)現(xiàn)放大呢？ 輸 入 信 號(hào) 負(fù) 載VEE VCC e c b iE iC 晶體管共基電路晶體管共基電路 iB iC 輸 入 信 號(hào) 負(fù) 載 VCC VBB 晶體管共射電路晶體管共射電路 關(guān)于關(guān)于PNP型晶體管型晶體管 lPNP管與管

48、與NPN管之間的差別：管之間的差別： (1)電壓極性不同。電壓極性不同。 (2)電流方向不同。電流方向不同。 VBB VCC b c e iB iC iE (a) NPN型 VBB VCC b c e iB iC iE (b) PNP型 NPN型和型和PNP型晶體管電路的差別型晶體管電路的差別 3. 晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線 l晶體管特性曲線是表示晶體管各極間電晶體管特性曲線是表示晶體管各極間電 壓和電流之間的關(guān)系曲線。壓和電流之間的關(guān)系曲線。 b c e iB iE iC uBC uCE uBE + - + - + - NPN型晶體管的電壓和電流參考方向型晶體管的電壓和電流參考方向

49、l iC+iB=iE uCE =uBEuBC l通常是以發(fā)射極為公共端，通常是以發(fā)射極為公共端， 畫(huà)出畫(huà)出iC、iB，uCE和和uBE四個(gè)四個(gè) 量的關(guān)系曲線，稱為共射量的關(guān)系曲線，稱為共射 極特性曲線。極特性曲線。 A V V mA iB iC VBB RW1 Rb RW2 VCC uCE + uBE - + - 測(cè)量測(cè)量NPN管共射特性曲線的電路圖管共射特性曲線的電路圖 共射輸入特性共射輸入特性 luCE為一固定值時(shí)，為一固定值時(shí)，iB和和uBE之間的關(guān)系曲之間的關(guān)系曲 線稱為共射輸入特性，即線稱為共射輸入特性，即 CE uBEB ufi)( iB(mA) uBE(V) 0.20.40.60

50、.8 0.02 0.04 0.06 0.08 0 uCE = 0V 1V 5V 3DG4的輸入特性的輸入特性 20 輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)： l當(dāng)當(dāng)uCE=0時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正 向伏安特性曲線形狀類似。向伏安特性曲線形狀類似。 A RW1 VBB b e c V uBE + - iB uCE =0時(shí)的晶體管時(shí)的晶體管 l uCE增加，特性曲線右移。增加，特性曲線右移。 uCE的大小影響基區(qū)內(nèi)集電結(jié)邊界電子的分布。的大小影響基區(qū)內(nèi)集電結(jié)邊界電子的分布。 l uCE1V以后以后，特性曲線幾乎重合。，特性曲線幾乎重合。 uCE1V以后以后

51、，基區(qū)中集電結(jié)邊界處的電子濃度，基區(qū)中集電結(jié)邊界處的電子濃度 很低。很低。 l與二極管的伏安特性相似與二極管的伏安特性相似 uBEUr 時(shí)，時(shí)，iB =0； Ur =0.5V (Si) Ur =0.1V (Ge) l正常工作時(shí)正常工作時(shí) uBE=0.7V (Si) uBE= 0.2V (Ge) 共射輸入特性共射輸入特性 c e b uBE iB iC iE uCE + _ + _ PNP型晶體管的電壓電流參型晶體管的電壓電流參 考方向考方向 l電壓極性、電流方向電壓極性、電流方向 與與 N P N 型 管 不 同 。型 管 不 同 。 PNP管的參考方向管的參考方向 -uBE(V) iB(mA

52、) 0 0.1 0.20.30.4 0.04 0.08 0.12 0.16 uCE = 0V -6V 3AX1的輸入特性的輸入特性 共射輸入特性共射輸入特性 共射輸出特性共射輸出特性 liB為固定值時(shí)，為固定值時(shí)，iC和和uCE之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線 稱為共射輸出特性，即稱為共射輸出特性，即 B iCEC ufi| )( (a)3AX1的輸出特性的輸出特性 iC(mA) -uCE(V) iB = 0 0.02mA 0.04mA 0.06mA 0.08mA 0.10mA 0.12mA 0.14mA 0.16mA 0.18mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 2 0 4 6 8

53、 20 26810 12 晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性 iC(mA) uCE(V) iB= 0 0. 2mA 20 0.4mA 0.6mA 0.8mA 1.0mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 10 0 20 30 40 (b)3DG4的輸出特性的輸出特性 510 15 20 25 30 35 50 共射輸出特性共射輸出特性 l 截止區(qū)截止區(qū): 指指iB0，iCICEO的工作區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域中，的工作區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域中， 電流電流iC很小，基本不導(dǎo)通，故稱為截止區(qū)。工作在很小，基本不導(dǎo)通，故稱為截止區(qū)。工作在 截止區(qū)時(shí)，晶體管基本失去放大作用。截止區(qū)時(shí)，晶體管基本失去放大作用。 (a)3

54、AX1的輸出特性的輸出特性 iC(mA) -uCE(V) iB = 0 0.02mA 0.04mA 0.06mA 0.08mA 0.10mA 0.12mA 0.14mA 0.16mA 0.18mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 2 0 4 6 8 20 26810 12 晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性 iC(mA) uCE(V) iB= 0 0. 2mA 20 0.4mA 0.6mA 0.8mA 1.0mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 10 0 20 30 40 (b)3DG4的輸出特性的輸出特性 510 15 20 25 30 35 50 共射輸出特性共射輸出特性 l實(shí)

55、際上，三極管在實(shí)際上，三極管在iB=0時(shí)并沒(méi)有完全截止。為使三極管時(shí)并沒(méi)有完全截止。為使三極管 真正截止，必須給發(fā)射結(jié)加反向偏壓，使發(fā)射區(qū)不再向真正截止，必須給發(fā)射結(jié)加反向偏壓，使發(fā)射區(qū)不再向 基區(qū)注入載流子基區(qū)注入載流子。 (a)3AX1的輸出特性的輸出特性 iC(mA) -uCE(V) iB = 0 0.02mA 0.04mA 0.06mA 0.08mA 0.10mA 0.12mA 0.14mA 0.16mA 0.18mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 2 0 4 6 8 20 26810 12 晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性 iC(mA) uCE(V) iB= 0 0.

56、 2mA 20 0.4mA 0.6mA 0.8mA 1.0mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 10 0 20 30 40 (b)3DG4的輸出特性的輸出特性 510 15 20 25 30 35 50 共射輸出特性共射輸出特性 l 飽和區(qū)飽和區(qū): 指輸出特性中指輸出特性中iC上升部分與縱軸之間的區(qū)域。上升部分與縱軸之間的區(qū)域。 飽和區(qū)特性曲線的特點(diǎn)是固定飽和區(qū)特性曲線的特點(diǎn)是固定iB不變時(shí)，不變時(shí)，iC隨隨uCE的增加的增加 而迅速增大。而迅速增大。 (a)3AX1的輸出特性的輸出特性 iC(mA) -uCE(V) iB = 0 0.02mA 0.04mA 0.06mA 0.08mA 0.1

57、0mA 0.12mA 0.14mA 0.16mA 0.18mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 2 0 4 6 8 20 26810 12 晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性 iC(mA) uCE(V) iB= 0 0. 2mA 20 0.4mA 0.6mA 0.8mA 1.0mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 10 0 20 30 40 (b)3DG4的輸出特性的輸出特性 510 15 20 25 30 35 50 共射輸出特性共射輸出特性 l飽和區(qū)是對(duì)應(yīng)于飽和區(qū)是對(duì)應(yīng)于uCE較?。ㄝ^?。╱CEUr，uBC0)。 CE uCES U l飽和時(shí)的飽和時(shí)的 值稱為飽和壓降值稱為飽和

58、壓降 BECE uu rBEBC Uuu , 0 l當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) （ ），稱），稱 為臨界飽和。為臨界飽和。 共射輸出特性共射輸出特性 l 放大區(qū)放大區(qū): 輸出特性上在飽和區(qū)和截止區(qū)之間的區(qū)域?yàn)榉泡敵鎏匦陨显陲柡蛥^(qū)和截止區(qū)之間的區(qū)域?yàn)榉?大區(qū)。在這個(gè)區(qū)域里，大區(qū)。在這個(gè)區(qū)域里，iB0，uCEuBE，即，即發(fā)射結(jié)是正發(fā)射結(jié)是正 向偏置，集電結(jié)是反向偏置向偏置，集電結(jié)是反向偏置。 (a)3AX1的輸出特性的輸出特性 iC(mA) -uCE(V) iB = 0 0.02mA 0.04mA 0.06mA 0.08mA 0.10mA 0.12mA 0.14mA 0.16mA 0.18mA 放放 大大 區(qū)區(qū)

59、 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 2 0 4 6 8 20 26810 12 晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性 iC(mA) uCE(V) iB= 0 0. 2mA 20 0.4mA 0.6mA 0.8mA 1.0mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 10 0 20 30 40 (b)3DG4的輸出特性的輸出特性 510 15 20 25 30 35 50 共射輸出特性共射輸出特性 l放大區(qū)的特點(diǎn)：放大區(qū)的特點(diǎn)：iB固定，固定，uCE增加增加iC略有增加。略有增加。 luCE固定，固定，iB變化變化iC變化很大，變化很大，iB對(duì)對(duì)iC的強(qiáng)烈控制作用。的強(qiáng)烈控制作用。 (a)3AX1的輸出特性的輸出

60、特性 iC(mA) -uCE(V) iB = 0 0.02mA 0.04mA 0.06mA 0.08mA 0.10mA 0.12mA 0.14mA 0.16mA 0.18mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 2 0 4 6 8 20 26810 12 晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性 iC(mA) uCE(V) iB= 0 0. 2mA 20 0.4mA 0.6mA 0.8mA 1.0mA 放放 大大 區(qū)區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 10 0 20 30 40 (b)3DG4的輸出特性的輸出特性 510 15 20 25 30 35 50 4. 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) l晶體管的參