第14章二極管和晶體管(2)

1、電電 子子 技技 術(shù)術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)( (威海威海) ) 信息科學(xué)與工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院工工 業(yè)業(yè) 控控 制制電機(jī)控制電機(jī)控制機(jī)床控制機(jī)床控制生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制樓宇電梯控制樓宇電梯控制2. 電子技術(shù)的應(yīng)用電子技術(shù)的應(yīng)用信信 號(hào)號(hào) 檢檢 測(cè)測(cè) 壓力、溫度、水位、壓力、溫度、水位、流量等的測(cè)量與調(diào)節(jié)流量等的測(cè)量與調(diào)節(jié) 電子儀器電子儀器 醫(yī)療儀器醫(yī)療儀器2. 電子技術(shù)的應(yīng)用電子技術(shù)的應(yīng)用家家 用用 電電 器器 電燈、電話電燈、電話 廣播、電視廣播、電視 冰箱、洗衣機(jī)冰箱、洗衣機(jī)2. 電子技術(shù)的應(yīng)用電子技術(shù)的應(yīng)用汽車電子汽車電子汽汽 車車 電電 子子電源電源發(fā)動(dòng)

2、機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制行駛裝置行駛裝置報(bào)警與安全裝置報(bào)警與安全裝置旅居性旅居性儀表儀表娛樂通訊娛樂通訊收音機(jī)、汽車電話、業(yè)余電臺(tái)收音機(jī)、汽車電話、業(yè)余電臺(tái)點(diǎn)火裝置、燃油噴射控制、點(diǎn)火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制車速控制、間歇刮水、車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖除霧裝置、車門緊鎖.安全帶、車燈未關(guān)報(bào)警、安全帶、車燈未關(guān)報(bào)警、速度報(bào)警、安全氣囊速度報(bào)警、安全氣囊.空調(diào)控制、動(dòng)力窗控制空調(diào)控制、動(dòng)力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、里程表、數(shù)字式速度表、出租車用儀表出租車用儀表.網(wǎng)吧網(wǎng)吧ICIC卡控制器卡控制器天然氣加氣機(jī)控制器天然氣加氣機(jī)控制器 第第1414章章 二極管和晶體管二極

3、管和晶體管晶體管的誕生晶體管的誕生 1947年年12月月16日日 威廉威廉邵克雷（邵克雷（WilliamShockley） 約翰約翰巴頓（巴頓（JohnBardeen） 沃特沃特布拉頓（布拉頓（WalterBrattain） 成功地在貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出第一個(gè)晶體管，成功地在貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出第一個(gè)晶體管，開辟了電子技術(shù)的新紀(jì)元開辟了電子技術(shù)的新紀(jì)元;1950年，威廉年，威廉邵克雷邵克雷開發(fā)出雙極晶體管開發(fā)出雙極晶體管(BipolarJunctionTransistor)，就是現(xiàn)在通用的標(biāo)準(zhǔn)的晶體管。就是現(xiàn)在通用的標(biāo)準(zhǔn)的晶體管。 晶體管的作用晶體管的作用 晶體管是當(dāng)今數(shù)字世界的構(gòu)建模塊，被認(rèn)晶體管是

4、當(dāng)今數(shù)字世界的構(gòu)建模塊，被認(rèn)為是為是20世紀(jì)最偉大最重要的發(fā)明之一。從最早世紀(jì)最偉大最重要的發(fā)明之一。從最早被人們熟知的半導(dǎo)體，到如今隨處可見的手機(jī)、被人們熟知的半導(dǎo)體，到如今隨處可見的手機(jī)、隨身聽、隨身聽、DVD、各種便攜式存儲(chǔ)器、電視、電、各種便攜式存儲(chǔ)器、電視、電腦等。只要您能想得到的電子產(chǎn)品，幾乎都運(yùn)腦等。只要您能想得到的電子產(chǎn)品，幾乎都運(yùn)用了晶體管技術(shù)。用了晶體管技術(shù)。 英特爾公司董事長貝瑞特博士在慶祝晶體英特爾公司董事長貝瑞特博士在慶祝晶體管誕生管誕生60周年時(shí)表示。周年時(shí)表示?！熬w管太有魅力了！晶體管太有魅力了！它改變了世界，改變了我們每個(gè)人的生活、學(xué)它改變了世界，改變了我們每

5、個(gè)人的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。在人類發(fā)展的路程上，晶體管習(xí)和工作方式。在人類發(fā)展的路程上，晶體管是我們是我們最好的朋友最好的朋友?！蹦磕?錄錄14.1 14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之 間的間的 物質(zhì)。物質(zhì)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：熱敏特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：熱敏特性 光敏特性光敏特性 摻雜特性摻雜特性 應(yīng)用最多的本征應(yīng)用最多的本征半導(dǎo)體為鍺和硅，它半導(dǎo)體為鍺和硅，它們各有四個(gè)價(jià)電子，們各有四個(gè)價(jià)電子，都是四價(jià)元素都是四價(jià)元素.硅的原子結(jié)構(gòu)硅的原子結(jié)構(gòu)14.1.114.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體共價(jià)健共價(jià)健 Si Si

6、Si Si價(jià)電子價(jià)電子SiSiSiSi自由電子空穴熱激發(fā)與復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡熱激發(fā)與復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 由于受熱或由于受熱或光照產(chǎn)生自由電光照產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象。子和空穴的現(xiàn)象。 熱激發(fā)熱激發(fā)14.1.1 14.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 自由電子自由電子在運(yùn)動(dòng)中遇到在運(yùn)動(dòng)中遇到空穴后，兩者空穴后，兩者同時(shí)消失，稱同時(shí)消失，稱為復(fù)合現(xiàn)象。為復(fù)合現(xiàn)象。半導(dǎo)體導(dǎo)電方式半導(dǎo)體導(dǎo)電方式載流子載流子自由電子和空穴自由電子和空穴溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響很大。能的影響很大。14.1.1 14.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體SiSiSiSi價(jià)電子空穴 當(dāng)半導(dǎo)體兩端當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)

7、，自加上外電壓時(shí)，自由電子作定向運(yùn)動(dòng)由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流；而形成電子電流；而空穴的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)正電荷的運(yùn)動(dòng) Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴14.1.2 N14.1.2 N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 注意：注意：不論不論N型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但是整個(gè)晶體仍載流子占多數(shù)，但是整個(gè)晶體仍然是然是不帶電不帶電的的。多子的擴(kuò)

8、散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空間擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+ 內(nèi)電場(chǎng)被內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很于少子數(shù)量很少，形成很小少，形成很小的反向電流。的反向電流。IR+ PNPN結(jié)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通過結(jié)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通過PNPN結(jié)的電流是少子的漂移電流結(jié)的電流是少子的漂移電流 -反向電流反向電流特點(diǎn)特點(diǎn): : 受溫度影響大受溫度影響大原因原因

9、: : 反向電流是靠熱激發(fā)產(chǎn)生的少子形成的反向電流是靠熱激發(fā)產(chǎn)生的少子形成的14.2.1 PN14.2.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散強(qiáng)擴(kuò)散強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)兩者平衡兩者平衡PNPN結(jié)寬度基本穩(wěn)定結(jié)寬度基本穩(wěn)定外加外加電壓電壓平衡平衡破壞破壞擴(kuò)散強(qiáng)擴(kuò)散強(qiáng)漂移強(qiáng)漂移強(qiáng)PNPN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通PNPN結(jié)截止結(jié)截止14.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)結(jié) 論論 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?（1） PN結(jié)加正向電壓時(shí)，處在導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)加正向電壓時(shí)，處在導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)電阻很低，正向電流較大。結(jié)電阻很低，正向電

10、流較大。（2）PN結(jié)加反向電壓時(shí)，處在截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)加反向電壓時(shí)，處在截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電阻很高，反向電流很小。結(jié)電阻很高，反向電流很小。陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型觸絲觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN

11、+14.3.3 伏安特性的折線化USI0UI0U定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+14.3.5 14.3.5 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例14.3.5 14.3.5 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 例例2: 圖中電路，輸入端圖中電路，輸入端A的電位的電位VA=+3V，B的電位的電位VB=0V，求輸出端，求輸出端Y的電位的電位VY。電阻。電阻R接負(fù)電源接負(fù)電源-12V。VY=+2.7V解：解：DA優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， DA導(dǎo)通后，導(dǎo)通后， DB上加的是反向電壓，上加的是反向電壓，因而截止。因而截止。DA起

12、鉗位作用，起鉗位作用， DB起隔離作用。起隔離作用。-12VAB+3V0VDBDAYV sin18itu t _+ UZUZIZIZM IZUIO 一種特殊的一種特殊的面接觸型面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。它在電路中半導(dǎo)體硅二極管。它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻相配合能起穩(wěn)定電壓的作用。與適當(dāng)數(shù)值的電阻相配合能起穩(wěn)定電壓的作用。 ZZ ZIUr例題：例題：UO+_UUZR穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用當(dāng)當(dāng)UUZ時(shí)時(shí),穩(wěn)壓管擊穿穩(wěn)壓管擊穿RUUIZZ此時(shí)此時(shí)選選R，使，使IZIZM14.5 14.5 晶體管晶體管14.5.1 14.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)14.5.2 14.5.2 電流分配和放大原理電

13、流分配和放大原理14.5.3 14.5.3 特性曲線特性曲線14.5.4 14.5.4 主要參數(shù)主要參數(shù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)平面型平面型 合金型合金型 NPN PNP14.5.1 14.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)發(fā)射結(jié)集電結(jié)BNNP發(fā)射區(qū)基區(qū) 集電區(qū)ECNNPBECCEB發(fā)射結(jié)集電結(jié)BPPN發(fā)射區(qū)基區(qū) 集電區(qū)ECPPNBECCEB14.5.1 14.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)EEBRBRCICECAmAmAIBIERB+_EBBCE3DG6共發(fā)射極接法（1） IE = IC+IB 符合基爾霍夫電流定律。符合基爾霍夫電流定律。（2） IE和和IC比比IB 大的多。大的多。（3）當(dāng)）當(dāng)IB = 0（將基極開路）時(shí)

14、，（將基極開路）時(shí)， IE = ICEO， ICEO0.001mABECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。是分析放大電路的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線IC共

15、發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路EBmA AVUCEUBERBIBECV+常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)O BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICEO=IC|IB=0穿透電流穿透電流ICEO與與ICBO的關(guān)系：的關(guān)系：BCECCBOCEOCBO0BEBCBOCBOCEOCBOC

16、BOCBOCBCBOCBOBCEO|(1)()IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIICBO愈大，愈大，愈高的管子，穩(wěn)定性愈差。因此，在選管子愈高的管子，穩(wěn)定性愈差。因此，在選管子時(shí)，要求時(shí)，要求ICBO盡可能小些，而盡可能小些，而以不超過以不超過100100為宜。為宜。ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO穩(wěn)壓管正偏變普通，穩(wěn)壓管正偏變普通，反偏才是工作態(tài)，反偏才是工作態(tài)，工作端電壓不變，工作端電壓不變，限流電阻需配合。限流電阻需配合。晶體管三個(gè)工作區(qū)，晶體管三個(gè)工作區(qū)，放大截止與飽和。放大截止與飽和。平行一簇放大區(qū)，平行一簇放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏集電極結(jié)反，發(fā)射結(jié)正偏集電極結(jié)反，集電基極成正比。集電基極成正比。IB 近零截止區(qū)，近零截止區(qū)，發(fā)射結(jié)反偏集電極結(jié)反，發(fā)射結(jié)反偏集電極結(jié)反，基集電流近似零?；娏鹘屏?。起始一段飽和區(qū)，起始一段飽和區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正，