半導體二極管和晶體管

第六章半導體二極管和晶體管6.1半導體的導電特性6.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.3基本結(jié)構6.4穩(wěn)壓二極管6.5晶體管6.7光電器件第6章半導體二極管和晶體管6.1半導體的導電特性半導體的導電特性：摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。自然界的物質(zhì)按其導電能力的大小，分為導體、絕緣體和半導體三類，電阻率在10-3Ω·cm以下的物質(zhì)稱為導體，電阻率在108Ω·cm以下的物質(zhì)稱為絕緣體，電阻率介于二者之間的物質(zhì)稱為半導體。第6章半導體二極管和晶體管1本征半導體完全純凈的、具有晶體結(jié)構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結(jié)構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子第6章半導體二極管和晶體管

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭囟扔?，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結(jié)果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。第6章半導體二極管和晶體管本征半導體的導電機理

當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運動電子電流

(2)價電子遞補空穴空穴電流注意：

(1)本征半導體中載流子數(shù)目極少，其導電性能很差；

(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多，半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。

(3)本征半導體中，自由電子數(shù)目恒等于空穴數(shù)目。自由電子和空穴都稱為載流子。第6章半導體二極管和晶體管自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數(shù)目。在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素），形成雜質(zhì)半導體。摻雜后，半導體的導電能力會發(fā)生顯著的變化。2雜質(zhì)半導體按摻入雜質(zhì)（某種元素）的性質(zhì)，雜質(zhì)半導體可分為N型半導體（電子型半導體）和P型半導體（空穴型半導體）兩類。第6章半導體二極管和晶體管2.1N型半導體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。

Si

Si

Si

Si多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子在本征半導體中摻入五價元素，形成N型半導體（電子型半導體）。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子?！鵑

型半導體的主要導電方式是靠自由電子導電第6章半導體二極管和晶體管摻入五價元素p+2.2P型半導體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體。摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。在本征半導體中摻入三價元素，形成P型半導體（空穴型半導體）?！鵓

型半導體的主要導電方式是靠空穴導電第6章半導體二極管和晶體管

1.在雜質(zhì)半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。

2.在雜質(zhì)半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。

3.當溫度升高時，少子的數(shù)量

（a.減少、b.不變、c.增多）。abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba小結(jié)第6章半導體二極管和晶體管5.本征半導體的導電能力主要由決定；雜質(zhì)半導體的導電能力主要由決定。（a.摻雜濃度、b.溫度）ba擴散運動：載流子受擴散力的作用所產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。擴散電流：載流子擴散運動所形成的電流稱為擴散電流。濃度差擴散運動擴散電流擴散力擴散電流的大小與載流子的濃度梯度成正比第6章半導體二極管和晶體管6.2PN結(jié)及其單相導電性1.擴散運動和擴散電流漂移運動：載流子受電場力的作用所產(chǎn)生的運動成為漂移運動。漂移電流：載流子漂移運動所形成的電流稱為漂移電流。2.漂移運動和漂移電流漂移電流的大小與電場強度成正比電位差漂移運動漂移電流電場力第6章半導體二極管和晶體管3.PN結(jié)的形成多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。

內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。形成空間電荷區(qū)第6章半導體二極管和晶體管少子漂移

擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)多子擴散

形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場

促使阻止PN結(jié)的兩大基本特征：(1)當P型半導體和N型半導體共處時，產(chǎn)生空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場，內(nèi)電場的方向為N指向P。(2)整個半導體仍然是電中性的。第6章半導體二極管和晶體管（1）PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄

P接正、N接負外電場IF內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結(jié)加正向電壓時，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導通狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–4.PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?章半導體二極管和晶體管PN結(jié)變寬外電場內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR

P接負、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。

PN結(jié)加反向電壓時，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。–+內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－(2)PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）第6章半導體二極管和晶體管5.PN結(jié)的反向擊穿特性

當PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。如圖所示。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆第6章半導體二極管和晶體管第6章半導體二極管和晶體管雪崩擊穿當反向電壓太高時，載流子在阻擋層中將受到強烈的電場加速作用，獲得夠的能量去碰撞原子，產(chǎn)生新的電子空穴對。被撞出的載流子獲得能量后又可能再去碰撞別的原子，如此連鎖反應造成了載流子的劇增。這種擊穿多發(fā)生在摻雜濃度不高的PN結(jié)，雪崩電壓一般高于6V。齊納擊穿當反向電壓夠大時，阻擋層中的強電場會將電子從共價鍵中強行拉出，出現(xiàn)電子空穴對，使載流子劇增，其效果與溫度升高相仿。這種擊穿多發(fā)生在摻雜濃度不高的PN結(jié)，齊納擊穿電壓一般低于6V。結(jié)論

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?/p>

（1）PN結(jié)加正向電壓時，正向擴散電流遠大于漂移電流，PN結(jié)處在導通狀態(tài)，結(jié)電阻很低，正向電流較大。（2）PN結(jié)加反向電壓時，僅有很小的反向飽和電流Is，處在截止狀態(tài)，結(jié)電阻很高，反向電流很小。第6章半導體二極管和晶體管（3）當PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。6.3半導體二極管基本結(jié)構(a)點接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。1.二極管的結(jié)構第6章半導體二極管和晶體管

一個PN結(jié)加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二極管，簡稱二極管，接在P型半導體一側(cè)的引出線稱為陽極；接在N型半導體一側(cè)的引出線稱為陰極。陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a

)

點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b

)面接觸型半導體二極管的結(jié)構和符號陰極陽極(

d

)符號D第6章半導體二極管和晶體管半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：第6章半導體二極管和晶體管半導體二極管圖片第6章半導體二極管和晶體管半導體二極管圖片第6章半導體二極管和晶體管半導體二極管圖片第6章半導體二極管和晶體管2.二極管伏安特性硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導通壓降外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3V死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。第6章半導體二極管和晶體管UI01.最大整流電流

IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。它由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。2.最大反向工作電壓UR是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。3.反向電流IR指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IR受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。3.二極管的主要參數(shù)第6章半導體二極管和晶體管4.最高工作頻率fM最高工作頻率主要由PN結(jié)電容的大小決定，結(jié)電容越大，則fM越低，工作時，若工作頻率超過fM

，則二極管的單向?qū)щ娦宰儾睢５?章半導體二極管和晶體管二極管的單向?qū)щ娦孕〗Y(jié)

1、二極管加正向電壓(正向偏置，陽極接正、陰極接負)時，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。

2、二極管加反向電壓(反向偏置，陽極接負、陰極接正)時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3、外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?/p>

4、二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。在分析含二極管的電路時，二極管一般采用理想模型或恒壓源模型，兩者的主要區(qū)別是二極管正向?qū)〞r，理想二極管的壓降為零，恒壓源模型的二極管上的壓降0.6(0.7)V或(0.2)0.3V第6章半導體二極管和晶體管溫度對二極管伏安特性的影響第6章半導體二極管和晶體管二極管是對溫度非常敏感的器件。實驗表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負的溫度系數(shù)（約為-2mV/℃）；溫度升高，反向飽和電流會增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增加一倍。二極管的溫度特性二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導通否則，正向管壓降硅0.6~0.7V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。鍺0.2~0.3V截止若V陽

<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止第6章半導體二極管和晶體管電路如圖，求：UAB

V陽

=－6VV陰=－12VV陽>V陰，VD=6V，二極管導通，若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例：解：取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。D6V12V3kBAUAB+–第6章半導體二極管和晶體管解：兩個二極管的陰極接在一起，取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例:D1承受反向電壓為6V流過D2

的電流為求：UABBD16V12V3kAD2UAB+–第6章半導體二極管和晶體管分析兩個二極管的導通情況，如導通，計算流過二極管的電流。如截止，求出其反向電壓。(練習)第6章半導體二極管和晶體管例：如圖所示已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。例：如圖所示第6章半導體二極管和晶體管例電路如圖所示。設輸入V，設二極管是理想的，試畫出輸出電壓的波形。第6章半導體二極管和晶體管電路如圖所示第6章半導體二極管和晶體管已知R=5k，電壓表V的讀數(shù)約為多少？判別二極管是導通還是截止。例電路如圖所示。第6章半導體二極管和晶體管1.符號UZIZIZMUZ

IZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO穩(wěn)壓二極管6.4穩(wěn)壓二極管第6章半導體二極管和晶體管(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。3.主要參數(shù)第6章半導體二極管和晶體管

IR

IZ

IoRLIoIRVRIZIRVoVoVZVR4.穩(wěn)壓電路第6章半導體二極管和晶體管例：如圖所示電路中，Ui＝12V，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓UZ＝6V，穩(wěn)定電流IZ

＝10mA，電阻R＝100Ω，RL＝150Ω。(1)求UO、IR和穩(wěn)壓管實際工作電流IZ；(2)若穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流IZ=50mA，試問Ui允許波動的范圍是多少？解：(1)由電路可知，第6章半導體二極管和晶體管則穩(wěn)壓管的實際工作電流為(2)若穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流IZM=50mA，而穩(wěn)定電流IZ＝10mA，則由電路可知當IZ＝10mA時當IZM＝50mA時故Ui允許波動的范圍是（11～15）V。第6章半導體二極管和晶體管

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=10V，穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流IZMAX=20mA，輸入直流電壓

UI=20V，限流電阻R

最小應選（）。

第6章半導體二極管和晶體管例：如圖所示是穩(wěn)壓管電路。當穩(wěn)壓管的電流Iz的變化范圍為5~40mA時，問RL的變化范圍為多少？第6章半導體二極管和晶體管（a）符號（b）結(jié)電容與電壓的關系（縱坐標為對數(shù)刻度）二極管電容的大小除與其結(jié)構和工藝有關外，還與外加電壓有關。結(jié)電容隨PN結(jié)上反向電壓增加而減小，這種效應顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管第6章半導體二極管和晶體管變?nèi)荻O管在高頻電路中應用較多。（a）符號（b）特性曲線光電二極管第6章半導體二極管和晶體管光電二極管在反向偏置狀態(tài)下工作，它的反向電流隨光照強度的增加而上升。其主要特點是反向電流與光照強度成正比光電二極管常用于光的測量，是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的常用器件。符號光電傳輸系統(tǒng)當發(fā)光二極管通以電流，正向?qū)〞r發(fā)光，發(fā)光強度取決于電流的大小，電流越大，亮度越強。發(fā)光二極管第6章半導體二極管和晶體管所發(fā)光的顏色由其所使用的材料決定，常見的有紅黃綠以及紅外線。發(fā)光二極管常做顯示器件，使用時與幾百歐姆的電阻串聯(lián)。防止電流過大而燒壞。有時也做檢測器件用。下圖是對電脈沖信號的檢測。6.5晶體管晶體管的結(jié)構(a)硅平面型；(b)鍺合金型(b)銦球N型鍺BECPP銦球1晶體管的結(jié)構(a)BEP型硅N型硅二氧化碳保護膜N型硅C第6章半導體二極管和晶體管晶體管的結(jié)構示意圖和表示符號(a)NPN型晶體管；(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP型晶體管CE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNP基極發(fā)射極集電極BCE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)P發(fā)射結(jié)P集電結(jié)N集電極發(fā)射極基極B第6章半導體二極管和晶體管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構特點：集電區(qū)：面積最大第6章半導體二極管和晶體管由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體的管子稱為NPN管。還有一種與它成對偶形式的，即兩塊P型半導體中間夾著一塊N型半導體的管子，稱為PNP管。晶體管制造工藝上的特點是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度底，集電區(qū)面積大。(a)共基極 (b)共發(fā)射極 (c)共集電極三種連接方式（或成為三種組態(tài)）ab二端網(wǎng)絡單端口網(wǎng)絡ab四端網(wǎng)絡雙端口網(wǎng)絡dc輸入端口輸出端口第6章半導體二極管和晶體管BECNNP發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP管從電位的角度看：EBRBECRC2電流分配和放大原理(1)三極管放大的外部條件第6章半導體二極管和晶體管發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏VB<VEVC<VB發(fā)射結(jié)正偏NPN

管集電結(jié)反偏VB>VEVC>VB

晶體管電流放大的實驗電路設EC=6V，改變可變電阻RB,則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，測量結(jié)果如下表：(2)各電極電流關系及電流放大作用mAAVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100第6章半導體二極管和晶體管晶體管電流測量數(shù)據(jù)IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:(a)IE=IB+IC符合基爾霍夫定律(b)IC

IB

，

IC

IE

(c)IC

IB把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質(zhì):

用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。第6章半導體二極管和晶體管+UBE

ICIEIB

CTEB+UCE(a)NPN型晶體管；+UBE

IBIEICCTEB+UCE電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性(d)要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。(b)PNP型晶體管第6章半導體二極管和晶體管(3)三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。

進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE，多數(shù)擴散到集電結(jié)。從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICE。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。第6章半導體二極管和晶體管1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程：由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴散和復合過程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復合，剩下的絕大部分都能擴散到集電結(jié)邊緣。3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子過程：由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。第6章半導體二極管和晶體管載流子運動三個過程對三極管放大原理的總結(jié)第6章半導體二極管和晶體管在滿足發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置的前提下，晶體管內(nèi)載流子的傳輸發(fā)生如下過程：

(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

(2)電子在基區(qū)的擴散和復合

(3)集電區(qū)收集擴散過來的電子三極管內(nèi)部載流子的電流關系IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBE

ICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流，溫度ICEO(常用公式)第6章半導體二極管和晶體管忽略ICEO，則即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線

(1)直觀地分析管子的工作狀態(tài)

(2)合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能良好的電路6.4.2晶體管的特性曲線第6章半導體二極管和晶體管發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路測量晶體管特性的實驗線路mAAVVICUCIBRB+UBE+UCEUBCEB3DG100第6章半導體二極管和晶體管特點:非線性正常工作時發(fā)射結(jié)電壓：

NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3V3DG100晶體管的輸入特性曲線O0.40.8IB/AUBE/VUCE≥1V60402080死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。1.輸入特性第6章半導體二極管和晶體管輸入特性

與UCE=0V時相比，在UBE相同的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導通電壓約為0.5V。嚴格地說，當UCE逐漸增加時，IB逐漸減小，曲線逐漸向右移。這是因為UCE增加時，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復合，所以IB減小。不過UCE超過1V以后再增加，IC增加很少，因為IB的變化量也很小，通?？梢院雎訳CE變化對IB的影響，認為UCE≥

1V時的曲線都重合在一起。第6章半導體二極管和晶體管為什么特性曲線要求

UCE

≥1V？

UCE

≥1V，原因是b、e間加正向電壓。這時集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分擴散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴復合，形成IB。2.輸出特性共發(fā)射極電路ICEC=UCCIBRB+UBE+UCEEBCEBIC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=03DG100晶體管的輸出特性曲線在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。第6章半導體二極管和晶體管晶體管有三種工作狀態(tài)，因而輸出特性曲線分為三個工作區(qū)3DG100晶體管的輸出特性曲線IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(1)放大區(qū)在放大區(qū)IC=

IB，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。對NPN型管而言,應使

UBE

>0,UBC<

0，此時，

UCE

>UBE。大放區(qū)對PNP型管而言,應使

UBE

<

0,UBC

>

0，此時，

UCE

<

UBE。第6章半導體二極管和晶體管IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)特點（a）三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；（b）基極電流IB微小的變化會引起集電極電流IC較大的變化，有電流關系式：IC=βIB；（c）對NPN型的三極管，有電位關系：UC>UB>UE，UCE>UBE；對PNP型的三極管，有電位關系：UC<UB<UE；UCE<UBE（d）對NPN型硅三極管，有發(fā)射結(jié)電壓UBE≈0.5V；對NPN型鍺三極管，有UBE≈0.2V。第6章半導體二極管和晶體管IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(2)截止區(qū)(a)截止時,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；UBE≤0,UBC<0對NPN型硅管，當UBE<0.5V時,即已開始截止,為使晶體管可靠截止,常使UBE

0。IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB=0時,IC=ICEO(很小)。(ICEO<0.001mA)截止區(qū)第6章半導體二極管和晶體管(b)截止時,若不計穿透電流ICEO，有IB、IC近似為0；UCE≈UCC(c)三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當于一個開關斷開。IC/mAUCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(3)飽和區(qū)

在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，鍺管UCES0.1V。

IC

UCC/RC。當UCE

<

UBE時，集電結(jié)處于正向偏置(UBC

>0)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。飽和區(qū)第6章半導體二極管和晶體管晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流(a)放大(b)截止(c)飽和當晶體管飽和時，UCE

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關的接通，其間電阻很小；當晶體管截止時，IC

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關的斷開，其間電阻很大，可見，晶體管除了有放大作用外，還有開關作用。UBE>0ICIB+UCEUBC<0IC0IB=0+UCEUCCUBC<0UBE

0UBE>

0IB+UCE0

UBC>0晶體管飽和和截止時的特點第6章半導體二極管和晶體管測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。例發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏第6章半導體二極管和晶體管舉例圖中已標出各硅晶體管電極的電位，判斷晶體管的狀態(tài)。0V0.5V0.7V10V4V9.7V1V5.3V6V3V-3V-2.3V第6章半導體二極管和晶體管6.4.3

晶體管的微變等效電路三極管各極電壓和電流的變化關系，在較大范圍內(nèi)是非線性的。如果三極管工作在小信號情況下，信號只是在靜態(tài)工作點附近小范圍變化，三極管特性可看成是近似線性的，可用一個線性電路來代替，這個線性電路就稱為三極管的微變等效電路。第6章半導體二極管和晶體管

低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式計算：式中，IE為射極靜態(tài)電流。1.輸入端等效電路圖中是三極管的輸入特性曲線，是非線性的。如果輸入信號很小，在靜態(tài)工作點Q附近的工作段可近似地認為是直線。在圖中，當uCE為常數(shù)時，從b、e看進去三極管就是一個線性電阻三極管的輸入特性曲線如圖所示，第6章半導體二極管和晶體管由上述方法得到的晶體管微變等效電路如圖所示。若動態(tài)是在小范圍內(nèi)，特性曲線不但互相平行、間隔均勻，且與uCE軸線平行。當uCE為常數(shù)時，從輸出端c、e極看，三極管就成了一個受控電流源，則2.輸出端等效電路

圖中是三極管的輸出特性曲線族。第6章半導體二極管和晶體管晶體三極管及微變等效電路（a）晶體三極管;（b）晶體三極管的微變等效圖中：第6章半導體二極管和晶體管因電阻rce很大，可看做開路，這樣，等效電路可簡化成下圖的形式。晶體三極管及微變等效電路

(a)晶體三極管;(b)晶體三極管的微變等效圖中：第6章半導體二極管和晶體管4.主要參數(shù)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當晶體管接成發(fā)射極電路時，注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。由于晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在特性曲線的近于水平部分，IC隨I