二極管和三極管

14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性自然界中很簡潔導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。比如：熱敏性、光敏性、摻雜性。當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電實力明顯變更。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電實力明顯變更。14.1.1本征半導(dǎo)體在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子與其相鄰的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電實力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電實力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅原子價電子+4+4+4+4空穴自由電子價電子擺脫原子核的束縛形成電子空穴對的過程叫激發(fā)?？昭ǖ囊苿影雽?dǎo)體中的電流:自由電子電流和空穴電流。+4+4+414.1.2P半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體1.N

型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中

摻入少量的五價元素,如磷。磷原子+4正離子自由電子靠自由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱N型半導(dǎo)體。自由電子的總數(shù)大于空穴，自由電子為多數(shù)載流子，簡稱多子，空穴為少數(shù)載流子，稱為少子。+5

N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子,

空穴是少數(shù)載流子。+4+4+42.P

型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中

摻入少量的三價元素,如硼。硼原子+4負(fù)離子空穴靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱P型半導(dǎo)體。空穴的總數(shù)大于自由電子，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少子。+3

P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負(fù)離子空穴是多數(shù)載流子雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體P型N型14.2PN

結(jié)PN結(jié)內(nèi)電場方向1.PN

結(jié)的形成多數(shù)載流子少數(shù)載流子內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動，加強(qiáng)少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動。在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。多子擴(kuò)散少子漂移內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)在確定的條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。PN結(jié)的形成內(nèi)電場方向外電場方向RI14.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓P型N型PN結(jié)PN結(jié)變薄，擴(kuò)散運(yùn)動增加，形成較大的正向電流I。PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為正向?qū)?，其特點：PN結(jié)正向電流大，PN結(jié)電阻小。E內(nèi)電場方向外電場方向RI02.外加反向電壓P型N型PN結(jié)PN結(jié)變厚，漂移運(yùn)動增加，擴(kuò)散運(yùn)動難以進(jìn)行，反向電流很小I。PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為反向截止，其特點：PN結(jié)反向電流小，PN結(jié)電阻大。E14.2.3PN結(jié)電容PN結(jié)電容勢壘電容擴(kuò)散電容

1.勢壘電容PN結(jié)中空間電荷的數(shù)量隨外加電壓變更所形成的電容稱為勢壘電容，用Cb來表示。勢壘電容不是常數(shù)，與PN結(jié)的面積、空間電荷區(qū)的寬度和外加電壓的大小有關(guān)。載流子在擴(kuò)散過程中積累的電荷量隨外加電壓變更所形成的電容稱為擴(kuò)散電容，用Cd與來示。PN正偏時，擴(kuò)散電容較大，反偏時，擴(kuò)散電容可以忽視不計。2.擴(kuò)散電容1.點接觸型二極管14.3.1基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)面積、結(jié)電容小，可通過小電流。用于高頻電路及小電流整流電路。14.3半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管是在一個PN結(jié)兩側(cè)加上電極引線而做成的+++PN陽極陰極二極管的符號2.面接觸型二極管PN結(jié)面積、結(jié)電容大，可通過大電流。用于低頻電路及大電流整流電路。

正極引線觸絲N型鍺支架外殼負(fù)極引線點接觸型二極管二極管的符號正極負(fù)極

正極引線二氧化硅保護(hù)層P型區(qū)負(fù)極引線面接觸型二極管N型硅PN結(jié)PN結(jié)半導(dǎo)體二極管圖片600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I/mAU/V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性14.3.2二極管的伏安特性I/mAU

/V0.40.8-40-802460.10.2鍺管的伏安特性正向特性反向特性反向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管鍺管0.50.1正向電壓

0.6--0.70.2--0.3反向電流

小幾微安大幾百微安受溫度影響

小大600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I/mAU/V反向擊穿特性二極管的伏安特性正向電壓二極管的近似和志向伏安特性I/mAU/V014.3.3二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IOM2.反向工作峰值電壓URM3.反向峰值電流IRMURM長時間運(yùn)用時允許通過的最大正向電流平均值UF例1：下圖中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB為鍺管，求輸出端Y的電位并說明二極管的作用。解：DA優(yōu)先導(dǎo)通，則VY=3–0.3=2.7VDA導(dǎo)通后,DB因反偏而截止,起隔離作用,DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V。DA

–12VYABDBR二極管的應(yīng)用范圍很廣,它可用在整流、檢波、限幅、元件疼惜以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。二極管鉗位電路DE3VRuiuouRuD例2：下圖中D為志向二極管,ui=6SintV,E=3V,畫出uo波形。ttui/Vuo/V6330022解：uiuD=–3ui>3uo=3V時D導(dǎo)通ui<3uo=ui時D截止t

6302例3：雙向限幅電路t03–3DE3VRDE3VuiuouRuD

ui

/Vuo/V14.4穩(wěn)壓管IFUF0正向特性反向激穿區(qū)UZIminIZmaxDZ正極負(fù)極符號伏安特性穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管。IFUF0UZIZminIZmax硅穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ最小穩(wěn)定電流IZmin最大穩(wěn)定電流IZmax動態(tài)電阻rZIZUZrZ=IZUZ電壓溫度系數(shù)

VZT最大允許耗散功率PM

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。

Izmin——電流低于此值時，穩(wěn)壓性能變壞

IZmax——電流高于此值時，二極管會損壞功率高于此值時，二極管會因結(jié)溫上升而損壞。14.5.1半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)內(nèi)部有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的晶體管14.5半導(dǎo)體三極管1NPN型NNPCBECEB集電極基極發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)放射極NPN型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖NPN型晶體管的圖形符號基區(qū)濃度小、很薄。放射區(qū)濃度大，放射電子。集電區(qū)尺寸大，收集電子，濃度低。2PNP型PPNCBECEB集電極基極發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)放射極PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖PNP型晶體管的圖形符號按半導(dǎo)體材料的不同分為鍺管和硅管，硅晶體管多為NPN型，鍺晶體管多為PNP型。

結(jié)構(gòu)特點：?放射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于放射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖N型硅二氧化硅保護(hù)膜BECN+P型硅（a）平面型N型鍺ECB銦球銦球PP+（b）合金型ECRCIC

UCECEBUBE共放射極接法放大電路14.5.2三極管的電流限制作用三極管具有電流控制作用的外部條件:

（1）放射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應(yīng)滿足:UBE>0UBC<0即VC>VB>VE對于PNP型三極管應(yīng)滿足:UEB>0UCB<0即VC<VB<VE輸出回路輸入回路公共端EBRBIB發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子IEIB電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子

電子流向電源正極形成ICICNPN電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成

發(fā)射極電流IE三極管的電流限制原理EB正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成IBVCCRCVBBRB由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又很小,電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以：IC>>IB同樣有:IC>>

IB所以說三極管具有電流限制作用,也稱之為電流放大作用。RBEBECRCIC

UCECEBIBUBE電流關(guān)系：IE=IB+ICIE電流放大作用體現(xiàn)了基極電流IB對集電極電流IC的限制作用。共放射極接法放大電路（1）放射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應(yīng)滿足:UBE>0、UBC<0即VC>VB>VE且IC=IB對于PNP型三極管應(yīng)滿足:UBE<0、UBC>0即VC<VB<VE且IC=IBRBEBECRCIC

UCECEBIBUBE輸出回路輸入回路公共端1.放大狀態(tài)條件特征14.5.3三極管的特性曲線IE（一）三極管的工作狀態(tài)2.飽和狀態(tài)集電結(jié)、放射結(jié)均反向偏置，即UBE<0（1）IB增加時，IC基本不變，且ICUC/RC

（2）UCE0

晶體管C、E之間相當(dāng)于短路3.截止?fàn)顟B(tài)即UCE<UBE

（1）

IB=0、IC

0（2）

UCE

EC（3）

晶體管C、E之間相當(dāng)于開路共放射極接法放大電路條件特征（1）放射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)正向偏置。條件特征RBEBECRCIC

UCECEBIBUBEIE1.

三極管的輸入特性IBUBEOUCE

1VIB

=f(UBE)UCE=常數(shù)（二）三極管的特性曲線死區(qū)電壓溫度增加時，由于熱激發(fā)形成的載流子增多，在同樣的UBE下，基極電流增加。輸入特性曲線左移。25C75CRBEBECRCIC

UCECEBIBUBEIE2.三極管的輸出特性

RBEBECRCIC

UCECEBIBUBEUCE

/VIB

=40μAIB

=60μAoICIB增加IB減小IB

=20μAIB=常數(shù)IC

=f(UCE)IC/mAUCE

/V0放大區(qū)三極管輸出特性上的三個工作區(qū)

IB=0μA20μA4