8 常用半導(dǎo)體器件

1、 本學(xué)期講述下編電子技術(shù)，它包括模擬電子和本學(xué)期講述下編電子技術(shù)，它包括模擬電子和 數(shù)字電子，模擬電子包括半導(dǎo)體器件、基本放大電路、數(shù)字電子，模擬電子包括半導(dǎo)體器件、基本放大電路、 運算放大器、直流穩(wěn)壓電源，其輸入輸出為模擬信號，運算放大器、直流穩(wěn)壓電源，其輸入輸出為模擬信號， 即電壓和電流信號隨時間是連續(xù)的即電壓和電流信號隨時間是連續(xù)的；數(shù)字電子包括組數(shù)字電子包括組 合邏輯電路、時序邏輯電路、合邏輯電路、時序邏輯電路、555定時器、模數(shù)轉(zhuǎn)換定時器、模數(shù)轉(zhuǎn)換 等，其輸入輸出為數(shù)字信號，即電壓和電流信號隨時等，其輸入輸出為數(shù)字信號，即電壓和電流信號隨時 間是離散的。兩部分共授課間是離散的。兩部分

2、共授課42學(xué)時，實驗課學(xué)時，實驗課12學(xué)時，學(xué)時， 一共一共54學(xué)時，共學(xué)時，共3個學(xué)分，為必修課?？荚囆问酵妭€學(xué)分，為必修課。考試形式同電 工技術(shù)。工技術(shù)。 半導(dǎo)體器件是近代電子學(xué)的重要組成部分。由于半導(dǎo)體器件是近代電子學(xué)的重要組成部分。由于 半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、使用壽命長、反應(yīng)半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、使用壽命長、反應(yīng) 迅速、靈敏度高、工作可靠等優(yōu)點，飛速的發(fā)展，在迅速、靈敏度高、工作可靠等優(yōu)點，飛速的發(fā)展，在 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。用。 半導(dǎo)體二極管、三極管（雙極性三極管）和場效半導(dǎo)體二極管、三極

3、管（雙極性三極管）和場效 應(yīng)管（單極性三極管）是常用的半導(dǎo)體器件。本章主應(yīng)管（單極性三極管）是常用的半導(dǎo)體器件。本章主 要討論它們的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和參數(shù)，要討論它們的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和參數(shù)， 它們是電子技術(shù)的基礎(chǔ)。而它們是電子技術(shù)的基礎(chǔ)。而PN結(jié)又是構(gòu)成各種半導(dǎo)體結(jié)又是構(gòu)成各種半導(dǎo)體 器件的基礎(chǔ)，因此，本章從討論器件的基礎(chǔ)，因此，本章從討論PN結(jié)的基本原理開始。結(jié)的基本原理開始。 概述概述 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，把自然界的的不同，把自然界的 劃分成導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。劃分成導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 是自由電子導(dǎo)電，一般金屬為電

4、的良導(dǎo)體，其電是自由電子導(dǎo)電，一般金屬為電的良導(dǎo)體，其電 阻率為阻率為 10-6 10 9 cm 不導(dǎo)電，如橡膠、棉花、玻璃等。其電阻率為不導(dǎo)電，如橡膠、棉花、玻璃等。其電阻率為 1010 1020 cm 的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如硅、如硅、 鍺、硒、大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等，其電阻率為鍺、硒、大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等，其電阻率為 10-3109 cm 純凈的半導(dǎo)體導(dǎo)電能力和絕緣能力都很差，但其純凈的半導(dǎo)體導(dǎo)電能力和絕緣能力都很差，但其 具有如下的特性具有如下的特性 （1）：當(dāng)溫度升高，某些半導(dǎo)體導(dǎo)電能力明顯當(dāng)溫度升高，某些半導(dǎo)體導(dǎo)電能力明顯 增強，

5、利用這一特性可以做成熱敏器件，如熱敏電阻。增強，利用這一特性可以做成熱敏器件，如熱敏電阻。 （2）：若受到光照，某些半導(dǎo)體導(dǎo)電能力大為若受到光照，某些半導(dǎo)體導(dǎo)電能力大為 增強，利用這一特性可以做成光敏器件，如光電二極增強，利用這一特性可以做成光敏器件，如光電二極 管、光電三極管等。管、光電三極管等。 （3）：在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)， 可使其導(dǎo)電能力提高幾十萬倍乃至幾百萬倍，利用這可使其導(dǎo)電能力提高幾十萬倍乃至幾百萬倍，利用這 一特性可以做成各種半導(dǎo)體器件，如半導(dǎo)體二極管、一特性可以做成各種半導(dǎo)體器件，如半導(dǎo)體二極管、 三極管、場效應(yīng)管等。三極管、場效應(yīng)管

6、等。 完全純凈、由單一元素組成、具有晶體結(jié)構(gòu)的半完全純凈、由單一元素組成、具有晶體結(jié)構(gòu)的半 導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體 最常用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺，它們都是四價元最常用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺，它們都是四價元 素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-1-1(a)、(b)所示，簡化示所示，簡化示 意圖如圖意圖如圖8-1-1(c)所示。所示。 當(dāng)構(gòu)成本征半導(dǎo)體時，每一個原子的價電子都與當(dāng)構(gòu)成本征半導(dǎo)體時，每一個原子的價電子都與 鄰近的四個原子的價電子組成電子對，即共價鍵結(jié)構(gòu)，鄰近的四個原子的價電子組成電子對，即共價鍵結(jié)構(gòu)， 8-1-2所示如圖。所示如圖。 共價鍵共價鍵 共價鍵中的

7、價電子受原子共價鍵中的價電子受原子 核的束縛并不強，價電子獲得核的束縛并不強，價電子獲得 一定的能量一定的能量( (如光照、受熱如光照、受熱) )便便 能激發(fā)成為能激發(fā)成為，這一現(xiàn)，這一現(xiàn) 象稱為象稱為 自由電子自由電子 價電子激發(fā)成自由電子后，價電子激發(fā)成自由電子后， 在原來共價鍵的位置上留下一在原來共價鍵的位置上留下一 個空位，稱為個空位，稱為。顯然，空。顯然，空 穴帶一個單位的正電荷。穴帶一個單位的正電荷。 空穴空穴 在外電場（或其他外界能量）的作用下，有空穴的在外電場（或其他外界能量）的作用下，有空穴的 原子會吸引相鄰原子中的價電子來填補這個空穴原子會吸引相鄰原子中的價電子來填補這個空

8、穴 填補空穴填補空穴 在另一個位置上留下在另一個位置上留下 一個空穴，它再吸引另一一個空穴，它再吸引另一 相鄰原子中的價電子來填相鄰原子中的價電子來填 補，補，如此繼續(xù)下去，就好如此繼續(xù)下去，就好 象空穴在運動，其運動方象空穴在運動，其運動方 向和價電子填補空穴運動向和價電子填補空穴運動 的方向相反，形成了一個的方向相反，形成了一個 空穴空穴 電流電流 自由電子電流自由電子電流 當(dāng)半導(dǎo)體兩端外加電壓時，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)當(dāng)半導(dǎo)體兩端外加電壓時，半導(dǎo)體中將出現(xiàn) ：自由電子作定向運動所形成的：自由電子作定向運動所形成的；仍被；仍被 原子核束縛的價電子填補空穴所形成的原子核束縛的價電子填補空穴所形成的；

9、 (2)半導(dǎo)體中有兩種載流子：半導(dǎo)體中有兩種載流子：。空穴參?？昭▍?與導(dǎo)電是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電機理上的本質(zhì)區(qū)別與導(dǎo)電是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電機理上的本質(zhì)區(qū)別 本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)。本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)。 自由電子釋放激發(fā)時吸收的能量，又會填補空穴，稱自由電子釋放激發(fā)時吸收的能量，又會填補空穴，稱 為為。在一定的溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合達到動態(tài)。在一定的溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合達到動態(tài) 平衡，載流子的數(shù)目便維持不變。溫度越高，載流子平衡，載流子的數(shù)目便維持不變。溫度越高，載流子 的數(shù)目越多，導(dǎo)電能力越強。的數(shù)目越多，導(dǎo)電能力越強。 在本征半導(dǎo)體中，由于載流子的數(shù)目很

10、少，故導(dǎo)電在本征半導(dǎo)體中，由于載流子的數(shù)目很少，故導(dǎo)電 能力很弱。如果在其中摻入某些能力很弱。如果在其中摻入某些元素，其導(dǎo)元素，其導(dǎo) 電粒子數(shù)目會大大增多，導(dǎo)電能力也可大大加強。根據(jù)電粒子數(shù)目會大大增多，導(dǎo)電能力也可大大加強。根據(jù) 摻入的雜質(zhì)不同，可以將雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩大類：摻入的雜質(zhì)不同，可以將雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩大類： 在硅或鍺的本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價元素，在硅或鍺的本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價元素， 如磷或砷，則在硅或鍺的晶體點陣中某些位置上的硅如磷或砷，則在硅或鍺的晶體點陣中某些位置上的硅 或鍺原子被磷或砷原子取代，如圖或鍺原子被磷或砷原子取代，如圖8-1-3所示所示 磷或砷原子外層有五

11、個價磷或砷原子外層有五個價 電子，其中的四個價電子與相電子，其中的四個價電子與相 鄰的四個硅或鍺原子組成共價鄰的四個硅或鍺原子組成共價 鍵，尚多余一個價電子，這個鍵，尚多余一個價電子，這個 價電子很易掙脫原子核的束縛價電子很易掙脫原子核的束縛 而成為自由電子，與此同時，而成為自由電子，與此同時， 磷或砷原子因失去一個電子而磷或砷原子因失去一個電子而 成為不能移動的正離子。在外成為不能移動的正離子。在外 電場作用下，形成大的電子電電場作用下，形成大的電子電 流及小的空穴電流流及小的空穴電流 P離子離子 自由電子自由電子 此時半導(dǎo)體中自由電子的濃度大大增加，而空穴濃此時半導(dǎo)體中自由電子的濃度大大增

12、加，而空穴濃 度不變。自由電子成為度不變。自由電子成為 如果在硅或鍺的本征半如果在硅或鍺的本征半 導(dǎo)體中摻入微量的三價元素，導(dǎo)體中摻入微量的三價元素， 如硼或銦，則在硅或鍺的晶如硼或銦，則在硅或鍺的晶 體點陣中某些位置上的硅或體點陣中某些位置上的硅或 鍺原子被硼或銦原子取代，鍺原子被硼或銦原子取代， 如圖如圖8-1-4所示所示 硼或銦原子外層有三個硼或銦原子外層有三個 價電子，其與相鄰的四個硅價電子，其與相鄰的四個硅 或鍺原子組成共價鍵時，因或鍺原子組成共價鍵時，因 缺少一個價電子而形成一個缺少一個價電子而形成一個 空穴?？昭?。 +4+4 +4+4 B B - - +4+4 圖圖 8-1-4

13、8-1-4 硅原子中摻入硼產(chǎn)生空穴硅原子中摻入硼產(chǎn)生空穴 空穴空穴 。在外電場作用下，形成大的空穴電流及小的電子在外電場作用下，形成大的空穴電流及小的電子 電流。電流。 +4+4 +4+4 B B - - +4+4 圖圖8-1-4 8-1-4 硅原子中摻入硼產(chǎn)生空穴硅原子中摻入硼產(chǎn)生空穴 填補填補 空穴空穴 B離子離子 鄰近共價鍵中的價電子鄰近共價鍵中的價電子 獲得能量后，就可填補這個獲得能量后，就可填補這個 空穴，與此同時，硼或銦原空穴，與此同時，硼或銦原 子因獲得一個價電子而成為子因獲得一個價電子而成為 不能移動的負(fù)離子不能移動的負(fù)離子 ，此時，此時 半導(dǎo)體中空穴的濃度大大增半導(dǎo)體中空穴的

14、濃度大大增 加，而自由電子濃度不變。加，而自由電子濃度不變。 (1)不管是不管是P型還是型還是N型半導(dǎo)體，盡管其各有一種載流子型半導(dǎo)體，盡管其各有一種載流子 占多數(shù)，但整個占多數(shù)，但整個。正負(fù)離子不。正負(fù)離子不 能移動，不能參與導(dǎo)電。由于摻雜后的半導(dǎo)體中載流能移動，不能參與導(dǎo)電。由于摻雜后的半導(dǎo)體中載流 子的濃度大大增加，故導(dǎo)電能力將顯著增強。只要在子的濃度大大增加，故導(dǎo)電能力將顯著增強。只要在 本征半導(dǎo)體中摻入百萬分之一的雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力將本征半導(dǎo)體中摻入百萬分之一的雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力將 增加一百萬倍。增加一百萬倍。 (2)在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度由雜質(zhì)含量決定，與在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度

15、由雜質(zhì)含量決定，與 溫度無關(guān)；少子的濃度主要由本征激發(fā)決定，對溫度溫度無關(guān)；少子的濃度主要由本征激發(fā)決定，對溫度 的變化非常敏感。所以的變化非常敏感。所以 單一的雜質(zhì)半導(dǎo)體，只能用來制造電阻器件。如單一的雜質(zhì)半導(dǎo)體，只能用來制造電阻器件。如 果使用特殊的摻雜工藝，在一塊果使用特殊的摻雜工藝，在一塊N型型(P型）半導(dǎo)體的局型）半導(dǎo)體的局 部摻入濃度較大的三價（五價）的雜質(zhì)元素，構(gòu)成部摻入濃度較大的三價（五價）的雜質(zhì)元素，構(gòu)成P （N型）半導(dǎo)體，那么在兩個半導(dǎo)體的交界面處就會形型）半導(dǎo)體，那么在兩個半導(dǎo)體的交界面處就會形 成成PN結(jié)。結(jié)。 PN結(jié)的形成過程如下：結(jié)的形成過程如下： 如圖如圖8-2-

16、1所示所示 得到電子得到電子 的的B離子離子 失去電子失去電子 的的P離子離子 多子多子多子多子 多子多子少子少子 由于由于P區(qū)的空穴區(qū)的空穴(多多 子子)濃度遠遠大于濃度遠遠大于N區(qū)的區(qū)的 空穴空穴(少子少子)濃度，濃度，N區(qū)的區(qū)的 自由電子自由電子(多子多子)濃度遠濃度遠 遠大于遠大于P區(qū)的自由電子區(qū)的自由電子 (少子少子)濃度。由于濃度濃度。由于濃度 的差異，則的差異，則P區(qū)的空穴區(qū)的空穴 要向要向N區(qū)移動，區(qū)移動，N區(qū)的電區(qū)的電 子也向子也向P區(qū)移動，在運區(qū)移動，在運 動過程中兩者相遇，復(fù)動過程中兩者相遇，復(fù) 合而消失。合而消失。 由于多子的擴散結(jié)果，在交界處由于多子的擴散結(jié)果，在交界

17、處N區(qū)一側(cè)失去電區(qū)一側(cè)失去電 子而留下不能移動的正離子，子而留下不能移動的正離子，P區(qū)一側(cè)失去空穴而留區(qū)一側(cè)失去空穴而留 下不能移動的負(fù)離子，如圖下不能移動的負(fù)離子，如圖8-2-2所示。這些不能移動所示。這些不能移動 的帶電離子稱為空間電荷，形成空間電荷區(qū)。的帶電離子稱為空間電荷，形成空間電荷區(qū)。 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 在交界處的兩側(cè)，一在交界處的兩側(cè)，一 邊帶正電，一邊帶負(fù)電，邊帶正電，一邊帶負(fù)電， 電中性被破壞，因而形成電中性被破壞，因而形成 了一個由正離子指向負(fù)離了一個由正離子指向負(fù)離 子的電場。為區(qū)別于外加子的電場。為區(qū)別于外加 電壓形成的電場，我們稱電壓形成的電場，我們稱 其為其為

18、隨著載流子擴散運動的隨著載流子擴散運動的 進行，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)進行，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi) 電場增強。內(nèi)電場的方向是電場增強。內(nèi)電場的方向是 的擴散運動的擴散運動 阻擋層對阻擋層對的運動，的運動， 即電子向即電子向N區(qū)、空穴向區(qū)、空穴向P區(qū)區(qū) 的運動的運動。 隨著漂移運動的進行，空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場隨著漂移運動的進行，空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場 減弱。這又將導(dǎo)致多子擴散運動的加強減弱。這又將導(dǎo)致多子擴散運動的加強 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 當(dāng)多子的擴散運動和少子當(dāng)多子的擴散運動和少子 的漂移運動達到動態(tài)平衡時，空的漂移運動達到動態(tài)平衡時，空 間電荷區(qū)的寬度不再變化，形成間電荷區(qū)的寬度不再變化，形成

19、了穩(wěn)定的空間電荷區(qū)了穩(wěn)定的空間電荷區(qū) 。 由于在這個空間電荷區(qū)域內(nèi)載流由于在這個空間電荷區(qū)域內(nèi)載流 子幾乎都被復(fù)合掉了，被耗盡了，子幾乎都被復(fù)合掉了，被耗盡了， 所以也叫所以也叫另外空間電荷另外空間電荷 區(qū)域內(nèi)的電場方向是阻礙多子的區(qū)域內(nèi)的電場方向是阻礙多子的 擴散運動，即阻礙電子向擴散運動，即阻礙電子向P區(qū)、區(qū)、 空穴向空穴向N區(qū)的運動，故也稱其為區(qū)的運動，故也稱其為 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)沒有外加電壓的情況，由于擴散運動和漂移運動達結(jié)沒有外加電壓的情況，由于擴散運動和漂移運動達 到動態(tài)平衡，到動態(tài)平衡，PN結(jié)的電流為零。實際使用中，結(jié)的電流為零。實際使用中，PN結(jié)上總是要加結(jié)上總

20、是要加 有一定的外部電壓。當(dāng)所加的外部電壓極性不同時，有一定的外部電壓。當(dāng)所加的外部電壓極性不同時，PN結(jié)表現(xiàn)結(jié)表現(xiàn) 出完全不同的導(dǎo)電性能。出完全不同的導(dǎo)電性能。 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加電壓時，電結(jié)外加電壓時，電 源的正極接源的正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，區(qū)， 如圖如圖8-2-3所示所示 此時外加電壓在此時外加電壓在PN結(jié)上形成結(jié)上形成 一個外電場，其方向和內(nèi)電場方一個外電場，其方向和內(nèi)電場方 向相反向相反 ，與內(nèi)電場的作用也相反，與內(nèi)電場的作用也相反， 導(dǎo)致擴散運動和漂移運動的動態(tài)導(dǎo)致擴散運動和漂移運動的動態(tài) 平衡被破壞平衡被破壞 注：在一定的范圍內(nèi)，外電場越強，正向電流越大，注：在一定的范圍

21、內(nèi)，外電場越強，正向電流越大， 這時這時。為了避免過大，回路中串。為了避免過大，回路中串 入限流電阻入限流電阻R 外電場驅(qū)使外電場驅(qū)使P區(qū)的空穴進區(qū)的空穴進 入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù) 電荷，電荷，N區(qū)的電子進入空間電區(qū)的電子進入空間電 荷區(qū)抵消一部分正電荷，使荷區(qū)抵消一部分正電荷，使 整個空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電整個空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電 場減弱，場減弱， 。形成了較大的。形成了較大的 擴散電流擴散電流-正向電流正向電流 。 多子多子 多子多子 多子形成多子形成 外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移 走，使空間電荷區(qū)變厚，內(nèi)電場

22、增強，多子的擴散運走，使空間電荷區(qū)變厚，內(nèi)電場增強，多子的擴散運 動難以進行。但也增強了少子的漂移運動，動難以進行。但也增強了少子的漂移運動， 當(dāng)外加電壓的正極接當(dāng)外加電壓的正極接N 區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)時區(qū)時，即為即為PN 結(jié)外加反向電壓，如圖結(jié)外加反向電壓，如圖8-2-4 所示，此時外加電壓在所示，此時外加電壓在PN結(jié)結(jié) 上形成的外電場方向和內(nèi)電上形成的外電場方向和內(nèi)電 場方向相同，其作用也相同。場方向相同，其作用也相同。 少子形成少子形成 反向電流反向電流 由于反向電流是由少子形成的由于反向電流是由少子形成的,反向電流很小，一般反向電流很小，一般 可以忽略不計可以忽略不計 ，PN結(jié)呈

23、高阻截止?fàn)顟B(tài)結(jié)呈高阻截止?fàn)顟B(tài) 在一定溫度下，少子的濃度不變，因而反向電流不在一定溫度下，少子的濃度不變，因而反向電流不 隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流IS 由于少子的濃度對溫度的變化敏感，反向飽和電流由于少子的濃度對溫度的變化敏感，反向飽和電流 隨溫度升高而增大隨溫度升高而增大 ： 在一個在一個PN結(jié)的兩端，各引出一個結(jié)的兩端，各引出一個 電極，并用外殼封裝，就構(gòu)成了一個電極，并用外殼封裝，就構(gòu)成了一個 半導(dǎo)體二極管即晶體二極管，其表示半導(dǎo)體二極管即晶體二極管，其表示 符號如圖符號如圖8-3-1所示所示 圖8-3-1表示符號圖8-3-1表示符號 P(陽

24、極）P(陽極） N（陰極）N（陰極） 二極管分二極管分 為點接觸型和為點接觸型和 面接觸型兩種，面接觸型兩種， 其結(jié)構(gòu)示意圖其結(jié)構(gòu)示意圖 如圖如圖8-3-2所示所示 陽極引線陽極引線 陰極引線陰極引線 鋁金屬小球鋁金屬小球 金銻合金金銻合金 底座底座 N N型硅型硅 P PN N結(jié)結(jié) 引線引線 圖 8-3-2 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)示意圖圖 8-3-2 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 面接觸型(b) 面接觸型 N N型鍺片型鍺片 金屬觸絲金屬觸絲 （P型）（P型）外殼外殼 (a) 點接觸型(a) 點接觸型 點接觸型的點接觸型的PN結(jié)的結(jié)面積小，結(jié)電容小，適用于高結(jié)的結(jié)面積小，結(jié)電容小，適用于高

25、頻小電流場合，一般用于檢波和開關(guān)電路。面接觸型頻小電流場合，一般用于檢波和開關(guān)電路。面接觸型 的的PN結(jié)的結(jié)面積大，允許通過較大的電流；但結(jié)電容結(jié)的結(jié)面積大，允許通過較大的電流；但結(jié)電容 也大，只適用于低頻場合，主要用于整流。也大，只適用于低頻場合，主要用于整流。 半導(dǎo)體二極管的伏半導(dǎo)體二極管的伏 安特性曲線如圖安特性曲線如圖8.3.3所所 示。處于第一象限的是示。處于第一象限的是 ，處，處 于第三象限的是于第三象限的是 0 0 /A/AI I U U/V /V U U(BR)(BR) 0 0. .4 4 0 0. .8 8 20204040 擊穿電壓擊穿電壓 6060 2020 4040 6

26、060 圖 8-3-2 硅二極管的伏安特性圖 8-3-2 硅二極管的伏安特性 0 0 /A/AI I U U(V)(V) U U (BR)(BR) 0 0. .4 4 0 0. .8 8 20204040 擊穿電壓擊穿電壓 6060 2020 4040 6060 圖 8-3-3 硅二極管的伏安特性圖 8-3-3 硅二極管的伏安特性 + +- - + + - - 即二極管加正向電壓，即二極管加正向電壓， 即即P接電源的正極，接電源的正極，N接接 電源的負(fù)極，如圖電源的負(fù)極，如圖8-3-3的的 段。段。 當(dāng)外加正向電壓很低當(dāng)外加正向電壓很低 時，外電場不足以克服內(nèi)時，外電場不足以克服內(nèi) 電場對多子

27、擴散運動的阻電場對多子擴散運動的阻 力，正向電流幾乎為零，力，正向電流幾乎為零， 這個區(qū)域稱為這個區(qū)域稱為 死區(qū)死區(qū) 大小與材料及溫度有關(guān)，通常，硅管約大小與材料及溫度有關(guān)，通常，硅管約 為為，鍺管約為，鍺管約為 0 0 /A/AI I U U(V)(V) U U(BR)(BR) 0 0. .4 4 0 0. .8 8 20204040 擊穿電壓擊穿電壓 6060 2020 4040 6060 圖 8-3-3 硅二極管的伏安特性圖 8-3-3 硅二極管的伏安特性 + +- - + + - - 當(dāng)正向電壓超過死當(dāng)正向電壓超過死 區(qū)電壓，正向電流隨外加區(qū)電壓，正向電流隨外加 電壓的增加而迅速增大，

28、電壓的增加而迅速增大， 形成較大的正向電流。在形成較大的正向電流。在 正常使用的電流范圍內(nèi)，正常使用的電流范圍內(nèi)， 二極管的正向壓降很小且二極管的正向壓降很小且 幾乎維持不變，幾乎維持不變， ， 常用工作電壓表示常用工作電壓表示UD，即即 二極管的正向?qū)妷憾O管的正向?qū)妷骸?正向?qū)ㄕ驅(qū)?電壓電壓UD 即二極管加反向電壓，即即二極管加反向電壓，即P接電源的負(fù)極，接電源的負(fù)極，N接電接電 源的正極，如圖源的正極，如圖8-3-3的段。的段。 當(dāng)反向電壓小于反向擊穿電壓當(dāng)反向電壓小于反向擊穿電壓U（ （BR)時，少數(shù)載流 時，少數(shù)載流 子形成的反向飽和電流很小，而且與反向電壓的大小子形成

29、的反向飽和電流很小，而且與反向電壓的大小 幾乎無關(guān)，但會隨溫度的升高而增大。幾乎無關(guān)，但會隨溫度的升高而增大。 室溫下，硅管的反向飽和電流比鍺管的小得多。室溫下，硅管的反向飽和電流比鍺管的小得多。 小功率硅管的反向飽和電流小于小功率硅管的反向飽和電流小于0.10.1微安，鍺管為幾十微安，鍺管為幾十 微安。通常，反向飽和電流可以忽略不計。微安。通常，反向飽和電流可以忽略不計。 0 0 /A/AI I U U(V) (V) U U(BR)(BR) 0 0. .4 4 0 0. .8 8 20204040 擊穿電壓擊穿電壓 6060 2020 4040 6060 圖 8-3-3 硅二極管的伏安特性圖

30、 8-3-3 硅二極管的伏安特性 + +- - + + - - 當(dāng)反向電壓增大到反當(dāng)反向電壓增大到反 向擊穿電壓向擊穿電壓U（ （BR)時，反向 時，反向 電流將急劇增加，這種現(xiàn)電流將急劇增加，這種現(xiàn) 象叫做二極管的反向擊穿，象叫做二極管的反向擊穿， 如圖如圖8-3-3中的段。中的段。 理想化處理理想化處理 一般點接觸型的擊穿電壓約為幾十伏，面接觸型一般點接觸型的擊穿電壓約為幾十伏，面接觸型 的約為幾百伏。在擊穿時，反向電流很大，如果沒有的約為幾百伏。在擊穿時，反向電流很大，如果沒有 適當(dāng)?shù)南蘖鞔胧?，將會因電流過大導(dǎo)致過熱而燒壞適當(dāng)?shù)南蘖鞔胧瑢螂娏鬟^大導(dǎo)致過熱而燒壞PNPN 結(jié)，造成管子

31、永久性的損壞。結(jié)，造成管子永久性的損壞。 在實際使用二極管時，在實際使用二極管時， 主要利用它的單向?qū)щ娦?。主要利用它的單向?qū)щ娦浴?即即 ， 這種模型稱為恒壓降模型，這種模型稱為恒壓降模型， 其伏安特性可簡化為圖其伏安特性可簡化為圖8-3-4 所示所示 0 I U UD 圖圖8-3-4 二極管的恒壓降模型二極管的恒壓降模型 也可以忽略正向?qū)▔阂部梢院雎哉驅(qū)▔?降，即降，即 這種模型稱為理想化模型，這種模型稱為理想化模型， 其伏安特性可簡化為圖其伏安特性可簡化為圖8-3-5 所示所示 0 0 I I U U 圖8-3-5 二極管的理想化模型圖8-3-5 二極管的理想化模型 二極管的特性除

32、了可用伏安特性表示外，還可用一二極管的特性除了可用伏安特性表示外，還可用一 些參數(shù)來描述，它是合理選用和正確使用管子的依據(jù)。些參數(shù)來描述，它是合理選用和正確使用管子的依據(jù)。 二極管的主要參數(shù)有：二極管的主要參數(shù)有： 1最大整流電流最大整流電流IF 二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大 整流電流的平均值，整流電流的平均值，由由PNPN結(jié)的面積和散熱條件所決定，結(jié)的面積和散熱條件所決定， 使用時不能超過此值，否則，將會因為過熱而燒壞管使用時不能超過此值，否則，將會因為過熱而燒壞管 子子。 3最高反向工作電壓最高反向工作電壓URM 二極管反向電流急劇增

33、加時對應(yīng)的反向電壓值稱二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值稱 為反向擊穿電壓為反向擊穿電壓UBR。 它是允許加在二極管上的反向電壓的最大值（峰它是允許加在二極管上的反向電壓的最大值（峰 值）。為安全起見，值）。為安全起見， 。 2.反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 4最大反向電流最大反向電流IRM 它是指在二極管上加上最大反向工作電壓時的反它是指在二極管上加上最大反向工作電壓時的反 向電流值。其值越小，管子的單導(dǎo)電性越好。它隨溫向電流值。其值越小，管子的單導(dǎo)電性越好。它隨溫 度的升高而增加，在高溫條件下要特別注意。硅二極度的升高而增加，在高溫條件下要特別注意。硅二極 管的反向電流一般在納安管

34、的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安級；鍺二極管在微安( A) 級級。 在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。 6. 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rd 二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然， rd與工與工 作電流的大小有關(guān)，即作電流的大小有關(guān)，即 5. 正向壓降正向壓降UF 先假定移去二極管，計算其在電路中陽極和陰極先假定移去二極管，計算其在電路中陽極和陰極 電位，再判斷兩個電位的大小。若陽極電位大于陰極電位，再判斷兩個電位的大小。若陽極電位大于陰極 電位，則二極管導(dǎo)通；若陽極電位小于陰極電位，則電位，則二極管導(dǎo)通；若陽極

35、電位小于陰極電位，則 二極管截止。二極管截止。 D D1 1 D D2 2 A A O O K3 12V12V 15V15V 圖8-3-6 例8.3.1的電路圖8-3-6 例8.3.1的電路 解：移去二極管解：移去二極管D1和和D2,并以并以O(shè)點做為參考地點，如電點做為參考地點，如電 路路8-3-7所示所示 例例8.3.1 試判斷圖試判斷圖8-3-6所示電路中二極管是導(dǎo)通還是截所示電路中二極管是導(dǎo)通還是截 止，并求止，并求AO之間的電壓。設(shè)二極管為理想二極管。之間的電壓。設(shè)二極管為理想二極管。 A A O O K3 12V12V 15V15V 圖8-3-7 例8.3.1的電路圖8-3-7 例8

36、.3.1的電路 1 V 2 V 3 V 4 V 則節(jié)點電位為則節(jié)點電位為 V0 1 VV12 2 V V15 3 VV12 4 V A A O O K3 12V12V 15V15V 圖8-3-8 例8.3.1的電路圖8-3-8 例8.3.1的電路 故故AO兩點電壓為兩點電壓為 UAO=0V 由于由于U12=V1-V2=12V U34=V3-V4=3V,故故D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截截 止。止。 理想情況下理想情況下D1短路處理，短路處理，D2開路處理其電路如圖開路處理其電路如圖 8-3-8所示所示 A A O O K3 12V12V 15V15V 圖8-3-7 例8.3.1的電路圖8-3-7 例8

37、.3.1的電路 1 V 2 V 3 V 4 V 二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向 導(dǎo)電性。它可用于整流、限幅、檢波、元件保護、鉗導(dǎo)電性。它可用于整流、限幅、檢波、元件保護、鉗 位及數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。位及數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。 1. 1. 鉗位電路鉗位電路 鉗位電路的作用是將輸出電壓鉗制在一定的數(shù)值上鉗位電路的作用是將輸出電壓鉗制在一定的數(shù)值上 U UA A U UB B V V V V 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 55 5 5 5 例例8.3.2 試判斷圖試判斷圖8-3-9所示電路中，所示電路中，A、 B兩點取下列各值

38、時二極管導(dǎo)通情況，兩點取下列各值時二極管導(dǎo)通情況， 并求輸出電壓并求輸出電壓UF 。設(shè)二極管為理想設(shè)二極管為理想 二極管二極管 DA DB R A B UF -12V 圖圖 8-3-9 鉗位電路鉗位電路 F F 解：答案見下表解：答案見下表 U UA A U UB B V V V V 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 55 5 5 5 二極二極 管導(dǎo)管導(dǎo) 通情通情 況況 D DA A D DB B 輸出輸出 電壓電壓U UF F 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 0 05 55 55 5 鉗位作用鉗位作用 隔離作用隔離作用 在此電路中二極

39、管在此電路中二極管 也作為開關(guān)元件也作為開關(guān)元件 DA DB R A B UF -12V 圖圖 8-3-9 鉗位電路鉗位電路 F F 2. 限幅電路限幅電路 利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本 不變的特點，可組成限幅（削波）電路不變的特點，可組成限幅（削波）電路 ，用以限制輸，用以限制輸 出電壓的幅度。出電壓的幅度。 R D E 5V i u O u 圖 8-3-10 限幅電路圖 8-3-10 限幅電路 例例8.3.3 在圖在圖8-3-10所示電路中，設(shè)所示電路中，設(shè)ui10sint V，D為為 理想二極管，試畫出輸出電壓理想二極管，試畫出輸出

40、電壓uo的波形。的波形。 解：當(dāng)解：當(dāng)uiE5V時，二極時，二極 管承受正向電壓而導(dǎo)通，管承受正向電壓而導(dǎo)通， uoE 5V。 當(dāng)當(dāng)uiE5V時，二極管承時，二極管承 受反向電壓而截止受反向電壓而截止， uo ui 波形如圖波形如圖8-3-11示，可見輸出電壓負(fù)示，可見輸出電壓負(fù) 半波幅度受到限制。半波幅度受到限制。5V5V 5V5V 10V10V t t t t 圖8-3-11 例8.3.3的圖8-3-11 例8.3.3的 輸出電壓波形輸出電壓波形 i u O u 例例8.3.4 二極管電路如圖二極管電路如圖8-3-128-3-12 所示，輸入電壓為正弦量，且所示，輸入電壓為正弦量，且 幅值

41、試?yán)L出輸出電壓的波形幅值試?yán)L出輸出電壓的波形 （二極管是理想的）（二極管是理想的） R R + + - - + + - - D D1 1 D D2 2 5V5V5V5V 圖8.3.12 例8.3.4的電路 i u o u 解：當(dāng)解：當(dāng)ui 5V時，時，D1導(dǎo)導(dǎo) 通，通， D2截止，截止， uo 5V 當(dāng)當(dāng)ui-5V時，時， D1截止，截止，D2導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo-5V 當(dāng)當(dāng)5V ui5V時，時，D1導(dǎo)、導(dǎo)、 D2都截止，都截止， uo ui 輸出波形如圖輸出波形如圖8-3-13所示所示 圖8-3-13 例8.3.4的圖8-3-13 例8.3.4的 輸出電壓波形輸出電壓波形 iu Ou -5V-

42、5V 5V5V t t t t 5V5V 這是一雙向限幅電路這是一雙向限幅電路 R R + + - - + + - - D D1 1 D D1 1 5V5V5V5V 圖8.3.12 例8.3.4的電路 i u o u 為了防止為了防止 電流過大而燒電流過大而燒 壞壞PN結(jié)，穩(wěn)壓結(jié)，穩(wěn)壓 管在使用時都管在使用時都 要串聯(lián)限流電要串聯(lián)限流電 阻，如圖阻，如圖8-4-1 所示為應(yīng)用電所示為應(yīng)用電 路、符號及伏路、符號及伏 安特性。安特性。 0 I U UZ IZ IZM 圖圖 8-4-1 穩(wěn)壓管的的符穩(wěn)壓管的的符 號、應(yīng)用電路和伏安特性號、應(yīng)用電路和伏安特性 + - + - 符號符號 + - R D

43、z 應(yīng)用電路應(yīng)用電路 伏安特性伏安特性 穩(wěn)壓管又叫齊納二極管，是一種特殊的面接觸型穩(wěn)壓管又叫齊納二極管，是一種特殊的面接觸型 二極管，與一般二極管不同的是，反向伏安特性較陡，二極管，與一般二極管不同的是，反向伏安特性較陡， 穩(wěn)壓管之所以能穩(wěn)壓，是因為在反向擊穿區(qū)內(nèi)，穩(wěn)壓管之所以能穩(wěn)壓，是因為在反向擊穿區(qū)內(nèi)， 反向電流大范圍變化時，其兩端電壓基本保持不變。反向電流大范圍變化時，其兩端電壓基本保持不變。 只要反向電流不超過其允許值，穩(wěn)壓管就不會發(fā)生熱只要反向電流不超過其允許值，穩(wěn)壓管就不會發(fā)生熱 擊穿而燒壞。擊穿而燒壞。 1. 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓Uz 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓Uz是穩(wěn)壓管在正常工作時的電壓，

44、也即是穩(wěn)壓管在正常工作時的電壓，也即 。它隨工作溫度和電流的不同。它隨工作溫度和電流的不同 而略有不同。由于制造工藝的原因，即使同一型號的而略有不同。由于制造工藝的原因，即使同一型號的 穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值也有一定的分散性。如穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值也有一定的分散性。如2CW16型穩(wěn)型穩(wěn) 壓管，穩(wěn)壓值在壓管，穩(wěn)壓值在89.5V之間。之間。 2 . 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流Iz和最大穩(wěn)定電流和最大穩(wěn)定電流IZM 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IzIz和最大穩(wěn)定電流和最大穩(wěn)定電流I IZM ZM是穩(wěn)壓狀態(tài)時的最小和 是穩(wěn)壓狀態(tài)時的最小和 最大電流。反向電流低于最大電流。反向電流低于IZ時，穩(wěn)壓效果差，甚至失時，穩(wěn)壓效果差，甚至失

45、去穩(wěn)壓作用；高于去穩(wěn)壓作用；高于IZM時，穩(wěn)壓管會損壞。在時，穩(wěn)壓管會損壞。在I IZ Z和和IZM之之 間，電流越大，穩(wěn)壓效果越好，但對應(yīng)的功耗要大。間，電流越大，穩(wěn)壓效果越好，但對應(yīng)的功耗要大。 3.動態(tài)電阻動態(tài)電阻rz 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rz是指穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量與相應(yīng)的電流是指穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量與相應(yīng)的電流 變化量之比，即變化量之比，即 穩(wěn)壓管的反向特性越陡，穩(wěn)壓管的反向特性越陡， rz越小，穩(wěn)壓效果越好。越小，穩(wěn)壓效果越好。 Z Z I U r Z 4. 電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù)U U 是表征穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓是表征穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓Uz受溫度影響的參數(shù)，常用受溫度影響的參數(shù)，常用 溫

46、度每增加溫度每增加1， Uz的相對變化量來表示。的相對變化量來表示。 5.最大耗散功率最大耗散功率PZM 一般而言，一般而言， Uz低于低于4伏的穩(wěn)壓管，伏的穩(wěn)壓管，U其是負(fù)的，其是負(fù)的， Uz高高 于于7伏的穩(wěn)壓管，伏的穩(wěn)壓管，U其是正的，而其是正的，而Uz在在4至至7伏的穩(wěn)壓伏的穩(wěn)壓 管，溫度穩(wěn)定性最好。管，溫度穩(wěn)定性最好。 PZM是指管子不發(fā)生熱擊穿時所允許的最大功率損耗，是指管子不發(fā)生熱擊穿時所允許的最大功率損耗， 它等于它等于 ZZMZM UIP 解：穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流為解：穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流為 例例8.4.1 圖圖8-4-2中，中，Uz6V，PZM200mW，IZ=10mA。 問若

47、電源電壓問若電源電壓E在在18伏至伏至30伏內(nèi)變化時，輸出電壓是否伏內(nèi)變化時，輸出電壓是否 基本不變，穩(wěn)壓管是否安全基本不變，穩(wěn)壓管是否安全,簡述穩(wěn)定過程簡述穩(wěn)定過程。 R E DZ 1K UO + - 圖圖8-4-2 例例8-4-1圖圖 I 33.3mA 6 200 Z ZM ZM U P I 當(dāng)當(dāng)E=18V時，穩(wěn)壓管中的電流為時，穩(wěn)壓管中的電流為 mA12 1 618Z R UE I 當(dāng)當(dāng)E=30V時，穩(wěn)壓管中的電流為時，穩(wěn)壓管中的電流為 24mA 1 630 I 穩(wěn)定過程如下穩(wěn)定過程如下 o Ro U UIUE 注：注：穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)接反向電壓，并串入一只穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)接反向

48、電壓，并串入一只 電阻。電阻。 電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其 次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電 壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流 ，從而起到穩(wěn)壓作用。，從而起到穩(wěn)壓作用。 顯然，穩(wěn)壓管工作電流在正常工作范圍之內(nèi)，能正常顯然，穩(wěn)壓管工作電流在正常工作范圍之內(nèi)，能正常 穩(wěn)壓，輸出電壓為穩(wěn)壓，輸出電壓為UoUz6V R E DZ 1K UO + - 圖圖8-4-2 例例8-4-1圖圖 I 解：解： 穩(wěn)壓過程如下穩(wěn)壓過程如下 例

49、例8.4.2 在圖在圖8-4-3所示電路中所示電路中VI12V ，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電穩(wěn)壓管穩(wěn)定電 壓壓VZ6V，穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ10mA，電阻電阻R100，RL 150 。寫出穩(wěn)壓管穩(wěn)壓過程；求寫出穩(wěn)壓管穩(wěn)壓過程；求Vo、I和穩(wěn)壓管實和穩(wěn)壓管實 際工作電流際工作電流 IZ；若穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流若穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流Izmax=50mA， 試問試問VI允許波動的范圍是多少？若允許波動的范圍是多少？若VI=12V,VZ=6V,穩(wěn)壓穩(wěn)壓 管穩(wěn)定電流管穩(wěn)定電流IZ10mA，最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流Izmax=50mA，問負(fù)問負(fù) 載電阻載電阻RL允許變化的范圍是多少？允許變化的范圍是多少？ R I VI D

50、z VoRL IL 圖8-4-3 例8.4.2的電路 Iz ORRZ RIZORR ZOR L O OL VVII VVVVRIV III R V IR )( 其輸出電壓、電流和穩(wěn)壓管的電流其輸出電壓、電流和穩(wěn)壓管的電流 為為 VVV ZO 6 mA R VV I ZI 60 100 612 mA R V I L Z L 40 150 6 mAIII LZ 204060 由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流為由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流為 L ZI LZ I R VV III 則：則： ZLZI VRIIV)( mAImA Z 5010 將將代入上式，得代入上式，得 R I VI Dz VoRL IL 圖8-4-3

51、例8.4.2的電路 Iz 負(fù)載電阻為負(fù)載電阻為 VV11610010)4010( 3 min VV15610010)4050( 3 max 故故VI的波動范圍為的波動范圍為（11V15V） Z O L O L II V I V R 120 10)1060( 6 3 min min Z O L II V R 600 10)5060( 6 3 max max Z O L II V R R I VI Dz VoRL IL 圖8-4-3 例8.4.2的電路 Iz 半導(dǎo)體三極管（簡稱三極管）也稱晶體管，是一種半導(dǎo)體三極管（簡稱三極管）也稱晶體管，是一種 最重要的電子器件。它的放大作用和開關(guān)作用，是構(gòu)成最

52、重要的電子器件。它的放大作用和開關(guān)作用，是構(gòu)成 模擬電路和數(shù)字電路的基礎(chǔ)。為了更好地理解其特性曲模擬電路和數(shù)字電路的基礎(chǔ)。為了更好地理解其特性曲 線和工作參數(shù)，有必要介紹它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和載流子的運線和工作參數(shù)，有必要介紹它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和載流子的運 動規(guī)律。動規(guī)律。 )MHz 3 )MHz 3 f f 低頻管（ 高頻管（ 按工作頻率按工作頻率 鍺管 硅管 按材料按材料 按功率按功率 )W 10 )W 10W 1 )W 1P CM CM CM P P 大功率管（ 中功率管（ 小功率管（ 按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu) PNP NPN 1.分類分類 2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 三極管從結(jié)構(gòu)上可分為兩大類：三極管從結(jié)構(gòu)上可分為兩大類：N

53、PN型和型和PNP型。型。 圖圖8-5-1為為NPN型型的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號 N N N N P P C C E E B B 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)集電結(jié) 發(fā)射極發(fā)射極 基極基極 集電極集電極 C C E E B B 圖8-5-1 圖8-5-1 N NP PN N型的結(jié)構(gòu)和符號型的結(jié)構(gòu)和符號 圖圖8-5-2為為PNP型型的結(jié)構(gòu)示的結(jié)構(gòu)示 意圖和表示符號意圖和表示符號 N P P C E B 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)集電結(jié) 發(fā)射極發(fā)射極 基極基極 集電極集電極 C E B 8-5-2 PNP型三極管的結(jié)

54、構(gòu)和符號型三極管的結(jié)構(gòu)和符號 無論無論NPN還是還是PNP都有都有 三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、集電三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、集電 區(qū)、基區(qū)；二個結(jié)：發(fā)區(qū)、基區(qū)；二個結(jié)：發(fā) 射結(jié)射結(jié)Je、和集電結(jié)和集電結(jié)JC； 三個電極：發(fā)射極三個電極：發(fā)射極E、 集電極集電極C、基極基極B。 為使三極管具有電流放大作用，其為使三極管具有電流放大作用，其： 基區(qū)很薄，幾微米至幾十微米。基區(qū)很薄，幾微米至幾十微米。 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大大高于基區(qū)摻雜濃度。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大大高于基區(qū)摻雜濃度。 發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度比集電區(qū)大，但集電區(qū)面積比發(fā)射發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度比集電區(qū)大，但集電區(qū)面積比發(fā)射 區(qū)大，故發(fā)射區(qū)與集電區(qū)不可互換。區(qū)大，故發(fā)射區(qū)與集電

55、區(qū)不可互換。 3. 實現(xiàn)三極管放大作用的條件實現(xiàn)三極管放大作用的條件 為使三極管具有電流放大作用，其為使三極管具有電流放大作用，其： 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 ：對：對NPN管是管是UBE0 ;對對PNP管是管是UBE0 ; 集電極反偏集電極反偏 ：對：對NPN管是管是UBC0 ; 故對于兩種類型的三極管外加電壓應(yīng)為故對于兩種類型的三極管外加電壓應(yīng)為 bb cc ee NPNPNP EBC VVV EBC VVV P P N N N N N N P P P P 一般若發(fā)射極為地電位，則一般若發(fā)射極為地電位，則NPN型三極管的集電極加型三極管的集電極加 正電源；正電源；PNP型三極管的集電極加負(fù)電源

56、；發(fā)射極的箭型三極管的集電極加負(fù)電源；發(fā)射極的箭 頭代表發(fā)射極電流的實際方向。頭代表發(fā)射極電流的實際方向。 以以NPN管為例，根據(jù)外管為例，根據(jù)外 加電壓的要求，其實驗電路加電壓的要求，其實驗電路 如圖如圖8-5-3所示所示 C E B EB EC RB IB IC RC IE 8-5-3 三極管與電源的連接三極管與電源的連接(共共 射極接法）射極接法） 在圖在圖8-5-3中，基極與發(fā)射中，基極與發(fā)射 極構(gòu)成輸入回路，集電極與發(fā)極構(gòu)成輸入回路，集電極與發(fā) 射極構(gòu)成輸出回路，由于發(fā)射射極構(gòu)成輸出回路，由于發(fā)射 極作為輸入和輸出回路的公共極作為輸入和輸出回路的公共 端，故稱為共發(fā)射極電路（簡端，故

57、稱為共發(fā)射極電路（簡 稱共射電路）稱共射電路） 輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路 1. 外接電路外接電路 2.2.三極管內(nèi)部的載流子運動分析三極管內(nèi)部的載流子運動分析 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 圖圖8-5-4為三極管中載流子為三極管中載流子 運動的示意圖運動的示意圖 由于發(fā)射結(jié)由于發(fā)射結(jié)， 發(fā)射區(qū)的多子發(fā)射區(qū)的多子自由電子自由電子 不斷越過發(fā)射結(jié)擴散到不斷越過發(fā)射結(jié)擴散到 基區(qū)，并不斷由電源向基區(qū)，并不斷由電源向 發(fā)射區(qū)補充電子，形成發(fā)射區(qū)補充電子，形成 了發(fā)射區(qū)電流了發(fā)射區(qū)電流IEN，它基它基 本上等于發(fā)射極電流本上等于發(fā)射極電流IE 。 C E B EB ECRB IB R

58、C IE ICBOI CN IEP 8-5-4 三極管中載流子運動示意圖三極管中載流子運動示意圖 IEN IBN I IC C c J e J 同時，基區(qū)的多子同時，基區(qū)的多子空穴也會向發(fā)射區(qū)擴散，形成空穴也會向發(fā)射區(qū)擴散，形成 空穴電流空穴電流IEP。但由于基區(qū)摻雜濃度低，空穴濃度小，但由于基區(qū)摻雜濃度低，空穴濃度小， 很小，可忽略不計。很小，可忽略不計。 電子在基區(qū)的擴散與復(fù)合電子在基區(qū)的擴散與復(fù)合 電子到達基區(qū)后，靠電子到達基區(qū)后，靠 近發(fā)射結(jié)側(cè)的電子濃度最近發(fā)射結(jié)側(cè)的電子濃度最 高，靠近集電結(jié)的濃度最高，靠近集電結(jié)的濃度最 低，由于濃度差，電子要低，由于濃度差，電子要 繼續(xù)向集電結(jié)方向

59、擴散。繼續(xù)向集電結(jié)方向擴散。 在擴散過程中有一部分與在擴散過程中有一部分與 基區(qū)的空穴相遇而復(fù)合基區(qū)的空穴相遇而復(fù)合 C E B EB ECRB IB RC IE ICBOI CN IEP 8-5-4 三極管中載流子運動示意圖三極管中載流子運動示意圖 IEN IBN I IC C c J e J 同時電源不斷向基區(qū)補充空穴，形成基區(qū)復(fù)合電流同時電源不斷向基區(qū)補充空穴，形成基區(qū)復(fù)合電流IBN， 它基本上等于基極電流它基本上等于基極電流IN。 C E B EB ECRB IB RC IE ICBOI CN IEP 8-5-4 三極管中載流子運動示意圖三極管中載流子運動示意圖 IEN IBN I I

60、C C c J e J 由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又低，故復(fù)合的電子很少，即由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又低，故復(fù)合的電子很少，即 IBN很小，大部分電子要擴散到集電極邊緣。很小，大部分電子要擴散到集電極邊緣。 集電極收集擴散過來的電子集電極收集擴散過來的電子 由于集電結(jié)由于集電結(jié)，有利，有利 于電子的漂移，所以基區(qū)中于電子的漂移，所以基區(qū)中 擴散到集電結(jié)邊緣的電子，擴散到集電結(jié)邊緣的電子， 在電場力作用下，幾乎全部在電場力作用下，幾乎全部 漂移過集電結(jié)，到達集電區(qū)，漂移過集電結(jié)，到達集電區(qū)， 形成集電極電流形成集電極電流ICN 同時集電區(qū)少子同時集電區(qū)少子(空穴空穴) 和基區(qū)本身的少子和基區(qū)本身的少子