第1章 半導(dǎo)體二極管和三極管

1、1 4 鏈接動(dòng)畫(huà)片鏈接動(dòng)畫(huà)片 5 獨(dú)特的導(dǎo)電特性獨(dú)特的導(dǎo)電特性 3.3.摻入微量元素?fù)饺胛⒘吭貙?dǎo)電能力導(dǎo)電能力 6 14 + 硅原子結(jié)構(gòu)硅原子結(jié)構(gòu) 4+ 簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型 純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。價(jià)電子價(jià)電子 4 4價(jià)元素（硅、價(jià)元素（硅、 鍺）鍺） 7 4 4 4 4 4 4 8 4 4 4 4 4 4 9 4 4 4 4 4 4 10 4 4 4 4 4 4 自由自由 電子電子 空穴空穴 11 4 4 4 4 4 4 自由自由 電子電子 空穴空穴 12 4 4 4 4 4 4 自由自由 電子電子 電電 場(chǎng)場(chǎng) 電子流電子流 13 4 4 4 4 4 4 電子

2、遞補(bǔ)電子遞補(bǔ) 空穴流空穴流 電電 場(chǎng)場(chǎng) 14 4 4 4 4 4 4 半導(dǎo)體電流半導(dǎo)體電流 = = 電子流電子流 + + 空穴流空穴流 電電 場(chǎng)場(chǎng) 空穴流空穴流 電子流電子流 15 16 4 4 4 4 4 5 +5 17 4 4 4 4 4 5 多子多子-電子電子 少子少子-空穴空穴 +5 4 N型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖 18 4 4 4 4 4 3 +3 19 多子多子-空穴空穴 少子少子-電子電子 4 4 4 4 4 3 +3 P型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖 21 鏈接動(dòng)畫(huà)片鏈接動(dòng)畫(huà)片 22 N區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū) 負(fù)離子負(fù)離子空穴空穴正離子正離子電子電子 一、一、PN結(jié)的形成結(jié)的形成 23

3、空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （耗盡層）（耗盡層） 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)濃度差造成運(yùn)動(dòng)。濃度差造成運(yùn)動(dòng)。 復(fù)合復(fù)合自由電子填補(bǔ)空穴，兩者同時(shí)消失的現(xiàn)象。自由電子填補(bǔ)空穴，兩者同時(shí)消失的現(xiàn)象。 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)。載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)。 多子擴(kuò)多子擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)散運(yùn)動(dòng)少子漂少子漂 移運(yùn)動(dòng)移運(yùn)動(dòng) 24 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （耗盡層）（耗盡層） 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 濃度差濃度差多子多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)復(fù)合復(fù)合產(chǎn)產(chǎn)生生內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)阻礙阻礙 多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散有利有利少子少子漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn) 動(dòng)達(dá)到動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡形

4、成一定寬度形成一定寬度PN結(jié)結(jié) 多子擴(kuò)多子擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)散運(yùn)動(dòng) 少子漂少子漂 移運(yùn)動(dòng)移運(yùn)動(dòng) 25 P N結(jié)結(jié) P N 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 26 27 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) R E 外電場(chǎng)外電場(chǎng) P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) ID PN結(jié)結(jié) 28 R E P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) I反 反 PN結(jié)結(jié) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) 30 陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極 符號(hào)符號(hào) 3.3.： PN 31 外殼外殼 陰極引線陰極引線 金屬絲金屬絲 N N型鍺片型鍺片 N N型硅型硅 二氧化硅保二氧化硅保 護(hù)層護(hù)層 底座底座 N型硅型硅 金銻合金銻合 金金 鋁合金鋁合金 小球小球 PNPN結(jié)結(jié) 32 R E ID I ID E I反 反 電流不電流不 為零為零 R

5、 33 I/mA U/VO 死區(qū)死區(qū) UT 34 I/mA U/VO IS UBR 死區(qū)死區(qū) UT 35 36 I/mA U/VO IS UBR 死區(qū)死區(qū) UT 歸納歸納 37 ui tO uO tO ui + - uO - + + RL 38 I/mA U/VO IS UBR 硅硅幾幾 A 鍺鍺幾十幾十 幾百幾百 A 硅管的溫度穩(wěn)硅管的溫度穩(wěn) 定性比鍺管好定性比鍺管好 39 C PN + + R ui M 40 41 Io Uo - + UD -+ R UE I D 例例1-3-1分別用二極管理想模型和恒壓降模型分別用二極管理想模型和恒壓降模型 求出求出 IO 和和 UO 的值。的值。 IO

6、 = E / R = 6 / 6 = 1 (mA) UO = E = 6 V UO = E UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA) 解解: 1.1.理想模型理想模型 2.2.恒壓降模型恒壓降模型 6 V 6K 42 uO tO 整流：整流： 已知：二極管理想化已知：二極管理想化 求：求：uO波形波形 ui + - （二）二極管應(yīng)用舉例（二）二極管應(yīng)用舉例 ui tO uO - + + 分析思路 RL 43 . .檢波作用：檢波作用：從載波信號(hào)中檢出從載波信號(hào)中檢出 音頻信號(hào)。音頻信號(hào)。 ui + - uO - + + RLC

7、 旁路高頻信號(hào)旁路高頻信號(hào) 載波信號(hào)經(jīng)二極管載波信號(hào)經(jīng)二極管 后負(fù)半波被削去后負(fù)半波被削去 檢出音頻信號(hào)檢出音頻信號(hào) t t t 44 . .限幅：限幅： 5 ui t o 3.7 + - + - uiuO - + + uO t o 3.7 已知：已知： 二極管導(dǎo)通管壓降二極管導(dǎo)通管壓降UD0.7V 求：求：uO波形波形 tVu i sin5 45 分析思路 46 實(shí)驗(yàn)一、二極管的限幅作用實(shí)驗(yàn)一、二極管的限幅作用 EDA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 鏈接鏈接EDA1 47 二極管限幅電路二極管限幅電路 EDA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 48 EDA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 限幅作用。限幅作用。 電路情況電路情況輸出波形輸出波形 無(wú)限幅電路無(wú)

8、限幅電路 去掉去掉1V1V的限幅電的限幅電 路路 去掉去掉2V2V的限幅電的限幅電 路路 49 uA uB uO 已知已知: : 求：求： . .鉗位與隔離鉗位與隔離 -12V R F A B 50 （1） uA與與uB為相同電平時(shí)為相同電平時(shí)， DA、DB均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。 -0.4V 0.3V 0.3V3V 3V 2.3V 分析思路 -12V R uA uB uO F A B 51 0.3V 3V 2.3V （2） uA與與uB為不同電為不同電 平時(shí)：平時(shí)： 二極管箝位作用二極管箝位作用 分析思路 隔離隔離 -12V R uA uB uO F A B 53 （一）（一）穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓作用 工作

9、在工作在 （二）穩(wěn)壓管符號(hào)（二）穩(wěn)壓管符號(hào) 陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極 UZ IZ IZmax IZ UZ Dz U/V I/mA O 54 ( (三三) )應(yīng)用應(yīng)用 + UI - UOUZ + - UI增加增加, ,UO基基 本不變本不變, ,增加量由增加量由 R承擔(dān)承擔(dān) 。 限流電阻限流電阻 調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻 R D RL Uo = UZ 55 實(shí)驗(yàn)二、穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用實(shí)驗(yàn)二、穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用 EDA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 鏈接鏈接EDA2 56 EDA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 57 L變化 變化,UO基本不變?；静蛔儭?EDA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) R uo 1 1k5%5%7.024V7.024V 1 1k80%

10、80%6.916V6.916V 58 O I/mA U/V Z Z I U 4.4.動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 rZ ： 愈愈 小穩(wěn)壓效果好。小穩(wěn)壓效果好。 IZmax 3.3.最大耗散功耗：最大耗散功耗： PZM= UZ IZmax 59 UZ56V 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù) UZ56V 負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù) 5VUZ6V 溫度系數(shù)最小溫度系數(shù)最小 例：例：2CW15的的U=0.07%/ 溫度提高，穩(wěn)溫度提高，穩(wěn) 定電壓增加定電壓增加 O I/mA U/V IZmax 60 歸納歸納 二極管二極管 1.1.二極管的特性：二極管的特性： 2.2.特性曲線：特性曲線： 3.3.應(yīng)用：應(yīng)用： 4.4.二極管的主

11、要參數(shù)。二極管的主要參數(shù)。 二極管的結(jié)電容。二極管的結(jié)電容。 5.5.穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管：二極管二極管 陽(yáng)極陽(yáng)極 陰極陰極 PN PNN 是什么是什么? 63 b c e NPN型型 N N P 64 P P N PNP型型 65 幾百微米幾百微米 幾微米幾微米 eb c 66 67 68 鏈接動(dòng)畫(huà)片鏈接動(dòng)畫(huà)片 69 e b uCE 輸出端口輸出端口 + - uBE 輸入端口輸入端口 + - 70 + - UCB + - UCE + - UBE N N P b e c NP b c e RB EB + - RC + - EC RC RB + - EC EB + - 71 + - UCB + - U

12、CE + - UBE P P N b e c RB RC + - EC RC RB b c eEB + - + - EC EB + - 72 VCVbVe VCVbVe UBE 硅硅0.60.8V 鍺鍺0.10.3V UCB UCEUCB UBE UCE + - UCB + - UCE + - UBE b c e RC RB + - EC EB + - 73 IB IE IC RC RB EB + - + - EC mA mA A 74 IB IE IC IC、 IB流入流入， IE流出流出 IC、 IB流出流出， IE流入流入 RC RB + - EC EB + - 75 IB(mA) 0

13、-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 （1）IE=IB +IC （2）ICIB IE IC 結(jié)論 符合基爾霍夫電流定律符合基爾霍夫電流定律 76 測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù) IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 （3）I B 與與IC的比例為常數(shù)的比例為常數(shù) 35 020 700 B C . . I I 35 040 501 B C . . I I

14、B C I I 77 測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù) IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 (4) I B微小變化引起了微小變化引起了IC較大變化較大變化 40 020040 700501 B C . . I I B C I I 78 ICBO b c e P N N IB(mA)0-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 79 e b c P N N IB

15、(mA)0-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 ICEO 80 ui uBE變變 iE變變 iB小變化小變化 iC大變化大變化 uRC變變 將小信號(hào)放大將小信號(hào)放大 iB iE iC uBE ui EC + - RC EB + - RB uO 81 內(nèi)部條件內(nèi)部條件 放大的條件放大的條件 外部條件外部條件 iB iE iC uBE EC + - RC EB + - RB ui 82 BE BCBOBC BCE )1( )1( II IIII III B C I I B C I

16、 I 83 EC c極極 b極極 e極極 N P N c結(jié)結(jié) e結(jié)結(jié) RB B EB B RC 84 1.1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子 85 EC c極極 b極極 e極極 N P N c結(jié)結(jié) e結(jié)結(jié) RB B EB B RC ICBO IC IB IE I CN I BN I EN 86 載載流子運(yùn)動(dòng)形成的電流流子運(yùn)動(dòng)形成的電流 BCCBOBNCBOCNE IIIIIII 87 EC RC EB RB c極極 b極極 e極極 N P N c結(jié)結(jié) e結(jié)結(jié) IB IC IE I EN I CN ICBO I BN uo ui + - 88 EC RC RB c極極 b極極 e極極

17、N P N c結(jié)結(jié) e結(jié)結(jié) IEN ICN ICBO IBN IC IE IB uo ui + - 89 BCE III 復(fù)合復(fù)合收集收集發(fā)射發(fā)射 B C I I 90 3.5V 2.8V 12V 類型：類型： 材料：材料： 電極：電極： + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c eUBE 解題思路 91 3.5V 2.8V 12V 管型晶體管是SiNPN UVU BE 7 . 08 . 25 . 3 12 VCVBVE BEC 92 IB IC UCE + - + - UBE EB + - RB RC + - EC A mA V V 93

18、 e結(jié)相當(dāng)一個(gè)二結(jié)相當(dāng)一個(gè)二 極管極管,但要受輸?shù)茌?出出UCE的影響的影響 UCE 1V IB/mA UBE/VO UCE=3V UCE=0V 常常數(shù)數(shù) CE )( BEB U UfI IB/mA UBE/VO IB IC UCE + - + - UBE RB RC + - EC EB + - A mA V V 近似重合近似重合 94 常常數(shù)數(shù) B )( CEC I UfI IB IC UCE + - + - UBE RB RC + - EC EB + - A mA V V IB1=0 IB2=20A IB3=40 IB4=60 IB5=80 IB6=100 0 UCE/V IC/mA

19、1 2 3 4 36912 95 IB1=0 IB2=20A IB3=40 IB4=60 IB5=80 IB6=100 0 UCE/V IC/mA 1 2 3 4 36912 96 IB IC uCE IC 0 IB=0A 20A 40A 60A UCE/V IC/mA 36912 1 2 3 4 40 A4060 A5 . 13 . 2 B C m I I 曲線間距反映曲線間距反映 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 97 0 UCE/(V) IC/(mA) IC1 IB1 IC2 IB2 IB IC UCES飽和壓降飽和壓降 98 放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū) e結(jié)結(jié)正向偏置正向偏置 正向偏

20、置正向偏置反向偏置反向偏置 c結(jié)結(jié)反向偏置反向偏置 正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置 UCE= UCB+ UBE UCB為負(fù)，由為負(fù)，由 反向偏置反向偏置轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為正向偏置。正向偏置。 UCB為零；為零； + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 99 UCE= UCB+ UBE UCE UBE，UCB為負(fù)。為負(fù)。 + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 100 放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū) e結(jié)結(jié)正向偏置正向偏置 正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置 c結(jié)結(jié)反向偏置反向偏置 正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置 e結(jié)結(jié)c結(jié)均反向偏置。結(jié)均反向偏置。 + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 硅管硅管UBEICEO時(shí)）時(shí)） 2.2.極間反向電流極間反向電流ICBO，ICEO 衡量衡量 102 CBOCEO )1(II ICBO 不超過(guò)不超過(guò)100 盡可能小盡可能小 + - EC + - EC A ICEO A 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 隨溫度增高隨溫度增高 而增大。而增大。 103 放大能力放大能力 常數(shù) CE B C U I I ( (二二) ) 交流參數(shù)交流參數(shù) 104 ( (三三) ) 極限參數(shù)極限參數(shù)IC