第7章二極管及三極管

1、 （下）（下）返回返回返回返回后一頁后一頁返回返回前一頁前一頁 后一頁后一頁 對于元器件，重點放在特性、參數(shù)、技術指對于元器件，重點放在特性、參數(shù)、技術指標和正確使用方法，不要過分追究其內部機理。標和正確使用方法，不要過分追究其內部機理。討論器件的目的在于應用。討論器件的目的在于應用。 學會用工程觀點分析問題，就是根據(jù)實際情學會用工程觀點分析問題，就是根據(jù)實際情況，對器件的數(shù)學模型和電路的工作條件進行況，對器件的數(shù)學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。實際意義的結果。 對電路進行分析計算時，只要能滿足技術指對電

2、路進行分析計算時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數(shù)值。標，就不要過分追究精確的數(shù)值。 器件是非線性的、特性有分散性、器件是非線性的、特性有分散性、RC的值的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。算的方法。前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回半導體的特性：半導體的特性： ( (可制成溫度敏感元件，如熱敏電阻可制成溫度敏感元件，如熱敏電阻) )摻雜性：摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使 其導電能力明顯改變。其導電能力明顯改變。光敏性：光敏性：當受到光照時，其導電能力明顯變化。當受到光照時，其導電

3、能力明顯變化。 ( (可制成各種光敏元件，如光敏電阻、可制成各種光敏元件，如光敏電阻、 光敏二極管、光敏三極管、光電池等光敏二極管、光敏三極管、光電池等) )。熱敏性：熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強。當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強。前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回7.1.1 本征半導體本征半導體 完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。本征半導體。硅和鍺的晶體結構硅和鍺的晶體結構前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回硅和鍺的共價鍵結構硅和鍺的共價鍵結構共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對 共價鍵中的共價鍵中的兩個電子被緊緊兩個電子被緊緊

4、束縛在共價鍵中，束縛在共價鍵中，稱為稱為束縛電子。束縛電子。+4+4+4+4前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子 在常溫下，由于在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，脫離共價鍵的束縛，成為成為自由電子自由電子（帶負（帶負電），同時共價鍵上電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為留下一個空位，稱為空穴空穴（帶正電）（帶正電）。 本征半導體的導電機理本征半導體的導電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回本征半導體的導電機理本征半導體的導電機

5、理 在其它力的作用在其它力的作用下，空穴吸引臨近的下，空穴吸引臨近的電子來填補，其結果電子來填補，其結果相當于空穴的遷移。相當于空穴的遷移。 空穴的遷移相當于空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流可以認為空穴是載流子。子。 因常溫下束縛因常溫下束縛電子很難脫離共價電子很難脫離共價鍵成為自由電子，鍵成為自由電子，因此本征半導體中因此本征半導體中的自由電子和空穴的自由電子和空穴很少，所以很少，所以本征半本征半導體的導電能力很導體的導電能力很弱。弱。 當半導體外加電壓當半導體外加電壓時，在電場的作用下時，在電場的作用下將出現(xiàn)兩部分電流：將出現(xiàn)兩部分電流： 1）自由電子

6、作定）自由電子作定向移動向移動 電子電流電子電流 2）價電子遞補空）價電子遞補空穴穴 空穴電流空穴電流+4+4+4+4前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回本征半導體中存在本征半導體中存在數(shù)量相等數(shù)量相等的兩種載流的兩種載流子，即子，即自由電子和空穴自由電子和空穴。 溫度越高，載流子的濃度越高溫度越高，載流子的濃度越高，本征半本征半導體的導電能力越強。導體的導電能力越強。溫度是影響半導體性溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，能的一個重要的外部因素，這是半導體的一這是半導體的一大特點。大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。濃度。跳轉跳轉前一頁前一頁

7、后一頁后一頁返回返回返回返回前一頁前一頁 后一頁后一頁前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回P 型半導體型半導體+N 型半導體型半導體前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回 1. 在雜質半導體中多子的數(shù)量與在雜質半導體中多子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、摻雜濃度、b.溫度）有關。溫度）有關。 2. 在雜質半導體中少子的數(shù)量與在雜質半導體中少子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、摻雜濃度、b.溫度）有關。溫度）有關。 3. 當溫度升高時，少子的數(shù)量當溫度升高時，少子的數(shù)量 （a. 減少、減少、b. 不變、不變、c. 增多）。增多）。abc 4. 在外加電壓的作用下，在外加電壓的作用下，P 型半導體中的電流型半導體

8、中的電流主要是主要是 ， N 型半導體中的電流主要是型半導體中的電流主要是 （a. 電子電流、電子電流、b.空穴電流）空穴電流） ba前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回7.2.1 PN結的形成結的形成多子的擴散運動多子的擴散運動內電場內電場E少子的漂移運動少子的漂移運動濃度濃度差差P 型半導體型半導體+N 型半導體型半導體空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結結 前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回前一頁前一頁 后一頁后一頁二、二、 PN結的單相導電性結的單相導電性 1. PN 結加正向電壓（正向偏置）結加正向電壓（正向偏置） P接正、接正、N接負接負 +U內電場內電場外電場

9、外電場PNIF 內電場被削弱，多內電場被削弱，多子的擴散加強，形成子的擴散加強，形成較大的擴散電流。較大的擴散電流。 PN結正向電阻較結正向電阻較小，正向電流較大，小，正向電流較大，PN結處于導通狀態(tài)。結處于導通狀態(tài)。返回返回2. PN 結加反向電壓（反向偏置）結加反向電壓（反向偏置）+U內電場內電場外電場外電場PN 內電場被加強，少子內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的數(shù)量很少，形成很小的反向電流。反向電流。IRPN 結變寬結變寬 P接負、接負、N接正接正 PN結反向電阻較大，結反向電阻較大，反向電流很小，反向電流很小，PN結結處于截止狀態(tài)。處于截止

10、狀態(tài)。溫度越高少子的數(shù)量越多，反向電流將隨溫度增加溫度越高少子的數(shù)量越多，反向電流將隨溫度增加前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回1、PN 結加正向電壓（正向偏置，結加正向電壓（正向偏置，P 接正、接正、N 接負接負 ）時，）時， PN 結處于正向導通狀態(tài)，結處于正向導通狀態(tài)，PN 結正向電阻較小，正向電流較大。結正向電阻較小，正向電流較大。2、PN 結加反向電壓（反向偏置，結加反向電壓（反向偏置，P接負、接負、N 接正接正 ）時，）時， PN 結處于反向截止狀態(tài)，結處于反向截止狀態(tài)，PN 結反向電阻較大，反向電流很小。結反向電阻較大，反向電流很小。前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回7.3.1

11、基本結構基本結構（a）點接觸型）點接觸型1. 結構結構 ：按結構可分三類按結構可分三類(b)面接觸型面接觸型 結面積小、結面積小、結電容小、正結電容小、正向電流小。用向電流小。用于檢波和變頻于檢波和變頻等高頻電路。等高頻電路。 結面積大、結面積大、正向電流大、正向電流大、結電容大，用結電容大，用于工頻大電流于工頻大電流整流電路。整流電路。前一頁前一頁 后一頁后一頁(c)平面型平面型 用于集成電路制作工藝中。用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。小，用于高頻整流和開關電路中。返回返回二極管的結構示意圖二極管的結構示意圖2. 符號：符號：PN陽極陽極

12、陰極陰極VD前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回7.3.1 伏安特性伏安特性前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回7.3.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1 1、最大整流電流、最大整流電流 IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。均電流。2 2、3 3、指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向反向電流大，說明管子的單向導電性差，電流大，說明管子的單向導電性差， 受溫度的影響，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，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回前

13、一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回 二極管電路分析舉例二極管電路分析舉例 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)導通導通截止截止否則，正向管壓降否則，正向管壓降硅硅0 0.60.7V鍺鍺0.20.3V 分析方法：分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓的高低或所加電壓UD的正負。的正負。若若 V陽陽 V陰陰或或 UD為正，二極管導通（正向偏置）為正，二極管導通（正向偏置）若若 V陽陽 V陰陰 二極管導通二極管導通若若忽略管壓降，二極管可看作短路，忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則，否則， UAB低于低于6V一

14、個管壓降，為一個管壓降，為6.3或或6.7V例例1 1：后一頁后一頁取取 B 點作參考點，斷點作參考點，斷開二極管，分析二極開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。管陽極和陰極的電位。跳轉跳轉返回返回兩個二極管的陰極接在一起兩個二極管的陰極接在一起求：求：UAB取取 B 點作參考點，斷開點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。極和陰極的電位。V1陽陽 =6 V，V2陽陽 =0 V ，V1陰陰 = V2陰陰 = 12 VUD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 VD2 優(yōu)先導通，優(yōu)先導通， VD1截止。截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，若忽略管壓降，二

15、極管可看作短路，UAB = 0 VVD6V12V3k BAVD2mA43122 DIVD1承受反向電壓為承受反向電壓為6 V流過流過VD2的電流為的電流為例例2:2:前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回ui 8V 二極管導通，可看作短路二極管導通，可看作短路 uo = 8V ui 8V 二極管截止，可看作開路二極管截止，可看作開路 uo = ui已知：已知： 二極管是理想的，試畫二極管是理想的，試畫出出 uo 波形。波形。V sin18tui u2t 18V參考點參考點8V例例3 3二極管的用途：二極管的用途： 整流、檢波、限幅、整流、檢波、限幅、箝位、開關、元件保護、箝位、開關、元件保護、溫度

16、補償?shù)取囟妊a償?shù)?。前一頁前一?后一頁后一頁返回返回前一頁前一頁 后一頁后一頁使用時要加限流電阻使用時要加限流電阻返回返回前一頁前一頁 后一頁后一頁ZZIUZr Zr返回返回反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強度的增加而上升。IV照度增加照度增加符號符號前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾向電壓較一般二極管高，電流為幾 幾十幾十mA

17、符號符號前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回返回返回集電區(qū)：集電區(qū)：面積最大面積最大基區(qū)：最薄，基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高雜濃度最高發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結返回返回返回返回7.5.2 7.5.2 電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBECRC1. 三極管放大的外部條件三極管放大的外部條件發(fā)射結正偏、集電結反偏發(fā)射結正偏、集電結反偏PNP VBVE VCVE 集電結反偏集電結反偏 VCVB返回返回2. 各電極電流關系及電流放大作用各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.50

18、1.001.702.50 3.300.0010.511.021.732.54 3.35結論結論1）三電極電流關系）三電極電流關系 IE = IB + IC2） IC IE ， IC IB3） IC IB 把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流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。較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實質實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。電流的變化。返回返回3. 3. 三極管內部載流子的運動規(guī)律三極管內部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBEC 基區(qū)空基區(qū)空穴向發(fā)射穴向發(fā)射區(qū)的擴散區(qū)

19、的擴散可忽略?？珊雎浴?發(fā)射結正偏，發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電形成發(fā)射極電流流I IE E。IE進入進入P P 區(qū)的區(qū)的電子少部分與電子少部分與基區(qū)的空穴復基區(qū)的空穴復合，形成電流合，形成電流I IBE BE ，多數(shù)擴，多數(shù)擴散到集電結。散到集電結。IBE從基區(qū)擴散來從基區(qū)擴散來的電子作為集的電子作為集電結的少子，電結的少子，漂移進入集電漂移進入集電結而被收集，結而被收集，形成形成I ICECE。ICE 集電結反集電結反偏，有少子偏，有少子形成的反向形成的反向電流電流I ICBOCBO。ICBO3. 3. 三極管內部載流子的運動規(guī)律三極管內部載

20、流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBO ICE返回返回I ICE CE 與與I IBE BE 之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBCII)I(1II _BC CEOII I_ ，有有忽忽略略CEOCBII 0I ，則則若若集射極穿透電流集射極穿透電流溫度溫度 ICEO 常用公式常用公式返回返回7.5.3 7.5.3 特性曲線特性曲線 即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管子內部載流子運

21、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)。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：為什么要研究特性曲線： 1 1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)）直觀地分析管子的工作狀態(tài) 2 2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能良好的電路良好的電路 重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線性曲線返回返回 實驗線路實驗線路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端 EBICmA AVUCEUBERBIBECV共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路 返回返回1. 1. 輸入特性輸入

22、特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V常常數(shù)數(shù) CEUBEBUfI)(特點特點:非線性非線性死區(qū)電壓：死區(qū)電壓：硅管硅管0.50.5V，鍺管鍺管0.20.2V。工作壓降：工作壓降： 硅硅U UBE BE 0.6 0.60.70.7V, ,鍺鍺U UBE BE 0.2 0.20.30.3V。返回返回2. 2. 輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A當當U UCE CE 大于一大于一定的數(shù)值時，定的數(shù)值時，I IC C只與只與I IB B有關，有關，即即I IC C= = I IB B。常數(shù)常數(shù)

23、BICECUfI)(此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足IC= IB 稱為稱為線性區(qū)（放線性區(qū)（放大區(qū)），具大區(qū)），具有恒流特性。有恒流特性。返回返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A UCE UBE, ,集電結正集電結正偏，偏， IB IC，稱為飽稱為飽和區(qū)。和區(qū)。 深度飽和時硅深度飽和時硅管管UCES 0.3V 此區(qū)此區(qū)域中域中IC受受UCE的影響的影響較大較大返回返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A 此區(qū)域中此區(qū)域中: : IB= 0,IC =ICEO,UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，稱

24、為截止區(qū)。稱為截止區(qū)。后一頁后一頁跳轉跳轉 為可靠截止，為可靠截止，常取發(fā)射結零偏常取發(fā)射結零偏壓或反偏壓。壓或反偏壓。返回返回 輸出特性可劃分為三個區(qū)，分別代表晶體輸出特性可劃分為三個區(qū)，分別代表晶體管的三種工作狀態(tài)。管的三種工作狀態(tài)。1 1）放大區(qū)放大區(qū)( (線性區(qū)，具有恒流特性線性區(qū)，具有恒流特性) )放大狀態(tài)放大狀態(tài) I IC C = = I IB B ，發(fā)射結正偏、集電結反偏。，發(fā)射結正偏、集電結反偏。2 2）截止區(qū)（晶體管處于截止狀態(tài)）開關斷開）截止區(qū)（晶體管處于截止狀態(tài)）開關斷開 I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO 0 0，U UBEBE 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 發(fā)射結反偏或零偏、集電結反偏。發(fā)射結反偏或零偏、集電結反偏。3 3）飽和區(qū)飽和區(qū)( (管子處于飽和導通狀態(tài)管子處于飽和導通狀態(tài)) )開關閉合開關閉合