電工電子技術(shù)-9

1、第九章第九章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 第一節(jié)第一節(jié) PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 第三節(jié)第三節(jié) 特殊二極管特殊二極管 第四節(jié)第四節(jié) 晶體管晶體管第一節(jié)第一節(jié) PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?半導(dǎo)體基本知識(shí)半導(dǎo)體基本知識(shí) PN結(jié)結(jié)一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點(diǎn)一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點(diǎn)1.半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，半導(dǎo)體是絕緣體，半導(dǎo)體是4價(jià)元素。價(jià)元素。 半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)：半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)： 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受光和熱影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受光和熱影響 T 導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力 光照光照導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力 純凈的

2、半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)導(dǎo)電性會(huì)大大增強(qiáng)。純凈的半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)導(dǎo)電性會(huì)大大增強(qiáng)。 +4+4 純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體中的載流子本征半導(dǎo)體中的載流子 自由電子自由電子 () 空空 穴穴 （+）2. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體空穴與電子成對(duì)出現(xiàn)并可以復(fù)合。空穴與電子成對(duì)出現(xiàn)并可以復(fù)合。3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻五價(jià)元素，如磷，自摻五價(jià)元素，如磷，自由電子數(shù)多于空穴數(shù)，由電子數(shù)多于空穴數(shù)，自由電子數(shù)是多子。自由電子數(shù)是多子。 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 摻三價(jià)元素，如硼，摻三價(jià)元素，如硼， 空穴數(shù)多于自由電子空穴數(shù)多于自由電子數(shù)

3、，空穴是多子。數(shù)，空穴是多子。4擴(kuò)散電流與漂移電流擴(kuò)散電流與漂移電流載流子由于濃度差異而形成運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流載流子由于濃度差異而形成運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流叫叫擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流。在電場(chǎng)作用下，載流子定向運(yùn)動(dòng)而形成的電流在電場(chǎng)作用下，載流子定向運(yùn)動(dòng)而形成的電流叫叫漂移電流。漂移電流。 1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成二二、 PN結(jié)結(jié)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)削弱內(nèi)電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡 P內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)電荷區(qū)空間電荷區(qū)空間擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)N 外電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反外電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)(耗盡層耗盡層)變薄變薄 擴(kuò)散漂移

4、擴(kuò)散漂移 導(dǎo)通電流很大導(dǎo)通電流很大 ,呈低阻態(tài)呈低阻態(tài) 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏） P（+） N（）（） 外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)相同外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)相同耗盡層加厚耗盡層加厚 漂移擴(kuò)散漂移擴(kuò)散形成反向電流形成反向電流IR，很小。呈高阻態(tài)，很小。呈高阻態(tài)N P 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) 加反向電壓（反偏）加反向電壓（反偏）P（）（） N（+） PN結(jié)正偏，導(dǎo)通；結(jié)正偏，導(dǎo)通；PN結(jié)反偏，截止結(jié)反偏，截止第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要參

5、數(shù)一、半導(dǎo)體二極管的伏安特性一、半導(dǎo)體二極管的伏安特性+P區(qū)陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極N區(qū)陰極區(qū)陰極 陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極 1. 正向特性正向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管 0.5V 鍺管鍺管 0.1V 正向?qū)妷赫驅(qū)妷?硅管硅管 0.7V 鍺管鍺管 0.3Vi (mA)u (V)反向擊穿電壓反向擊穿電壓死區(qū)死區(qū)GeSi 2. 反向特性反向特性 反向飽和電流很反向飽和電流很小，可視為開路，小，可視為開路，反向電壓過高，電反向電壓過高，電流急增，二極管發(fā)流急增，二極管發(fā)生擊穿。生擊穿。導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓VD二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管允許通過

6、的最大正向平均電流。二極管允許通過的最大正向平均電流。2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 URM 保證二極管不被擊穿允許加的最大反向電保證二極管不被擊穿允許加的最大反向電壓。壓。3. 最大反向飽和電流最大反向飽和電流 IR 室溫下，二極管加最高反向電壓時(shí)的反室溫下，二極管加最高反向電壓時(shí)的反向電流，與溫度有關(guān)。向電流，與溫度有關(guān)。 例：如圖，例：如圖，E5V，二極管正向壓降忽略不計(jì)，二極管正向壓降忽略不計(jì)，畫出畫出 uo波形。波形。EVDuiuO10ui (V)tui E VD導(dǎo)通導(dǎo)通 uo = ui5uOt5 利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?duì)輸出信利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?duì)輸出信號(hào)起限幅作用。

7、號(hào)起限幅作用。例：例：二極管組成電路如圖，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓為二極管組成電路如圖，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓為0.3V，試求輸出電壓，試求輸出電壓UF 。+3VUF12VR0VVD1VD23 0 12VVD1率先導(dǎo)通，率先導(dǎo)通， UF30.32.7VVD2截止截止解：解：第三節(jié)第三節(jié) 特殊二極管特殊二極管 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，具有穩(wěn)定穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，具有穩(wěn)定電壓的作用。電壓的作用。 穩(wěn)壓管工作于反向擊穿穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。區(qū)。 特點(diǎn)：電流變化大，電特點(diǎn)：電流變化大，電壓變化小。壓變化小。一、穩(wěn)壓原理一、穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓管：）加正向電壓時(shí)同二極管穩(wěn)壓管：）加正向電壓時(shí)同二極管

8、）加反向電壓時(shí)使其擊穿后穩(wěn)壓）加反向電壓時(shí)使其擊穿后穩(wěn)壓i (mA)u (V)反向擊反向擊穿電壓穿電壓VS 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ正常工作下，穩(wěn)壓管兩端電壓。正常工作下，穩(wěn)壓管兩端電壓。 同一型號(hào)的穩(wěn)壓管分散性較大。同一型號(hào)的穩(wěn)壓管分散性較大。 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ 正常工作下的參考電流。正常工作下的參考電流。 大小由限流電阻決定。大小由限流電阻決定。 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ rZ =U/ /I rZ 越小，穩(wěn)壓效果越好。越小，穩(wěn)壓效果越好。二、穩(wěn)壓管參數(shù)二、穩(wěn)壓管參數(shù)例：例：如圖，已知如圖，已知UZ=10V，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓UL（ ） （）（） 5 （）（）10 （）（）15 （）（）20溫

9、度系數(shù)溫度系數(shù)u 溫度改變溫度改變1，穩(wěn)壓值改變的百分比。，穩(wěn)壓值改變的百分比。 其值可正，可負(fù)。其值可正，可負(fù)。 AVS20V15K5KUL例：例：已知已知ui = 6sint，UZ =3V，畫輸出波形。，畫輸出波形。 穩(wěn)壓管的工作條件穩(wěn)壓管的工作條件（）必須工作在反向擊穿狀態(tài)（）必須工作在反向擊穿狀態(tài)（）電路中應(yīng)有限流電阻，以保證反向電流不（）電路中應(yīng)有限流電阻，以保證反向電流不超過允許范圍。超過允許范圍。VS uiuO6ui (V)t3uOt3第四節(jié)第四節(jié) 晶體管晶體管 晶體管的基本結(jié)構(gòu)和類型晶體管的基本結(jié)構(gòu)和類型 晶體管的電流分配和放大原理晶體管的電流分配和放大原理 晶體管的特性曲線晶

10、體管的特性曲線 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) 溫度對(duì)晶體管的影響溫度對(duì)晶體管的影響一、一、晶體管的基本結(jié)構(gòu)和類型晶體管的基本結(jié)構(gòu)和類型基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基極基極集電極集電極發(fā)射極發(fā)射極集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)NPN型型VTPNP型型特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)參雜濃度很大，特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)參雜濃度很大， 基區(qū)薄且濃度低，基區(qū)薄且濃度低， 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。 VT二、晶體管的電流分配和放大原理二、晶體管的電流分配和放大原理放大條件放大條件（）內(nèi)部特點(diǎn)決定（）內(nèi)部特點(diǎn)決定發(fā)射區(qū)產(chǎn)生大量載流子發(fā)射區(qū)產(chǎn)生大量載流子 基區(qū)傳送載流子基區(qū)傳送載流子 集電區(qū)收集載流子集電區(qū)收集載流子（）外部條件（）

11、外部條件發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏UUUNPNEBC UUUPNPEBC IEICIBRBRCEBECNNP發(fā)射區(qū)電子發(fā)射區(qū)電子發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 利于發(fā)射區(qū)利于發(fā)射區(qū)發(fā)射電子發(fā)射電子基區(qū)基區(qū)集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏利于集電區(qū)利于集電區(qū)收集電子收集電子 集電區(qū)集電區(qū)2. 電流分配電流分配IBRBEBICRCECIIICBE IE基極電流很小的變化，基極電流很小的變化，將引起集電極電流一個(gè)將引起集電極電流一個(gè)很大的變化。很大的變化。IIBC IIBC 直流放大系數(shù)直流放大系數(shù)交流放大系數(shù)交流放大系數(shù) 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 三三、三極管特性曲線三極管特性曲線IBf (UB

12、E) UCE =常數(shù)常數(shù) IB (A)UBE (V)UCE=0UCE1 發(fā)射結(jié)、集電發(fā)射結(jié)、集電結(jié)正偏，兩個(gè)二極管正向結(jié)正偏，兩個(gè)二極管正向并聯(lián)。并聯(lián)。0UCE 集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，IB 減小減小 UCE 1 IB 變化很小，與變化很小，與 UCE = 1 曲線曲線重合。重合。1UCE 2輸出特性曲線輸出特性曲線常常數(shù)數(shù) ICECB)U(If飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū)IB0 ，IC0 ，UBE0 發(fā)射結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。 放大區(qū)放大區(qū) ICIB 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 飽和區(qū)飽和區(qū) UCEUBE ，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)正偏

13、。，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)正偏。 IC (mA)UCE (V)IB0IB20IB40IB60IB802極間反向電流極間反向電流 ICBO：發(fā)射極開路，基極與集電極間的反向：發(fā)射極開路，基極與集電極間的反向飽和電流，受溫度影響大。飽和電流，受溫度影響大。 ICEO：基極開路，集電極與發(fā)射極間的穿透：基極開路，集電極與發(fā)射極間的穿透電流。電流。IIBC I)(ICBOOEC 1四、三極管主要參數(shù)四、三極管主要參數(shù)1 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 集電極最大電流集電極最大電流ICM IC ICM 集電極集電極發(fā)射極反向擊穿電壓發(fā)射極反向擊穿電壓UCEO 基極開路，加在集電極和發(fā)射極間的最大基極開路，加在集電極和發(fā)射極間的最大允許工作電壓。允許工作電壓。 UCE UCEO 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM ICUCE PCM3極限參數(shù)極限參數(shù)五、溫度對(duì)晶體管的影響五、溫度對(duì)晶體管的影響 溫度對(duì)溫度對(duì)ICEO、ICBO的影響的影響 ICEO、 ICBO 隨溫度上升急劇增加，溫度隨溫度上升急劇增加，溫度每升高每升高10， ICBO約增加一倍。約增加一倍。 溫度對(duì)鍺管的影響比較大。溫度對(duì)鍺管的影響比較大。 溫度對(duì)溫度對(duì) 的影響的影響 溫度增加，溫度增加， 隨之增加隨之增加 。3. 溫度對(duì)溫度對(duì) UBE 的影響的影響 溫度增加，溫度增加， UBE 隨之減少隨之減少 。 例：例：有三只三極管，分別為