《電子技術(shù)》(呂國(guó)泰版)第1章半導(dǎo)體二極管和三極管

1、12345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614 +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 48 4 4 4 4 4 49 4 4 4 4 4 410 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

2、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1516 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 4N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202122 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

3、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)25P N結(jié)結(jié) PN內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)2627內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)RE外電場(chǎng)外電場(chǎng)P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)IDPN結(jié)結(jié)28

4、REP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)2930陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極符號(hào)符號(hào)3.3.：PN31 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)32REIDI IDEI反反電流不電流不為零為零R33I/mAU/VO死區(qū)死區(qū)UT34I/mAU/VOISUBR死區(qū)死區(qū)UT35 36I/mAU/VOISUBR死區(qū)死區(qū)UT歸納歸納37uitOuOtOui+-uO-+RL38I/mAU/VOISUBR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

5、鍺管好39CPN+RuiM4041IDUR-+UD-+RUVID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 = E / R = 6 / 6 = 1 (mA)UO = V = 6 VUO = 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2 V6K42uOtO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uitOuO-+分析思路

6、RL43. .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)ttt44. .限幅：限幅：已知：二極管已知：二極管UD0.7V求：求：uO波形波形5uito3.7+-+-uiuO-+uOto3.745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)47二極管限幅電路二極管限幅電路EDA實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)48EDA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)限幅電路去掉去掉1V1V的限幅電路的限幅電路

7、去掉去掉2V2V的限幅電路的限幅電路49uAuBuO已知已知: : 求：求： . .鉗位與隔離鉗位與隔離-12VRFAB50（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。1V0.3V0.3V3V3V3.7V分析思路-12VRuAuBuOFAB510.3V3V1V（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-12VRuAuBuOFAB5253 （一）（一）穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓作用 工作在工作在（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 IZIZmaxIZ UZDzU/VI/mAO54( (三三) )應(yīng)用應(yīng)用 +UI-UO

8、UZ+-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RDRLUo = UZ55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)56EDA實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路57L變化變化,UO基本不變?；静蛔?。EDA實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)R uo1 1k5%5%7.024V7.024V1 1k80%80%6.916V6.916V58OI/mAU/VZZIU4.4.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。IZmax3.3.最大耗散功耗：最大耗散功耗： PZM= UZ IZmax59UZ56V 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)UZ56V

9、 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OI/mAU/VIZmax60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61陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極PNPNN是什么是什么?6263bceNPN型型NNP64PPNPNP型型65幾百微米幾百微米幾微米幾微米ebc66676869ebuCE輸出端口輸出端口+-uBE輸入端口輸入端口+-

10、70+-UCB+-UCE+-UBENNPbecNPbceRBEB+-RC+-ECRCRB+-ECEB+-71+-UCB+-UCE+-UBEPPNbecRBRC+-ECRCRBbceEB+-+-ECEB+-72VCVbVe VCVbVeUBE硅硅0.60.8V鍺鍺0.10.3VUCB UCEUCB UBE UCE+-UCB+-UCE+-UBEbceRCRB+-ECEB+-73IBIEICRCRBEB+-+-ECmAmAA74IBIEICIC、 IB流入流入， IE流出流出IC、 IB流出流出， IE流入流入RCRB+-ECEB+-75IB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)

11、0.0010.0040.701.502.30IE(mA)0.00100.721.542.36（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)0-0.0040.020.040.06IC(mA)0.0010.0040.701.502.30IE(mA)0.00100.721.542.36（3）I B 與與IC的比例為常數(shù)的比例為常數(shù)35020700BC .II35040501BC .IIBCII77測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)IB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)0.0010.0040.701.502.30IE

12、(mA)0.00100.721.542.36(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40020040700501BC .IIBCII 78ICBObcePNNIB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)0.0010.0040.701.502.30IE(mA)0.00100.721.542.3679ebcPNNIB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)0.0010.0040.701.502.30IE(mA)0.00100.721.542.36ICEO80ui 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

13、大將小信號(hào)放大iBiEiCuBEuiEC+-RCEB+-RBuO81 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iBiEiCuBEEC+-RCEB+-RBui82BEBCBOBCBCE)1()1(IIIIIIIII BCII BCII 83ECc極極b極極e極極NPNc結(jié)結(jié)e結(jié)結(jié)RB BEB BRC841.1.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 85ECc極極b極極e極極NPNc結(jié)結(jié)e結(jié)結(jié)RB BEB BRCICBOICIBIEI CNI BNI EN86載流子運(yùn)動(dòng)載流子運(yùn)動(dòng)形成的電流形成的電流BCCBOBNCBOCNEIIIIIII 87ECRCEBRBc極極b極極e極極NP

14、Nc結(jié)結(jié)e結(jié)結(jié)IBICIEI ENI CNICBOI BNuoui+-88ECRCRBc極極b極極e極極NPNc結(jié)結(jié)e結(jié)結(jié)IENICNICBOIBNICIEIBuoui+-89BCEIII 復(fù)合復(fù)合收集收集發(fā)射發(fā)射BCII 903.5V 2.8V 12V類型：類型：材料：材料：電極：電極：+-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbceUBE解題思路91IBICUCE+-+-UBEEB+-RBRC+-ECAmAVV92e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)茌敵龀鯱CE的影響的影響UCE 1VIB/mAUBE/VOUCE=3VUCE=0V常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfII

15、B/mAUBE/VOIBICUCE+-+-UBERBRC+-ECEB+-AmAVV近似重合近似重合93常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfIIBICUCE+-+-UBERBRC+-ECEB+-AmAVVIB1=0IB2=20AIB3=40IB4=60IB5=80IB6=1000UCE/VIC/mA12343691294IB1=0IB2=20AIB3=40IB4=60IB5=80IB6=1000UCE/VIC/mA12343691295 IB IC uCE IC0IB=0A20A40A60AUCE/VIC/mA36912123440A4060A5 . 13 . 2BC mII 曲線間距反映曲線間距反映電

16、流放大系數(shù)電流放大系數(shù)960UCE/(V)IC/(mA)IC1IB1IC2IB2 IB ICUCES飽和壓降飽和壓降97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UCE= UCB+ UBEUCB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+-UBEEB+-EC+-RCRBbce98UCE= UCB+ UBEUCE UBE，UCB為負(fù)。為負(fù)。+-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbce99放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止

17、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+-UBEEB+-EC+-RCRBbce 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101CBOCEO)1(II ICBO不超過(guò)不超過(guò)100盡可能小盡可能小+-EC+-ECAICEOA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。102放大能力放大能力常數(shù) CEBCUII ( (二二) ) 交流參數(shù)交流參數(shù)103( (三三) ) 極限參數(shù)極限參數(shù)ICM，PCM，UCEOl最大集電極電流最大集電極電流ICM:ICM就是就是 +-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbce104l級(jí)間反向擊穿電壓級(jí)間反向擊穿電壓I/mAU/VoU(BR)+-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbce三極管有兩三極管有兩個(gè)個(gè)PN結(jié)結(jié)105安全工作區(qū)安全工作區(qū)0IB=0A102030UBE/VIC/mA最大集電最大集電極電流極電流最大集電極最大集電極耗散功率耗散功率UCEO級(jí)間反向擊穿電壓級(jí)間反向擊穿電壓安安全全工工作作區(qū)區(qū)106tu