第6章半導體二極管和晶體管

1、6.1 6.1 半導體基礎知識半導體基礎知識半導體半導體：導電能力介乎于導體和絕緣體之導電能力介乎于導體和絕緣體之 間的物質。間的物質。半導體特性半導體特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性熱敏特性、光敏特性、摻雜特性共價健共價健 Si Si Si Si價電子價電子 Si Si Si Si價電子價電子本征激發(fā)：本征激發(fā)：空穴空穴自由電子自由電子2. 熱激發(fā)與復合現(xiàn)象熱激發(fā)與復合現(xiàn)象 由于受熱或光照產生自由電子和空穴的現(xiàn)由于受熱或光照產生自由電子和空穴的現(xiàn)象象-熱激發(fā)熱激發(fā) 溫度一定時，本征半導體中的自由電子溫度一定時，本征半導體中的自由電子空穴空穴對的數目基本不變。溫度愈高，自由電子對的數目基本不

2、變。溫度愈高，自由電子空穴對空穴對數目越多數目越多。 自由電子在運動中遇到空穴后，兩者同時自由電子在運動中遇到空穴后，兩者同時消失，稱為消失，稱為復合現(xiàn)象復合現(xiàn)象.l半導體有兩種導電粒子（載流子）：半導體有兩種導電粒子（載流子）：自由電子、空穴自由電子、空穴 在半導體中，同時存在著電子導電和空穴導電，在半導體中，同時存在著電子導電和空穴導電，這是半導體導電方式的最大特點，也是半導體和這是半導體導電方式的最大特點，也是半導體和金屬在導電原理上的本質差別。金屬在導電原理上的本質差別。 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去

3、一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴 結論：結論：不論不論N N型半導體還是型半導體還是P P型半導體，雖然它們型半導體，雖然它們都有一種載流子占多數，但是整個晶體仍然是都有一種載流子占多數，但是整個晶體仍然是不帶電不帶電的的。即。即PN 結：結：P型半導體和型半導體和N型半導體交界面的特殊薄層型半導體交界面的特殊薄層PN結是由擴散運動形成的結是由擴散運動形成的自由電子PN 空間電荷區(qū)內電場方向空穴多子的擴散運動多子的擴散運動內電場內電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結果使空擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間

4、電荷區(qū)也稱 PN 結結 +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)擴散運動和漂移運動的動態(tài)平衡擴散運動和漂移運動的動態(tài)平衡擴散強擴散強漂移運動增強漂移運動增強內電場增強內電場增強兩者平衡兩者平衡PNPN結寬度基本穩(wěn)定結寬度基本穩(wěn)定外加外加電壓電壓平衡平衡破壞破壞擴散強擴散強漂移強漂移強PNPN結導通結導通PNPN結截止結截止PN 結變窄結變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IFPN結呈現(xiàn)低阻結呈現(xiàn)低阻導通狀態(tài)，通過導通狀態(tài)，通過PN結的電流基本是多子的擴散電流結的電流基本是多子的擴散電流正向電流。正向電流。內電場內電場PN+ 內電場被加內電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子

5、數量很少，少子數量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+ 注：注：PNPN結呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通過結呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通過PNPN結的電流是少子的漂移電流結的電流是少子的漂移電流 -反向電流反向電流特點特點: : 受溫度影響大受溫度影響大原因原因: : 反向電流是靠熱激發(fā)產生的少子形成的反向電流是靠熱激發(fā)產生的少子形成的 3. 反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UI陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小

6、球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結結金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+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 若二極管是若二極管是理想理想的，的，例例1：D6V12V3k BAUAB+解：解：例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+解：解：V sin18itu t 解：解：UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUrECNNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRC

7、晶體管電流放大的實驗電路晶體管電流放大的實驗電路 mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略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)，反映了晶體管的管子內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。性能，是分析放大電路的依據。 重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極

8、接法的特性曲線重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ECICEBmA AVUCEUBERBIBV+常常數數 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數數 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)O 。 。 BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO53704051BC.II 400400605132BC .II （1）V1=

9、3.5V， V2=2.9V， V3=12V。例例2： 測得工作在放大電路中幾個晶體管三個極電位測得工作在放大電路中幾個晶體管三個極電位值值V1、V2、V3，判斷管子的類型、材料及三個極。，判斷管子的類型、材料及三個極。NPN型硅管，型硅管，1、2、3依次為依次為B、E、C（2）V1=3V， V2=2.8V， V3=12V。（3）V1=6V， V2=11.4V， V3=12V。（4）V1=6V， V2=11.8V， V3=12V。NPN型鍺管，型鍺管，1、2、3依次為依次為B、E、CPNP型硅管，型硅管，1、2、3依次為依次為C、B、EPNP型鍺管，型鍺管，1、2、3依次為依次為C、B、E例例3：測得電路中三極管各極對地的電位值如：測得電路中三極管各極對地的電位值如下表所示，判斷各管的工作狀態(tài)及類型。下表所示，判斷各管的工作狀態(tài)及類型。管號管號VB（V）VC（V）VE（V）T1-0.3-50T22.732.32T31-60T1：UBE = -0.3V，放大狀態(tài)，放大狀態(tài)，PNP型型T2： UCE = 0.3V，飽和狀態(tài)，飽和狀態(tài)，NPN型型T3： UCE = -6V， 截止狀態(tài)，截止狀態(tài)，PNP型型人有了知識，就會具備各種分