第一章(模電)

1、概述一、基本概念：1、電子枝術(shù)：也稱電子學(xué)；就是應(yīng)用電子元器件或電子設(shè)備來(lái)達(dá)到某種特定目的或某項(xiàng)特定任務(wù)的技術(shù)。2、模擬電子技術(shù)：研究在模擬信號(hào)下工作的電子電路。3、數(shù)字電子技術(shù)：研究在數(shù)字信號(hào)下工作的電子電路。4、模擬信號(hào)：是指平滑的，連續(xù)變化的電壓和電流信號(hào)。5、數(shù)字信號(hào)：是指離散的，不邊續(xù)的電壓和電流信號(hào)。模擬電子技術(shù)主要分析放大及各種信號(hào)的產(chǎn)生、變換和反饋等知識(shí)。二、本課程的性質(zhì)：本課程是電子技術(shù)方面的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程；它的主要任務(wù)是：1、讓學(xué)生掌握基本元器件的功能、符號(hào)及外特性。2、讓學(xué)生掌握由基本元器件組成的電路的分析方法。13、了解分離電路和集成電路的關(guān)系和區(qū)別。4、為后續(xù)相關(guān)課

2、程打下良好的基礎(chǔ)。本課程主要是管（元器件）、路（基本放大電路、整流電路、集成電路等式）、用（應(yīng)用）三個(gè)方面結(jié)合。其中路是重點(diǎn)。三、學(xué)習(xí)本課程的方法 主要的學(xué)習(xí)方法還是三個(gè)字；記、練、驗(yàn)。四、本學(xué)期學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容（對(duì)照教材相關(guān)章節(jié)講解）五、本課程的考核辦法2模塊一模塊一 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件課題課題1 1 晶體二極管和三極管晶體二極管和三極管41.4 其它晶極管其它晶極管 731.2 二極管及二極管電路二極管及二極管電路 321.1 半導(dǎo)體及半導(dǎo)體及PN結(jié)結(jié) 3目目 錄錄1.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管. 5051.1 半導(dǎo)體及半導(dǎo)體及PNPN結(jié)結(jié)1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1.1.2

3、 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3 載流子的運(yùn)動(dòng)方式及形成的電流載流子的運(yùn)動(dòng)方式及形成的電流1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理61. 半導(dǎo)體及其材料半導(dǎo)體及其材料 導(dǎo)體導(dǎo)體 : 電阻率電阻率小于小于10-3cmcm絕緣體絕緣體: 大于大于108cmcm半導(dǎo)體半導(dǎo)體: 介于導(dǎo)體和絕緣體之間介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用半導(dǎo)體材料常用半導(dǎo)體材料: : 硅（硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge）等）等1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體7半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)：化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。在應(yīng)用時(shí)制成化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。在應(yīng)用時(shí)制成單晶體物理結(jié)構(gòu)（共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)）。單晶體物理結(jié)構(gòu)（共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)）。硅硅(Si)鍺

4、鍺(Ge)2. 本征半導(dǎo)體概念本征半導(dǎo)體概念 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體8共價(jià)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵中的共價(jià)鍵中的兩個(gè)價(jià)電子兩個(gè)價(jià)電子共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)4 原子核原子核1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體94 3. 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 本征激發(fā)產(chǎn)生的本征激發(fā)產(chǎn)生的 價(jià)電子受熱或受光照價(jià)電子受熱或受光照（即獲得一定能量）后，（即獲得一定能量）后，可掙脫原子核的束縛，成可掙脫原子核的束縛，成為為自由電子自由電子（帶負(fù)電），（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)帶同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)帶正電的正電的空穴空穴。本征激發(fā)產(chǎn)生的本征激發(fā)產(chǎn)生的1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體104 在本征激發(fā)下，

5、本征半導(dǎo)體在本征激發(fā)下，本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生兩種能參與導(dǎo)電的載中產(chǎn)生兩種能參與導(dǎo)電的載運(yùn)電荷的粒子運(yùn)電荷的粒子( (載流子載流子) )：自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中又自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中又回到共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)象回到共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)象稱為復(fù)合。此時(shí)電子稱為復(fù)合。此時(shí)電子- -空穴空穴成對(duì)消失。成對(duì)消失。1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體電子和空穴均可參與導(dǎo)電。電子和空穴均可參與導(dǎo)電。11自由電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。自由電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。半導(dǎo)體中載流子便維

6、持一定的數(shù)目。1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體12光敏性：光敏性：本征半導(dǎo)體的電子本征半導(dǎo)體的電子空穴對(duì)數(shù)量隨著光照增強(qiáng)空穴對(duì)數(shù)量隨著光照增強(qiáng)而明顯增加，其導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。而明顯增加，其導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。 據(jù)此可制作各種光電器件，如光敏電阻、光電據(jù)此可制作各種光電器件，如光敏電阻、光電二極管、光電三極管等。二極管、光電三極管等。1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體熱敏性熱敏性：本征本征半導(dǎo)體的電子半導(dǎo)體的電子空穴對(duì)數(shù)量隨著溫度的上空穴對(duì)數(shù)量隨著溫度的上升而明顯增加，其導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)升而明顯增加，其導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。 據(jù)此可制作溫度敏感元件，如熱敏電阻。據(jù)此可制作溫度敏感元件，如熱敏電阻。4.

7、本征半導(dǎo)體的特性本征半導(dǎo)體的特性 13摻雜性摻雜性：在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力 顯著增強(qiáng)。顯著增強(qiáng)。 據(jù)此可制作各種半導(dǎo)體器件，如二極管和據(jù)此可制作各種半導(dǎo)體器件，如二極管和 三極管等。三極管等。1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體14雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為：雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為： N( (電子電子) )型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和P( (空穴空穴) )型型半導(dǎo)體兩類。半導(dǎo)體兩類。在本征半導(dǎo)體中摻入微量其他元素在本征半導(dǎo)體中摻入微量其他元素得到的半導(dǎo)體。得到的半導(dǎo)體。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體15 1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入在本征半導(dǎo)體中

8、摻入微量微量物質(zhì)（磷、砷等）而物質(zhì)（磷、砷等）而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖16 摻雜后，某些位置上的摻雜后，某些位置上的硅原子被五價(jià)雜質(zhì)原子（如硅原子被五價(jià)雜質(zhì)原子（如磷原子）取代。磷原子的磷原子）取代。磷原子的5個(gè)個(gè)價(jià)電子中，價(jià)電子中，4個(gè)價(jià)電子與鄰近個(gè)價(jià)電子與鄰近硅原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，硅原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，剩余價(jià)電子只要獲取較小能剩余價(jià)電子只要獲取較小能量即可成為量即可成為。同時(shí)，。同時(shí)，提供電子的磷原子因帶正電提供電子的磷原子因帶正電荷而成為荷而成為。電子和正離子成對(duì)產(chǎn)生。上述過(guò)程稱為。電子和正離子成對(duì)產(chǎn)生。上述過(guò)程稱為五價(jià)雜

9、質(zhì)原子又稱五價(jià)雜質(zhì)原子又稱1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體17這種電子為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為這種電子為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體?？梢?jiàn)：可見(jiàn)： 在在N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱）；）；（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱）。）。 整體呈現(xiàn)電中性。整體呈現(xiàn)電中性。N型半導(dǎo)體中還存在來(lái)自于本征激發(fā)的型半導(dǎo)體中還存在來(lái)自于本征激發(fā)的電子電子- -空穴對(duì)空穴對(duì)。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體18 在本征半導(dǎo)體中摻入在本征半導(dǎo)體中摻入微量微量物質(zhì)（硼、鋁等）物質(zhì)（硼、鋁等）而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體19 摻雜后

10、，某些位置上的摻雜后，某些位置上的硅原子被三價(jià)雜質(zhì)原子（如硅原子被三價(jià)雜質(zhì)原子（如硼原子）取代。硼原子有硼原子）取代。硼原子有3 3個(gè)價(jià)電子，與鄰近硅原子的個(gè)價(jià)電子，與鄰近硅原子的價(jià)電子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)會(huì)形成價(jià)電子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)會(huì)形成，導(dǎo)致共價(jià)鍵中的電子，導(dǎo)致共價(jià)鍵中的電子很容易運(yùn)動(dòng)到這里來(lái)。同時(shí)，很容易運(yùn)動(dòng)到這里來(lái)。同時(shí)，接受一個(gè)電子的硼原子因帶接受一個(gè)電子的硼原子因帶負(fù)電荷而成為不能移動(dòng)的負(fù)電荷而成為不能移動(dòng)的?？昭ê拓?fù)離子成對(duì)產(chǎn)?？昭ê拓?fù)離子成對(duì)產(chǎn)生。上述過(guò)程稱為生。上述過(guò)程稱為三價(jià)雜質(zhì)原子又稱三價(jià)雜質(zhì)原子又稱1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體20這種空穴為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為這種空穴為多

11、數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體?？梢?jiàn)：可見(jiàn)： 在在P P型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱) )；（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱）。）。 整體呈現(xiàn)電中性。整體呈現(xiàn)電中性。P P型半導(dǎo)體中還存在來(lái)自于本征激發(fā)的型半導(dǎo)體中還存在來(lái)自于本征激發(fā)的電子電子- -空穴對(duì)?？昭▽?duì)。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體21： 載流子受擴(kuò)散力的作用所作的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。載流子受擴(kuò)散力的作用所作的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。： 載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。 擴(kuò)散電流大小與載流子濃度梯度成正比擴(kuò)散電流大小與載流子濃度梯度成正比1.1.3 載流子運(yùn)動(dòng)方式及形成電流載流子運(yùn)動(dòng)方

12、式及形成電流1.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)及擴(kuò)散電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)及擴(kuò)散電流22： 載流子在電場(chǎng)力作用下所作的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。載流子在電場(chǎng)力作用下所作的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。： 載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為漂移電流。載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為漂移電流。 漂移電流大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比漂移電流大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比2.漂移運(yùn)動(dòng)及漂移電流漂移運(yùn)動(dòng)及漂移電流1.1.3 載流子運(yùn)動(dòng)方式及形成電流載流子運(yùn)動(dòng)方式及形成電流231.PN結(jié)的形成結(jié)的形成 1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理 在一塊本征半導(dǎo)體的在一塊本征半導(dǎo)體的兩邊兩邊摻以不同的雜質(zhì)摻以不同的雜質(zhì)，使，使其一邊形成其一邊形成P型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，另一邊形成另一邊

13、形成N N型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，則在它們交界處就則在它們交界處就出現(xiàn)出現(xiàn)了了電子和空穴的電子和空穴的濃度差濃度差，于，于是是P區(qū)空穴向區(qū)空穴向N區(qū)區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散，N區(qū)電子向區(qū)電子向P P區(qū)區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散。 隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，P P區(qū)一邊失去空穴留下負(fù)離子，區(qū)一邊失去空穴留下負(fù)離子，N N區(qū)一區(qū)一邊失去電子留下正離子，邊失去電子留下正離子，形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)，產(chǎn)生，產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)。內(nèi)建。內(nèi)建電場(chǎng)方向由電場(chǎng)方向由N N區(qū)指向區(qū)指向P P區(qū)，它阻止（多子）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而有利于區(qū)，它阻止（多子）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而有利于P P區(qū)區(qū)和和N N區(qū)的（少子）漂移運(yùn)動(dòng)。區(qū)的（少子）漂移運(yùn)動(dòng)。

14、24PN結(jié)的形成過(guò)程圖示結(jié)的形成過(guò)程圖示 擴(kuò)散擴(kuò)散交界處的濃度差交界處的濃度差P區(qū)的空穴區(qū)的空穴向向N區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散N區(qū)的電子區(qū)的電子向向P區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散P區(qū)留下帶負(fù)區(qū)留下帶負(fù)電的受主離子電的受主離子N區(qū)留下帶正區(qū)留下帶正電的施主離子電的施主離子內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)漂移電流漂移電流擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流PN 結(jié)結(jié)動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理25U ： 勢(shì)壘電壓勢(shì)壘電壓 0.6V （硅材料硅材料）U = 0.2V（鍺材料）鍺材料）PN結(jié)形成后結(jié)形成后空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)/ /耗盡層耗盡層U 內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng) 空間電荷區(qū)也稱耗盡空間電荷區(qū)也稱耗盡層，即在空間電荷區(qū)能參層，即在空間電荷

15、區(qū)能參與導(dǎo)電的載流子已耗盡完與導(dǎo)電的載流子已耗盡完畢；空間電荷區(qū)又稱勢(shì)壘畢；空間電荷區(qū)又稱勢(shì)壘區(qū)，勢(shì)壘高度為區(qū)，勢(shì)壘高度為U 。 1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理26小結(jié)小結(jié)（1）載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既互相聯(lián)系又互相矛）載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既互相聯(lián)系又互相矛盾。盾。（2）漂移運(yùn)動(dòng)等于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)，）漂移運(yùn)動(dòng)等于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)，PN結(jié)形成且處于動(dòng)態(tài)結(jié)形成且處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)。（3）PN結(jié)沒(méi)有電流通過(guò)。結(jié)沒(méi)有電流通過(guò)。1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理27U U U合成電場(chǎng)合成電場(chǎng)(1)PN(1)PN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?P

16、P區(qū)接外電源正極，區(qū)接外電源正極，N N區(qū)接區(qū)接外電源負(fù)極，內(nèi)建電場(chǎng)被外電源負(fù)極，內(nèi)建電場(chǎng)被削弱，勢(shì)壘高度下降，空削弱，勢(shì)壘高度下降，空間電荷區(qū)寬度變窄，這使間電荷區(qū)寬度變窄，這使得得P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)能越過(guò)勢(shì)壘的區(qū)能越過(guò)勢(shì)壘的數(shù)量大大增加，數(shù)量大大增加，而反方向的漂移電流要減而反方向的漂移電流要減小，小，。 未加偏壓時(shí)的耗盡層未加偏壓時(shí)的耗盡層1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理加偏壓時(shí)加偏壓時(shí)的耗盡層的耗盡層28流過(guò)流過(guò)PNPN結(jié)的電流隨外加結(jié)的電流隨外加電壓電壓U U的增加而迅速上的增加而迅速上升，升，PNPN結(jié)呈現(xiàn)為小電阻。結(jié)呈現(xiàn)為小電阻。該狀態(tài)稱為：該狀態(tài)稱為：1.1.4 P

17、N結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理未加偏壓時(shí)的耗盡層未加偏壓時(shí)的耗盡層U U U合成電場(chǎng)合成電場(chǎng)加正向偏壓加正向偏壓時(shí)的耗盡層時(shí)的耗盡層此時(shí)此時(shí)PNPN結(jié)上的外加電壓結(jié)上的外加電壓稱為正向電壓。稱為正向電壓。29P P區(qū)接外電源負(fù)極，區(qū)接外電源負(fù)極，N N區(qū)區(qū)接外電源正極，內(nèi)建電接外電源正極，內(nèi)建電場(chǎng)被增強(qiáng)，勢(shì)壘高度升場(chǎng)被增強(qiáng)，勢(shì)壘高度升高，空間電荷區(qū)寬度變高，空間電荷區(qū)寬度變寬。這就使得多子擴(kuò)散寬。這就使得多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)行，擴(kuò)散電運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)行，擴(kuò)散電流趨于零；而流趨于零；而。 1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理 U U +U合成電場(chǎng)合成電場(chǎng)未加偏壓時(shí)的耗盡層未加偏壓時(shí)的耗盡層加反向偏壓加反

18、向偏壓時(shí)的耗盡層時(shí)的耗盡層30 U U +U合成電場(chǎng)合成電場(chǎng)因少子數(shù)量有限，流過(guò)因少子數(shù)量有限，流過(guò)PN結(jié)的電流很小，且不結(jié)的電流很小，且不隨外加電壓增大而增大，隨外加電壓增大而增大，PNPN結(jié)呈現(xiàn)為大電阻結(jié)呈現(xiàn)為大電阻, ,所所以該狀態(tài)稱為：以該狀態(tài)稱為：未加偏壓時(shí)的耗盡層未加偏壓時(shí)的耗盡層1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理加反向偏壓加反向偏壓時(shí)的耗盡層時(shí)的耗盡層此時(shí)此時(shí)PNPN結(jié)上的外加電壓結(jié)上的外加電壓稱為反向電壓，流過(guò)稱為反向電壓，流過(guò)PNPN結(jié)的電流稱為反向飽和結(jié)的電流稱為反向飽和電流電流I IS S。31小結(jié)小結(jié)（1 1）PN結(jié)加正向電壓時(shí)結(jié)加正向電壓時(shí)，正向擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂

19、移電流，正向擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流， PN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時(shí)結(jié)加反向電壓時(shí)，僅有很小的反向飽僅有很小的反向飽 和電流和電流I IS S，考慮到，考慮到I IS S 0 0，則認(rèn)為，則認(rèn)為PN結(jié)截止結(jié)截止。（2 2）PN結(jié)正向?qū)?、反向截止的特性稱為結(jié)正向?qū)?、反向截止的特性稱為PNPN結(jié)的結(jié)的。1.1.4 PN結(jié)的基本原理結(jié)的基本原理321.2 二極管及二極管電路二極管及二極管電路1.2.1 二極管二極管1.2.2 二極管電路二極管電路33點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 面結(jié)合型面結(jié)合型平面型平面型 符號(hào)符號(hào)1. 二極管的結(jié)構(gòu)和型號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)和型號(hào) 1.2.1 二極管二極管34普通二極管普通

20、二極管整流二極管整流二極管開關(guān)二極管開關(guān)二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管 1.2.1 二極管二極管35 1.2.1 二極管二極管2AP92AP9二極管的名稱含義：二極管的名稱含義：22二極管；二極管；AA器件的材料。器件的材料。A A為為N N型型GeGe（B B為為P P型型GeGe，C C為為N N型型SiSi，D D為為P P型型SiSi）；）；PP器件的類型。器件的類型。P P為普通管（為普通管（Z Z為整流管，為整流管，K K為開關(guān)為開關(guān)管）；管）；99用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。36伏安特性伏安特性曲線曲線2. 二極管的伏安特性二極管的

21、伏安特性 1.2.1 二極管二極管存在開啟電壓存在開啟電壓UT（Uon） 鍺管鍺管 UT 0.1V 硅管硅管 UT 0.5V正向特性可分為三段：正向特性可分為三段：OAOA段：電壓小于開啟電壓，不段：電壓小于開啟電壓，不導(dǎo)通；導(dǎo)通；ABAB段：電流隨電壓增大而緩慢段：電流隨電壓增大而緩慢增加；增加；BCBC段：電流隨電壓增大而急劇段：電流隨電壓增大而急劇增大，曲線近似垂直，增大，曲線近似垂直，對(duì)應(yīng)的電壓值大約為：對(duì)應(yīng)的電壓值大約為：鍺管：鍺管：0.20.20.3V0.3V， 硅管：硅管：0.60.60.8V0.8V。ABC37伏安特性曲線伏安特性曲線 1.2.1 二極管二極管曲線近似呈曲線近似

22、呈水平線，略水平線，略有傾斜有傾斜反向特性可分為二段：反向特性可分為二段：ODOD段：反向電壓小于一定數(shù)段：反向電壓小于一定數(shù)值，電流很小，且基值，電流很小，且基本不變，稱為反向飽本不變，稱為反向飽和電流和電流I IS S，此時(shí)稱二，此時(shí)稱二極管不導(dǎo)通；極管不導(dǎo)通；DEDE段：電壓增大到一定值時(shí)，段：電壓增大到一定值時(shí)，電流急劇增大而電壓電流急劇增大而電壓幾乎不變，稱為擊穿。幾乎不變，稱為擊穿。DE38雪崩擊穿雪崩擊穿擊穿分類擊穿分類 齊納擊穿齊納擊穿 1.2.1 二極管二極管39雪崩擊穿雪崩擊穿( (碰撞擊穿碰撞擊穿) )，空間電荷區(qū)的合成電場(chǎng)較強(qiáng)，通過(guò)空空間電荷區(qū)的合成電場(chǎng)較強(qiáng)，通過(guò)空間電

23、荷區(qū)的電子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速獲得很大的動(dòng)能，間電荷區(qū)的電子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速獲得很大的動(dòng)能，于是有可能和晶體結(jié)構(gòu)中的外層電子碰撞而使其脫離原于是有可能和晶體結(jié)構(gòu)中的外層電子碰撞而使其脫離原子核的束縛。被撞出來(lái)的載流子在電場(chǎng)作用下獲得能量子核的束縛。被撞出來(lái)的載流子在電場(chǎng)作用下獲得能量之后，又可以去碰撞其他的外層電子，這種連鎖反應(yīng)就之后，又可以去碰撞其他的外層電子，這種連鎖反應(yīng)就造成了載流子突然劇增的現(xiàn)象，猶如雪山發(fā)生雪崩那樣，造成了載流子突然劇增的現(xiàn)象，猶如雪山發(fā)生雪崩那樣，所以這種所以這種。 1.2.1 二極管二極管分為：雪崩擊穿分為：雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿40當(dāng)當(dāng)，空間電荷區(qū)中的電

24、場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到10105 5V Vcmcm以上時(shí)，可把共價(jià)鍵中的電子拉出來(lái)，產(chǎn)生電子以上時(shí)，可把共價(jià)鍵中的電子拉出來(lái)，產(chǎn)生電子- -空穴空穴對(duì)，使載流子突然增多，產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，稱為齊納擊穿。對(duì)，使載流子突然增多，產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，稱為齊納擊穿。摻入雜質(zhì)濃度小的摻入雜質(zhì)濃度小的PNPN結(jié)中，結(jié)中，雪崩擊穿雪崩擊穿是主要的，擊穿電是主要的，擊穿電壓一般在壓一般在6V6V以上以上；在摻雜很重的；在摻雜很重的PNPN結(jié)中，結(jié)中，齊納擊穿齊納擊穿是主是主要的，擊穿電壓一般在要的，擊穿電壓一般在6V6V以下以下。擊穿電壓在。擊穿電壓在6V6V左右左右的的PNPN結(jié)常兼有結(jié)常兼有兩種擊穿現(xiàn)

25、象兩種擊穿現(xiàn)象。齊納擊穿齊納擊穿( (隧道擊穿隧道擊穿) ) 1.2.1 二極管二極管41(c)擊穿特性擊穿特性 (b)反向特性反向特性(a)正向特性正向特性T 則則UT T 則則IS T 則則UZ ( (雪崩擊穿雪崩擊穿) )T 則則UZ ( (齊納擊穿齊納擊穿) )圖示為雪崩擊穿圖示為雪崩擊穿 1.2.1 二極管二極管42 工作電流工作電流 IF會(huì)導(dǎo)致二極管過(guò)熱損壞。會(huì)導(dǎo)致二極管過(guò)熱損壞。 允許加到二極管允許加到二極管( (非穩(wěn)壓管非穩(wěn)壓管) )的最高反向電壓。的最高反向電壓。 實(shí)際功耗大于實(shí)際功耗大于PDM 時(shí)會(huì)導(dǎo)致二極管過(guò)熱損壞。時(shí)會(huì)導(dǎo)致二極管過(guò)熱損壞。3. 二極管的主要參數(shù)二極管的主

26、要參數(shù) 1.2.1 二極管二極管43 定義定義 RD = U / I |Q點(diǎn)處點(diǎn)處 RD是是 u 或或 i 的函數(shù)的函數(shù) 該參數(shù)越小越好該參數(shù)越小越好 1.2.1 二極管二極管44 將實(shí)際二極管的伏安特性曲線作折線化近似。將實(shí)際二極管的伏安特性曲線作折線化近似。理想特性曲線理想特性曲線只考慮門限只考慮門限的特性曲線的特性曲線伏安特性伏安特性符號(hào)符號(hào)5.二極管特性的折線近似二極管特性的折線近似 1.2.1 二極管二極管45例例1-1：半波整流電路中：半波整流電路中VD為理想二極管為理想二極管，畫出畫出uO(t)波形波形。 輸出輸出uO(t) 取決于取決于VD 的工作狀態(tài)是通還是斷。的工作狀態(tài)是通

27、還是斷。解解： 1.2.2 二極管電路二極管電路46)(0)(tutuiO；VD截止截止 ui 0V；VD導(dǎo)通導(dǎo)通 ui 0V 1.2.2 二極管電路二極管電路47（b）（a）結(jié)合圖中給定的參數(shù)分析：結(jié)合圖中給定的參數(shù)分析： VD1、VD2開路時(shí)，陽(yáng)極對(duì)地電位為開路時(shí)，陽(yáng)極對(duì)地電位為+5V，陰極對(duì)，陰極對(duì)地電位分別為地電位分別為+1V、0V，可見(jiàn)，可見(jiàn)VD2導(dǎo)通。導(dǎo)通。采用的方法是比較各二極管的正向開路電壓，采用的方法是比較各二極管的正向開路電壓，正向開路電壓最大的一只二極管搶先導(dǎo)通。正向開路電壓最大的一只二極管搶先導(dǎo)通。例例1-2： 如圖所示二極管門如圖所示二極管門電路（電路（VD為理想二極

28、管）為理想二極管）求求：uO 。解：門電路的分析關(guān)鍵門電路的分析關(guān)鍵是判斷電路中二極管的通、斷。是判斷電路中二極管的通、斷。 1.2.2 二極管電路二極管電路48uO ( t ) 取決于取決于VD 是否導(dǎo)通是否導(dǎo)通,什么時(shí)候?qū)ㄊ裁磿r(shí)候?qū)ā?例例1-3: : 限幅電路中限幅電路中VDVD為理想二極管，求為理想二極管，求u uO( (t t) )并畫出波形。并畫出波形。 解： 1.2.2 二極管電路二極管電路49 V5)()(iOtutu；VD截止截止 ui U UE E PNPPNP型：型：U UB B U UB B PNPPNP型：型：U UC C U UB B U UE E PNPPNP

29、：U UC C U UB B IEp ，發(fā)射極電流，發(fā)射極電流IEIEn基區(qū)復(fù)合電流，是基極電流基區(qū)復(fù)合電流，是基極電流IB 的一部分。的一部分。1.2.4.2三極管的放大作用三極管的放大作用（3）集電區(qū)收集擴(kuò)散來(lái)的電子集電區(qū)收集擴(kuò)散來(lái)的電子 ( ICn ) ICn構(gòu)成集電極電流構(gòu)成集電極電流 IC 的主要成份；的主要成份；（4）集電結(jié)兩邊少子定向漂移集電結(jié)兩邊少子定向漂移( ICBO ) ICBO對(duì)放大無(wú)貢獻(xiàn)，應(yīng)設(shè)法減小。對(duì)放大無(wú)貢獻(xiàn)，應(yīng)設(shè)法減小。1.3.2573. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系EEnIIBBnCBOIIICCnCBOIIIEnCnBnIIIECBIII 1.2.4.2 三極管的

30、放大作用三極管的放大作用58三極管電流分配關(guān)系可通過(guò)下面實(shí)驗(yàn)來(lái)證明：三極管電流分配關(guān)系可通過(guò)下面實(shí)驗(yàn)來(lái)證明：實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路實(shí)測(cè)電流分配數(shù)據(jù)（單位：實(shí)測(cè)電流分配數(shù)據(jù)（單位：mAmA）IB00.010.020.030.040.05IC0.010.561.141.142.332.91IE0.010.571.161.172.372.96 1.2.4.2 三極管的放大作用三極管的放大作用59BnCnEIII基區(qū)復(fù)合電流量傳輸?shù)郊姌O的電流分1時(shí)有：BCII/1.2.4.2三極管的放大作用三極管的放大作用CBOBCIII)1( CBOBEIII)1 ()1 (因此有：因此有：CBOCEOII)1( 穿透

31、電流：穿透電流：一般一般ICBO很小可忽略，則有：很小可忽略，則有：BCIICBBEII II)1 (60 稱為三極管的直流電流放大系數(shù)，一般稱為三極管的直流電流放大系數(shù)，一般1，式式 體現(xiàn)了三極管的電流放大作用。體現(xiàn)了三極管的電流放大作用。這種放大作用實(shí)際是小電流這種放大作用實(shí)際是小電流IB對(duì)大電流對(duì)大電流IC的控制，的控制，所以也把三極管稱為電流控制器件。所以也把三極管稱為電流控制器件。1.2.4.2三極管的放大作用三極管的放大作用BCIIBCII交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)一般一般 ，所以應(yīng)用時(shí)不加區(qū)分。，所以應(yīng)用時(shí)不加區(qū)分。611.2.4.3 三極管特性曲線三極管特性曲線三極管的伏

32、安特性反映了三極管各電極間電壓和電流三極管的伏安特性反映了三極管各電極間電壓和電流之間的關(guān)系，是分析具體放大電路的重要依據(jù)，是三極管之間的關(guān)系，是分析具體放大電路的重要依據(jù)，是三極管特性的主要表示形式，包括輸入特性和輸出特性。特性的主要表示形式，包括輸入特性和輸出特性。1. 共射接法特性曲線測(cè)試電路共射接法特性曲線測(cè)試電路62 uCE =0V時(shí)，特性曲線類似二極時(shí)，特性曲線類似二極管正向伏安特性；管正向伏安特性；uCE 0V時(shí)，特性曲線右移直至?xí)r，特性曲線右移直至uCE 1V時(shí)曲線基本重合。時(shí)曲線基本重合。1.2.4.3 三極管特性曲線三極管特性曲線2. 共射接法輸入特性曲線共射接法輸入特性曲

33、線指指uCE為參變量，為參變量，iB隨隨uBE變化的關(guān)系曲線，變化的關(guān)系曲線，即：即：iB= f(uCE , uBE)分析時(shí)用下式分析時(shí)用下式 iB= f(uBE) uCE=常數(shù)常數(shù)633. 共射接法輸出特性曲線共射接法輸出特性曲線指指iB為參變量，為參變量，iC隨隨uCE變化的關(guān)系曲線，變化的關(guān)系曲線，即：即：),(CEBCuifi1.2.4.3 三極管特性曲線三極管特性曲線分析時(shí)用下式分析時(shí)用下式 iC= f(uCE) iB=常數(shù)。常數(shù)。給定不同的給定不同的iB值可得不同的曲線，從而得到一個(gè)值可得不同的曲線，從而得到一個(gè)曲線族，見(jiàn)下圖。曲線族，見(jiàn)下圖。64（1）uBE小于小于PN結(jié)的開啟電

34、壓；結(jié)的開啟電壓；發(fā)射結(jié)、集電結(jié)反偏；發(fā)射結(jié)、集電結(jié)反偏；iB = ICBO 0；iC =iB =ICBO 0； C、E間相當(dāng)于開路。間相當(dāng)于開路。輸出特性曲線可劃分為三個(gè)區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)三極管輸出特性曲線可劃分為三個(gè)區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)三極管的三種工作狀態(tài)，即：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。的三種工作狀態(tài)，即：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。1.2.4.3 三極管特性曲線三極管特性曲線65當(dāng)當(dāng)ICBO不能忽略時(shí)，流不能忽略時(shí)，流過(guò)過(guò)C、E間的電流稱為間的電流稱為穿透電流穿透電流ICEO ： ICEO = IE=(1+) ICBO1.2.4.3 三極管特性曲線三極管特性曲線ICEO66（2） 1.2.4.3 三極管

35、特性曲線三極管特性曲線uBE大于大于PN結(jié)的開啟電壓；結(jié)的開啟電壓；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；三極管具有：三極管具有：受控特性：受控特性：iC =iB；恒流特性：恒流特性： iC 僅取決于僅取決于iB 大小，與大小，與uCE無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。三極管為受控電流源。三極管為受控電流源。67(3) uE uC uB；發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏；發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏；無(wú)放大作用；無(wú)放大作用；iC基本不隨基本不隨iB變化；變化；此時(shí)此時(shí)uCE稱飽和管壓降稱飽和管壓降UCES；(硅管約為硅管約為0.3V，鍺管約為，鍺管約為0.1V)；理想條件下，理想條件下， UCES 0；C、E間相當(dāng)于短路

36、。間相當(dāng)于短路。1.2.4.3 三極管特性曲線三極管特性曲線681.2.4.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)69極限功率圖示：極限功率圖示：集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗P PCMCMCECCUIP ICMU(BR)CEO1.2.4.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)安全工作區(qū)過(guò)損耗線70（1） ICBO 的溫度特性的溫度特性 T 10C則則ICBO約約1 1倍倍；（2） UBEO的溫度特性的溫度特性 T 1C則則UBEO (UEBO，對(duì)于對(duì)于PNP管管) )(2 2.5)mV；（3） 的溫度特性的溫度特性 T 1C則則 0.5% 1% 。 三極管參數(shù)的溫度特性三極管參數(shù)的溫度特性

37、1.2.4.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)711.1. 檢測(cè)基極檢測(cè)基極 用黑（紅）表筆固定接在一個(gè)電極上，另一只表筆用黑（紅）表筆固定接在一個(gè)電極上，另一只表筆分別接另外兩個(gè)電極，若讀數(shù)大致相同且較小，則黑（分別接另外兩個(gè)電極，若讀數(shù)大致相同且較小，則黑（紅）表筆接的電極為基極，三極管類型為紅）表筆接的電極為基極，三極管類型為NPNNPN（PNPPNP）型）型。若讀數(shù)不同，則另?yè)Q電極再測(cè)。若讀數(shù)不同，則另?yè)Q電極再測(cè)。1.2.4.5 三極管的判別方法三極管的判別方法722.2.集電極和發(fā)射極的判斷集電極和發(fā)射極的判斷 確定基極后，將表筆接另外兩個(gè)電極，用手指捏住基確定基極后，將表筆接另外

38、兩個(gè)電極，用手指捏住基極和黑表筆所接電極（不能短路），測(cè)得電阻值；將表筆極和黑表筆所接電極（不能短路），測(cè)得電阻值；將表筆交換，再測(cè)得一個(gè)電阻值，取電阻值較小的，若是交換，再測(cè)得一個(gè)電阻值，取電阻值較小的，若是NPNNPN型，型，則黑筆所接為集電極，若為則黑筆所接為集電極，若為PNPPNP型，則紅筆所接為集電極。型，則紅筆所接為集電極。1.2.4.5 三極管的判別方法三極管的判別方法1.3 任務(wù)的實(shí)施任務(wù)的實(shí)施741.4.1特殊二極特殊二極管管1.4.2 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1.4.3 復(fù)合管復(fù)合管 1.4 其它晶體管其它晶體管75伏安特性及符號(hào)伏安特性及符號(hào)利用利用PN結(jié)擊穿區(qū)具有穩(wěn)結(jié)擊穿區(qū)具有

39、穩(wěn)定電壓的特性來(lái)工作的。定電壓的特性來(lái)工作的。 1.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管76（1）穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ 即即PN結(jié)擊穿電壓結(jié)擊穿電壓（2）穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ Izmin IZ0時(shí)，將產(chǎn)生較大的漏極電流時(shí)，將產(chǎn)生較大的漏極電流ID。如果使。如果使UGS0，則它將削，則它將削弱正離子所形成的電場(chǎng)，使弱正離子所形成的電場(chǎng)，使N溝道變窄，從而使溝道變窄，從而使ID減小。當(dāng)減小。當(dāng)UGS更負(fù)，更負(fù)，達(dá)到某一數(shù)值時(shí)溝道消失，達(dá)到某一數(shù)值時(shí)溝道消失，ID=0。使。使ID=0的的UGS也稱為夾斷電壓，用也稱為夾斷電壓，用UGS（off）表示。表示。UGS0uuU 管子導(dǎo)通管子導(dǎo)通 場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)場(chǎng)效應(yīng)

40、管工作在放大區(qū) （b）這是這是N溝道溝道增強(qiáng)增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。 GSGS(th)3V2VuU 管子導(dǎo)通管子導(dǎo)通 DSGSGS(th)8V321V0uuU場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū) 1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管91（c）這是這是P溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。 場(chǎng)效應(yīng)管工作在截止區(qū)場(chǎng)效應(yīng)管工作在截止區(qū) （d）這是這是P溝道溝道增強(qiáng)增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。 場(chǎng)效應(yīng)管工作在截止區(qū)場(chǎng)效應(yīng)管工作在截止區(qū) GSGS(th)3V2VuU GSGS(th)3V2VuU 解：解： 1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管92（1）夾

41、斷電壓夾斷電壓 UGS(off) : iD =0時(shí)的時(shí)的uGS值值；（2）開啟電壓開啟電壓 UGS(th) : 增強(qiáng)型管剛開始導(dǎo)電時(shí)的增強(qiáng)型管剛開始導(dǎo)電時(shí)的uGS值值；（3）飽和漏極電流飽和漏極電流 IDSS : uGS=0時(shí)的時(shí)的iD 值；值；（4）直流輸入電阻直流輸入電阻 RGS: RGS = UGS / IG 。1. 直流參數(shù)直流參數(shù)1.4.2 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)93(1) 柵源擊穿電壓柵源擊穿電壓：UBR(GS) ；(2) 漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓：UBR(DS) ；(3) 最大功率最大功率PDM : 。DSDDMUIP1.4.2 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)941.4.3復(fù)合管復(fù)合管復(fù)合管的電流放大系數(shù)很大其式子為： P1P2N1N2P1P2N1N2K GAKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK T1T2G2Bii 1BG22Ciii 在極短時(shí)間內(nèi)使兩在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，此過(guò)程稱觸發(fā)導(dǎo)通。此過(guò)程稱觸發(fā)導(dǎo)通。211CCii 2BG21ii EGEA+_RGi2BiG21iG2iGEA