模擬電子技術(shù)07790

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第第4章章 半導(dǎo)體二極管和三極管半導(dǎo)體二極管和三極管 l 內(nèi)容主要有：內(nèi)容主要有：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、工作原理工作原理、工作特性工作特性、參數(shù)參數(shù)l 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件主要包括：主要包括：半導(dǎo)體半導(dǎo)體二極管二極管（包括穩(wěn)壓管）（包括穩(wěn)壓管）三極管三極管和場(chǎng)效應(yīng)管和場(chǎng)效應(yīng)管4.1 PN結(jié)結(jié) 1. 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的物理特性l物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能分為物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能分為 導(dǎo)體：導(dǎo)電能力導(dǎo)體：導(dǎo)電能力良好良好的物質(zhì)。的物質(zhì)。 絕緣體：導(dǎo)電能力絕緣體：導(dǎo)電能

2、力很差很差的物質(zhì)。的物質(zhì)。 半導(dǎo)體：是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之半導(dǎo)體：是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之 間的物質(zhì)，如間的物質(zhì)，如硅、鍺、硒、砷化鎵硅、鍺、硒、砷化鎵及一些硫化及一些硫化物和氧化物物和氧化物。 半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的物理特性l半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。溫度升高溫度升高時(shí)，純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著時(shí)，純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著增加；增加；在純凈半導(dǎo)體材料中加入微量的在純凈半導(dǎo)體材料中加入微量的“雜質(zhì)雜質(zhì)”元元素，它的電導(dǎo)率就會(huì)成千上萬倍地增長(zhǎng)；素，它的電導(dǎo)率就會(huì)成千上萬倍地增長(zhǎng)；純凈的半導(dǎo)體受到純凈的半導(dǎo)體受到光照光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯

3、提時(shí)，導(dǎo)電能力明顯提高。高。l半導(dǎo)體為什么具有以上的導(dǎo)電性質(zhì)？半導(dǎo)體為什么具有以上的導(dǎo)電性質(zhì)？半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) l 原子的組成：原子的組成： 帶正電的原子核帶正電的原子核 若干個(gè)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子若干個(gè)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子 且整個(gè)原子呈電中性。且整個(gè)原子呈電中性。l 半導(dǎo)體器件的材料：半導(dǎo)體器件的材料： 硅（硅（Silicon-Si）：四價(jià)元素，硅的原子序數(shù)是）：四價(jià)元素，硅的原子序數(shù)是14，外，外層有層有4個(gè)電子個(gè)電子。 鍺（鍺（Germanium-Ge）：也是四價(jià)元素，鍺的原子序數(shù)）：也是四價(jià)元素，鍺的原子序數(shù)是是32，外層也是，外層也是4個(gè)電子個(gè)電子。

4、l 簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖4-1(a)的簡(jiǎn)化形式。的簡(jiǎn)化形式。+4慣性核慣性核價(jià)電子價(jià)電子圖圖4-1 (a) 硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) l單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l共價(jià)鍵共價(jià)鍵:由相鄰兩個(gè)原子各拿出一個(gè)價(jià)電子由相鄰兩個(gè)原子各拿出一個(gè)價(jià)電子組成價(jià)電子對(duì)所構(gòu)成的聯(lián)系。組成價(jià)電子對(duì)所構(gòu)成的聯(lián)系。l圖圖4-1(b)是晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。是晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 圖圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵共價(jià)鍵半導(dǎo)體的

5、晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 2.2.半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（Intrinsic Semiconductor） 純凈的、結(jié)構(gòu)完整的單晶半導(dǎo)體，稱為純凈的、結(jié)構(gòu)完整的單晶半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體。l物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小取決于其中能參與導(dǎo)物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小取決于其中能參與導(dǎo)電的粒子電的粒子載流子的多少。載流子的多少。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體l本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（T=0K相當(dāng)于相當(dāng)于T=273）時(shí)，）時(shí)，相當(dāng)于絕緣體相當(dāng)于絕緣體。l在室溫條件下，本征半導(dǎo)體便具有一定在室溫條件下，本征半導(dǎo)體便具有一定的導(dǎo)電能力。的導(dǎo)電能力。 l半導(dǎo)體半導(dǎo)體中的

6、中的載流子載流子自由電子自由電子空穴（空穴（Hole） 空穴和自由電子同時(shí)參加導(dǎo)電空穴和自由電子同時(shí)參加導(dǎo)電，是半導(dǎo)，是半導(dǎo)體的重要特點(diǎn)體的重要特點(diǎn)l價(jià)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子的的同時(shí)同時(shí)，在原來的共價(jià)鍵位置上留下了一個(gè)，在原來的共價(jià)鍵位置上留下了一個(gè)空位，這個(gè)空位叫做空位，這個(gè)空位叫做空穴空穴。l空穴帶空穴帶正電荷正電荷。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體l在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子，在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子，同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子和空穴總是同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子和空穴總是成成對(duì)對(duì)地產(chǎn)生，稱為地產(chǎn)生，稱為電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)。l半導(dǎo)體中共價(jià)

7、鍵分裂產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過半導(dǎo)體中共價(jià)鍵分裂產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過程叫做程叫做本征激發(fā)本征激發(fā)（Intrinsic Excitation）。）。l產(chǎn)生本征激發(fā)的條件：產(chǎn)生本征激發(fā)的條件：加熱、光照及射線加熱、光照及射線照射照射。l空穴是載流子嗎？空穴是載流子嗎？ 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體l 空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí)空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是價(jià)電子質(zhì)上是價(jià)電子填補(bǔ)空穴而形填補(bǔ)空穴而形成的。成的。BA空穴空穴自由電子自由電子圖圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共價(jià)鍵共價(jià)鍵 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體l由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移

8、動(dòng)，因此，動(dòng)，因此，空穴是一種載流子空穴是一種載流子。l半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子載流半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子載流子（簡(jiǎn)稱子（簡(jiǎn)稱電子電子）和空穴載流子（簡(jiǎn)稱）和空穴載流子（簡(jiǎn)稱空空穴穴），它們均可在電場(chǎng)作用下形成電流），它們均可在電場(chǎng)作用下形成電流。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體l半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì)半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì)，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)越來越多，電，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)越來越多，電子和空穴濃度是否會(huì)越來越大呢？子和空穴濃度是否會(huì)越來越大呢？l實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)表明，在一定的溫度一定的溫度下，電子濃度和下，電子濃度和空穴濃度都保持一個(gè)空穴濃度都保持一個(gè)

9、定值定值。l半導(dǎo)體中存在半導(dǎo)體中存在1.1.載流子的產(chǎn)生過程載流子的產(chǎn)生過程2.2.載流子的復(fù)合過程載流子的復(fù)合過程 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體綜上所述：綜上所述：l(1)半導(dǎo)體中有兩種載流子：半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由自由電子和空電子和空穴，穴，電子帶負(fù)電電子帶負(fù)電，空穴帶正電空穴帶正電。l(2)本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是成對(duì)成對(duì)地地產(chǎn)生，產(chǎn)生，ni = pi。l(3)半導(dǎo)體中，同時(shí)存在載流子的產(chǎn)生和復(fù)半導(dǎo)體中，同時(shí)存在載流子的產(chǎn)生和復(fù)合過程。合過程。 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體l 本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且受溫度和光本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且受溫度和光照等條件影響甚大

10、，不能直接用來制造半導(dǎo)照等條件影響甚大，不能直接用來制造半導(dǎo)體器件。體器件。l 本征半導(dǎo)體的物理性質(zhì)：純凈的半導(dǎo)體中摻本征半導(dǎo)體的物理性質(zhì)：純凈的半導(dǎo)體中摻入微量元素，導(dǎo)電能力顯著提高。入微量元素，導(dǎo)電能力顯著提高。l 摻入的微量元素?fù)饺氲奈⒘吭亍半s質(zhì)雜質(zhì)”。l “雜質(zhì)雜質(zhì)”半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。l常用的雜質(zhì)元素常用的雜質(zhì)元素三價(jià)三價(jià)的硼、鋁、銦、鎵的硼、鋁、銦、鎵五價(jià)五價(jià)的砷、磷、銻的砷、磷、銻l通過控制摻入的雜質(zhì)元素的種類和數(shù)量來制通過控制摻入的雜質(zhì)元素的種類和數(shù)量來制成各種各樣的半導(dǎo)體器件。成各種各樣的半導(dǎo)體器件。 l雜質(zhì)雜質(zhì)半導(dǎo)體分為：半導(dǎo)體分為：N型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和P型型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體

11、。 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l在本征半導(dǎo)體中加入微量的在本征半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素五價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中可使半導(dǎo)體中自由電子濃度自由電子濃度大為大為增加增加，形成形成N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。l摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子占據(jù)晶格中某些硅摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子占據(jù)晶格中某些硅（或鍺）原子的位置。如圖（或鍺）原子的位置。如圖4-2所示。所示。圖圖4-2 N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵共價(jià)鍵l摻入五價(jià)原子摻入五價(jià)原子 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體l摻入五價(jià)摻入五價(jià)原子占據(jù)原子占據(jù)Si原子位置原子位置5在 室 溫 下在 室 溫 下就可以激發(fā)就可以激發(fā)

12、成成自由電子自由電子l 雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。l 自由自由電子電子的數(shù)目高的數(shù)目高，故故導(dǎo)電導(dǎo)電能力顯著提高能力顯著提高。l 把這種半導(dǎo)體稱為把這種半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，其中的型半導(dǎo)體，其中的電子電子稱為多數(shù)稱為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱載流子（簡(jiǎn)稱多子多子），），空穴空穴稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。子）。l 在在N型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)等于正離子數(shù)和空穴數(shù)之型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)等于正離子數(shù)和空穴數(shù)之和，自由電子帶負(fù)電，空穴和正離子帶正電，整塊半和，自由電子帶負(fù)電，空穴和正離子帶正電，整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保

13、持電中性。導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體l 在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中的空穴濃度大為增加，形成導(dǎo)體中的空穴濃度大為增加，形成P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體?？瘴豢瘴籄圖圖4-3 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+3+4+4+4共價(jià)鍵共價(jià)鍵空位吸引鄰近空位吸引鄰近原子的價(jià)電子填原子的價(jià)電子填充，從而留下一充，從而留下一個(gè)空穴。個(gè)空穴。在在P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)等于中，空穴數(shù)等于負(fù)離子數(shù)與自由負(fù)離子數(shù)與自由電子數(shù)之和，空電子數(shù)之和，空穴帶正電，負(fù)離穴帶正電，負(fù)離子和

14、自由電子帶子和自由電子帶負(fù)電，整塊半導(dǎo)負(fù)電，整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷量體中正負(fù)電荷量相等，保持電中相等，保持電中性。性。綜上所述：綜上所述：l (1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N型半型半導(dǎo)體。導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。l (2)本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成P型半型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子

15、。子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。l (3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。 載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 漂移運(yùn)動(dòng)（漂移運(yùn)動(dòng)（Drift Movement） l有電場(chǎng)力作用時(shí)，電子和空穴便產(chǎn)生有電場(chǎng)力作用時(shí)，電子和空穴便產(chǎn)生定向運(yùn)定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)，稱為漂移運(yùn)動(dòng)。，稱為漂移運(yùn)動(dòng)。l漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。 擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)l由于濃度差而引起的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)由于濃度差而引起的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（動(dòng)（Diffusio

16、n Movement），載流子擴(kuò)散），載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流。l擴(kuò)散是由濃度差引起的，所以擴(kuò)散電流的擴(kuò)散是由濃度差引起的，所以擴(kuò)散電流的大小與載流子的濃度梯度成正比。大小與載流子的濃度梯度成正比。3. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 lPN結(jié)：結(jié)： 是指在是指在P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形型半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)。成的空間電荷區(qū)。lPN結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。 二極管的核心是一個(gè)二極管的核心是一個(gè)PN結(jié)；三極管中包結(jié)；三極管中包含了含了兩個(gè)兩個(gè)PN結(jié)結(jié)。l濃度差引起載流子的擴(kuò)散。濃度差引起載流子的擴(kuò)散。3

17、. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 l擴(kuò)散的結(jié)果形成自建電場(chǎng)。擴(kuò)散的結(jié)果形成自建電場(chǎng)?？臻g電荷區(qū)也稱作空間電荷區(qū)也稱作“耗盡區(qū)耗盡區(qū)” “勢(shì)壘勢(shì)壘區(qū)區(qū)” l自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。l動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡。 擴(kuò)散擴(kuò)散=漂移漂移3. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 4.4.PN結(jié)的特性結(jié)的特性 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓l如圖所示，電源的正極如圖所示，電源的正極接接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，這區(qū)，這種接法叫做種接法叫做PN結(jié)加正向結(jié)加正向電壓或正向偏置電壓或正向偏置。 PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓lPN結(jié)外加正向電壓時(shí)（結(jié)外加正向電壓時(shí)（P正

18、、正、N負(fù)），負(fù)），空間空間電荷區(qū)變窄電荷區(qū)變窄。l不大的正向電壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。不大的正向電壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。l外加電壓的微小變化，擴(kuò)散電流變化較大。外加電壓的微小變化，擴(kuò)散電流變化較大。 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 l如圖所示，如圖所示，電源的正極接電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，這種接法叫做區(qū)，這種接法叫做PN結(jié)加反向電壓或結(jié)加反向電壓或反反向偏置向偏置。 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 l 流過流過PN結(jié)的電流主要是少子的漂移決定的，稱結(jié)的電流主要是少子的漂移決定的，稱為為PN結(jié)的結(jié)的反向電流。反向電流。PN結(jié)的反向電流很小，而且與反向電壓的大小結(jié)的反向

19、電流很小，而且與反向電壓的大小基本無關(guān)?；緹o關(guān)。PN結(jié)表現(xiàn)為很大的電阻，稱之結(jié)表現(xiàn)為很大的電阻，稱之截止。截止。lPN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散電流近似為零。建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散電流近似為零。 l反向電流很小反向電流很小，它由少數(shù)載流子形成，與少，它由少數(shù)載流子形成，與少子濃度成正比。子濃度成正比。l少子少子的值與外加電壓無關(guān)，的值與外加電壓無關(guān)，因此反向電流的因此反向電流的大小與反向電壓大小基本無關(guān)，故稱為大小與反向電壓大小基本無關(guān)，故稱為反向反向飽和電流。飽和電流。l溫度升高時(shí)，少子值迅速增大，溫度升高時(shí)，少子值迅速增大，

20、所以所以PN結(jié)結(jié)的反向電流受溫度影響很大的反向電流受溫度影響很大。 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 結(jié)論結(jié)論：lPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦裕?PN結(jié)結(jié)加正向電壓加正向電壓產(chǎn)生大的產(chǎn)生大的正向電流正向電流， PN結(jié)導(dǎo)電。結(jié)導(dǎo)電。 PN結(jié)結(jié)加反向電壓加反向電壓產(chǎn)生很小的反向飽和電產(chǎn)生很小的反向飽和電流，流，近似為零，近似為零， PN結(jié)不導(dǎo)電結(jié)不導(dǎo)電。 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l定量描繪定量描繪PN結(jié)兩端電壓和流過結(jié)的電流的關(guān)系結(jié)兩端電壓和流過結(jié)的電流的關(guān)系的曲線的曲線PN結(jié)的伏安特性。結(jié)的伏安特性。l根據(jù)理論分析，根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性方程為結(jié)的伏安特性方程為) 1(kTqU

21、SeII外加電壓外加電壓流過流過PN結(jié)結(jié)的電流的電流電子電荷量電子電荷量q =1.610-19C反向飽和電流反向飽和電流絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度(K)玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù)k =1.3810-23J/K自然對(duì)數(shù)的底自然對(duì)數(shù)的底 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l令令 )1( kTqUSeIITUqkT 在常溫下，在常溫下，T = 300K， 則則)1( TUUSeIImVqkTUT26106 . 13001038. 11923 當(dāng)當(dāng)U大于大于UT數(shù)倍數(shù)倍TUUSeII 1 TUUe即正向電流隨正向電壓的增加以指數(shù)即正向電流隨正向電壓的增加以指數(shù)規(guī)律迅速增大。規(guī)律迅速增大。 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性

22、 l外加反向電壓時(shí)，外加反向電壓時(shí)，U為負(fù)值，當(dāng)為負(fù)值，當(dāng)|U|比比UT大幾倍時(shí)，大幾倍時(shí)， 1TUUe)1( TUUSeIIIIS即加反向電壓時(shí)，即加反向電壓時(shí)，PN結(jié)只流過很小的反向飽和結(jié)只流過很小的反向飽和電流。電流。 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 l 曲線曲線OD段段表示表示PN結(jié)結(jié)正向偏置時(shí)的伏安特正向偏置時(shí)的伏安特性，性，稱為正向特性稱為正向特性；l 曲線曲線OB段段表示表示PN結(jié)結(jié)反向偏置時(shí)的伏安特反向偏置時(shí)的伏安特性，稱為性，稱為反向特性反向特性。U（mV）I（mA）0圖圖4-5 PN結(jié)的理論伏安特性結(jié)的理論伏安特性DT=25B-IS（V）2550 75 100(uA)0.51

23、1.52l畫出畫出PN結(jié)的理論伏安特結(jié)的理論伏安特性曲線。性曲線。 PN結(jié)的結(jié)的反向擊穿反向擊穿 l 加大加大PN結(jié)的反向電壓結(jié)的反向電壓到某一值時(shí)，反向電到某一值時(shí)，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為象稱為PN結(jié)擊穿結(jié)擊穿，發(fā)，發(fā)生擊穿所需的電壓稱生擊穿所需的電壓稱為為擊穿電壓擊穿電壓，如圖所，如圖所示。示。 l 反向擊穿的特點(diǎn)反向擊穿的特點(diǎn)：反：反向電壓增加很小，反向電壓增加很小，反向電流卻急劇增加。向電流卻急劇增加。UBRU（V）I（mA）0圖圖4-6 PN結(jié)反向擊穿結(jié)反向擊穿 雪崩擊穿雪崩擊穿l由倍增效應(yīng)引起的擊穿由倍增效應(yīng)引起的擊穿：當(dāng)：當(dāng)PN結(jié)外加的反結(jié)外加的反向電壓

24、增加到一定數(shù)值時(shí)，空間電荷數(shù)目向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，空間電荷數(shù)目較多，自建電場(chǎng)很強(qiáng)，使流過較多，自建電場(chǎng)很強(qiáng)，使流過PN結(jié)的少子結(jié)的少子漂移速度加快，可獲得足夠大的動(dòng)能，它漂移速度加快，可獲得足夠大的動(dòng)能，它們與們與PN結(jié)中的中性原子碰撞時(shí)，能把價(jià)電結(jié)中的中性原子碰撞時(shí)，能把價(jià)電子從共價(jià)建中碰撞出來，產(chǎn)生新的電子空子從共價(jià)建中碰撞出來，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。穴對(duì)。l雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)結(jié)中。中。 齊納擊穿齊納擊穿 l強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)破壞共價(jià)健破壞共價(jià)健引起的。引起的。l齊納擊穿齊納擊穿通常發(fā)生在通常發(fā)生在摻雜濃度較高的摻雜濃度較高的PN結(jié)結(jié)中。中。

25、l雪崩擊穿和齊納擊穿均為電擊穿。雪崩擊穿和齊納擊穿均為電擊穿。 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) l除了單向?qū)щ娦灾?，除了單向?qū)щ娦灾?，PN結(jié)還存在電容效應(yīng)結(jié)還存在電容效應(yīng)。l 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB 多子的充放電引起的。是指外加電壓的多子的充放電引起的。是指外加電壓的變化導(dǎo)致空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的變化，從而變化導(dǎo)致空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的變化，從而顯示出電容效應(yīng)。幾皮法顯示出電容效應(yīng)。幾皮法幾百皮法。幾百皮法。l 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD 多子的積累引起的。是指多子的積累引起的。是指PN結(jié)兩側(cè)積累結(jié)兩側(cè)積累的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生的電容效應(yīng)的電容效應(yīng)。

26、 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)lPN結(jié)的電容很小，是針對(duì)結(jié)的電容很小，是針對(duì)高頻交流小信號(hào)高頻交流小信號(hào)而考慮。而考慮。lPN結(jié)反向工作時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，結(jié)反向工作時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，正向工作時(shí)擴(kuò)散電容起主要作用。正向工作時(shí)擴(kuò)散電容起主要作用。PN結(jié)的結(jié)的面積增大時(shí)，面積增大時(shí)，PN結(jié)的電容也增大。結(jié)的電容也增大。4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型l 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型型三大類。三大類。l

27、 (1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。變頻等高頻電路。(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型 PN結(jié)面積大，用于工結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。頻大電流整流電路。(c)(c)平面型平面型陰極陰極引線引線陽極陽極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底 往往用于集成電往往用于集成電路制造中。路制造中。PN 結(jié)面積結(jié)面積可大可小，用于高頻整可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。流和開關(guān)電路中。n (3) 平面型二極管平面型二極管n (2)面

28、接觸型二極管面接觸型二極管n(4) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào)(b)(b)面接觸型面接觸型陽極陽極陰極陰極半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 l二極管的伏安特性的測(cè)出二極管的伏安特性的測(cè)出。VmAVDRRW（a）測(cè)正向特性）測(cè)正向特性VmAVDRRW（b）測(cè)反向特性）測(cè)反向特性2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性n二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示)1(/ TDUUSDeIiuD(a)二極管理論伏安特性二極管理論伏安特性CDoBAUBRiD（b）2CP10-20的伏安特性曲線的伏安特性曲線iD（mA）uD

29、（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）7520（c）2AP15的伏安特性曲線的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8 正向特性正向特性l 死區(qū)電壓死區(qū)電壓：硅管：硅管 0.5V 鍺管鍺管 0.1Vl 線性區(qū)線性區(qū)：硅管：硅管 0.6V1V 鍺管鍺管 0.2V0.5V l 對(duì)溫度變化敏感：對(duì)溫度變化敏感：l 溫度升高溫度升高正向特性曲線左移正向特性曲線左移l 溫度每升高溫度每升高1正向壓降正向壓降l 減小約減小約2mV。2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性正向正向特性特性(a)二極管理論伏安特性二極管

30、理論伏安特性CDoBAUBRuDiD2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 反向特性反向特性l 反向電流：很小。反向電流：很小。 硅管硅管 0.1微安微安 鍺管鍺管 幾十個(gè)微安幾十個(gè)微安l 受溫度影響大：受溫度影響大： 溫度每升高溫度每升高10 反向電流增加約反向電流增加約1倍。倍。 反向擊穿特性反向擊穿特性l 反向擊穿反向擊穿UBR:幾十伏以上。幾十伏以上。反向擊反向擊穿特性穿特性反向反向特性特性(a)二極管理論伏安特性二極管理論伏安特性CDoBAUBRuDiD3. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)l 最大整流電流最大整流電流IFl 最大反向工作電壓最大反向工作電壓URl 反向電流反向電流I

31、 IR Rl 最高工作頻率最高工作頻率fM4. 二極管的等效電路及應(yīng)用二極管的等效電路及應(yīng)用 l二極管特性曲線的非線性，給二極管電二極管特性曲線的非線性，給二極管電路的分析帶來一定困難。為了簡(jiǎn)化分析，路的分析帶來一定困難。為了簡(jiǎn)化分析，常常要做一些近似處理，可用某些線性常常要做一些近似處理，可用某些線性電路元件來等效二極管，畫出二極管的電路元件來等效二極管，畫出二極管的等效電路。等效電路。l最常用的近似方法有二種。最常用的近似方法有二種。 理想二極管等效電路理想二極管等效電路uDiDoDK理想二極管等效電路理想二極管等效電路l 如果二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的如果二極管導(dǎo)通時(shí)的正向

32、壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的電壓，二極管截止時(shí)的反向電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)電壓，二極管截止時(shí)的反向電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)的電流，則可以忽略二極管的正向壓降和反向電流，的電流，則可以忽略二極管的正向壓降和反向電流，把二極管理想化為一個(gè)開關(guān)，如圖所示。把二極管理想化為一個(gè)開關(guān)，如圖所示。 考慮正向壓降的等效電路考慮正向壓降的等效電路l 在二極管充分導(dǎo)通且在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很大工作電流不是很大時(shí)，時(shí)，二極管的二極管的正向壓降正向壓降UD變化不大變化不大（例如硅管約（例如硅管約為為0.60.8V），因此近似認(rèn)為二極管正向?qū)В虼私普J(rèn)為二極管正向?qū)〞r(shí)有一個(gè)固定的管壓降通時(shí)有一個(gè)固定的管壓降UD（

33、硅管?。ü韫苋?.7V，鍺管取鍺管取0.2V），于是可用一固定電壓源來等），于是可用一固定電壓源來等效正向?qū)ǖ亩O管。效正向?qū)ǖ亩O管。l 當(dāng)外加電壓當(dāng)外加電壓U0時(shí)，二極管時(shí)，二極管Dl、D3導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合；導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合；D2、D4截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖 (b)所示。因此輸出所示。因此輸出電壓電壓uO = u。uo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2 D1D3ioAB（b）+- 二極管電路的分析方法二極管電路的分析方法l 當(dāng)當(dāng)u 0且且uUR+UD時(shí)，時(shí)，二極管二極管D導(dǎo)通，開關(guān)閉合，輸出電壓導(dǎo)通，開關(guān)閉合，輸出

34、電壓UO = UR十十UD。l 當(dāng)當(dāng)u5mA時(shí)，時(shí)，rZ繼續(xù)下降，但變化不很明顯。繼續(xù)下降，但變化不很明顯。I(mA)04812164812rZ()2CW1 穩(wěn)壓管rZI曲線5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZl穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值，是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值，手冊(cè)上給出的穩(wěn)定電壓和動(dòng)態(tài)電阻都是指在手冊(cè)上給出的穩(wěn)定電壓和動(dòng)態(tài)電阻都是指在這個(gè)電流下的值。這個(gè)電流下的值。l工作電流若小于穩(wěn)定電流工作電流若小于穩(wěn)定電流IZ，則，則rZ增大，穩(wěn)增大，穩(wěn)壓性能較差；壓性能較差；l工作電流若大于穩(wěn)定電流，工作電流若大于穩(wěn)定電流，rZ減小，穩(wěn)壓性減小，穩(wěn)壓性能較好，但

35、是要注意管子的功率損耗不要超能較好，但是要注意管子的功率損耗不要超出允許值。出允許值。 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管額定功耗額定功耗PZMlPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。l如果已知管子的穩(wěn)定電壓值，那么額定功耗如果已知管子的穩(wěn)定電壓值，那么額定功耗除以穩(wěn)定電壓就是該穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定除以穩(wěn)定電壓就是該穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定電流電流IZM=PZM/UZ。超過這個(gè)電流使用，就。超過這個(gè)電流使用，就可能損壞管子?？赡軗p壞管子。l例如例如2CWl的額定功耗的額定功耗PZM =280mW，UZ = 8.5V，則最大穩(wěn)定電流，則最大穩(wěn)定電流IZM = 280/

36、8.533mA。5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù)l溫度變化溫度變化1時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)，定時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)，定義為電壓溫度系數(shù)。它是表示穩(wěn)壓管溫度穩(wěn)定義為電壓溫度系數(shù)。它是表示穩(wěn)壓管溫度穩(wěn)定性的參數(shù)。性的參數(shù)。l例如例如2CWl的電壓溫度系數(shù)是的電壓溫度系數(shù)是0.07%/，假設(shè)，假設(shè)20時(shí)穩(wěn)定電壓時(shí)穩(wěn)定電壓UZ = 8V，那么，那么50時(shí)穩(wěn)壓值時(shí)穩(wěn)壓值將為將為V168. 88)2050(1000071 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管l電壓電壓溫度系數(shù)越小溫度系數(shù)越小，溫度，溫度穩(wěn)定性越好穩(wěn)定性越好。l通常，穩(wěn)定電壓通常，穩(wěn)定電壓UZ低于低于4V的管子，溫度系的管子，

37、溫度系數(shù)是負(fù)的（齊納擊穿），高于數(shù)是負(fù)的（齊納擊穿），高于6V的管子，的管子，溫度系數(shù)是正的（雪崩擊穿），而穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)是正的（雪崩擊穿），而穩(wěn)定電壓在在4V6V左右的管子，溫度系數(shù)最小，接近左右的管子，溫度系數(shù)最小，接近于零。于零。l所以，要求溫度穩(wěn)定性較高的場(chǎng)合常選用所以，要求溫度穩(wěn)定性較高的場(chǎng)合常選用6V左右的管子左右的管子。 5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管l 為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措施。例如施。例如2DW7系列的穩(wěn)壓管就是這種管子，它是系列的穩(wěn)壓管就是這種管子，它是由二個(gè)穩(wěn)壓值相同的管子反向串聯(lián)起來的，如圖由二個(gè)穩(wěn)壓值相同的管

38、子反向串聯(lián)起來的，如圖所示。所示。123具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管圖具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管圖n工作時(shí)一個(gè)管子處于正工作時(shí)一個(gè)管子處于正向，有負(fù)溫度系數(shù)，另向，有負(fù)溫度系數(shù)，另一個(gè)管子處于反向，有一個(gè)管子處于反向，有正溫度系數(shù)，二者互相正溫度系數(shù)，二者互相補(bǔ)償，將補(bǔ)償，將1、2兩端的電兩端的電壓溫度系數(shù)減到很小的壓溫度系數(shù)減到很小的程度。程度。5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路l為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必須在電路中串聯(lián)電阻如圖所示。須在電路中串聯(lián)電阻如圖所示。RzUzDzI+-U+-穩(wěn)壓管電路5. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管lUUZ時(shí)，

39、穩(wěn)壓管擊穿時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿RUUIZn必須適當(dāng)選擇必須適當(dāng)選擇R值，使得值，使得I集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)；基區(qū)； (2)基區(qū)基區(qū)必須必須很薄很薄。2. 晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用 l內(nèi)部條件內(nèi)部條件l外部條件外部條件 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。l電路接法：共基接法。電路接法：共基接法。NPNVEEVCCiBRcReiEiCbecl共射接法。共射接法。RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuCEiEuBC+2. 晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用 晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)l 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

40、的過程發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子的過程 l 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散過程電子在基區(qū)中的擴(kuò)散過程l 電子被集電極收集的過程電子被集電極收集的過程 iBiCiEVCCVBBRbNPN(a) 載流子運(yùn)動(dòng)情況載流子運(yùn)動(dòng)情況iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各極電流分配情況各極電流分配情況 晶體管中的電流晶體管中的電流iEniEpiBiCnICBO 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系CBOBBIiiCBOCnCIiiCBEiiiiBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各極電流分配情況Cni b bBi,iCn b bBi,令令 Bi,CnCCBOIii CBOI b bC

41、BOI CBOI Bib bb b 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系CEOBCIii b bCEOBBCEIiiii )1(b bBCEOCiIi b bCBOCEOII)1(b b 令：CBOBCI1ii)(b bb b 時(shí)0CEOIBCiib b系數(shù)系數(shù) 代表代表iB對(duì)對(duì)iC的控制作用的大小，的控制作用的大小， 越大，控制作用越強(qiáng)。越大，控制作用越強(qiáng)。bb 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系l電流電流iC由兩部分組成：由兩部分組成：l一部分是一部分是ICEO，它是，它是iB=0時(shí)流經(jīng)集電極與時(shí)流經(jīng)集電極與發(fā)射極的電流，稱為發(fā)射極的電流，稱為穿透電流穿透電流。另一部分是另一部分

42、是 ，它表示，它表示iC中中受基極電流受基極電流iB控制的部分?？刂频牟糠?。Bib bBCEOCiIib b 晶體管的放大作用晶體管的放大作用l晶體管放大作用的本質(zhì)：晶體管放大作用的本質(zhì)： iB對(duì)對(duì)iC或或iE對(duì)對(duì)iC的控制作用。的控制作用。為什么能實(shí)現(xiàn)放大呢？為什么能實(shí)現(xiàn)放大呢？ 輸入信號(hào)負(fù)載VEEVCCecbiEiC晶體管共基電路晶體管共基電路iBiC輸入信號(hào)負(fù)載VCCVBB晶體管共射電路晶體管共射電路 關(guān)于關(guān)于PNP型晶體管型晶體管lPNP管與管與NPN管之間的差別：管之間的差別： (1)電壓極性不同。電壓極性不同。 (2)電流方向不同。電流方向不同。 VBBVCCbceiBiCiE(a

43、) NPN型VBBVCCbceiBiCiE(b) PNP型NPN型和型和PNP型晶體管電路的差別型晶體管電路的差別bceiBiEiCuBCuCEuBE+-+-+- NPN型晶體管的電壓和電流參考方向型晶體管的電壓和電流參考方向3. 晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線l晶體管特性曲線是表示晶體管各極間電晶體管特性曲線是表示晶體管各極間電壓和電流之間的關(guān)系曲線。壓和電流之間的關(guān)系曲線。l iC+iB=iE uCE =uBEuBC l通常是以發(fā)射極為公共端，通常是以發(fā)射極為公共端，畫出畫出iC、iB，uCE和和uBE四個(gè)四個(gè)量的關(guān)系曲線，稱為共射量的關(guān)系曲線，稱為共射極特性曲線。極特性曲線。 AVVm

44、AiBiCVBBRW1RbRW2VCCuCE+uBE-+-測(cè)量測(cè)量NPN管共射特性曲線的電路圖管共射特性曲線的電路圖 共射輸入特性共射輸入特性 luCE為一固定值時(shí)，為一固定值時(shí)，iB和和uBE之間的關(guān)系曲之間的關(guān)系曲線稱為共射輸入特性，即線稱為共射輸入特性，即CEuBEBufi)( iB(mA)uBE(V)0.20.40.60.80.020.040.060.080uCE = 0V1V5V3DG4的輸入特性的輸入特性20輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)： l當(dāng)當(dāng)uCE=0時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正向伏安特性曲線形狀類似。向伏安特性曲線形狀類似。ARW

45、1VBBbecVuBE+-iBuCE =0時(shí)的晶體管時(shí)的晶體管l uCE增加，特性曲線右移。增加，特性曲線右移。 uCE的大小影響基區(qū)內(nèi)集電結(jié)邊界電子的分布。的大小影響基區(qū)內(nèi)集電結(jié)邊界電子的分布。l uCE1V以后以后，特性曲線幾乎重合。，特性曲線幾乎重合。 uCE1V以后以后，基區(qū)中集電結(jié)邊界處的電子濃度，基區(qū)中集電結(jié)邊界處的電子濃度很低。很低。l與二極管的伏安特性相似與二極管的伏安特性相似(Ur：死區(qū)電壓：死區(qū)電壓) uBEUr 時(shí)，時(shí)，iB =0； Ur =0.5V (Si) Ur =0.1V (Ge)l正常工作時(shí)正常工作時(shí) uBE=0.7V (Si) uBE= 0.2V (Ge) 共射

46、輸入特性共射輸入特性 cebuBEiBiCiEuCE+_+_ PNP型晶體管的電壓電流參型晶體管的電壓電流參考方向考方向l電壓極性、電流方向電壓極性、電流方向與與 N P N 型 管 不 同 。型 管 不 同 。PNP管的參考方向管的參考方向-uBE(V)iB(mA)00.10.20.30.40.040.080.120.16uCE = 0V-6V3AX1的輸入特性的輸入特性 共射輸入特性共射輸入特性 共射輸出特性共射輸出特性 liB為固定值時(shí)，為固定值時(shí)，iC和和uCE之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線稱為共射輸出特性，即稱為共射輸出特性，即BiCECufi| )( (a)3AX1的輸出特性的輸出特

47、性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)204682026810 12晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性的輸出特性510 15 20 25 30 3550 共射輸出特性共射輸出特性 l 截止區(qū)截止區(qū): 指指iB0，iCICEO的工作區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域中，的工作區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域中，電流電流iC很小，基本很

48、小，基本不導(dǎo)通不導(dǎo)通，故稱為，故稱為截止區(qū)截止區(qū)。工作在。工作在截止區(qū)時(shí)，晶體管基本失去放大作用。截止區(qū)時(shí)，晶體管基本失去放大作用。(a)3AX1的輸出特性的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)204682026810 12晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性的輸出特性510 15 20 25

49、 30 3550 共射輸出特性共射輸出特性 l實(shí)際上，三極管在實(shí)際上，三極管在iB=0時(shí)時(shí)并沒有完全截止并沒有完全截止。為使三極管。為使三極管真正截止，必須給發(fā)射結(jié)加反向偏壓，使發(fā)射區(qū)不再向真正截止，必須給發(fā)射結(jié)加反向偏壓，使發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入載流子基區(qū)注入載流子。(a)3AX1的輸出特性的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)204682026810 12晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.

50、4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性的輸出特性510 15 20 25 30 3550 共射輸出特性共射輸出特性 l 飽和區(qū)飽和區(qū): 指輸出特性中指輸出特性中iC上升部分與縱軸之間的區(qū)域。上升部分與縱軸之間的區(qū)域。飽和區(qū)特性曲線的特點(diǎn)是固定飽和區(qū)特性曲線的特點(diǎn)是固定iB不變時(shí)，不變時(shí)，iC隨隨uCE的增加的增加而迅速增大。而迅速增大。(a)3AX1的輸出特性的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大區(qū)區(qū)截止區(qū)

51、截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)204682026810 12晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性的輸出特性510 15 20 25 30 3550l飽和時(shí)的飽和時(shí)的 值稱為飽和壓降值稱為飽和壓降 CEuCESUl當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) （ ），稱），稱為為臨界飽和臨界飽和。BECEuu rBEBCUuu , 0 共射輸出特性共射輸出特性 l飽和區(qū)是對(duì)應(yīng)于飽和區(qū)是對(duì)應(yīng)于uCE較?。ㄝ^?。╱CEUr，uBC0)。 共射輸出特性共射輸出特性 l 放大區(qū)放大區(qū): 輸出特性上在

52、飽和區(qū)和截止區(qū)之間的區(qū)域?yàn)榉泡敵鎏匦陨显陲柡蛥^(qū)和截止區(qū)之間的區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)。在這個(gè)區(qū)域里，大區(qū)。在這個(gè)區(qū)域里，iB0，uCEuBE，即發(fā)射結(jié)是正，即發(fā)射結(jié)是正向偏置，集電結(jié)是反向偏置。向偏置，集電結(jié)是反向偏置。(a)3AX1的輸出特性的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)204682026810 12晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)

53、100203040(b)3DG4的輸出特性的輸出特性510 15 20 25 30 3550 共射輸出特性共射輸出特性 l放大區(qū)的特點(diǎn)：放大區(qū)的特點(diǎn)：iB固定，固定，uCE增加增加iC略有增加。略有增加。luCE固定，固定，iB變化變化iC變化很大，變化很大，iB對(duì)對(duì)iC的強(qiáng)烈控制作用的強(qiáng)烈控制作用。(a)3AX1的輸出特性的輸出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)204682026810 12晶體管的輸出特性晶體管的輸出特性iC(mA)uCE(

54、V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)100203040(b)3DG4的輸出特性的輸出特性510 15 20 25 30 35504. 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù)l晶體管的參數(shù)是用來表示晶體管的各種性能晶體管的參數(shù)是用來表示晶體管的各種性能指標(biāo)。指標(biāo)。l 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)BCEOCiIi b bb共射直流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)n它表示集電極電壓它表示集電極電壓uCE一定時(shí)，集電極電流和一定時(shí)，集電極電流和基極電流之間的關(guān)系基極電流之間的關(guān)系如果如果iCICEO則則BCii b b 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) l A點(diǎn)

55、對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的iC=6mA，iB=40AuCE(V)iC(mA)051015483.368.81216A20406080iB =100A3DG6(NPN硅管硅管)的輸出特性的輸出特性15004. 06BCiib 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) l 晶體管晶體管3AX3(PNP鍺管鍺管)有較大的穿透電流有較大的穿透電流ICEO5504. 08 . 03 BCEOCiIib b0.823468-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18B0 3AX3的輸出特性的輸出特性l 表示集電極負(fù)載短路（即表示集電極負(fù)載短路（即uCE保持不變）的條件保持不變）的條件下

56、，下，集電極電流的變化量與相應(yīng)的基極電流變化集電極電流的變化量與相應(yīng)的基極電流變化量之比量之比，即，即b 共射交流短路電流放大系數(shù)共射交流短路電流放大系數(shù)常數(shù)CEBCuiib大表示只要基極電流很小的變化，就可以控大表示只要基極電流很小的變化，就可以控制產(chǎn)生集電極電流大的變化，即電流放大作制產(chǎn)生集電極電流大的變化，即電流放大作用好。用好。b值的求法：值的求法：b在在A點(diǎn)附近找兩個(gè)點(diǎn)附近找兩個(gè)uCE相同的點(diǎn)相同的點(diǎn)C和和D13804. 05 . 5 BCiib b所以所以對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于C點(diǎn)，點(diǎn)，iC=8.8mA，B=60A；對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于D點(diǎn)，點(diǎn)，iC=3.3mA，iB=20A，iC =8.8-3.3

57、=5.5mA，iB=60-20=40A，uCE(V)iC(mA)051015483.368.81216CDA20406080iB =100A3DG6的輸出特性的輸出特性b 共射交流短路電流放大系數(shù)共射交流短路電流放大系數(shù)所以所以 =2.1/0.04=52.5b用同樣辦法可以求出用同樣辦法可以求出3AX3工作在工作在B點(diǎn)的點(diǎn)的 值。值。 b找出找出F點(diǎn)和點(diǎn)和G點(diǎn)，點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于F點(diǎn)，點(diǎn)，iC=3.9mA，iB=0.06mA；對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于G點(diǎn)，點(diǎn)，iC=1.8mA，iB=0.02mA；于是于是iC=3.9-1.8=2.lmA， iB=0.06-0.02=0.04mA，-uCE(V)iC(mA)i

58、B=00.02mA0.040.060.080.10.140.18FBG0 3AX3的輸出特性的輸出特性0.823468b 共射交流短路電流放大系數(shù)共射交流短路電流放大系數(shù)l 定義定義ECiin 根據(jù)晶體管的電流分配關(guān)系，可以根據(jù)晶體管的電流分配關(guān)系，可以得到下列換算關(guān)系得到下列換算關(guān)系 bbbbbb1111，共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù) 和共基交和共基交流電流放大系數(shù)流電流放大系數(shù)ECECBOCiiiIi 極間反向電流極間反向電流 集電極集電極-基極反向飽和電流基極反向飽和電流ICBOlICBO是指發(fā)射極開路，集電極與基極之是指發(fā)射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，也

59、就是集間加反向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，也就是集電結(jié)的反向飽和電流?？捎孟聢D電路測(cè)電結(jié)的反向飽和電流?？捎孟聢D電路測(cè)出。出。AICBO(b) PNP管VAICBO(a) NPN管VICBO的測(cè)量 集電極集電極-基極反向飽和電流基極反向飽和電流ICBOl反向電壓大小改變時(shí)，反向電壓大小改變時(shí)，ICBO的數(shù)值可能的數(shù)值可能稍有改變。稍有改變。lICBO是少數(shù)載流子電流，受溫度影響很是少數(shù)載流子電流，受溫度影響很大，大，ICBO越小越好。越小越好。l硅管的硅管的ICBO比鍺管的小得多，要求在溫比鍺管的小得多，要求在溫度變化范圍寬的環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)選用度變化范圍寬的環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)選用硅管；大功率管的硅管；大

60、功率管的ICBO值較大，使用時(shí)值較大，使用時(shí)應(yīng)予以注意。應(yīng)予以注意。 穿透電流穿透電流ICEOlICEO是基極開路，集電極與發(fā)射極間加是基極開路，集電極與發(fā)射極間加反向電壓時(shí)的集電極電流。由于這個(gè)電反向電壓時(shí)的集電極電流。由于這個(gè)電流由集電極穿過基區(qū)流到發(fā)射極，故稱流由集電極穿過基區(qū)流到發(fā)射極，故稱為穿透電流。測(cè)量為穿透電流。測(cè)量ICEO的電路如圖所示。的電路如圖所示。AbceICEO(a) NPN管管AbceICEO(b) PNP管管ICEO的測(cè)量的測(cè)量 穿透電流穿透電流ICEOl由圖可見，由圖可見，ICEO不單純是一個(gè)不單純是一個(gè)PN結(jié)的反向電流結(jié)的反向電流CBOCEOII)1(b b 所