模擬電子技術(shù)第1章

1、第一章第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1.1 1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4 BJT1.4 BJT模型模型1.5 1.5 場效應(yīng)管場效應(yīng)管1.1 1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是典型的半導(dǎo)體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價(jià)元素價(jià)元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)

2、電子稱為四個(gè)電子稱為價(jià)電子價(jià)電子。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對溫度在絕對溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都緊緊束縛所有的價(jià)電子都緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。緣體。一. 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體?；瘜W(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常，常稱為稱為“九個(gè)九個(gè)9”。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為

3、本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受到當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以掙脫原的電子可以掙脫原子核的束縛，而參子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為與導(dǎo)電，成為自由自由電子電子。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 自由電子產(chǎn)生的自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空位，稱為空穴空穴?？昭昭▌?dòng)畫演示動(dòng)畫演示 可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對。電子空穴對。 外加能量越高（外加能量越高（溫度溫度越高），產(chǎn)生的電子空越高），產(chǎn)生的電子空穴對

4、越多。穴對越多。與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。對的濃度一定。常溫常溫300K時(shí)：時(shí)：電子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對電子空穴對自由電子自由電子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 逆電場運(yùn)動(dòng)逆電場運(yùn)動(dòng) 電子流電子流動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電

5、荷 順電場運(yùn)動(dòng)順電場運(yùn)動(dòng) 空穴流空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制導(dǎo)電機(jī)制二二. . 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4

6、+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫

7、度有關(guān)本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度摻雜產(chǎn)生與，溫度無關(guān)摻雜產(chǎn)生與，溫度無關(guān)內(nèi)電場E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層三三. . PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 動(dòng)畫演示少子漂移少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半

8、導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層當(dāng)擴(kuò)散當(dāng)擴(kuò)散 漂移漂移動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡耗盡層寬度一定耗盡層寬度一定PNPN結(jié)結(jié)2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源

9、正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強(qiáng)內(nèi)電場外電場加強(qiáng)內(nèi)電場 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故一定的，故IR基本上與外基本上與外加反壓的大小無關(guān)加反壓的大小無關(guān)，所以所以稱為稱為反向飽和電流反向飽和電流。但。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 動(dòng)畫演示 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向結(jié)加正向電壓

10、時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦?。電性?. PN結(jié)結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)，根據(jù)理論推導(dǎo)，PNPN結(jié)的伏安特性曲線如圖結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿

11、電擊穿可逆可逆) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：根據(jù)理論分析：u 為為PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i 為流過為流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量稱為溫度的電壓當(dāng)量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 對于室溫（相當(dāng)對于室溫（相當(dāng)T=300 K）則有則有UT=26 mV。當(dāng)當(dāng) u0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi4. PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)當(dāng)外加電壓

12、發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即地隨之改變，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。，就像電容充放電一樣。 (1) 勢壘電容勢壘電容CB空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)W+R+E+PN(2) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD 當(dāng)外加正向電壓當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，不同時(shí)，PN結(jié)兩結(jié)兩側(cè)堆積的少子的側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相也不同，這就相當(dāng)電容的充放電當(dāng)電容的充放電過程過程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應(yīng)在交流信號作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來電容效應(yīng)在交流信號作用下

13、才會(huì)明顯表現(xiàn)出來極間電容（結(jié)電容）極間電容（結(jié)電容）1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號符號陽極陽極+陰極陰極- 二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(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)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。于高頻整流和開關(guān)電路中。(2

14、) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導(dǎo)體二極管的型號半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP9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。代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開關(guān)管。為開關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D

15、為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。 一一 、半導(dǎo)體二極管的、半導(dǎo)體二極管的VA特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V二二. 二極管的模型及近似分析計(jì)算二極管的模型及近似分析計(jì)算例：例：IR10VE1k) 1(eTSUuIiD非線性器件非線性器件iu0iuRLC線性器件線性器件Riu 二極管的模型二極管的模型iuDU+-uiDUDU

16、串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0二極管的近似分析計(jì)算二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測量值測量值 9.32mA相對誤差相對誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對誤差相對誤差0000710032. 932. 9

17、100.7V例：例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號為，輸入信號為ui。 (1)若若 ui為為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu

18、（2）如果）如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二極管采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形電壓源模型分析，波形如圖所示。如圖所示。+-+UIuREFRiuO思考題：思考題：假設(shè)圖中二

19、極管均為理性特性，則電壓假設(shè)圖中二極管均為理性特性，則電壓UAB為為 多少？多少？ 二極管的小信號模型（理解）二極管的小信號模型（理解） 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根據(jù)根據(jù)得得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo)QdvdigDDd QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 則則常溫下（常溫下（T=300K）)mA()mV(26DDdIIVrT Q ?疊加 ！三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流最大整流電流IF

20、二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二作時(shí)，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 (3) 反向電流反向電流I IR R 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極級；鍺二極管在微安管在微安( A)級。級。三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流最大整流電流IF二

21、極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二作時(shí)，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 (3) 反向電流反向電流I IR R 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極級；鍺二極管在微安管在微安( A)級。級。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流

22、IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其兩端電其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓四、穩(wěn)壓二極管四、穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻 穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。下，所對應(yīng)的反向工作電壓。 rZ = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管

23、的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過超過Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞。穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax例例發(fā)光二極管發(fā)光二極管1.發(fā)光二極管發(fā)光二極管 LED1)符號和特性符號和特性工作條件：正向偏置工作條件：正向偏置一般工作電流幾十一般工作電流幾十 mA， 導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 (1 2) V2)主要參數(shù)主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：電學(xué)參

24、數(shù)：I FM ，U(BR) ，IR光學(xué)參數(shù)：峰值波長光學(xué)參數(shù)：峰值波長 P，亮度，亮度 L，光通量，光通量 發(fā)光類型：發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠可見光：紅、黃、綠顯示類型：顯示類型： 普通普通 LED ，不可見光：紅外光不可見光：紅外光，點(diǎn)陣，點(diǎn)陣 LED符號符號u /Vi /mAO2特性特性七段七段 LED點(diǎn)式點(diǎn)式LED字段式字段式LED點(diǎn)陣式點(diǎn)陣式LED光柱式光柱式LEDLED 的類型的類型光敏二極管光敏二極管1)符號和特性符號和特性符號符號特性特性uiO暗電流暗電流E = 200 lxE = 400 lx工作條件：工作條件：反向偏置反向偏置2)主要參數(shù)主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：電學(xué)參數(shù)：暗電流

25、，光電流，最高工作范圍暗電流，光電流，最高工作范圍光學(xué)參數(shù)：光學(xué)參數(shù)：光譜范圍，靈敏度，峰值波長光譜范圍，靈敏度，峰值波長實(shí)物照片實(shí)物照片結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個(gè)能使光線照入的窗口。一個(gè)能使光線照入的窗口。 1.3 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行 ， 因 此 ， 還 被 稱 為行 ， 因 此 ， 還 被 稱 為 雙 極 型 晶 體 管雙 極 型 晶 體 管（Bipolar Junction T

26、ransistor,簡稱簡稱BJT）。）。 BJT是由兩個(gè)是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。一一. .BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號符號:-bce-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極二二. BJT的內(nèi)部工作原理的內(nèi)部工作原理（NPN管）管）若在放大工作狀態(tài)：若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反

27、偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) 三極管在工作時(shí)要加上三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（1 1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了形成了擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為的電流為IEP。但其數(shù)量

28、小，可忽但其數(shù)量小，可忽略略。 所以發(fā)射極電流所以發(fā)射極電流I E I EN 。（2）發(fā)射區(qū)的電子注入基）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成形成IBN。所以。所以基極電流基極電流I B I BN 。大部分到達(dá)了集電。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。區(qū)的邊緣。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移的少子形成漂移電流電流ICBO。 （3）因?yàn)榧娊Y(jié)）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，集電區(qū)邊緣的電子，形成電流形成電流IC

29、N 。 動(dòng)畫演示2電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC與與I E之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.90.990.99。 三個(gè)電極上的電流關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:(2)IC與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBC

30、IIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II BI（1）uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。三三. BJT. BJT的特性曲線（的特性曲線（共發(fā)射極接法）共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。（2）當(dāng)）當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，合減

31、少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V (2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const （1）當(dāng)）當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形子都被集電極收集，形成成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不變

32、?；颈３植蛔儭Ｍ?，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。一條加以說明。飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。的曲線的下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行等曲線基本平行等 距。距。 此時(shí)，發(fā)此時(shí)

33、，發(fā) 射結(jié)正偏，集電射結(jié)正偏，集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:四四. BJTBJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)（2 2）共基極電流放大系數(shù)：）共基極電流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20200之間之間2.31.538A60mA3 . 2BC

34、II40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii（1 1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) （2）集電極發(fā)射極間的穿）集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流ICEO 基極開路時(shí)，集電極到發(fā)射基極開路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流極間的電流穿透電流穿透電流 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 （1）集電極基極間反向飽和電流）集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是它實(shí)際上就是一個(gè)一個(gè)PNPN結(jié)的反向電流。結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。其大小

35、與溫度有關(guān)。 鍺管：鍺管：I CBO為微安數(shù)量級，為微安數(shù)量級， 硅管：硅管：I CBO為納安數(shù)量級。為納安數(shù)量級。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO2.極間反向電流極間反向電流 3.極限參數(shù)極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允）集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流通過集集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCMIc增加時(shí)，增加時(shí)， 要下降。當(dāng)要下降。當(dāng) 值值下降到線性放大區(qū)

36、下降到線性放大區(qū) 值的值的70時(shí)，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流時(shí)，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。 （3）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓 U（BR）EBO集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。 U（BR）CBO發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。 U（BR）CEO基極開路基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。允許的最大反向電壓

37、。 在實(shí)際使用時(shí)，還有在實(shí)際使用時(shí)，還有U（BR）CER、U（BR）CES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU BJT有兩個(gè)有兩個(gè)PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種： 半導(dǎo)體三極管的型號半導(dǎo)體三極管的型號第二位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開關(guān)管開關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同

38、種器件型號的序號用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：3DG110B1.4 三極管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uA非線性器件非線性器件BCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)放大狀態(tài)UDIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.3V飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降飽和壓降UCES硅管硅管0.3V鍺管鍺管0.1V直流模型直流模型二二. B