第七章 半導(dǎo)體器件課件 (1)

1、1第第7章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 7.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料常見半導(dǎo)體材料有常見半導(dǎo)體材料有硅硅、鍺、硒及金屬的氧化物和、鍺、硒及金屬的氧化物和硫化物等。半導(dǎo)體材料多以晶體的形式存在。硫化物等。半導(dǎo)體材料多以晶體的形式存在。半導(dǎo)體材料的特性：半導(dǎo)體材料的特性： 純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差；純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差； 溫度升高溫度升高導(dǎo)電能力增強（如鈷、錳、導(dǎo)電能力增強（如鈷、錳、鎳的氧化物做成的鎳的氧化物做成的熱敏電阻熱敏電阻）；）； 光照增強光照增強導(dǎo)電能力增強（如鎘、鉛導(dǎo)電能力增強（如鎘、鉛等

2、硫化物做成的等硫化物做成的光敏電阻光敏電阻）；）； 摻入少量雜質(zhì)摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能力增強。導(dǎo)電能力增強。27.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體最常用的半導(dǎo)體為硅硅(SiSi)和鍺鍺(GeGe)。它們的共同特征是四價元素四價元素，每個原子最外層電子數(shù)為 4 。+ + +SiSiGeGe3共價鍵共價鍵7.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)在本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)體的晶體結(jié)構(gòu)中，每個構(gòu)中，每個原子與相鄰原子與相鄰的四個原子的四個原子結(jié)合。結(jié)合。每個原子的一個外層價電每個原子的一個外層價電子與另一原子的一個價電子與另一原子的一個價電子組成一個電子

3、對，電子子組成一個電子對，電子對由相鄰兩原子共有，構(gòu)對由相鄰兩原子共有，構(gòu)成成共價鍵共價鍵結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。4共價鍵共價鍵價電子價電子共共價價鍵鍵價電子價電子自由電子自由電子和和空穴空穴同時同時產(chǎn)生產(chǎn)生7.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體激發(fā)激發(fā)自由電子自由電子溫增和光照溫增和光照外加電壓外加電壓電子電流電子電流離開離開?？昭ㄊ？昭ㄔ訋д娫訋д娢噜徳噜徳觾r電子填子價電子填補空穴補空穴好像空穴在運動好像空穴在運動（正電荷）（正電荷）外外加加電電壓壓空穴電流空穴電流與金與金屬導(dǎo)屬導(dǎo)電的電的區(qū)別區(qū)別多多硅原子硅原子自由自由電子電子5硅原子硅原子半導(dǎo)體中的半導(dǎo)體中的自由電子自由電子和和空穴空

4、穴都能參與導(dǎo)電都能參與導(dǎo)電半導(dǎo)體具有兩種載流子。半導(dǎo)體具有兩種載流子。共價鍵共價鍵價電子價電子7.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中的自由電子和本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴總是空穴總是成對出現(xiàn)成對出現(xiàn)，同時又，同時又不斷進行復(fù)合。在一定溫度不斷進行復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合會下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合會達到達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡，即載流子濃，即載流子濃度與溫度有關(guān)。溫度愈高，度與溫度有關(guān)。溫度愈高，載流子數(shù)目就愈多，導(dǎo)電性載流子數(shù)目就愈多，導(dǎo)電性能就愈好能就愈好溫度對半導(dǎo)體溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大器件性能影響很大67.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在常溫下，本征半導(dǎo)體的兩種載流子

5、數(shù)量在常溫下，本征半導(dǎo)體的兩種載流子數(shù)量還是極少的，其導(dǎo)電能力相當(dāng)?shù)?。還是極少的，其導(dǎo)電能力相當(dāng)?shù)?。如果在半?dǎo)體晶體中摻入微量雜質(zhì)元素，如果在半導(dǎo)體晶體中摻入微量雜質(zhì)元素，將得到將得到摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體，而，而摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力將大大提高能力將大大提高。由于摻入雜質(zhì)元素的不同，由于摻入雜質(zhì)元素的不同，摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體可可分為分為兩大類兩大類NN型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體71. N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量磷當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量磷( (或其它五價元或其它五價元素素) )時，磷原子與周圍四個硅原子形成共價鍵后，時，磷原子與周圍四個

6、硅原子形成共價鍵后，磷原子的外層電子數(shù)將是磷原子的外層電子數(shù)將是 9 9 ，比穩(wěn)定結(jié)構(gòu)多一，比穩(wěn)定結(jié)構(gòu)多一個價電子。個價電子。P+SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余多余電子電子81. N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入摻入磷磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶體中，雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶體中，自由電子自由電子的數(shù)的數(shù)目大量增加。自由電子導(dǎo)電是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)目大量增加。自由電子導(dǎo)電是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式，稱之為電方式，稱之為電子半導(dǎo)體或電子半導(dǎo)體或N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。在在N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中中電子是多數(shù)載流子電子是多數(shù)載流子、空穴是少、空穴是少數(shù)載流子。數(shù)載流子。室溫情況下，本征硅中載流子有室溫情況下，

7、本征硅中載流子有1.51.5 10101010個個/cm/cm3 3，當(dāng)磷摻雜量在，當(dāng)磷摻雜量在101066量級時，電子載流量級時，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍。子數(shù)目將增加幾十萬倍。9當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量硼當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量硼( (或其它三價或其它三價元素元素) )時，硼原子與周圍的四個硅原子形成共時，硼原子與周圍的四個硅原子形成共價鍵后，硼原子的外層電子數(shù)將是價鍵后，硼原子的外層電子數(shù)將是 7 7 ，比穩(wěn)，比穩(wěn)定結(jié)構(gòu)少一個價電子。定結(jié)構(gòu)少一個價電子。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴空穴2. P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體10摻摻硼硼半導(dǎo)體中，半導(dǎo)體中，空穴空穴數(shù)

8、目遠大于數(shù)目遠大于自由電子自由電子數(shù)目。數(shù)目?？昭槎鄶?shù)載流子空穴為多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，這，自由電子是少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體稱為種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體或或P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。一般情況下，摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量一般情況下，摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量可達到少數(shù)載流子的可達到少數(shù)載流子的10101010倍或更多，電子載流倍或更多，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍。子數(shù)目將增加幾十萬倍。不論是不論是N N型還是型還是P P型半導(dǎo)體，都只有一種多數(shù)載型半導(dǎo)體，都只有一種多數(shù)載流子。然而流子。然而整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性的。整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性的。2. P P型半導(dǎo)

9、體型半導(dǎo)體因為載流子帶正電或負(fù)電，原子則相反帶負(fù)因為載流子帶正電或負(fù)電，原子則相反帶負(fù)電或帶正電，整個晶體不帶電。電或帶正電，整個晶體不帶電。117.2 P PN N結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦圆徽撌遣徽撌荘 P型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是N N型半導(dǎo)體，都只能看型半導(dǎo)體，都只能看做是一般的導(dǎo)電材料，不具有半導(dǎo)體器件的做是一般的導(dǎo)電材料，不具有半導(dǎo)體器件的任何特點。任何特點。半導(dǎo)體器件的核心是半導(dǎo)體器件的核心是PNPN結(jié)，是采取一定的工結(jié)，是采取一定的工藝措施在一塊半導(dǎo)體晶片的兩側(cè)分別制成藝措施在一塊半導(dǎo)體晶片的兩側(cè)分別制成P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交型半導(dǎo)體，在

10、兩種半導(dǎo)體的交界面上形成界面上形成PNPN結(jié)。結(jié)。各種各樣的半導(dǎo)體器件都是以各種各樣的半導(dǎo)體器件都是以PNPN結(jié)為核心而結(jié)為核心而制成的，正確認(rèn)識制成的，正確認(rèn)識PNPN結(jié)是了解和運用各種半結(jié)是了解和運用各種半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵所在。導(dǎo)體器件的關(guān)鍵所在。121.PN結(jié)的形成結(jié)的形成PN空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多數(shù)載流子將進多數(shù)載流子將進行行擴散運動擴散運動；耗盡了載流子的交界耗盡了載流子的交界處留下不可移動的離處留下不可移動的離子形成子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)；( (內(nèi)電場內(nèi)電場) )也稱也稱耗盡層耗盡層一塊晶片的兩邊分一塊晶片的兩邊分別為別為P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。內(nèi)電場

11、內(nèi)電場阻礙了多子的繼續(xù)擴散，推動少子的漂移阻礙了多子的繼續(xù)擴散，推動少子的漂移運動，最終達到運動，最終達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)寬度一定，空間電荷區(qū)寬度一定P區(qū)區(qū)空穴多空穴多自由電子少自由電子少N區(qū)區(qū)自由電子多自由電子多空穴少空穴少內(nèi)電場內(nèi)電場13空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)載流子的運動有兩種形式：載流子的運動有兩種形式：擴散擴散 由于載流子濃度梯度引起的載流子從高由于載流子濃度梯度引起的載流子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運動。濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運動。漂移漂移 載流子受電場作用沿電場力方向的運動。載流子受電場作用沿電場力方向的運動。耗盡層中載流子的擴耗盡層中載流子的擴散和漂移運動最后達散和

12、漂移運動最后達到一種動態(tài)平衡，這到一種動態(tài)平衡，這樣的樣的耗盡層耗盡層就是就是PNPN結(jié)結(jié)PNPN結(jié)結(jié)內(nèi)電場的方向內(nèi)電場的方向由由N N區(qū)指向區(qū)指向P P區(qū)。區(qū)。1.PN結(jié)的形成結(jié)的形成142.PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦訮NPN結(jié)未加電壓時，載流子的擴散和漂移運動處結(jié)未加電壓時，載流子的擴散和漂移運動處于動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定。于動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定。1) 1) 加加正向電壓正向電壓將電源的將電源的”+”+”接接P P區(qū)、區(qū)、”-”-”接接N N區(qū)。區(qū)。擴散增強擴散增強PN內(nèi)電場方向外電場方向I變窄變窄+- -下面討論加有外部電壓時的下面討論加有外部電壓時的PN

13、PN結(jié)特性。結(jié)特性。外電場作用外電場作用P P區(qū)空穴進入?yún)^(qū)空穴進入PNNPNNN N區(qū)電子進入?yún)^(qū)電子進入PNPPNPPNPN結(jié)結(jié)內(nèi)正內(nèi)正負(fù)離負(fù)離子被子被抵消抵消PN結(jié)變窄結(jié)變窄電荷易過電阻低電荷易過電阻低內(nèi)電內(nèi)電場弱場弱漂移變?nèi)跗谱內(nèi)醵嘧有纬烧螂娏鳎òǚ较蚨嘧有纬烧螂娏鳎òǚ较蛞恢碌目昭娏骱碗娮与娏鳎┮恢碌目昭娏骱碗娮与娏鳎┩怆娫床粩嗵峁╇姾删S持電流外電源不斷提供電荷維持電流152) 2) 加加反向電壓反向電壓將外電源的正端接將外電源的正端接N N區(qū)、負(fù)端接區(qū)、負(fù)端接P P區(qū)。區(qū)。外電場與內(nèi)電場方向相同，空間電荷區(qū)變寬。擴散運外電場與內(nèi)電場方向相同，空間電荷區(qū)變寬。擴散運動變?nèi)酰?/p>

14、漂移運動增強，參與漂移運動的載流子是少動變?nèi)?，漂移運動增強，參與漂移運動的載流子是少子，反向電流極小。子，反向電流極小。PN內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向外電場方向外電場方向+I0變寬變寬少子是由熱激發(fā)產(chǎn)生的，少子是由熱激發(fā)產(chǎn)生的，即溫度愈高少子的數(shù)量愈即溫度愈高少子的數(shù)量愈多，故溫度對反向電流的多，故溫度對反向電流的影響很大。影響很大。PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即正向?qū)?、反向截止即正向?qū)?、反向截?.PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?67.3 7.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管7.3.1 7.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)將將PNPN結(jié)加上電極引線及外殼，就構(gòu)成了半導(dǎo)體結(jié)加上電極引線及外

15、殼，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。二極管。 PNPN結(jié)是二極管的核心。根據(jù)所用材料結(jié)是二極管的核心。根據(jù)所用材料不同，二極管有硅二極管和鍺二極管兩種。不同，二極管有硅二極管和鍺二極管兩種。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球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)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 符號符號D17既然既然二極管二極管是是由由 PN PN 結(jié)構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)成的，它自然具有著單向?qū)щ娦?。某種它自然具有著單向?qū)щ娦?。某種硅二極管的電流硅二極管的電流- -電壓關(guān)系電壓關(guān)系

16、 ( (伏伏安特性安特性) )可見圖示：可見圖示：由電壓零點分為由電壓零點分為正向區(qū)正向區(qū)和和反向區(qū)反向區(qū)正向：正向：由死區(qū)電壓分為由死區(qū)電壓分為死區(qū)死區(qū)和和導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū) (Si-0.5V Ge-0.2V)(Si-0.5V Ge-0.2V)U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)40200-0.5v:0-0.5v:正壓低正壓低外電場外電場 0.5v:0.5v:正壓高正壓高外電場外電場 內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電內(nèi)電場大大削弱場大大削弱正向電流大正向電流大導(dǎo)通壓降：導(dǎo)通壓降： Si 0.6Si 0.60.8V Ge 0.20.8V Ge 0.20.3V 0.3V 7.3.2 7.

17、3.2 伏安特性伏安特性死區(qū)死區(qū)導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)死區(qū)電壓死區(qū)電壓18截止區(qū)截止區(qū): :負(fù)壓小負(fù)壓小漂移強漂移強( (少子少子)很小很小反向電流反向電流反向飽和電流反向飽和電流U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020反向反向：由擊穿電壓分為由擊穿電壓分為截止區(qū)截止區(qū)和和擊穿區(qū)擊穿區(qū)7.3.2 7.3.2 伏安特性伏安特性擊穿區(qū)擊穿區(qū): :負(fù)壓大負(fù)壓大二極管失去單向?qū)щ姸O管失去單向?qū)щ娦孕該舸舸┓聪驌舸╇娏鞣聪驌舸╇娏鞑豢赡娌豢赡鎿舸┰颍号鲎埠头桥鲎矒舸┰颍号鲎埠头桥鲎才鲎才鲎? :強電場中載流子獲大能量碰撞晶格強電場中載流子獲大能量碰撞晶格價電子彈出，產(chǎn)生電

18、子空穴對價電子彈出，產(chǎn)生電子空穴對即新的載即新的載流子再碰撞晶格流子再碰撞晶格雪崩反應(yīng)，反向電流越雪崩反應(yīng)，反向電流越來越大來越大反向擊穿反向擊穿非碰撞非碰撞: :強電場直接將共價鍵中價電子拉出，強電場直接將共價鍵中價電子拉出，產(chǎn)生電子空穴對產(chǎn)生電子空穴對，形成較大反向電流，形成較大反向電流19二極管的特性不僅可用伏安曲線表示，也可用一些數(shù)二極管的特性不僅可用伏安曲線表示，也可用一些數(shù)據(jù)進行說明這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)。二極管的主據(jù)進行說明這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)。二極管的主要參數(shù)有：要參數(shù)有：1. 1. 最大整流電流最大整流電流I IOM OM 二極管長時間使用所允許通過的最大正向平均電流。

19、2. 2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓U URWM 保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，為反向擊穿電壓的1/2至2/3。3. 3. 反向峰值電流反向峰值電流I IRM 二極管加反向峰值電壓時的反向電流值。該值愈大說明二極管的性能愈差，硅管的此參數(shù)值為微安級以下。7.3.3 7.3.3 主要參數(shù)主要參數(shù)4. 4. 最高工作頻率最高工作頻率fM 二極管能承受的外施電壓的最高頻率。若超過則失去單向?qū)щ娦浴N結(jié)兩側(cè)的空間電荷與電容極板充電時所儲存的電荷類似，稱為結(jié)電容20+- -如圖由如圖由RCRC構(gòu)成微分電路，當(dāng)輸入構(gòu)成微分電路，當(dāng)輸入電壓電壓u ui i為矩形波時，試畫出輸出為矩形波時

20、，試畫出輸出電壓電壓u uo o的波形。的波形。( (設(shè)設(shè)u uc0 c0 =0)=0)uRtouotouitoU7.3.4 7.3.4 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用應(yīng)用：整流、檢波、限幅、應(yīng)用：整流、檢波、限幅、元件保護、開關(guān)元件元件保護、開關(guān)元件a、檢波檢波+- -+- -+ - -CRDRLuiuRuo充電充電+ - -反向不通反向不通=0=0+ - -+ +- + +0-+ +UR=Ui-UCUR=UC放電正向?qū)?17.3.4 7.3.4 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用b、鉗位、隔離鉗位、隔離AB+3V0VR-12VYDADB如圖，如圖，V VA A=+3V=+3V，V VB B=0V=0VR

21、 R接負(fù)電源接負(fù)電源-12V-12V，求，求V VY Y多個二極管導(dǎo)通原則：多個二極管導(dǎo)通原則：設(shè)所有管不通，所有設(shè)所有管不通，所有R R短路，短路，計算計算各管上電壓，誰高計算計算各管上電壓，誰高誰導(dǎo)通。誰導(dǎo)通。導(dǎo)通管有壓降，剩下各管重導(dǎo)通管有壓降，剩下各管重新計算電壓。新計算電壓。大于死區(qū)電壓大于死區(qū)電壓導(dǎo)通，否則截止。導(dǎo)通，否則截止。解：解：UDA=3-（-12）=15V UDB=0-（-12）=12V DA優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， 導(dǎo)通壓降設(shè)為導(dǎo)通壓降設(shè)為0.3V VY=3-0.3=2.7V+ - -+ - -UDB=0-2.7=-2.7V DB反向截止。反向截止。D DA A起鉗位作用，

22、把起鉗位作用，把V VY Y鉗住在鉗住在2.7V2.7VD DB B起隔離作用，隔起隔離作用，隔離輸入離輸入B和輸出和輸出Y227.47.4 穩(wěn)壓管二極管穩(wěn)壓管二極管7.4.1 7.4.1 伏安特性伏安特性穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型二穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型二極管。它在電路中常用作穩(wěn)定電極管。它在電路中常用作穩(wěn)定電壓的作用，故稱為壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管的圖形符號：穩(wěn)壓管的圖形符號：U(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-1030-12反向正向穩(wěn)壓管的伏安特性曲線穩(wěn)壓管的伏安特性曲線與普通二極管類似，只與普通二極管類似，只是反向曲線更陡一些。是反向曲線更陡一

23、些。237.4.1 7.4.1 伏安特性伏安特性U(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-1030-12反向正向穩(wěn)壓管工作于穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū)，常見電路如下。常見電路如下。U iRU oR L在電路中穩(wěn)壓管是在電路中穩(wěn)壓管是反向聯(lián)接反向聯(lián)接的。的。當(dāng)當(dāng)U i大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時，穩(wěn)大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時，穩(wěn)壓管被擊穿（可逆），電流將增大，壓管被擊穿（可逆），電流將增大，電阻電阻R兩端的電壓增大，在一定的兩端的電壓增大，在一定的電流范圍內(nèi)穩(wěn)壓管兩端的電壓基本電流范圍內(nèi)穩(wěn)壓管兩端的電壓基本不變，輸出電壓不變，輸出電壓U o等于等于U z 。241 1、穩(wěn)定電壓、

24、穩(wěn)定電壓UzUz 指穩(wěn)壓管正常工作時的端電壓穩(wěn)壓管正常工作時的端電壓。 同一型號穩(wěn)壓管UZ也不一定相等。2 2、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流I IZ Z 正常工作的參考電流值正常工作的參考電流值。 每種型號穩(wěn)壓管都規(guī)定有一個最大穩(wěn)定電流IZM，超過它，易發(fā)生熱擊穿（不可逆），穩(wěn)壓管損毀,IZIZM。U(V)0I (mA)反向正向UZIZ7.4.2 7.4.2 主要參數(shù)主要參數(shù)253 3、電壓溫度系數(shù)、電壓溫度系數(shù) U U說明穩(wěn)壓值受溫度影響的參數(shù)。如：穩(wěn)壓管2CW18的電壓溫度系數(shù)為0.095% / C 假如在20 C時的穩(wěn)壓值為11V，當(dāng)溫度升高到50 C時的穩(wěn)壓值將為V3 .1111)2050(10

25、0095. 011特別說明：特別說明：穩(wěn)壓管的電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù)有正負(fù)之別。0V6UV6U0V6UUZUZUZ很小因此選用6V左右的穩(wěn)壓管，具有較好的溫度穩(wěn)定性。7.4.2 7.4.2 主要參數(shù)主要參數(shù)264 4、動態(tài)電阻、動態(tài)電阻r rZ Z 穩(wěn)壓管子端電壓和通過其電流的變化量之穩(wěn)壓管子端電壓和通過其電流的變化量之比。比。穩(wěn)壓管的反向伏安特性曲線越陡，則動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓效果越好。U(V)0I (mA)反向正向UZIZZZZIUr IZmIZUZ5 5、最大允許耗散功耗、最大允許耗散功耗P PZMZM 保證穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最保證穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。大功率損耗。其值為穩(wěn)

26、定電壓和允許的最大電流乘積ZMZZMIUP7.4.2 7.4.2 主要參數(shù)主要參數(shù)27例例如圖，通過穩(wěn)壓管的電流如圖，通過穩(wěn)壓管的電流I IZ Z等于多少？等于多少？解：解：UR=20-12=8VIZ=IR=8/1.6=5mA18mA若若R1=12k，I1=? IZ=？R1=12kI1=？I1=UZ/R1=12/12=1mAIZ=IR-I1=5-1=4mA+20VIZR=1.6kUz=12VIZM=18mA+DZ-IR287.5 雙極型雙極型晶體管晶體管7.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管( (晶體管晶體管) )是最重要的一種半導(dǎo)體是最重要的一種半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電

27、路中。器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。晶體管最常見的結(jié)構(gòu)有晶體管最常見的結(jié)構(gòu)有平面型平面型和和合金型合金型兩種。兩種。平面型都是硅管、合金型主要是鍺管。平面型都是硅管、合金型主要是鍺管。它們都它們都具有具有NPNNPN或或PNPPNP的的三層兩結(jié)三層兩結(jié)的結(jié)構(gòu)，因而又有的結(jié)構(gòu)，因而又有NPNNPN和和PNPPNP兩類晶體管。兩類晶體管。其其三層三層分別稱為分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并引并引出出發(fā)射極發(fā)射極(E)(E)、基極、基極(B)(B)和集電極和集電極(C)(C)三個電極。三個電極。三層之間的兩個三層之間的兩個PNPN結(jié)結(jié)分別稱為分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。發(fā)射結(jié)和集電

28、結(jié)。29N型硅型硅P型N型二氧化硅保護膜CBE平面型結(jié)構(gòu)平面型結(jié)構(gòu)N型鍺銦球銦球P型P型CEB合金型結(jié)構(gòu)合金型結(jié)構(gòu)NNP集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū)CBENPP集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)CBEBECBEC7.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)可以互換嗎？可以互換嗎？雜質(zhì)多雜質(zhì)多尺寸大尺寸大+ +- - -+ +301、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子內(nèi)部載流子運動規(guī)律內(nèi)部載流子運動規(guī)律發(fā)射結(jié)處于正向偏置，摻雜濃度較發(fā)射結(jié)處于正向偏置，摻雜濃度較高的發(fā)射區(qū)向基區(qū)進行多子擴散。高的發(fā)射區(qū)向基區(qū)進行多子擴散。放大作用的內(nèi)部條件：放大作用的內(nèi)部條

29、件：基區(qū)很薄且摻雜濃度很低?；鶇^(qū)很薄且摻雜濃度很低。2、電子在基區(qū)的擴散和復(fù)合電子在基區(qū)的擴散和復(fù)合基區(qū)厚度很小，電子在基區(qū)繼續(xù)向基區(qū)厚度很小，電子在基區(qū)繼續(xù)向集電結(jié)擴散。（但有少部分與空穴集電結(jié)擴散。（但有少部分與空穴復(fù)合而形成復(fù)合而形成I IBE BE I IB B）7.5.2 電流放大作用電流放大作用BECNNPEBRBECIEIBEICEICIBICBO要使晶體管起放大作用，要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置、集電結(jié)發(fā)射結(jié)必須正向偏置、集電結(jié) 必須反向偏置必須反向偏置具有放大作用的外部條件具有放大作用的外部條件。313 3、集電區(qū)收集擴散電子集電區(qū)收集擴散電子集電結(jié)為反向偏置使集

30、電結(jié)為反向偏置使內(nèi)電場內(nèi)電場增強，對從基區(qū)擴散進入集電結(jié)的電增強，對從基區(qū)擴散進入集電結(jié)的電子進行加速，收集電子到集電區(qū)，形成集電極電流子進行加速，收集電子到集電區(qū)，形成集電極電流(I(ICE CE I IC C) )。由電流分配關(guān)系示意圖可知由電流分配關(guān)系示意圖可知發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電流流I IE E將分成兩部分將分成兩部分I ICECE和和I IBEBE，它們的比值為它們的比值為BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII它表示晶體管的電流放大它表示晶體管的電流放大能力，稱為電流放大系數(shù)能力，稱為電流放大系數(shù)7.5.2 電流放大作用電流放大作用少子運動少子運動形

31、成形成反向反向截止電流截止電流BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIB32在晶體管中，不僅在晶體管中，不僅I IC C比比I IB B大很多；當(dāng)大很多；當(dāng)I IB B有微小有微小變化時還會引起變化時還會引起I IC C的較大變化。的較大變化。根據(jù)晶體管放大的外部條件，發(fā)射結(jié)必須正根據(jù)晶體管放大的外部條件，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。則向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。則對于對于NPNNPN型晶體管型晶體管0BEU0CEU且BECEUU對于對于PNPPNP型晶體管型晶體管0BEU0CEU且BECEUU7.5.2 電流放大作用電流放大作用BEC+ +- -BEC- -+ +3

32、37.5.3 特性曲線特性曲線最常用的是共發(fā)射極接法的最常用的是共發(fā)射極接法的輸入特性曲線輸入特性曲線和和輸輸出特性曲線，出特性曲線，實驗測繪是得到特性曲線的方法實驗測繪是得到特性曲線的方法之一。特性曲線的之一。特性曲線的測量電路測量電路見右圖。見右圖。AVmAVECRBIBUCEUBEICEB用晶體管特性圖示用晶體管特性圖示儀也可直接測量及儀也可直接測量及顯示晶體管的各個顯示晶體管的各個特性曲線。特性曲線。晶體管的特性曲線是表示一只晶體管各電極晶體管的特性曲線是表示一只晶體管各電極電壓與電流之間關(guān)系的曲線。是應(yīng)用晶體管電壓與電流之間關(guān)系的曲線。是應(yīng)用晶體管和分析放大電路的重要依據(jù)。和分析放大

33、電路的重要依據(jù)。341. 輸入特性曲線輸入特性曲線輸入特性曲線輸入特性曲線當(dāng)當(dāng)U UCECE為常數(shù)時的為常數(shù)時的I IB B與與U UBEBE之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V3DG6的輸入特性曲線對硅管來說，當(dāng)對硅管來說，當(dāng) U UCE CE 1V1V時，集電結(jié)已處時，集電結(jié)已處于反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置所形成電流于反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置所形成電流的絕大部分將形成集電極電流，的絕大部分將形成集電極電流， UCE 1V后，輸入特性曲線基本重合，只畫一條。后，輸入特性曲線基本重合，只畫一條。但但I IB B與與U UBEBE的關(guān)系依然與的關(guān)系依然與PNPN結(jié)的正向類似。結(jié)的正向類似。( (當(dāng)當(dāng)U UCECE更小，更小， I IB B才會明顯增加才會明顯增加) )硅管的死區(qū)電壓為硅管的死區(qū)電壓為0.5V0.5V，鍺管的死區(qū)電壓不超過鍺管的死區(qū)電壓不超過0.2V0.2V。放大狀態(tài)放大狀態(tài) 硅硅NPNNPN管管U UBEBE=0.6=0.60.7V0.7V導(dǎo)通壓降：導(dǎo)通壓降： 鍺鍺PNPPNP管管U UBE BE = -0.2= -0.2-0.3V-0.3V( (參見右圖參見右圖