二極管三極管場(chǎng)效應(yīng)管課件

1、第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、PN結(jié)的原理和二極管的等效電路。2、半導(dǎo)體內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3、晶體二極管、晶體三極管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型場(chǎng)應(yīng)管的工作原理和特性曲線。11.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 本征半導(dǎo)體根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體。2. 絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物體。 23. 半導(dǎo)體 半導(dǎo)體是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。在一定條件下可導(dǎo)電。 半導(dǎo)體的電阻率為10-3109 cm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體特點(diǎn)： 1) 在外界能源的作用下，導(dǎo)電性

2、能顯著變 化。光敏元件、熱敏元件屬于此類。 2) 在純凈半導(dǎo)體內(nèi)摻入雜質(zhì)，導(dǎo)電性能顯 著增加。二極管、三極管屬于此類。31.1.2 本征半導(dǎo)體1. 本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。電子技術(shù)中用的最多的是硅和鍺。硅和鍺都是4價(jià)元素，它們的外層電子都是4個(gè)。其簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如下圖：鍺硅電子外層電子受原子核的束縛力最小，成為價(jià)電子。物質(zhì)的性質(zhì)是由價(jià)電子決定的 。42.本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 本征晶體中各原子之間靠得很近，使原分屬于各原子的四個(gè)價(jià)電子同時(shí)受到相鄰原子的吸引，分別與周圍的四個(gè)原子

3、的價(jià)電子形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。如下圖所示： 硅晶體的空間排列 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖5共價(jià)鍵性質(zhì) 共價(jià)鍵上的兩個(gè)電子是由相鄰原子各用一個(gè)電子組成的，這兩個(gè)電子被成為束縛電子。 束縛電子同時(shí)受兩個(gè)原子的約束，如果沒(méi)有足夠的能量，不易脫離軌道。 因此，在絕對(duì)溫度T=0K（-273 C）時(shí)，由于共價(jià)鍵中的電子被束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有自由電子，不導(dǎo)電。只有在激發(fā)下，本征半導(dǎo)體才能導(dǎo)電。63. 電子與空穴+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子共價(jià)鍵 當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)，導(dǎo)體中沒(méi)有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，

4、有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。 這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。7電子與空穴 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴。8電子與空穴的復(fù)合 可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合，如圖所示。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。本征激發(fā)和復(fù)合的過(guò)程（動(dòng)畫）9空穴的移動(dòng)由于共價(jià)鍵中出現(xiàn)了空穴，在外加能源的激發(fā)下，鄰近的價(jià)電子有可能掙脫束縛補(bǔ)到這個(gè)空位上，而這個(gè)電子原來(lái)的位置又出

5、現(xiàn)了空穴，其它電子又有可能轉(zhuǎn)移到該位置上。這樣一來(lái)在共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了電荷遷移電流?？昭ㄔ诰w中的移動(dòng)（動(dòng)畫）電流的方向與電子移動(dòng)的方向相反，與空穴移動(dòng)的方向相同。本征半導(dǎo)體中，產(chǎn)生電流的根本原因是由于共價(jià)鍵中出現(xiàn)了空穴。由于空穴數(shù)量有限，所以其電阻率很大。101.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。(1) N型半導(dǎo)體(2) P型半導(dǎo)體111. N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷可形成 N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)

6、半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。自由電子 在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；另外，硅晶體由于熱激發(fā)會(huì)產(chǎn)生少量的電子空穴對(duì)，所以空穴是少數(shù)載流子。12N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因失去一個(gè)電子而帶單位正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。磷原子核自由電子所以，N型半導(dǎo)體中的導(dǎo)電粒子有兩種： 自由電子多數(shù)載流子（由兩部分組成） 空穴少數(shù)載流子132. P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。 因三價(jià)雜質(zhì)原

7、子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子因受激發(fā)獲得能量時(shí)，就可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，而產(chǎn)生新的空穴。空穴是其主要載流子。 14P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 在P型半導(dǎo)體中，硼原子很容易由于俘獲一個(gè)電子而成為一個(gè)帶單位負(fù)電荷的負(fù)離子，三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。 而硅原子的共價(jià)鍵由于失去一個(gè)電子而形成空穴。所以P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。硼原子核空穴P型半導(dǎo)體中：空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成； 電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。15本節(jié)中的有關(guān)概念 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 自由電子、空穴 N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)162

8、.2 PN結(jié)及其特性 PN結(jié)的形成 PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的電容效應(yīng)17PN結(jié)的形成當(dāng)擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場(chǎng)電位就相對(duì)穩(wěn)定下來(lái)。此時(shí)，有多少個(gè)多子擴(kuò)散到對(duì)方，就有多少個(gè)少子從對(duì)方飄移過(guò)來(lái)，二者產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反。因此，在相對(duì)平衡時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的電流為0。內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)耗盡層電子空穴P區(qū)N區(qū)18PN結(jié)的形成 對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。由于耗盡層的存在，PN結(jié)的電阻很大。 PN結(jié)的形成過(guò)程（動(dòng)畫）PN結(jié)的形成過(guò)程中的兩種運(yùn)動(dòng)： 多數(shù)載流子擴(kuò)散 少數(shù)載流子飄移19PN結(jié)的

9、單向?qū)щ娦?PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝腜區(qū)流到N區(qū)， PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。如果外加電壓使PN結(jié)中： P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏； P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。 20 (1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是,內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況（動(dòng)畫）內(nèi)電場(chǎng)方向PN結(jié)的伏安特性 低電阻 大的正向擴(kuò)散電流21 (2) PN結(jié)

10、加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況（動(dòng)畫）內(nèi)電場(chǎng)方向PN結(jié)的伏安特性 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。 高電阻 很小的反向漂移電流22（3） PN結(jié)的伏安特性 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移

11、電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?33. PN結(jié)方程 根據(jù)理論分析，PN結(jié)兩端的電壓V與流過(guò)PN結(jié)的電流I之間的關(guān)系為：其中：IS為PN結(jié)的反向飽和電流；UT稱為溫度電壓當(dāng)量，在溫度為300K(27C)時(shí)，UT約為26mV；所以上式常寫為：24PN結(jié)方程PN結(jié)正偏時(shí)，如果V VT 幾倍以上，上式可改寫為：即I隨V按指數(shù)規(guī)律變化。PN結(jié)反偏時(shí)，如果V VT幾倍以上，上式可改寫為： 其中負(fù)號(hào)表示為反向。254. PN結(jié)的擊穿特性 如圖所示，當(dāng)加在PN結(jié)上的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大，PN結(jié)產(chǎn)生電擊穿這就是PN結(jié)的擊穿特性。 發(fā)生擊穿時(shí)的反偏電壓稱為PN結(jié)的反向擊穿

12、電壓VBR。PN結(jié)被擊穿后，PN結(jié)上的壓降高，電流大，功率大。當(dāng)PN結(jié)上的功耗使PN結(jié)發(fā)熱，并超過(guò)它的耗散功率時(shí)，PN結(jié)將發(fā)生熱擊穿。這時(shí)PN結(jié)的電流和溫度之間出現(xiàn)惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致PN結(jié)燒毀。熱擊穿不可逆 雪崩擊穿 齊納擊穿 電擊穿可逆265 . PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)除了具有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應(yīng)。按產(chǎn)生電容的原因可分為： 勢(shì)壘電容CB ， 擴(kuò)散電容CD 。27(1) 勢(shì)壘電容CB 勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢(shì)壘電容的示意圖如下圖。勢(shì)壘電容示

13、意圖28(2) 擴(kuò)散電容CD 擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。 擴(kuò)散電容示意圖反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖所示。29擴(kuò)散電容CD當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程。勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。 擴(kuò)散電容示意圖PN結(jié)在反偏時(shí)主要考慮勢(shì)壘電容。PN結(jié)在正偏

14、時(shí)主要考慮擴(kuò)散電容。301.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)類型 在PN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)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。(1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)示意圖31二極管的結(jié)構(gòu)平面型(3) 平面型二極管 往往用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。面接觸型321.2.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如圖所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的

15、是反向伏安特性曲線。33二極管的伏安特性曲線根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示 式中IS 為反向飽和電流，V 為二極管兩端的電壓降，VT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q 為電子電荷量，T 為熱力學(xué)溫度。對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300 K），則有VT=26 mV。34 硅二極管的開啟電壓Von=0.5 V左右， 鍺二極管的開啟電壓Von=0.1 V左右。 當(dāng)0VVon時(shí)，正向電流為零，Von稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。當(dāng)V0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當(dāng)VVon時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。(1) 正向特性35 當(dāng)V0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分

16、兩個(gè)區(qū)域： 當(dāng)VBRV0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS 。 當(dāng)VVBR時(shí)，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓 。(2) 反向特性36反向特性 在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。 硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很?。绘N二極管的反向擊穿特性比較軟，過(guò)渡比較圓滑，反向飽和電流較大。 從擊穿的機(jī)理上看，硅二極管若|VBR|7V時(shí),主要是雪崩擊穿；若|VBR|4V時(shí), 則主要是齊納擊穿。當(dāng)在4V7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點(diǎn)。372.3.4 半導(dǎo)體二極管的溫度特性 溫度對(duì)二極管的性能有較大的影響，溫

17、度升高時(shí)，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加8，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12，反向電流大約增加一倍。近似認(rèn)為二極管管溫度每增加10，反向電流大約增加一倍 另外，溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將減小，每增加1，正向壓降大約減小2mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。這些可以從所示二極管的伏安特性曲線上看出。381.2.3 半導(dǎo)體二極管的參數(shù) 半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓UBR、最大反向工作電壓UR、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結(jié)電容Cj等。幾個(gè)主要的參數(shù)介紹如下： (1) 最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流電流的平均值。(

18、2) 反向擊穿電壓UBR和最大反向工作電壓UR 二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。 為安全計(jì)，在實(shí)際工作時(shí)，最大反向工作電壓UR一般只按反向擊穿電壓UBR的一半計(jì)算。39半導(dǎo)體二極管的參數(shù) (3) 反向電流IR : 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA;10-9A)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。 (4) 正向壓降UF：在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.60.8V；鍺二極管約0.20.3V。(5) 動(dòng)態(tài)電阻rd：反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯

19、然， rd與工作電流的大小有關(guān)，即 rd =VF /IF402.3.6 二極管電路及其分析方法 簡(jiǎn)單的二極管電路如圖所示，由二極管、電阻和電壓源組成，其分析方法一般有兩種： 圖解法、模型法（等效電路法）。41IOVBRIS1. 圖解法圖示電路可分為A、B兩部分。A部分的電壓與電流關(guān)系：VD=V - IR B部分的電壓與電流關(guān)系就是二極管的伏安特性。在二極管的伏安特性上畫出VD=V - IR ，如圖所示：(V,0)RV(0, )QIDVD最后得出二極管兩端的電壓VD和流過(guò)二極管的電流I，如圖所示。422. 模型分析法(1) 二極管的大信號(hào)模型：根據(jù)二極管伏安特性，可把它分成導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。如

20、圖所示，VD0.7V 導(dǎo)通VD0.2V 導(dǎo)通這就是二極管的大信號(hào)模型。硅管鍺管43大信號(hào)模型所以二極管導(dǎo)通時(shí)，其上的電壓和流過(guò)它的電流可表示為：一般硅二極管正向?qū)▔航禐?.6V0.8V 鍺二極管正向?qū)▔航禐?.1V0.3V以0.7或0.2計(jì)算將引入10%的誤差。但如果V足夠大，則VD實(shí)際引入的誤差并不大。硅管鍺管如果V 0.7V(0.3V):44理想模型IDO0.7V理想二極管大信號(hào)模型0.7V451.2.4 二極管及二極管特性的折線近似一、理想二極管特性u(píng)DiD符號(hào)及等效模型SS正偏導(dǎo)通，uD = 0；反偏截止， iD = 0 U(BR) = 二、二極管的恒壓降模型uDiDUD(on)u

21、D = UD(on)0.7 V (Si)0.2 V (Ge)UD(on)三、二極管的折線近似模型uDiDUD(on)UI斜率1/ rDrDUD(on)46小信號(hào)模型(2) 二極管的小信號(hào)模型：從二極管伏安特性上看出，二極管導(dǎo)通后，其電壓變化量與電流變化量之比近似于常數(shù)：此時(shí)的二極管相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，其阻值是正向特性曲線在工作點(diǎn)上的斜率的倒數(shù)，如圖所示。472.3.7 二極管基本應(yīng)用1.利用伏安特性的非線性構(gòu)成（限幅電路）例1：如圖所示：D1D2vivovovi48二極管基本應(yīng)用|vi |0.7V時(shí)， D1、D2中有一個(gè)導(dǎo)通，所以vo =0.7V例2：如圖所示：voviD2D1vovi49二極

22、管基本應(yīng)用2. 利用單向?qū)щ娦詷?gòu)成整流和開關(guān)電路不管輸入信號(hào)處于正或負(fù)半周，負(fù)載上得到的都是正向電壓。全波整流電路：vivo D3D4D2D1vivo502.4 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號(hào)和典型應(yīng)用電路如圖所示。符號(hào)應(yīng)用電路伏安特性512.4.1 穩(wěn)壓二極管參數(shù) 從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。 (1) 穩(wěn)定電壓VZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所 對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 (2) 動(dòng)態(tài)電阻rZ 其概念與一般二極管的動(dòng)態(tài)電阻相同，只不過(guò)穩(wěn)壓二極管的

23、動(dòng)態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ =VZ /IZ(3)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ。溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)VZ 7 V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當(dāng)VZ4 V時(shí)， VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當(dāng)4 VVZ 7 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。52穩(wěn)壓二極管參數(shù) (4) 最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí)PN結(jié)的功率損耗為 PZ= VZ IZ，由 PZM和VZ可以決定IZmax。 (5) 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最

24、小穩(wěn)定工作電流IZmin 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而Izmin對(duì)應(yīng)VZmin。 若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。532.4.2 穩(wěn)壓管應(yīng)用穩(wěn)壓管正常工作的兩個(gè)條件：a. 必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）；b. 流過(guò)管子的電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。典型應(yīng)用如圖所示：當(dāng)輸入電壓vi和負(fù)載電阻RL在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓Vz變化很小，即輸出電壓vo基本穩(wěn)定。問(wèn)題：不加R可以嗎？ 穩(wěn)壓條件是什么？ 電阻R的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)該電阻上電壓降

25、的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。54穩(wěn)壓管應(yīng)用如果輸入電壓Vi （ Vi VZ）確定，穩(wěn)壓管處于穩(wěn)壓狀態(tài)。 負(fù)載電阻RL太大，IL減小，IZ增大，只要IZ IZmin，穩(wěn)壓管仍能正常工作。551.3雙極型半導(dǎo)體三極管1.3.1 晶體三極管1.3.2 晶體三極管的特性曲線1.3.3 晶體三極管的主要參數(shù)56(Semiconductor Transistor)1.3.1 晶體三極管一、結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類NNP發(fā)射極 E基極 B集電極 C發(fā)射結(jié)集電結(jié) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型PPNEBCPNP 型分類：按材料分： 硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分： N

26、PN、 PNP按使用頻率分： 低頻管、高頻管按功率分：小功率管 1 WECBECB57二、電流放大原理1. 三極管放大的條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2. 滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極實(shí)現(xiàn)電路uiuoRBRCuouiRCRE583. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子， 形成發(fā)射極電流 IE。I CN多數(shù)向 BC 結(jié)方向擴(kuò)散形成 ICN。IE少數(shù)與空穴復(fù)合，形成 IBN 。I BN基區(qū)空穴來(lái)源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN

27、IB + ICBO即：IB = IBN ICBO 3) 集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的載流子形成集電極電流 ICICI C = ICN + ICBO 2)電子到達(dá)基區(qū)后三極管內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)594. 三極管的電流分配關(guān)系當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOIE = IC + IB穿透電流601.3.2 晶體三極管的特性曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+iBRB+uBEVBB+O特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移(因集電結(jié)開始

28、吸引電子)導(dǎo)通電壓 UBE(on)硅管： (0.6 0.8) V鍺管： (0.2 0.3) V取 0.7 V取 0.2 VVBB+RB61二、輸出特性iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0條件：兩個(gè)結(jié)反偏2. 放大區(qū)：3. 飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u BE 0條件：兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：IC IB臨界飽和時(shí)： uCE = uBE深度飽和時(shí)：0.3 V (硅管)UCE(SAT)=0.1 V (鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏特點(diǎn)：水平、等間隔ICEO輸

29、出 特 性62三、溫度對(duì)特性曲線的影響1. 溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。2. 溫度升高，輸出特性曲線向上移。OT1T2 iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高 1C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。O631.3.3 晶體三極管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)1. 共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流電流放大系數(shù) 交流電流放大系數(shù)一般為幾十 幾百2. 共基極電流放大系數(shù) 1 一般在 0.98 以上。 Q二、極間反向飽和電流CB 極間反向飽和電流 ICBO，CE 極間反向飽和電流 ICEO。64三、極限參數(shù)1. ICM 集電極最大允許電流，超過(guò)時(shí) 值明顯降低。U(BR)CBO 發(fā)射極開路時(shí) C、B 極間反向擊穿電壓。2. PCM