二極管和三極管

1、二極管和三極管第1頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。 有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第2頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。比如：熱敏性、光敏性、摻雜性。當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。第3頁，共46頁，2022年，5月

2、20日，8點(diǎn)9分，星期日本征半導(dǎo)體在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個原子與其相鄰的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。第4頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。第5頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅原子價電子+4+4+4+4空穴自由電子

3、價電子掙脫原子核的束縛形成電子空穴對的過程叫激發(fā)。第6頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日空穴的移動半導(dǎo)體中的電流:自由電子電流和空穴電流。第7頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日+4+4+414.1.2 P半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體1. N 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中 摻入少量的五價元 素,如磷。磷原子+4正離子自由電子靠自由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱N型半導(dǎo)體。自由電子的總數(shù)大于空穴，自由電子為多數(shù)載流子，簡稱多子，空穴為少數(shù)載流子，稱為少子。+5第8頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日 N 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)中,電子

4、是多數(shù)載流子, 空穴是少數(shù)載流子。第9頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日+4+4+42. P 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中 摻入少量的三價元 素,如硼。硼原子+4負(fù)離子空穴靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱P型半導(dǎo)體?？昭ǖ目倲?shù)大于自由電子，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少子。+3第10頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日 P 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負(fù)離子空穴是多數(shù)載流子第11頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體第12頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日P 型N 型14.2 PN 結(jié)P

5、N結(jié)內(nèi)電場方向1. PN 結(jié)的形成多數(shù)載流子少數(shù)載流子內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動，加強(qiáng)少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動。在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。第13頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日多子擴(kuò)散少子漂移內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)P 區(qū)N 區(qū)在一定的條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡， 空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。 第14頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日PN結(jié)的形成第15頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日內(nèi)電場方向外電場方向RI14.2.2 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?

6、. 外加正向電壓P 型N 型PN結(jié)PN結(jié)變薄，擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)，形成較大的正向電流 I。PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為正向?qū)?，其特點(diǎn)：PN結(jié)正向電流大，PN結(jié)電阻小。E第16頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日第17頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日內(nèi)電場方向外電場方向RI 02. 外加反向電壓P 型N 型PN結(jié)PN結(jié)變厚，漂移運(yùn)動增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動難以進(jìn)行，反 向電流很小 I。PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為反向截止，其特點(diǎn)：PN結(jié)反向電流小，PN結(jié)電阻大。E第18頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日第19頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日14

7、.2.3 PN結(jié)電容PN結(jié)電容勢壘電容 擴(kuò)散電容 1. 勢壘電容 PN結(jié)中空間電荷的數(shù)量隨外加電壓變化所形成的電容稱為勢壘電容，用 Cb 來表示。勢壘電容不是常數(shù)，與PN結(jié)的面積、空間電荷區(qū)的寬度和外加電壓的大小有關(guān)。 載流子在擴(kuò)散過程中積累的電荷量隨外加電壓變化所形成的電容稱為擴(kuò)散電容，用 Cd 與來示。 PN正偏時，擴(kuò)散電容較大，反偏時，擴(kuò)散電容可以忽略不計。2. 擴(kuò)散電容 第20頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日1.點(diǎn)接觸型二極管14.3.1 基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)面積、結(jié)電容小，可通過小電流。用于高頻電路及小電流整流電路。14.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管是在一個PN結(jié)兩側(cè)

8、加上電極引線而做成的+PN陽極 陰極二極管的符號2.面接觸型二極管PN結(jié)面積、結(jié)電容大，可通過大電流。用于低頻電路及大電流整流電路。第21頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日 正極引線觸絲N型鍺支架外殼負(fù)極引線點(diǎn)接觸型二極管二極管的符號正極負(fù)極 正極引線二氧化硅保護(hù)層P型區(qū)負(fù)極引線 面接觸型二極管N型硅PN結(jié)PN結(jié)第22頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日半導(dǎo)體二極管圖片第23頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I / mAU / V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性14.3.2

9、 二極管的伏安特性I / mAU / V0.40.8-40-802460.10.2鍺管的伏安特性正向特性反向特性反向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管鍺管0.50.1正向電壓 0.6-0.70.2-0.3反向電流 小 幾微安大 幾百微安受溫度影響 小大第24頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I / mAU / V反向擊穿特性二極管的伏安特性正向電壓二極管的近似和理想伏安特性I / mAU / V014.3.3 二極管的主要參數(shù)1. 最大整流電流IOM2. 反向工作峰值電壓URM3. 反向峰值電流IRMURM長時間使用時允

10、許通過的最大正向電流平均值UF第25頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日 例1：下圖中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB為鍺管，求輸出端Y的電位并說明二極管的作用。 解： DA優(yōu)先導(dǎo)通，則VY=30.3=2.7VDA導(dǎo)通后, DB因反偏而截止,起隔離作用, DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V。 DA 12VYABDBR 二極管的應(yīng)用范圍很廣,它可用在整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。 第26頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日二極管鉗位電路DE3VRuiuouRuD例2：下圖中D為理想二極管, ui = 6 Sin

11、 tV, E= 3V,畫出 uo波形。 t t ui / Vuo /V6330022解：uiuD=3ui3uo=3V時D導(dǎo)通ui 0UBC VB VE對于PNP型三極管應(yīng)滿足: UEB 0UCB 0即 VC VB IB同樣有: IC IB所以說三極管具有電流控制作用,也稱之為電流放大作用。RBEBECRCIC UCECEBIBUBE電流關(guān)系：IE=IB+ICIE電流放大作用體現(xiàn)了基極電流IB對集電極電流IC的控制作用。第37頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日共發(fā)射極接法放大電路（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應(yīng)滿足: UBE 0、 UBC VB

12、 VE且IC= IB對于PNP型三極管應(yīng)滿足: UBE 0即 VC VB VE且IC= IBRBEBECRCIC UCECEBIBUBE輸出回路輸入回路公共端1. 放大狀態(tài)條件特征14.5.3 三極管的特性曲線IE（一）三極管的工作狀態(tài)第38頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日2. 飽和狀態(tài) 集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反向偏置，即UBE 0 （1） IB增加時，IC基本不變， 且IC UC / RC （2） UCE 0 晶體管C、E之間相當(dāng)于短路3. 截止?fàn)顟B(tài)即UCE UBE （1） IB=0、 IC 0（2） UCE EC（3） 晶體管C、E之間相當(dāng)于開路共發(fā)射極接法放大電路條件特征

13、（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)正向偏置。條件特征RBEBECRCIC UCECEBIBUBEIE第39頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日1. 三極管的輸入特性IBUBEOUCE 1VIB = f ( UBE )UC E = 常數(shù)（二）三極管的特性曲線死區(qū)電壓溫度增加時，由于熱激發(fā)形成的載流子增多，在同樣的UBE下，基極電流增加。輸入特性曲線左移。25C75CRBEBECRCIC UCECEBIBUBEIE第40頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日2. 三極管的輸出特性 RBEBECRCIC UCECEBIBUBE第41頁，共46頁，2022年，5月20

14、日，8點(diǎn)9分，星期日UCE /VIB =40AIB =60AoICIB增加IB減小IB = 20AIB = 常數(shù)IC = f ( UCE )第42頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日IC / mAUCE /V0放大區(qū)三極管輸出特性上的三個工作區(qū) IB = 0 A20A40 A截止區(qū)飽和區(qū)60 A80 A第43頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日（三） 三極管的主要參數(shù) 1.電流放大系數(shù) 直流電流放大系數(shù) IB = IC 交流電流放大系數(shù) = IC IB2.穿透電流 ICEO 3.集電極最大允許電流 ICM4.集-射反向擊穿電壓 U (BR)CEO5.集電極最大允許耗散功率 PCM 極限參數(shù)使用時不允許超過ECRCCEBICE0由少數(shù)載流子形成，其值受溫度影響很大，因此越小越好。值下降到正常值的2/3所對應(yīng)的集電極電流基極開路，集、射極之間最大允許電壓。溫度增加時其值減小。= UCE IC第44頁，共46頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)9分，星期日UCE /VIB =40A60