第一節(jié)二極管和三極管

電子技術(shù)潞礦二中劉兆鵬什么是電子技術(shù)？電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運用電子器件設(shè)計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括Analog(模擬)電子技術(shù)和Digital(數(shù)字)電子技術(shù)。電子技術(shù)是對電子信號進行處理的技術(shù)，處理的方式主要有：信號的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。電子技術(shù)基礎(chǔ)常用半導(dǎo)體二極管和三極管基本放大電路直流穩(wěn)壓電源集成運算放大器晶閘管整流電路集成邏輯門電路集成觸發(fā)器二極管二極管晶體二極管也稱半導(dǎo)體二極管，它是在PN結(jié)上加相應(yīng)的接觸電極、引線和管殼封裝而成的。電路符號如下：二極管的分類按使用的材料分：鍺、硅按用途分：普通、整流、檢波、穩(wěn)壓等按結(jié)構(gòu)不同分：點接觸型、面接觸型和平面型。點接觸型二極管：適用于工作電流小、工作頻率較高的場合。面接觸型二極管：適用于工作電流較大、工作頻率較低的場合。平面型二極管：適用與工作電流大、功率大、工作頻率低的場合。二極管的伏安特性二極管由一個PN結(jié)構(gòu)成，主要特性就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，通常用它的伏安特性來表示。二極管的伏安特性：I、U的關(guān)系曲線。1、正向特性2、反向特性特性曲線二極管外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力，PN結(jié)仍處于截止狀態(tài)。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。導(dǎo)通電壓:導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.6～0.8V（一般取0.7v），鍺管約為0.1～0.3V（一般取0.2v）。溫度上升，死區(qū)電壓和正向壓降均相應(yīng)降低。正向特性反向特性外加反向電壓時，PN結(jié)處于截止狀態(tài)，反向電流很??；反向電流有兩個特點：一是隨溫度上升增長很快；二是反向電壓在一定范圍內(nèi)，反向電流基本維持一定大小，與反向電壓的數(shù)值幾乎無關(guān)，因此稱其為反向飽和電流。反向電壓增加到一定數(shù)值之后時，反向電流會突然增加，二極管失去單向?qū)щ娦?，這種現(xiàn)象稱為擊穿，產(chǎn)生擊穿時的電壓叫做反向擊穿電壓。顯然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻元件。二極管的參數(shù)二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可以用一些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)，在工程上必須根據(jù)二極管的參數(shù)，合理的選擇和使用管子，才能充分發(fā)揮每個管子的作用。二極管的參數(shù)最大整流電流IDM：二極管長期工作時，允許通過的最大正向平均電流。最高反向電壓URM：是保證二極管不被擊穿而給出的最高反向工作電壓，通常是反向擊穿電壓的1/2或2/3。最大反向電流IRM：二極管加最大反向電壓時反向電流值。反向電流大，說明管子得到單向?qū)щ娦阅懿?，且受溫度的影響大。補充二極管的單向?qū)щ娦允鞘裁?？PN是如何實現(xiàn)單向?qū)щ娦缘模?了解)二極管兩端加正向電壓處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)，可近似為導(dǎo)線；加反向電壓時反向電流很小，處于高阻截止狀態(tài)，可近似為開路。二極管的單向?qū)щ娦訮N結(jié)是如何實現(xiàn)單向?qū)щ娦缘?PN結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，也是由PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件的主要工作機理。PN結(jié)外加正向電壓（也叫正向偏置）時，如左下圖所示：正向偏置時外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，多子的擴散運動大大超過少子的漂移運動，N區(qū)的電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴也不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。P端引出極接電源負極，N端引出極電源正極的接法稱為反向偏置；反向偏置時內(nèi)、外電場方向相同，因此內(nèi)電場增強，致使多子的擴散難以進行，即PN結(jié)對反向電壓呈高阻特性；反偏時少子的漂移運動雖然被加強，但由于數(shù)量極小，反向電流IR一般情況下可忽略不計，此時稱PN結(jié)處于截止狀態(tài)。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管實質(zhì)上也是一個半導(dǎo)體二極管，因為具有穩(wěn)壓作用，稱為穩(wěn)壓管。電路符號如下:穩(wěn)壓管特性曲線I/mA40302010-5-10-15-20（μA）正向00.40.8－12－8－4反向ΔUZΔIZU/V反向特性當反向電壓加到某一數(shù)值時，反向電流劇增，管子進入反向擊穿區(qū)。圖中UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二極管類似，但其反向擊穿是可逆的，不會發(fā)生“熱擊穿”，而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直，即反向電壓基本不隨反向電流變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ：是指在穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。動態(tài)電阻rZ:是指穩(wěn)壓管在正常工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓△UZ變化量與電流變化量△IZ的比值。動態(tài)電阻越小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性越陡。（越小越好）最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin，這是穩(wěn)壓管正常工作時的電流范圍。使用穩(wěn)壓管注意以下三點：1、工程上使用的穩(wěn)壓二極管無一例外都是硅管。2、連接電路時應(yīng)使穩(wěn)壓管承受反向電壓。3、穩(wěn)壓管需串如一只電阻，該電阻的作用是：一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次，當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上壓降的變化，取出誤差信號，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。三極管半導(dǎo)體三極管又稱晶體管，是最重要的一種半導(dǎo)體器件。三極管的基本結(jié)構(gòu)

由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體的管子稱為NPN管。還有一種與它成對偶形式的，即兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體的管子，稱為PNP管。晶體管制造工藝上的特點是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，以有效地發(fā)射載流子；基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度底，以有效傳輸載流子；集電結(jié)面積大，且摻雜濃度小于發(fā)射區(qū)，以有效地收集載流子。這樣的結(jié)構(gòu)才能保證晶體管具有電流放大作用。三極管的電流分配和放大原理NPN型共發(fā)射極放大實驗電路圖6-11晶體管實現(xiàn)電流放大作用的外部條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。電流分配關(guān)系：IE=IB+ICIE≈IC〉〉IB電流放大關(guān)系：基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化。也就是說基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是晶體管的電流放大作用（實質(zhì)是控制作用）。晶體管伏安特性曲線輸入特性曲線是指當集電極-發(fā)射極電壓 uCE為常數(shù)時，輸入電路中基極電流iB與基極-發(fā)射極電壓uBE之間的關(guān)系曲線。死區(qū)時間晶體管的輸入特性與二極管的正向特性相似。也有一個死區(qū)時間，在死區(qū)內(nèi)，uBE雖然大于0，但iB幾乎0，當uBE大于死區(qū)電壓后，iB才會隨著uBE的增加而明顯的增加。死區(qū)電壓發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降硅管0.5V0.6~0.7V鍺管0.2V0.2~0.3V硅管與鍺管的比較輸出特性曲線輸出特性是指當基極電流為常數(shù)時，集電極電流與集電極-發(fā)射極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出特性給定一個基極電流，就對應(yīng)一條曲線，所以輸出特性曲線是個曲線族，如圖所示，它大致分三個區(qū)域：放大區(qū)：輸出特性曲線近似于水平部分是放大區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)iC和iB成正比關(guān)系。發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置時晶體管工作在放大區(qū)域。輸出特性截止區(qū)：曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。iB=0時，iC=ICEO，對NPN型硅管而言，uBE<0.5時，即已開始截止，但是為了可靠截止，常使uBE<0.因此，截止區(qū)的外部條件是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反向偏置。飽和區(qū)：當uCE<uBE時，集電結(jié)處于正向偏置，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，iB的變化對iC的影響較小，兩者不成正比關(guān)系。

對比放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)發(fā)射結(jié)正偏反偏正偏集電結(jié)反偏反偏正偏三極管的主要技術(shù)參數(shù)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)穿透電流集電極最大允許電流反向擊穿電壓集電極最大允許功率損耗場效應(yīng)管單極型三極管只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電而命名之。單極型三極管又是利用電場控制半導(dǎo)體中載流子運動的一種有源器件，因此又稱之為場效應(yīng)管。目前場效應(yīng)管應(yīng)用得最多的是以二氧化硅作為絕緣介質(zhì)的金屬—氧