21二極管、晶體管的結(jié)構(gòu)及特性

長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程教案用紙教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容備注組織教學(xué)引入新課新課新課新課新課新課新課新課小結(jié)師生互相問(wèn)好、考勤大家在初中學(xué)習(xí)了電阻，電阻就是導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。而導(dǎo)體就是能夠?qū)щ姷奈镔|(zhì)，如鐵、鋁、銅等金屬；不能導(dǎo)電的物質(zhì)就是絕緣體，如干木頭、黑板等。那么世界上有沒(méi)有導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)呢？這就是今天我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——半導(dǎo)體一、半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。本征激發(fā)：我們把在熱或光的作用下,本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對(duì)的現(xiàn)象,稱為本征激發(fā),又稱為熱激發(fā)。本征激發(fā)產(chǎn)生了電子－空穴對(duì)。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體1）N型半導(dǎo)體在純凈的半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量五價(jià)元素（如磷）后,就可成為N型半導(dǎo)體,在這種半導(dǎo)體中,自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù),導(dǎo)電以電子為主,故此類半導(dǎo)體亦稱電子型半導(dǎo)體。自由電子--多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子）,空穴--少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）2）P型半導(dǎo)體在硅（或鍺）的晶體內(nèi)摻入少量三價(jià)元素雜質(zhì),如硼（或銦）等，就構(gòu)成了P型半導(dǎo)體，在這種半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)小于空穴數(shù)，導(dǎo)電以空穴為主，故此類半導(dǎo)體亦稱為空穴型半導(dǎo)體。4、PN結(jié)1）PN結(jié)的形成在一塊完整的晶片上,通過(guò)一定的摻雜工藝,一邊形成P型半導(dǎo)體,另一邊形成N型半導(dǎo)體。在交界面兩側(cè)形成一個(gè)帶異性電荷的離子層,稱為空間電荷區(qū),并產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng),其方向是從N區(qū)指向P區(qū),內(nèi)電場(chǎng)的建立阻礙了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),隨著內(nèi)電場(chǎng)的加強(qiáng),多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐步減弱,直至停止,使交界面形成一個(gè)穩(wěn)定的特殊的薄層,即PN結(jié)。2）PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦云秒妷海涸赑N結(jié)兩端外加電壓,稱為給PN結(jié)以偏置電壓。（1)PN結(jié)正向偏置正向偏置：給PN結(jié)加正向偏置電壓,即P區(qū)接電源正極,N區(qū)接電源負(fù)極,此時(shí)稱PN結(jié)為正向偏置(簡(jiǎn)稱正偏),此時(shí)PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。如上圖所示。由于外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向相反,因而削弱了內(nèi)電場(chǎng),使PN結(jié)變窄,促進(jìn)了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。形成了較大的正向電流。（2)PN結(jié)反向偏置反向偏置：給PN結(jié)加反向偏置電壓,即N區(qū)接電源正極,P區(qū)接電源負(fù)極,稱PN結(jié)反向偏置(簡(jiǎn)稱反偏)。只有少數(shù)載流子形成的很微弱的電流,稱為反向電流。如上圖所示。由于外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向一致,因而加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng),使PN結(jié)加寬,阻礙了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在外電場(chǎng)的作用下,應(yīng)當(dāng)指出,少數(shù)載流子是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的,因而PN結(jié)的反向電流受溫度影響很大。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＜醇诱螂妷簳r(shí)導(dǎo)通,加反向電壓時(shí)截止。二、二極管1、二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)及在電路中的文字符號(hào)如圖所示在圖所示電路符號(hào)中,箭頭指向?yàn)檎驅(qū)娏鞣较颉?、二極管的伏安特性二極管伏安特性曲線正向特性：二極管兩端加正向電壓時(shí),就產(chǎn)生正向電流,當(dāng)正向電壓較小時(shí),正向電流極?。◣缀鯙榱悖?這一部分稱為死區(qū),相應(yīng)的A(A′)點(diǎn)的電壓稱為死區(qū)電壓或門(mén)檻電壓(也稱閾值電壓。如上圖中OA(OA′)段。死區(qū)電壓：硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V當(dāng)正向電壓超過(guò)門(mén)檻電壓時(shí),正向電流就會(huì)急劇地增大,二極管呈現(xiàn)很小電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)。正向?qū)▔航担汗韫艿恼驅(qū)▔航导s為0.6~0.7V,鍺管約為0.2~0.3V。如圖4.8中AB(A′B′)段。二極管正向?qū)〞r(shí),要特別注意它的正向電流不能超過(guò)最大值,否則將燒壞PN結(jié)。反向特性：二極管兩端加上反向電壓時(shí),在開(kāi)始很大范圍內(nèi),二極管相當(dāng)于非常大的電阻,反向電流很小,且不隨反向電壓而變化。此時(shí)的電流稱之為反向飽和電流IR,見(jiàn)上圖中OC（OC′）段。二極管的擊穿特性反向擊穿：二極管反向電壓加到一定數(shù)值時(shí),反向電流急劇增大,這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓,用UBR表示,如C′D′)段。三、晶體管1．結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)三極管的核心是兩個(gè)互相聯(lián)系的PN結(jié)，按兩個(gè)PN結(jié)的組合方式不同，可分為NPN型和PNP型兩類，NPN型三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，引出電極分別為發(fā)射極e、基極b和集電極c。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。三極管的圖形符號(hào)如下圖：2．分類通常按以下方法進(jìn)行分類：（1）按半導(dǎo)體制造材料不同，分為硅管和鍺管。硅管受溫度影響較小，工作穩(wěn)定，因此在自動(dòng)控制設(shè)備中常用硅管。（2）按三極管內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)不同，分為NPN型和PNP型。目前我國(guó)制造的硅管多為NPN型。（3）按功率不同，分為小功率管和大功率管。耗散功率小于1W的為小功率管，耗散功率大于1W的為大功率管。（4）按用途不同，分為普通放大三極管和開(kāi)關(guān)三極管。3、三極管的電流放大作用要使三極管能夠正常放大信號(hào)，必須給管子的發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。NPN型三極管工作時(shí)電源接線如下圖所示電源Vcc通過(guò)R1為發(fā)射結(jié)提供正向電壓，通過(guò)R2為集電極提供電壓。要求R2阻值小于R1阻值，因此集電極電位高于基極電位，即集電結(jié)所加電壓為反向電壓。4、三極管的特性曲線我們以NPN型三極管共射極電路的特性曲線為例。輸入特性是指當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓為某一常數(shù)時(shí)，輸入回路中加在三極管基極與發(fā)射極之間的電壓與基極電流之間的關(guān)系曲線。輸出特性是在基極電流一定的情況下，三極管的輸出回路中，集電極與發(fā)射極之間的電壓與集電極電流之間的關(guān)系曲線。輸入特性：輸出特性：5、三極管的放大電路三極管放大電路如圖24所示，用三個(gè)電流表分別測(cè)三極管的三個(gè)端口的電流，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可改變基極電流，用電流表可測(cè)得相應(yīng)的、和的數(shù)值，將實(shí)測(cè)電流填入表1中。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下兩個(gè)重要結(jié)論：（1）三極管各極電流分配關(guān)系滿足（2）三極管具有電流放大作用