二極管及三極管

二極管及三極管第一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六參考：

1.秦增煌《電工學電子技術(shù)》2.康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)》電子技術(shù)：模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)第二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六

器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差，工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。對電路進行分析計算時，只要能滿足技術(shù)指標，就不要過分追究精確的數(shù)值。對于元器件，重點放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標和正確使用方法，不要過分追究其內(nèi)部機理。討論器件的目的在于應(yīng)用。

學會用工程觀點分析問題，就是根據(jù)實際情況，對器件的數(shù)學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結(jié)果。第三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六第1章半導(dǎo)體二極管和三極管返回后一頁1.3二極管1.4穩(wěn)壓二極管1.5半導(dǎo)體三極管1.2PN結(jié)1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導(dǎo)電能力明顯變化

(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力顯著增強第五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.1.1本征半導(dǎo)體完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)前一頁后一頁返回第六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對

共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子。+4+4+4+4前一頁后一頁返回第七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子

在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。前一頁后一頁返回第八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來填補，其結(jié)果相當于空穴的遷移。空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。

因常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。

當半導(dǎo)體外加電壓時，在電場的作用下將出現(xiàn)兩部分電流：

1）自由電子作定向移動電子電流

2）價電子遞補空穴空穴電流+4+4+4+4前一頁后一頁返回第九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。

溫度越高，載流子的濃度越高，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強。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。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。跳轉(zhuǎn)前一頁后一頁返回第十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+5多余電子磷原子摻入五價元素如磷在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子返回前一頁后一頁第十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六前一頁后一頁P型半導(dǎo)體

空穴稱為多數(shù)載流子（多子），自由電子稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴摻入三價元素如硼接受一個電子變?yōu)樨撾x子返回第十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體前一頁后一頁無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。返回第十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成多子的擴散運動內(nèi)電場E少子的漂移運動濃度差－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體空間電荷區(qū)

內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)前一頁后一頁返回第十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六

因濃度差

多子的擴散運動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體第十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六前一頁后一頁二、

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1.PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄

P接正、N接負－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++U內(nèi)電場外電場PNIF

內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結(jié)正向電阻較小，正向電流較大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。返回第十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六2.PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++U內(nèi)電場外電場PN

內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRPN結(jié)變寬

P接負、N接正

PN結(jié)反向電阻較大，反向電流很小，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。溫度越高少子的數(shù)量越多，反向電流將隨溫度增加前一頁后一頁返回第十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN結(jié)加正向電壓（正向偏置，P接正、N

接負）時，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)，PN

結(jié)正向電阻較小，正向電流較大。2、PN結(jié)加反向電壓（反向偏置，P接負、N

接正）時，PN結(jié)處于反向截止狀態(tài)，PN

結(jié)反向電阻較大，反向電流很小。前一頁后一頁返回第十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.3二極管1.3.1基本結(jié)構(gòu)（a）點接觸型1.結(jié)構(gòu)：按結(jié)構(gòu)可分三類(b)面接觸型用于檢波和變頻等高頻電路。用于工頻大電流整流電路。前一頁后一頁(c)平面型用于大功率整流和開關(guān)電路中。返回第十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六基本結(jié)構(gòu)

電路符號第二十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.3.2伏安特性前一頁后一頁PN+–UI硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降死區(qū)電壓外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性PN+–反向特性非線性反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3V返回第二十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.3.3主要參數(shù)1、最大整流電流IOM2、反向工作峰值電壓URWM3、反向峰值電流IRM前一頁后一頁返回第二十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六二極管的單向?qū)щ娦郧耙豁摵笠豁?/p>

1.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負）時，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。

2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正）時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。返回第二十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六

1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與。（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

3.當溫度升高時，少子的數(shù)量。

（a.減少、b.不變、c.增多）abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：第二十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V

分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正，二極管導(dǎo)通（正向偏置）若V陽

<V陰或UD為負，二極管截止（反向偏置）前一頁后一頁

反向截止時二極管相當于斷開。若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，返回第二十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六電路如圖，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽

>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：后一頁取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。跳轉(zhuǎn)D6V12V3kBAUAB+–返回第二十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六兩個二極管的陰極接在一起求：UAB取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=

－12VUD1=6V，UD2=12V∵

UD2>UD1∴VD2

優(yōu)先導(dǎo)通，VD1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=0VVD１6V12V3kBAVD2VD1承受反向電壓為－6V流過VD2的電流為例2:前一頁后一頁UAB+–返回第二十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六ui>8V

二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V

二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo波形。ui18V參考點8V例3二極管的用途：

整流、檢波、限幅、箝位、開關(guān)、元件保護、溫度補償?shù)取Ｇ耙豁摵笠豁揇8VRuoui++––返回第二十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.4穩(wěn)壓二極管前一頁后一頁1.符號

UZIZIZMUZ

IZUI2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。返回-+

第二十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六3.主要參數(shù)前一頁后一頁(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZM愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。返回第三十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.5半導(dǎo)體三極管1.5.1基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極PNP集電極基極發(fā)射極BCENPN型PNP型后一頁前一頁返回第三十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六BECNNP基極發(fā)射極集電極后一頁前一頁集電區(qū)：面積最大基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)返回第三十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六符號：BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管后一頁前一頁返回第三十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.5.2電流放大原理BECNNPEBRBECRC1.三極管放大的外部條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP

VB<VE

VC<VB從電位的角度看：

NPN發(fā)射結(jié)正偏VB>VE

集電結(jié)反偏VC>VB后一頁前一頁返回第三十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.503.300.0010.511.021.732.543.35結(jié)論1）三電極電流關(guān)系IE=IB+IC2）ICIE，IC

IB3）IC

IB把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。后一頁前一頁返回第三十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六3.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBEC基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。IE

進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴散到集電結(jié)。IBE從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICE。ICE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBO后一頁前一頁返回第三十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六3.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBOICE后一頁前一頁IB=IBE-ICBOIBE返回第三十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六ICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流溫度ICEO常用公式后一頁前一頁返回第三十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六輸入回路輸出回路EBICmAAVUCEUBERBIBECV共發(fā)射極電路后一頁前一頁返回1.5.3特性曲線1.輸入特性曲線2.輸出特性曲線第三十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1.輸入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。工作壓降：硅UBE0.6~0.7V,鍺UBE0.2~0.3V。后一頁前一頁返回第四十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六2.輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，即IC=IB。后一頁前一頁此區(qū)域滿足IC=IB

稱為線性區(qū)（放大區(qū)），具有恒流特性。返回第四十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，稱為飽和區(qū)。

深度飽和時硅管UCES0.3V

此區(qū)域中IC受UCE的影響較大后一頁前一頁返回第四十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

此區(qū)域中:IB=0,IC

=ICEO,UBE

<

死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。后一頁前一頁跳轉(zhuǎn)

為可靠截止，常取發(fā)射結(jié)零偏壓或反偏壓。返回第四十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六輸出特性三個區(qū)域的特點：1）放大區(qū)(線性區(qū)，具有恒流特性)放大狀態(tài)

IC=IB，發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。2）截止區(qū)（晶體管處于截止狀態(tài)）開關(guān)斷開

IB=0，IC=ICEO0

發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏。3）飽和區(qū)(管子處于飽和導(dǎo)通狀態(tài))開關(guān)閉合

UCE0.3V

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。后一頁前一頁返回第四十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六15.5.4主要參數(shù)直流電流放大系數(shù)：1.電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)：一般小功率三極管大功率三極管后一頁前一頁返回第四十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六例1：UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得第四十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六2.集-基極反向飽和電流

ICBOA

ICBO是通過集電結(jié)，由少數(shù)載流子的漂移形成的反向電流，受溫度變化的影響。ICBO后一頁前一頁返回第四十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六3.集-射極穿透電流ICEOAICEOIB=0

ICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。跳轉(zhuǎn)后一頁前一頁返回第四十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六4.集電極最大允許電流ICM5.集-射極反向擊穿電壓U