電子技術(shù)基礎(chǔ)（第5版）（微課版）課件 項(xiàng)目1、2 認(rèn)識(shí)常用電子元器件

電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)常用電子元器件任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)二極管任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)三極管項(xiàng)目導(dǎo)入

電子元器件是電子元件和小型機(jī)器、儀器的組成部分，其本身常由若干零件構(gòu)成，可以在同類(lèi)產(chǎn)品中通用。最常見(jiàn)的電子元器件有二極管、三極管等。任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入

1904年，愛(ài)迪生照明公司顧問(wèn)約翰·安布羅斯·弗拉明發(fā)明了依靠熱電子發(fā)射工作的二極管，開(kāi)啟了隨后幾十年間不同種類(lèi)真空管技術(shù)的發(fā)展任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入1906年，李·德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，用來(lái)放大電話(huà)的聲音電流。任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入

1947年，點(diǎn)接觸型晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生了，

該器件能把音頻信號(hào)放大100倍，外形比火柴棍短卻要粗一些。這在電子元器件的發(fā)展史上翻開(kāi)了新的一頁(yè)。任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入

1950年，具有使用價(jià)值的鍺合金型晶體管誕生。任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入

1954年，結(jié)型晶體管誕生了。任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入到了20世紀(jì)60年代，半導(dǎo)體二極管成為主角。此后，各種性能優(yōu)良的電子元器件相繼出現(xiàn)，電子元器件逐步從真空管時(shí)代進(jìn)入晶體管時(shí)代和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時(shí)代。任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體項(xiàng)目導(dǎo)入為了正確、有效地運(yùn)用各種各樣的電子元器件和半導(dǎo)體產(chǎn)品，相關(guān)工程技術(shù)人員需對(duì)半導(dǎo)體的獨(dú)特性能、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦杂幸欢ǖ恼J(rèn)識(shí)和了解，對(duì)電子工程中常用的二極管、三極管的外部特性和主要技術(shù)參數(shù)也必須熟悉、快速掌握，從而在工程實(shí)際中能夠正確使用二極管、三極管這些常見(jiàn)電子元器件，并在電子技術(shù)不斷飛速發(fā)展的洪流中推動(dòng)電子元器件的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

了解本征半導(dǎo)體、P型和N型半導(dǎo)體的特征及PN結(jié)的形成過(guò)程；熟悉二極管的伏安特性、分類(lèi)及用途；理解三極管的電流放大原理，掌握其輸入和輸出特性的分析方法；理解雙極型和單極型三極管在控制原理上的區(qū)別；初步掌握工程技術(shù)人員必需具備的分析電子電路的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。學(xué)習(xí)目標(biāo)提出問(wèn)題

什么叫半導(dǎo)體？半導(dǎo)體和導(dǎo)體、絕緣體有什么不同？本征半導(dǎo)體或雜質(zhì)半導(dǎo)體能稱(chēng)之為半導(dǎo)體器件嗎？PN結(jié)是如何形成的？半導(dǎo)體在當(dāng)今世界有何用途？任務(wù)1.1

認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的核外電子帶負(fù)電。自然界的一切物質(zhì)都是由分子、原子組成的。原子又由一個(gè)帶正電的原子核和在它周?chē)咚傩D(zhuǎn)著的帶有負(fù)電的電子組成。正電荷負(fù)電荷=原子結(jié)構(gòu)中：原子核＋原子核中有質(zhì)子和中子，其中質(zhì)子帶正電，中子不帶電。1.1.1導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體1.導(dǎo)體導(dǎo)體的最外層電子數(shù)通常是1~3個(gè)，且距原子核較遠(yuǎn)，因此受原子核的束縛力較小。由于溫度升高、振動(dòng)等外界的影響，導(dǎo)體的最外層電子就會(huì)獲得一定能量，從而掙脫原子核的束縛而游離到空間成為自由電子。因此，導(dǎo)體在常溫下存在大量的自由電子，具有良好的導(dǎo)電能力。常用的導(dǎo)電材料有銀、銅、鋁、金等。

原子核＋導(dǎo)體的特點(diǎn)：內(nèi)部含有大量的自由電子2.絕緣體絕緣體的最外層電子數(shù)一般為6~8個(gè)，且距原子核較近，因此受原子核的束縛力較強(qiáng)而不易掙脫其束縛。常溫下絕緣體內(nèi)部幾乎不存在自由電子，因此導(dǎo)電能力極差或不導(dǎo)電。常用的絕緣體材料有橡膠、云母、陶瓷等。原子核＋絕緣體的特點(diǎn)：內(nèi)部幾乎沒(méi)有自由電子，因此不導(dǎo)電。3.半導(dǎo)體半導(dǎo)體的最外層電子數(shù)一般為4個(gè)，常溫下存在的自由電子數(shù)介于導(dǎo)體和絕緣體之間，因而在常溫下半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力也是介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒等。

原子核＋半導(dǎo)體的特點(diǎn)：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但具有光敏性、熱敏性和參雜性的獨(dú)特性能，因此在電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率一般在105s/cm量級(jí)；塑料、云母等絕緣體的電導(dǎo)率通常是10-22~10-14s/cm量級(jí)；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率則在10-9~102s/cm量級(jí)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但半導(dǎo)體的應(yīng)用卻極其廣泛，這是由半導(dǎo)體的獨(dú)特性能決定的：光敏性——半導(dǎo)體受光照后，其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)；熱敏性——受溫度的影響，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力變化很大；摻雜性——在半導(dǎo)體中摻入少量特殊雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力極大地增強(qiáng)；半導(dǎo)體材料的獨(dú)特性能是由其內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理所決定的。1.1.2半導(dǎo)體的獨(dú)特性能1.1.3本征半導(dǎo)體最常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價(jià)價(jià)元素，即每個(gè)原子最外層電子數(shù)為4個(gè)。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子的簡(jiǎn)化模型圖Si+4Ge+4因?yàn)樵映孰娭行?，所以?jiǎn)化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號(hào)表示即可。天然的硅和鍺是不能制作成半導(dǎo)體器件的。它們必須先經(jīng)過(guò)高度提純，形成晶格結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)的本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體原子核最外層的價(jià)電子都是4個(gè)，稱(chēng)為四價(jià)元素，它們排列成非常整齊的晶格結(jié)構(gòu)。在本征半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子均與相鄰四個(gè)原子的價(jià)電子兩兩組成電子對(duì)，構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4實(shí)際上半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是三維的。晶格結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來(lái)看，每個(gè)原子外層都具有8個(gè)價(jià)電子。但價(jià)電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。在游離走的價(jià)電子原位上留下一個(gè)不能移動(dòng)的空位，叫空穴。受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中價(jià)電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一些價(jià)電子會(huì)掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子。熱運(yùn)動(dòng)造成晶體中出現(xiàn)自由電子的現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。本征激發(fā)的結(jié)果，造成了半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子載流子的產(chǎn)生，由此本征半導(dǎo)體的電中性被破壞，使失掉電子的原子變成帶正電荷的離子。由于共價(jià)鍵是定域的，使得這些帶正電離子不能移動(dòng)，成為晶體中固定不動(dòng)的部分，即它們不能參與導(dǎo)電。＋＋1.本征激發(fā)和復(fù)合＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中其它一些價(jià)電子直接跳進(jìn)空穴，使失電子的原子重新恢復(fù)電中性。價(jià)電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合。此時(shí)整個(gè)晶體帶電嗎？為什么？參與復(fù)合的價(jià)電子又會(huì)留下一個(gè)新的空位，而這個(gè)新的空穴仍會(huì)被鄰近共價(jià)鍵中跳出來(lái)的價(jià)電子填補(bǔ)上，這種價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)使本征半導(dǎo)體中又形成一種不同于本征激發(fā)下的電荷遷移，為區(qū)別于本征激發(fā)下自由電子載流子的運(yùn)動(dòng)，我們把價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為空穴載流子運(yùn)動(dòng)。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4半導(dǎo)體中這兩種載流子，其中自由電子載流子運(yùn)動(dòng)可以形容為沒(méi)有座位的人依次定向移動(dòng)；空穴載流子運(yùn)動(dòng)則可形容為有座位的人依次向前挪動(dòng)座位的運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體內(nèi)部的這兩種運(yùn)動(dòng)總是共存的，且在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。2.半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在金屬導(dǎo)體中存在大量的自由電子，這些自由電子是一種帶電的微粒子，在外電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)形成電流。即金屬導(dǎo)體內(nèi)部只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電。半導(dǎo)體由于本征激發(fā)而產(chǎn)生自由電子載流子，由復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空穴載流子，因此，半導(dǎo)體中同時(shí)參與導(dǎo)電的通常有兩種載流子，且兩種載流子總是電量相等、符號(hào)相反，電流的方向規(guī)定為空穴載流的方向即自由電子的反方向。半導(dǎo)體中同時(shí)有兩種載流子參與導(dǎo)電，是它與金屬導(dǎo)體在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)區(qū)別，同時(shí)也是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的獨(dú)特之處。

本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數(shù)量極少導(dǎo)電能力仍然很低。如果在其中摻入某種元素的微量雜質(zhì)，將使摻雜后的雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。+五價(jià)元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。因此自由電子是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。

在室溫情況下，本征硅中的磷雜質(zhì)等于10-6數(shù)量級(jí)時(shí)，電子載流子的數(shù)目將增加幾十萬(wàn)倍。摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體由于自由電子多而稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體，也叫做N型半導(dǎo)體。1.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價(jià)元素硼(B)B+摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。因此空穴成為這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。一般情況下，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù)載流子數(shù)量的1010倍或更多，因此，雜質(zhì)半導(dǎo)體比本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力可增強(qiáng)幾十萬(wàn)倍。

摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，由于空穴載流子的數(shù)量大大于自由電子載流子的數(shù)量而稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體，也叫做P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子，而不能移動(dòng)的離子帶負(fù)電。－不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，其中的多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但是，由于多子的數(shù)量遠(yuǎn)大于少子的數(shù)量，因此起主要導(dǎo)電作用的是多數(shù)載流子。注意：摻入雜質(zhì)后雖然形成了N型或P型半導(dǎo)體，但整個(gè)半導(dǎo)體晶體仍然呈電中性。一般可近似認(rèn)為多數(shù)載流子的數(shù)量與雜質(zhì)的濃度相等。P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，是否意味著它帶正電？自由電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的區(qū)別在哪里？空穴載流子的形成是否是自由電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)形成的？何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子

？N型半導(dǎo)體中的多子是什么？少子是什么？思考與問(wèn)題1.1.5PN結(jié)及其形成過(guò)程1.PN結(jié)的形成

雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然比本征半導(dǎo)體極大增強(qiáng)，但它們并不能稱(chēng)為半導(dǎo)體器件。在電子技術(shù)中，PN結(jié)是一切半導(dǎo)體器件的“元概念”和技術(shù)起始點(diǎn)。在一塊晶片的兩端分別注入三價(jià)元素硼和五價(jià)元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)形成動(dòng)畫(huà)演示說(shuō)明PN結(jié)形成的過(guò)程中，多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂移共存。開(kāi)始時(shí)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又促使了少子的漂移運(yùn)動(dòng)：P區(qū)的少子電子向N區(qū)漂移，補(bǔ)充了交界面上N區(qū)失去的電子，同時(shí)，N區(qū)的少子空穴向P區(qū)漂移，補(bǔ)充了原交界面上P區(qū)失去的空穴，顯然漂移運(yùn)動(dòng)減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使PN結(jié)變窄。最后，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即PN結(jié)形成。PN結(jié)內(nèi)部載流子基本為零，因此導(dǎo)電率很低，相當(dāng)于介質(zhì)。但PN結(jié)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)導(dǎo)電率很高，相當(dāng)于導(dǎo)體，這一點(diǎn)和電容比較相似，所以說(shuō)PN結(jié)具有電容效應(yīng)。PN結(jié)正向偏置時(shí)的情況PN結(jié)反向偏置的情況

2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的上述“正向?qū)?，反向阻斷”作用，說(shuō)明它具有單向?qū)щ娦?，PN結(jié)的單向?qū)щ娦允撬鼧?gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。由于常溫下少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱(chēng)為反向飽和電流。PN結(jié)中反向電流的討論反向飽和電流由于很小一般可以忽略，從這一點(diǎn)來(lái)看，PN結(jié)對(duì)反向電流呈高阻狀態(tài)，也就是所謂的反向阻斷作用。值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導(dǎo)致電子—空穴對(duì)增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長(zhǎng)。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。2.受溫度和光照影響，半導(dǎo)體的本征激發(fā)產(chǎn)生電子、空穴對(duì)；同時(shí)，復(fù)合運(yùn)動(dòng)又使得其它價(jià)電子不斷地“轉(zhuǎn)移跳進(jìn)”空穴中。一定溫度下，電子、空穴對(duì)的激發(fā)和復(fù)合最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定，即反向飽和電流的數(shù)值基本不發(fā)生變化。1.半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低，但少子對(duì)溫度非常敏感，因此溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的摻雜濃度，所以說(shuō)多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。4.PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵福篜N結(jié)正向偏置時(shí)，呈現(xiàn)的電阻很小幾乎為零，因此多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流極易通過(guò)PN結(jié)；PN結(jié)反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)的電阻趨近于無(wú)窮大，因此電流無(wú)法通過(guò)被阻斷。3.空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場(chǎng)阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過(guò)空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對(duì)擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻作用。學(xué)習(xí)與歸納1.1.6PN結(jié)的反向擊穿問(wèn)題PN結(jié)反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過(guò)PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。但當(dāng)電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為PN結(jié)反向擊穿。反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿的原因主要有兩種：當(dāng)PN結(jié)上加的反向電壓大大超過(guò)反向擊穿電壓時(shí)，處在強(qiáng)電場(chǎng)中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價(jià)電子碰撞出來(lái)，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，新產(chǎn)生的載流子又會(huì)在電場(chǎng)中獲得足夠能量，再去碰撞其它價(jià)電子產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，如此連鎖反應(yīng)，使反向電流越來(lái)越大，這種擊穿稱(chēng)為雪崩擊穿。1.雪崩擊穿雪崩擊穿屬于碰撞式擊穿，其電場(chǎng)較強(qiáng)，外加反向電壓相對(duì)較高。通常出現(xiàn)雪崩擊穿的電壓均在7V以上。

當(dāng)PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高，阻擋層又很薄時(shí)，阻擋層內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機(jī)會(huì)大為減少，因而不會(huì)發(fā)生雪崩擊穿。2.齊納擊穿PN結(jié)非常薄時(shí)，即使阻擋層兩端加的反向電壓不大，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較強(qiáng)的內(nèi)電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)足以把PN結(jié)內(nèi)中性原子的價(jià)電子從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，產(chǎn)生出大量的電子—空穴對(duì)，使PN結(jié)反向電流劇增，這種擊穿現(xiàn)象稱(chēng)為齊納擊穿?？梢?jiàn)，齊納擊穿發(fā)生在高摻雜的PN結(jié)中，相應(yīng)的擊穿電壓較低，一般均小于5V。雪崩擊穿是一種碰撞的擊穿，齊納擊穿是一種場(chǎng)效應(yīng)擊穿，二者均屬于電擊穿。電擊穿過(guò)程通?？赡妫褐灰杆侔裀N結(jié)兩端的反向電壓降低，PN結(jié)即可恢復(fù)到原狀態(tài)。利用電擊穿時(shí)PN結(jié)兩端電壓變化很小電流變化很大的特點(diǎn)，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓管。若PN結(jié)兩端加的反向電壓過(guò)高，反向電流將急劇增長(zhǎng)，從而造成PN結(jié)上熱量不斷積累，引起其結(jié)溫的持續(xù)升高，當(dāng)這個(gè)溫度超過(guò)PN結(jié)最大允許結(jié)溫時(shí)，PN結(jié)就會(huì)發(fā)生熱擊穿，熱擊穿將使PN結(jié)永久損壞。熱擊穿的過(guò)程是不可逆的，實(shí)用中應(yīng)避免發(fā)生。3.熱擊穿1.1.7半導(dǎo)體的用途及發(fā)展前景

當(dāng)今世界，用半導(dǎo)體材料制成的集成電路已為電子工業(yè)中的重要基礎(chǔ)產(chǎn)品，在幾平方毫米的硅片上就能制作幾萬(wàn)只晶體管，可在一片硅片上制成一臺(tái)微信息處理器，或完成其它較復(fù)雜的電路功能。集成電路的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)更高的集成度和微功耗，并使信息處理速度達(dá)到微微秒級(jí)。另外，半導(dǎo)體微波器件包括接收、控制和發(fā)射器件等。毫米波段以下的接收器件已廣泛使用。在厘米波段，發(fā)射器件的功率已達(dá)到數(shù)瓦，人們正在通過(guò)研制新器件、發(fā)展新技術(shù)來(lái)獲得更大的輸出功率。

半導(dǎo)體發(fā)光、攝像器件和激光器件的發(fā)展使光電子器件成為半導(dǎo)體應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍主要有：光通信、數(shù)碼顯示、圖象接收、光集成等。

目前，全球半導(dǎo)體行業(yè)仍舊保持高景氣度。2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額基本達(dá)到1140億美元。半導(dǎo)體的發(fā)展中，汽車(chē)成為重要增長(zhǎng)極，尤其是新能源汽車(chē)銷(xiāo)量持續(xù)旺盛，拉動(dòng)模擬、功率及MCU需求，汽車(chē)MCU銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將以7.7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到215億美元，再創(chuàng)歷史新高。2.半導(dǎo)體的發(fā)展前景能否說(shuō)出PN結(jié)有何特性？半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有何不同？什么是本征激發(fā)？什么是復(fù)合？少數(shù)載流子和多數(shù)載流子是如何產(chǎn)生的

？試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點(diǎn)。這兩種擊穿能否造成PN結(jié)的永久損壞

？思考與問(wèn)題

空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？

謝希德（1921年3月19日—2000年3月4日），福建泉州人，固體物理學(xué)家、教育家及社會(huì)活動(dòng)家，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)原校長(zhǎng)

。

1946年謝希德從從廈門(mén)大學(xué)數(shù)理系畢業(yè)后進(jìn)入上海戶(hù)江大學(xué)任教；1947年赴美國(guó)史密斯學(xué)院留學(xué)；1949年獲得碩士學(xué)位后她轉(zhuǎn)入麻省理工學(xué)院專(zhuān)攻理論物理；1951年獲得博士學(xué)位后，即謀劃回國(guó)；1952年繞道英國(guó)回到中國(guó)并被分配到上海復(fù)旦大學(xué)物理系任教授；1956年被國(guó)務(wù)院調(diào)到北京大學(xué)聯(lián)合籌建半導(dǎo)體專(zhuān)業(yè)組；1958年夏謝希德又調(diào)回復(fù)旦大學(xué)，參加該大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院上海分院聯(lián)合主辦的技術(shù)物理研究所，并任該所副所長(zhǎng)；1980年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院數(shù)理學(xué)部委員，1981年獲美國(guó)史密斯學(xué)院、美國(guó)紐約學(xué)院榮譽(yù)博士學(xué)位；1983年1月出任復(fù)旦大學(xué)校長(zhǎng)；1989年當(dāng)選為第三世界科學(xué)院院士；1990年當(dāng)選為美國(guó)文理科學(xué)院外籍院士；1997年出任上海杉達(dá)學(xué)院校長(zhǎng)；2000年3月4日逝世于上海，享年79歲。

科技興則民族興，科技強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)，核心科技是國(guó)之重器。核心技術(shù)并不是那么容易引進(jìn)的，也不可能一蹴而就，需要國(guó)人不忘初心，砥礪前行。2021年，我國(guó)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器生產(chǎn)線大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，并帶動(dòng)全球存儲(chǔ)器設(shè)備投資。實(shí)際需要必將極大地推動(dòng)器件的不斷創(chuàng)新，作為未來(lái)的電子工程技術(shù)人員，我們必須對(duì)半導(dǎo)體及其常用器件有初步的了解和認(rèn)識(shí)，為在實(shí)際工程中正確使用半導(dǎo)體器件打下基礎(chǔ)。拓展閱讀任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)二極管提出問(wèn)題

什么叫半導(dǎo)體？半導(dǎo)體和導(dǎo)體、絕緣體有什么不同？本征半導(dǎo)體或雜質(zhì)半導(dǎo)體能稱(chēng)之為半導(dǎo)體器件嗎？PN結(jié)是如何形成的？半導(dǎo)體在當(dāng)今世界有何用途？

把PN結(jié)用管殼封裝，然后在P區(qū)和N區(qū)分別向外引出一個(gè)電極，即可構(gòu)成一個(gè)二極管。二極管是電子技術(shù)中最基本的半導(dǎo)體器件之一。根據(jù)其用途分有檢波管、開(kāi)關(guān)管、穩(wěn)壓管和整流管等。硅高頻檢波管開(kāi)關(guān)管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管

電子工程實(shí)際中，二極管應(yīng)用得非常廣泛，上圖所示即為各類(lèi)二極管的部分產(chǎn)品實(shí)物圖。知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1二極管的基本結(jié)構(gòu)與類(lèi)型特點(diǎn)：外殼金屬觸絲N型鍺片正極引線負(fù)極引線半導(dǎo)體二極管主要是依靠PN結(jié)而工作的。根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點(diǎn)，晶體二極管可分類(lèi)如下：

1.點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)

點(diǎn)接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過(guò)電流而形成的。點(diǎn)接觸型二極管正向特性和反向特性相對(duì)較差，因此，不能使用于大電流和整流。但是，點(diǎn)接觸型二極管構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，其PN結(jié)的靜電容量小，因此適用于高頻電路的檢波、脈沖電路及計(jì)算機(jī)中的開(kāi)關(guān)元件。N型鍺面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過(guò)較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中，也可以用于大電流開(kāi)關(guān)元件。負(fù)極引線底座金銻合金PN結(jié)鋁合金小球正極引線2.面接觸型二極管面接觸型二極管采用合金法工藝制成的，結(jié)構(gòu)如圖示：特點(diǎn)：3.平面型二極管硅平面型二極管采用擴(kuò)散法工藝制成：在半導(dǎo)體N型硅單晶片上擴(kuò)散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一部分而形成的PN結(jié)。結(jié)構(gòu)如圖示：負(fù)極引線P型硅二氧化硅層PN結(jié)正極引線平面型二極管的P區(qū)和N區(qū)部分表面，因被二氧化硅氧化膜覆蓋，所以穩(wěn)定性好且壽命較長(zhǎng)。這種特制的硅二極管，不僅能通過(guò)較大的電流而在電路中起整流作用，而且性能穩(wěn)定可靠，還可用于開(kāi)關(guān)作用、脈沖電路以及高頻電路。特點(diǎn)：根據(jù)用途二極管又可分為普通二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、檢波二極管、整流二極管等。部分二極管的電路圖符號(hào)以及文字符號(hào)如下：普通二極管圖符號(hào)穩(wěn)壓二極管圖符號(hào)發(fā)光二極管圖符號(hào)VDVDZVD除上述三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，還有鍵型二極管、合金型二極管、肖特基二極管、外延型二極管等很多結(jié)構(gòu)類(lèi)型的二極管，在此不一一贅述了。光電二極管圖符號(hào)VD變?nèi)荻O管圖符號(hào)VD1.2.2二極管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020二極管的伏安特性是指流過(guò)二極管的電流與兩端所加電壓的函數(shù)關(guān)系。二極管既然是一個(gè)PN結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有“單向?qū)щ娦浴?。二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致可分為四個(gè)區(qū)：外加正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓(硅管0.5V，鍺管0.1V)時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)大大削弱，正向電流迅速增長(zhǎng)，二極管進(jìn)入正向?qū)▍^(qū)。死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)當(dāng)外加正向電壓較低時(shí)，由于外電場(chǎng)還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。這一區(qū)域稱(chēng)之為死區(qū)。外加反向電壓超過(guò)反向擊穿電壓UBR時(shí)，反向電流突然增大，二極管失去單向?qū)щ娦?，進(jìn)入反向擊穿區(qū)。反向擊穿區(qū)反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。正向?qū)▍^(qū)和反向截止區(qū)的討論U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)當(dāng)外加正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管由死區(qū)進(jìn)入導(dǎo)通區(qū)，導(dǎo)通區(qū)中的正向電流隨電壓的增大迅速增大，但導(dǎo)通后二極管的端電壓卻幾乎不變，硅二極管的正向?qū)妷旱湫椭导s為0.7V，鍺二極管的正向?qū)妷旱湫椭导s為0.3V?？紤]到二極管的正向?qū)▔航担O管正向偏置時(shí)，通常應(yīng)串聯(lián)分壓限流電阻。在二極管兩端加反向電壓時(shí)，將有很小的、由少子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流通過(guò)二極管。反向電流有兩個(gè)特點(diǎn)：一是它隨溫度的上升增長(zhǎng)很快，二是在反向電壓不超過(guò)某一范圍時(shí)，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓的高低無(wú)關(guān)(與少子的數(shù)量有限)。所以通常把反向截止區(qū)中由少子形成的漂移電流稱(chēng)為反向飽和電流。1.2.3二極管的主要參數(shù)1.最大耗散功率Pmax：耗散功率指通過(guò)二極管的電流與加在二極管兩端電壓的乘積。最大耗散功率是二極管不能承受的最高溫度的極限值。超過(guò)此值，二極管將燒損。3.最高反向工作電壓URM：指二極管長(zhǎng)期安全運(yùn)行時(shí)所能承受的最大反向電壓值。手冊(cè)上一般取擊穿電壓的一半作為最高反向工作電壓值。4.反向電流IR：指二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩７聪螂娏麟S溫度的變化而變化顯著，這一點(diǎn)要特別加以注意。5.最高工作頻率fM：此值由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。若二極管的工作頻率超過(guò)該值，則二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾睢?.最大整流電流IDM：指二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大正向平均電流值。1.二極管的整流電路

將交流電變成單方向脈動(dòng)直流電的過(guò)程稱(chēng)為整流。二極管半波整流電路T220V~RLVDIN40011.2.4二極管的應(yīng)用u2ωt0uoωt0二極管全波整流電路T220V~RLVD1VD2uituo

t橋式整流電路簡(jiǎn)化圖二極管橋式整流電路VD4T220V~RLVD1VD2VD3T220V~RL二極管全波整流電路二極管橋式整流電路2.二極管的鉗位電路圖示二極管鉗位電路中，限流電阻R的一端與直流電源U+相連，另一端與二極管陽(yáng)極相連，二極管陰極連接端為電路輸入端A，陽(yáng)極向外的引出端F點(diǎn)是電路的輸出端。

當(dāng)圖中輸入端A點(diǎn)電位低于U＋時(shí)，則二極管(按理想二極管處理)VD正偏導(dǎo)通，忽略二極管的管壓降，則輸出端F的數(shù)值被鉗位在A電位；當(dāng)輸入端A點(diǎn)電位較U＋高時(shí)，二極管則處于反偏不能導(dǎo)通，此時(shí)電阻R上無(wú)電流通過(guò)，輸出端F的電位就被鉗制在U+電位。FAU＋RVD用理想二極管組成的電路如下圖所示，試求圖中電壓U及電流I的大小。解(a)二極管正向偏置導(dǎo)通，例10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V10kΩ+5VIU－5V（a）（b）（c）（d），U被鉗位在－5V。(c)二極管反向偏置截止，I＝0，U被鉗位在－5V。其余兩題練習(xí)。

對(duì)于二極管應(yīng)用電路，討論時(shí)主要以二極管的單向?qū)щ娦詾殛P(guān)鍵，以此作為分析二極管是否導(dǎo)通或截止的依據(jù)，對(duì)電路進(jìn)行分析。3.二極管雙向限幅電路圖示為二極管雙向限幅電路。已知：圖中二極管均為硅管，設(shè)導(dǎo)通時(shí)其管壓降試畫(huà)出輸出電壓UO的波形。例入電壓ui>＋0.7V時(shí)，二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，輸出電壓維持在VD＝0.7V的導(dǎo)通電壓值不變；當(dāng)ui<－0.7V時(shí)，VD2導(dǎo)通，VD1截止，輸出電壓維持在－0.7V不變。除此兩段時(shí)間外，輸入電壓均小于±0.7V，兩個(gè)二極管均為截止?fàn)顟B(tài)，所以輸出與輸入相同?？梢?jiàn)，該電路中的二極管在電路中起著限幅作用。其電路輸出電壓波形為：

由圖示電路和輸入電路電壓的波形圖可看出：當(dāng)輸分析+－VDuS10kΩIN4148+－uoiD圖示為理想二極管限幅電路。電源uS是一個(gè)周期性的矩形脈沖，高電平幅值為+5V，低電平幅值為-5V。試分析電路的輸出電壓為多少。分析uS+5V-5Vt0當(dāng)輸入電壓ui=－5V時(shí)，二極管反偏截止，此時(shí)電路可視為開(kāi)路，輸出電壓uo=0V；當(dāng)輸入電壓ui=+5V時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)二極管管壓降近似為零，故輸出電壓uo≈+5V。顯然輸出電壓uo限幅在0~+5V之間。uo例注意：分析開(kāi)關(guān)電路較為簡(jiǎn)單，通常把二極管進(jìn)行理想化處理，即正偏時(shí)視其為“短路”，截止時(shí)視其為“開(kāi)路”。正向?qū)〞r(shí)相當(dāng)一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)UD≈0+－+－VDUD≈∞+－VD+－+－VDPN+－反向阻斷時(shí)相當(dāng)一個(gè)打開(kāi)的開(kāi)關(guān)+－+－VDPN*二極管的開(kāi)關(guān)作用半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？

何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會(huì)出現(xiàn)死區(qū)電壓？

把一個(gè)1.5V的干電池直接正向聯(lián)接到二極管的兩端，會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？二極管的伏安特性曲線上分為幾個(gè)區(qū)？能否說(shuō)明二極管工作在各個(gè)區(qū)時(shí)的電壓電流情況？

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果為什么二極管的反向電流很小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)又會(huì)明顯增大

？I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、這是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。VDZ穩(wěn)壓二極管通常是一種特殊的面接觸型二極管，其反向擊穿可逆。正向特性與普通二極管相似反向ΔIZΔUZ1.2.5特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管實(shí)物圖圖符號(hào)及文字符號(hào)顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。+US－DZ使用穩(wěn)壓二極管時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)（1）穩(wěn)壓二極管正負(fù)極的判別DZ+－（2）穩(wěn)壓二極管使用時(shí)，應(yīng)反向接入電路UZ－（3）穩(wěn)壓管應(yīng)接入限流電阻（4）電源電壓應(yīng)高于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值（5）穩(wěn)壓管都是硅管。其穩(wěn)定電壓UZ最低為3V，高的可達(dá)300V，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)的正向壓降約為0.6V。思索與回顧二極管的反向擊穿特性：當(dāng)外加反向電壓超過(guò)擊穿電壓時(shí)，通過(guò)二極管的電流會(huì)急劇增加。

擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^(guò)管子的電流，就能保證管子不因過(guò)熱而燒壞。如穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在Izmax和Izmix的范圍內(nèi)。在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過(guò)管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管就是利用這一點(diǎn)達(dá)到“穩(wěn)壓”效果的。穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū)。2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。是由鎵與砷或磷的化合物制成的二極管。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。

從結(jié)構(gòu)圖看，發(fā)光管的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以其抗震性能好。發(fā)光管的核心部分和普通二極管一樣是PN結(jié)，在PN結(jié)中注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。實(shí)物圖圖符號(hào)和

文字符號(hào)VDLED發(fā)光二極管具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開(kāi)關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源所不可及的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光管正常工作時(shí)應(yīng)正向偏置，因其屬于功率型器件，因此死區(qū)電壓較普通二極管高很多，其正偏工作電壓最少也要在1.3V以上。數(shù)字電路中，發(fā)光管常用來(lái)作為數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列器件。2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見(jiàn)光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)臄?shù)值。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光管的用途也在不斷擴(kuò)展，初時(shí)僅作為指示燈、顯示板等用，目前已被廣泛應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明等。光電二極管也稱(chēng)光敏二極管，是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，其核心部分也是一個(gè)PN結(jié)。光電二極管PN結(jié)的結(jié)面積較小、結(jié)深很淺，一般小于一個(gè)微米。VD光電二極管的正常工作狀態(tài)是反向偏置。在反向電壓下，無(wú)光照時(shí)，反向電流很小，稱(chēng)為暗電流；有光照射時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛，產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，稱(chēng)光生載流子。光生載流子在反向電壓作用下形成反向光電流，其強(qiáng)度與光照強(qiáng)度成正比。3.光電二極管光電二極管和普通二極管一樣具有“單向?qū)щ娦浴保怆姽芄軞ど嫌幸粋€(gè)能射入光線的“窗口”，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過(guò)透鏡正好射在管芯上。實(shí)物圖圖符號(hào)和

文字符號(hào)變?nèi)荻O管雙稱(chēng)可變電抗二極管，是一種利用PN結(jié)的勢(shì)壘電容與其反向偏置電壓的依賴(lài)關(guān)系及原理制成的二極管，其結(jié)構(gòu)如：4.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管的作用是利用PN結(jié)之間電容可變的原理制作的，變?nèi)荻O管正常工作時(shí)應(yīng)反向偏置，改變其PN結(jié)上的反向偏置電壓，即可改變PN結(jié)電容量。反向偏壓越高，結(jié)電容則越小，反向偏壓與結(jié)電容之間的關(guān)系是非線性關(guān)系。實(shí)物圖圖符號(hào)和

文字符號(hào)VD變?nèi)荻O管通常用于高頻電路做調(diào)諧元件，或者在通信等電路中作可變電容使用。激光二極管的物理結(jié)構(gòu)是在發(fā)光二極管的PN結(jié)間安置一層具有光活體的半導(dǎo)體，其端面經(jīng)過(guò)拋光后具有部分反射功能，因而形成一個(gè)光諧振腔。在正向偏置情況下，LED結(jié)發(fā)射出光并與光諧振腔相互作用，從而進(jìn)一步激勵(lì)從結(jié)上發(fā)射出單波長(zhǎng)的激光，這種激光的物理性質(zhì)與材料有關(guān)。

5.激光二極管實(shí)物圖圖符號(hào)和

文字符號(hào)VD激光二極管的工作原理理論上和氣體激光器相似，當(dāng)激光二極管有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光。激光二極管在計(jì)算機(jī)上的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，激光打印機(jī)中的打印頭等小功率光電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用

。1.利用穩(wěn)壓管或普通二極管的正向壓降，是否也可以穩(wěn)壓？你會(huì)做嗎？思考與問(wèn)題2.現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向?qū)妷簽?.7V。試問(wèn)：(1)若將它們串聯(lián)相接，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？(2)若將它們并聯(lián)相接，又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？3.在右圖所示電路中，發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓UD＝1.5V，正向電流在5~15mA時(shí)才能正常工作。試問(wèn)圖中開(kāi)關(guān)S在什么位置時(shí)發(fā)光二極管才能發(fā)光？R的取值范圍又是多少？

RDS+5V任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)三極管提出問(wèn)題

三極管的問(wèn)世使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。作為電子世界中的未來(lái)工程技術(shù)人員，你了解雙極型三極管、單極型三極管的結(jié)構(gòu)組成嗎？知道兩類(lèi)三極管分別在電子電路中主要起什么作用嗎？了解兩種類(lèi)型的三極管的外部特性特點(diǎn)嗎？你知道在工程應(yīng)用中，兩種類(lèi)型的三極管應(yīng)參照哪些參數(shù)進(jìn)行選擇嗎？你會(huì)檢測(cè)三極管的檢性及好壞嗎？NNP知識(shí)準(zhǔn)備三極管是組成各種電子電路的核心器件。三極管的產(chǎn)生使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。1.3.1雙極型三極管BJT的結(jié)構(gòu)組成雙極型晶體管分有NPN型和PNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個(gè)分區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)和三個(gè)向外引出的電極：發(fā)射極e發(fā)射結(jié)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電極c基極bNPN型PNP型PPNNPN型三極管圖符號(hào)大功率低頻三極管小功率高頻三極管中功率低頻三極管目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的雙極型硅晶體管多為NPN型（3D系列），鍺晶體管多為PNP型（3A系列），按頻率高低有高頻管、低頻管之別；根據(jù)功率大小可分為大、中、小功率管。

ecbPNP型三極管圖符號(hào)ecb注意：圖中箭頭方向?yàn)榘l(fā)射極電流的方向。1.3.2BJT的電流放大作用晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。（2）為減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，基區(qū)應(yīng)做得很薄，一般為幾個(gè)微米，且摻雜濃度極低。（3）為了順利收集邊緣載流子，集電區(qū)體積較大，且摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間?？梢?jiàn)，雙極型三極管并非是兩個(gè)PN結(jié)的簡(jiǎn)單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個(gè)二極管來(lái)代替，使用時(shí)也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的外部條件NNPUBBRB＋－（1）發(fā)射結(jié)必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴(kuò)散，擴(kuò)散電流即發(fā)射極電流ie，擴(kuò)散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成基極電流ib，多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴(kuò)散。UCCRC＋－（2）集電結(jié)必須“反向偏置”，以利于收集擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的多數(shù)擴(kuò)散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB整個(gè)過(guò)程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數(shù)等于基區(qū)復(fù)合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數(shù)之和，即：IE=IB+IC三極管的集電極電流IC稍小于IE，但遠(yuǎn)大于IB，IC與IB的比值在一定范圍內(nèi)基本保持不變。特別是基極電流有微小的變化時(shí)，集電極電流將發(fā)生較大的變化。例如，IB由40μA增加到50μA時(shí)，IC將從3.2mA增大到4mA，即：顯然，雙極型三極管具有電流放大能力。式中的β值稱(chēng)為三極管的電流放大倍數(shù)。不同型號(hào)、不同類(lèi)型和用途的三極管，β值的差異較大，大多數(shù)三極管的β值通常在幾十至幾百的范圍。

由此可得：微小的基極電流IB可以控制較大的集電極電流IC，故雙極型三極管屬于電流控制器件。

結(jié)論由于發(fā)射結(jié)處正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE?；仡櫯c總結(jié)1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過(guò)程由于基區(qū)很薄，且多數(shù)載流子濃度又很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子只有很少一部分和基區(qū)的空穴相復(fù)合形成基極電流IB，剩下的絕大部分電子則都擴(kuò)散到了集電結(jié)邊緣。2.電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過(guò)程集電結(jié)由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。3.集電區(qū)收集電子的過(guò)程只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的內(nèi)部條件，再加上晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的外部條件，三極管就具有了放大電流的能力。1.3.3BJT的外部特性所謂特性曲線是指各極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。從工程應(yīng)用角度來(lái)看，外部特性更為重要。1.輸入特性以常用的共射極放大電路為例說(shuō)明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開(kāi)始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時(shí)的輸入特性曲線UCE為0時(shí)UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開(kāi)始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開(kāi)始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲線繼續(xù)增大UCC使UCE=1V以上的多個(gè)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：之后的所有輸入特性幾乎都與UCE=1V的特性相同，曲線基本不再變化。實(shí)用中三極管的UCE值一般都超過(guò)1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時(shí)的曲線。從特性曲線可看出，雙極型三極管的輸入特性與二極管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲線2.輸出特性先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。當(dāng)IB不變時(shí)，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為輸出特性。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，觀察毫安表中IC的變化并記錄下來(lái)。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根據(jù)記錄可給出IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線就是晶體管的輸出特性曲線。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB1至另一稍小的固定值上保持不變。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，繼續(xù)觀察毫安表中IC的變化并記錄下來(lái)。UCE根據(jù)電壓、電流的記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線較前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不斷重復(fù)上述過(guò)程，我們即可得到不同基極電流IB對(duì)應(yīng)相應(yīng)IC、UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開(kāi)始部分很陡，說(shuō)明IC隨UCE的增加而急劇增大。當(dāng)UCE增至一定數(shù)值時(shí)(一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基本上不再隨UCE而變化。當(dāng)IB一定時(shí)，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子數(shù)大致一定。當(dāng)UCE超過(guò)1V以后，這些電子的絕大部分被拉入集電區(qū)而形成集電極電流IC。之后即使UCE繼續(xù)增大，集電極電流IC也不會(huì)再有明顯的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3當(dāng)IB增大時(shí)，相應(yīng)IC也增大，輸出特性曲線上移，且IC增大的幅度比對(duì)應(yīng)IB大得多。這一點(diǎn)正是晶體管的電流放大作用。從輸出特性曲線可求出三極管的電流放大系數(shù)β。ΔIB=40A取任意再兩條特性曲線上的平坦段，讀出其基極電流之差；再讀出這兩條曲線對(duì)應(yīng)的集電極電流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我們可得到三極管的電流放大倍數(shù)：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個(gè)區(qū)：飽和區(qū)。當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置時(shí)，三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)集電極電流IC與基極電流IB之間不再成比例關(guān)系，IB的變化對(duì)IC的影響很小。截止區(qū)。當(dāng)基極電流IB等于0時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。實(shí)際上當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時(shí)，晶體管就已經(jīng)截止，為讓其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大區(qū)晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。在放大區(qū)，集電極電流與基極電流之間成β倍的數(shù)量關(guān)系，即晶體管在放大區(qū)時(shí)具有電流放大作用1.3.4BJT的主要技術(shù)參數(shù)1.集電極最大允許電流ICM2.反向擊穿電壓U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基極開(kāi)路指基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。使用中若超過(guò)此值,晶體管的集電結(jié)就會(huì)出現(xiàn)雪崩擊穿。當(dāng)IC

=

ICM時(shí)，晶體管的β值通常下降到正常額定值的三分之二。但當(dāng)IC>ICM時(shí)，晶體管并不一定燒損，但β值明顯下降。3.集電極最大允許功耗PCMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3晶體管的功耗PC=UCE*IC。使用中，如果溫度過(guò)高，晶體管的性能就會(huì)下降甚至被損壞，所以集電極損耗有一定的限制，規(guī)定集電極所消耗的最大功率不能超過(guò)最大允許耗散功率PCM值。如果超過(guò)PCM值，則晶體管就會(huì)因過(guò)熱而損壞。晶體管上的功耗超過(guò)PCM，管子將損壞。安

全

區(qū)晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度差別較大，如果把兩個(gè)極互換使用，則嚴(yán)重影響晶體管的電流放大能力，甚至造成放大能力喪失。晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?

晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，UCE<UBE，集電結(jié)也處于正偏，這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，因此極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達(dá)集電結(jié)邊緣的電子，這種情況下，集電極電流IC與基極電流IB不再是β倍的關(guān)系，因此，晶體管的電流放大能力大大下降。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，其電流放大系數(shù)是否也等于β？為了使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電子的絕大多數(shù)無(wú)法在基區(qū)和空穴復(fù)合，由于基區(qū)摻雜深度很低且很薄，因此只能有極小一部分?jǐn)U散電子與基區(qū)空穴相復(fù)合形成基極電流，剩余大部分?jǐn)U散電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散，由于集成電結(jié)反偏，這些集結(jié)到集電結(jié)邊緣的自由電子被集電極收集后形成集電極電流。為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度??？而且還要做得很??？學(xué)習(xí)與討論思考與問(wèn)題使用三極管時(shí)，只要①集電極電流超過(guò)ICM值；②耗散功率超過(guò)PCM值；③集—射極電壓超過(guò)U（BR）CEO值，三極管就必然損壞。上述說(shuō)法哪個(gè)是對(duì)的？

用萬(wàn)用表測(cè)量某些三極管的管壓降得到下列幾組數(shù)據(jù)，說(shuō)明每個(gè)管子是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？它們各工作在什么區(qū)域？UBE＝0.7V，UCE＝0.3V；UBE＝0.7V，UCE＝4V；UBE＝0V，UCE＝4V；UBE＝－0.2V，UCE＝－0.3V；UBE＝0V，UCE＝－4V。NPN硅管，飽和區(qū)NPN硅管，放大區(qū)NPN硅管，截止區(qū)PNP鍺管，放大區(qū)PNP鍺管，截止區(qū)1.3.5單極型三極管概述

雙極型三極管是利用基極小電流去控制集電極較大電流的電流控制型器件，因工作時(shí)兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電而稱(chēng)之為雙極型。單極型三極管因工作時(shí)只有多數(shù)載流子一種載流子參與導(dǎo)電，因此稱(chēng)為單極型三極管；單極型三極管是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)控制輸出電流的電壓控制型器件。上圖所示為單極型三極管產(chǎn)品實(shí)物圖。單極型管可分為結(jié)型和絕緣柵型兩大類(lèi)，其中絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用最為廣泛，其中又分增強(qiáng)型和耗盡型兩類(lèi)，且各有N溝道和P溝道之分。單極型三極管可用英文縮寫(xiě)FET表示，與雙極型三極管BJT相比，無(wú)論是內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理還是外部的特性曲線，二者都截然不同。FET屬于一種新型的半導(dǎo)體器件，尤為突出的是：FET具有高達(dá)107~1015的輸入電阻，幾乎不取用信號(hào)源提供的電流，因而具有功耗小，體積小、重量輕、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡(jiǎn)單且易于集成化等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展了單極型三極管的應(yīng)用范圍，單極型三極管在工程實(shí)際中通常用于：①放大；②在多級(jí)放大器輸入級(jí)用作阻抗變換；③用作可變電阻；④用作恒流源；⑤用作電子開(kāi)關(guān)。

1.3.6

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)組成N+N+以P型硅為襯底BDGS二氧化硅(SiO2)絕緣保護(hù)層兩端擴(kuò)散出兩個(gè)高濃度的N區(qū)N區(qū)與P型襯底之間形成兩個(gè)PN結(jié)由襯底引出電極B由高濃度的N區(qū)引出的源極S由另一高濃度N區(qū)引出的漏極D由二氧化硅層表面直接引出柵極G雜質(zhì)濃度較低，電阻率較高。N+N+以P型硅為襯底BDGS大多數(shù)管子的襯底在出廠前已和源極連在一起鋁電極、金屬（Metal）二氧化硅氧化物（Oxide）半導(dǎo)體（Semiconductor)故單極型三極管又稱(chēng)為MOS管。MOS管電路的連接形式N+N+P型硅襯底BDGS+－UDS+－UGS漏極與源極間電源UDS柵極與源極間電源UGS

如果襯底在出廠前未連接到源極上，則要根據(jù)電路具體情況正確連接。一般P型硅襯底應(yīng)接低電位，N型硅襯底應(yīng)接高電位，由導(dǎo)電溝道的不同而異。不同類(lèi)型MOS管的電路圖符號(hào)DSGB襯底N溝道增強(qiáng)型圖符號(hào)DSGB襯底P溝道增強(qiáng)型圖符號(hào)DSGB襯底N溝道耗盡型圖符號(hào)DSGB襯底P溝道耗盡型圖符號(hào)由圖可看出，襯底的箭頭方向表明了場(chǎng)效應(yīng)管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。虛線表示增強(qiáng)型實(shí)線表示耗盡型1.3.7

MOS管的主要技術(shù)參數(shù)

1.開(kāi)啟電壓UT開(kāi)啟電壓是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，柵源電壓UGS小于UT的絕對(duì)值時(shí)，MOS管不能導(dǎo)通。

2.輸入電阻RGS

RGS是場(chǎng)效應(yīng)管的柵源間輸入電阻典型值，對(duì)于絕緣柵場(chǎng)型MOS管，輸入電阻RGS約在1M~100MΩ之間。由于高阻態(tài)，所以可認(rèn)為輸入電流基本為零。3.最大漏極功耗PDM最大漏極功耗可由PDM=UDS

ID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)，管子正常使用時(shí)不得超過(guò)此值，否則將會(huì)由過(guò)熱而造成管子的損壞。1.3.6MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理以增強(qiáng)型NMOS管為例說(shuō)明其工作原理。N溝道增強(qiáng)型MOS管不存在原始導(dǎo)電溝道。當(dāng)柵源極間電壓UGS=0時(shí)，增強(qiáng)型MOS管的漏極和源極之間相當(dāng)于存在兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。N+N+P型硅襯底BDGS不存在原始溝道+－UDSUGS=0此時(shí)無(wú)論UDS是否為0，也無(wú)論其極性如何，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此MOS管不導(dǎo)通，ID=0。MOS管處于截止區(qū)。PPN結(jié)PN結(jié)ID=01.導(dǎo)電溝道的形成在柵極和襯底間加UGS且與源極連在一起，由于二氧化硅絕緣層的存在，電流不能通過(guò)柵極。但金屬柵極被充電，因此聚集大量正電荷。+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDS=0UGS電場(chǎng)力排斥空穴二氧化硅層在UGS作用下被充電而產(chǎn)生電場(chǎng)形成耗盡層出現(xiàn)反型層形成導(dǎo)電溝道電場(chǎng)吸引電子

導(dǎo)電溝道形成時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源間電壓UGS=UT稱(chēng)為開(kāi)啟電壓。UT+－+－N+N+P型硅襯底BDGS當(dāng)UGS>UT、UDS≠0且較小時(shí)UDSUGSID當(dāng)UGS繼續(xù)增大，UDS仍然很小且不變時(shí)，ID隨著UGS的增大而增大。此時(shí)增大UDS，導(dǎo)電溝道出現(xiàn)梯度，ID又將隨著UDS的增大而增大。直到UGD=UGS－UDS=UT時(shí)，相當(dāng)于UDS增加使漏極溝道縮減到導(dǎo)電溝道剛剛開(kāi)啟的情況，稱(chēng)為預(yù)夾斷，ID基本飽和。導(dǎo)電溝道加厚產(chǎn)生漏極電流ID+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDSUGS在放大恒流區(qū)，如果UDS-UGD<UT時(shí)，溝道完全夾斷，ID=0，管子又回到截止區(qū)。但繼續(xù)增大UDS，使管子出現(xiàn)雪崩擊穿時(shí)，ID電流急劇增大，管子將進(jìn)入擊穿區(qū)。UGD溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷時(shí)工作在放大狀態(tài)，放大區(qū)ID幾乎與UDS的變化無(wú)關(guān)，只受UGS的控制。即MOS管是利用柵源電壓UGS來(lái)控制漏極電流ID大小的一種電壓控制器件。2.漏源間電壓UDS和柵源間電壓UGS對(duì)漏極電流ID的影響場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道形成動(dòng)畫(huà)說(shuō)明1.3.9

MOS管的使用注意事項(xiàng)1.MOS管中,有的產(chǎn)品將襯底引出，形成四個(gè)管腳。使用者可視電路需要進(jìn)行連接。P襯底接低電位，N襯底接高電位。但當(dāng)源極電位很高或很低時(shí),可將源極與襯底連在一起。2.場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與源極通?？梢曰Q，且不會(huì)對(duì)伏安特性曲線產(chǎn)生明顯影響。注意：大多產(chǎn)品出廠時(shí)已將源極與襯底連在一起了，這時(shí)源極與漏極就不能再進(jìn)行對(duì)調(diào)使用。3.MOS管不使用時(shí),由于它的輸入電阻非常高,須將各電極短路,以免受外電場(chǎng)作用時(shí)使管子損壞。即MOS管在不使用時(shí)應(yīng)避免柵極懸空，務(wù)必將各電極短接。4.焊接MOS管時(shí)，電烙鐵須有外接地線，用來(lái)屏蔽交流電場(chǎng)，以防止損壞管子。特別是焊接絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，最好斷電后再焊接。單極型晶體管和雙極型晶體管的性能比較1.場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對(duì)應(yīng)于雙極型晶體管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。2.場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本上不取電流，而雙極型晶體管工作時(shí)基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號(hào)源取極小量電流的情況下，應(yīng)該選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用雙極型晶體管進(jìn)行放大可以得到比場(chǎng)效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。3.場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而雙極型晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化比較劇烈的情況下，選用場(chǎng)效應(yīng)管比較合適。4.場(chǎng)效應(yīng)管的源極和襯底未連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣柵型管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比晶體管強(qiáng)；而雙極型晶體管的集電極與發(fā)射極由于特性差異很大而不允許互換使用。5.與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)較小，所以在低噪聲放大器的前級(jí)通常選用場(chǎng)效應(yīng)管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)信噪比是主要矛盾時(shí)，還應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。6.場(chǎng)效應(yīng)管和雙極型晶體管都可以用于放大或可控開(kāi)關(guān)，但場(chǎng)效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用，而且制造工藝便于集成化，具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此在電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。MOS管在不使用時(shí)，應(yīng)注意避免什么問(wèn)題？否則會(huì)出現(xiàn)何種事故？

在使用MOS管時(shí)，為什么柵極不能懸空？雙極型管和MOS管的輸入電阻有何不同？你會(huì)做嗎？當(dāng)UGS為何值時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOS管導(dǎo)通？思考與問(wèn)題雙極型三極管和單極型三極管的導(dǎo)電機(jī)理有什么不同？為什么稱(chēng)晶體管為電流控件而稱(chēng)MOS管為電壓控件？

為什么說(shuō)場(chǎng)效應(yīng)管的熱穩(wěn)定性比雙極型三極管的熱穩(wěn)定性好？

1.雙極型三極管和單極型三極管的導(dǎo)電機(jī)理有什么不同？為什么稱(chēng)晶體管為電流控件而稱(chēng)MOS管為電壓控件？思考與練習(xí)解答2.當(dāng)UGS為何值時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOS管導(dǎo)通？3.在使用MOS管時(shí)，為什么柵極不能懸空？4.晶體管和MOS管的輸入電阻有何不同？雙極型三極管有多子和少子兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電；單極型三極管只有多子參與導(dǎo)電。晶體管的輸出電流IC受基極電流IB的控制而變化，因此稱(chēng)之為電流控件；MOS管的輸出電流ID受柵源間電壓UGS的控制而變化，所以稱(chēng)為電壓控件。當(dāng)UGS=UT時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOS管開(kāi)始導(dǎo)通，隨著UGS的增加，溝道加寬，ID增大。由于二氧化硅層的原因，使MOS管具有很高的輸入電阻。在外界電壓影響下，柵極易產(chǎn)生相當(dāng)高的感應(yīng)電壓，造成管子擊穿，所以MOS管在不使用時(shí)應(yīng)避免柵極懸空，務(wù)必將各電極短接。晶體管的輸入電阻rbe一般在幾百歐～千歐左右，相對(duì)較低；而MOS管絕緣層的輸入電阻極高，一般認(rèn)為柵極電流為零。本章學(xué)習(xí)結(jié)束，希望同學(xué)們對(duì)本章內(nèi)容予以重視，因?yàn)檫@是電子技術(shù)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)部分。Goodbye!項(xiàng)目2認(rèn)識(shí)各種類(lèi)型放大電路任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)基本放大電路任務(wù)2.2認(rèn)識(shí)共集電極放大電路任務(wù)2.3初識(shí)功率放大器和差放電路任務(wù)2.4認(rèn)識(shí)放大電路的負(fù)反饋?lái)?xiàng)目導(dǎo)入

實(shí)際生活中，經(jīng)常會(huì)把一些微弱的信號(hào)放大到便于測(cè)量和利用的程度，這就要用到放大電路。放大電路亦稱(chēng)為放大器，它是使用最為廣泛的電子電路之一，也是構(gòu)成其他電子電路的基礎(chǔ)單元電路。項(xiàng)目導(dǎo)入

放大電路的類(lèi)型多種多樣，按器件分可分為電子管放大電路、晶體管分立元件放大電路、集成放大電路；按輸入信號(hào)又可分為直流放大電路和交流放大電路；按耦合方式分，可分為電容耦合放大電路、變壓器耦合放大電路、直接耦合放大電路及光耦合放大電路等；按信號(hào)頻率分，放大電路可分為高頻放大電路、中頻放大電路和低頻放大電路；按輸出分，放大電路又可分為電壓放大器、電流放大器和功率放大器；按通頻帶分，可分有寬帶放大電路和窄帶放大電路；按電路形式分，可分有單管放大電路、推挽放大電路、差分放大電路等；如果按工作點(diǎn)分，還可分為甲類(lèi)放大電路、乙類(lèi)放大電路、甲乙類(lèi)放大電路等。項(xiàng)目導(dǎo)入

基本放大電路是構(gòu)成各種復(fù)雜放大電路和線性集成電路的基本單元，無(wú)論是日常使用的收音機(jī)、電視機(jī)、精密的測(cè)量?jī)x器還是復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中都有各種各樣的放大電路。在這些電子設(shè)備中，常常需要將天線接收到的或是從傳感器得到的微弱電信號(hào)加以放大，以便推動(dòng)喇叭或測(cè)量裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。因此，“放大”是模擬電子電路討論的重點(diǎn)，放大電路的基礎(chǔ)就是能量轉(zhuǎn)換。掌握放大電路的基本構(gòu)成及特點(diǎn)，理解基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置目的及其求解方法；熟悉非線性失真的概念；初步掌握運(yùn)用微變等效電路法求解電路的電壓放大倍數(shù)、電路的輸入電阻和輸出電阻；了解多級(jí)放大電路的常用耦合方式。技術(shù)能力上要求掌握示波器、信號(hào)發(fā)生器、電子毫伏表等常用電子儀器的使用方法；具有對(duì)共射放大電路進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試的能力；掌握基本放大電路安裝、調(diào)試的工藝技能。學(xué)習(xí)目標(biāo)提出問(wèn)題基本放大電路的組成原則是什么？如何理解放大電路的工作原理？什么是放大電路的估算法和靜態(tài)分析法？如何理解放大電路的動(dòng)態(tài)分析法？什么是微變等效電路？它有何作用？任務(wù)2.1

認(rèn)識(shí)各種類(lèi)型放大電路2.1.1基本放大電路的組成及組成原理放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛的一種單元電路。

所謂“放大”，是指將一個(gè)微弱的電信號(hào)，通過(guò)某種裝置，得到一個(gè)波形與該微弱信號(hào)相同、但幅值卻大很多的信號(hào)輸出。這個(gè)裝置就是晶體管放大電路?！胺糯蟆弊饔玫膶?shí)質(zhì)是電路對(duì)電流、電壓或能量的控制作用。揚(yáng)聲器負(fù)載輸入信號(hào)源擴(kuò)音器中放大電路的組成為放大器提供能量的直流電源RS+－US放大電路+－u0i0話(huà)筒送來(lái)的微弱音頻信號(hào)ui放大電路微弱輸入小信號(hào)uiuO幅度大大增強(qiáng)的輸出信號(hào)uO放大電路的放大作用，實(shí)質(zhì)是把直流電源UCC的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用則是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大電路輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化。放大電路的核心元件是晶體管，因此，放大電路若要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入小信號(hào)的放大作用，必須首先保證晶體管工作在放大區(qū)。晶體管工作在放大區(qū)的外部偏置條件是：其發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。此條件是通過(guò)外接直流電源，并配以合適的偏置電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電子技術(shù)中以晶體管為核心元件，利用晶體管的以小控大作用，可組成各種形式的放大電路，基本放大電路的形式分以下三種組態(tài)：＋

u0－＋

ui－bce＋

u0－＋

ui－bec＋

u0－＋

ui－bec共射組態(tài)放大電路共集電組態(tài)放大電路共基組態(tài)放大電路

無(wú)論放大電路的組態(tài)如何，其目的都是讓輸入的微弱小信號(hào)通過(guò)放大電路后，輸出時(shí)其信號(hào)幅度顯著增強(qiáng)?；痉糯箅娐返暮诵脑蔷w管，放大電路的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱小信號(hào)的幅度放大，單憑晶體管的電流放大作用顯然無(wú)法完成。必須在放大電路中設(shè)置直流電源，并保證晶體管工作在線性放大區(qū)。1.核心元件晶體管必須發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；2.輸入回路的設(shè)置應(yīng)使輸入信號(hào)耦合到晶體管輸入電路，

以保證晶體管的以小控大作用；3.輸出回路的設(shè)置應(yīng)保證晶體管放大后的電流信號(hào)能夠轉(zhuǎn)

換成負(fù)載需要的電壓形式；4.不允許被傳輸小信號(hào)放大后出現(xiàn)失真。2.1.1放大電路的組成原則2.1.2共射放大電路的組成共發(fā)射極放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的放大電路形式，其電路組成的一般形式為：3DG6管RBUBBC1+RCUCCC2+放大電路的核心元件——三極管輸入回路耦合電容基極電阻基極電源集電極電阻為放大電路提供能量的直流電源輸出回路耦合電容上圖所示為雙電源組成的共發(fā)射極基本放大電路。實(shí)際應(yīng)用中，共射放大電路通常采用單電源供電，各部分的作用分別如下：晶體管的作用是把放大電路輸入的小電流進(jìn)行放大，并控制能量轉(zhuǎn)移向放大電路提供能量，保證晶體管的放大作用?；鶚O偏置電阻的作用是為放大電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，保證晶體管工作在放大區(qū)。輸入耦合電容的作用是通交隔直。一方面防止放大電路內(nèi)直流部分對(duì)輸入的影響，另一方面讓輸入交流信號(hào)順利通過(guò)。輸出耦合電容的作用是隔離放大電路內(nèi)部的直流和讓放大的交流信號(hào)順利輸出。集電極電阻的作用是將放大后的集電極電流轉(zhuǎn)換成電路所需的電壓輸出。3DG6管RBC1+RCC2++UCC3DG6RBC1+RCC2++UCCcebuiuoibiCuCEiBIB基極固定偏置電流放大后的集電極電流

iC通過(guò)RC將放大的電流轉(zhuǎn)換為放大的晶體管電壓輸出。uCE經(jīng)C2濾掉了直流成分后的輸出電壓信號(hào)電流和基極固定偏流的疊加顯然，放大電路內(nèi)部各電流、電壓都是交直流共存的。uit0輸入交流信號(hào)電流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCuOt0反相！輸入信號(hào)電壓2.1.3共射放大電路的工作原理

需放大的信號(hào)電壓ui通過(guò)C1轉(zhuǎn)換為放大電路的輸入電流，與基極偏流疊加后加到晶體管的基極，基極電流iB的變化通過(guò)晶體管的以小控大作用控制集電極電流iC變化；iC通過(guò)RC使電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，即：uCE=UCC-iCRC

放大電路內(nèi)部各電壓、電流都是交直流共存的。其直流分量及其注腳均采用大寫(xiě)英文字母；交流分量及其注腳均采用小寫(xiě)英文字母；疊加后的總量用英文小寫(xiě)字母，但其注腳采用大寫(xiě)英文字母。例如：基極電流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；總量用iB表示。由上式可看出：當(dāng)iC增大時(shí)，uCE就減小，所以u(píng)CE的變化正好與iC相反，這就是它們反相的原因。uCE經(jīng)過(guò)C2濾掉了直流成分，耦合到輸出端的交流成分即為輸出電壓uo。若電路參數(shù)選取適當(dāng)，uo的幅度將比ui幅度大很多，亦即輸入的微弱小信號(hào)ui被放大了，這就是放大電路的工作原理。輸入信號(hào)ui=0、只在直流電源UCC作用下電路的狀態(tài)稱(chēng)“靜態(tài)”。直流分析就是要求出此時(shí)的IB、IC和UCE三數(shù)值。C1+C2+ICUBE放大電路的直流通道UCE3DG6RBRC＋UCCcebIC=βIBUCE=UCC－ICRCIB=RBUCC-UBE直流下耦合電容C1、C2相當(dāng)于開(kāi)路，由直流通道求工作點(diǎn)上的IB：IB由圖可得由晶體管放大原理可求得IC：由圖又可求得工作點(diǎn)上UCE：式中ICRC前面的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與集電極電流IC反相。2.1.4放大電路靜態(tài)分析的估算法分析UBE(V)IB0.5V0.7V死區(qū)uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t