《电子技术基础》(模电+数电)教材配套-刘鹏、刘旭主编-北京理工大学出版社.ppt

电子技术基础电子技术基础（模电（模电+数电）数电）教材配套课件教材配套课件刘鹏、刘旭主编刘鹏、刘旭主编ISBN:978-7-5640-7300-8ISBN:978-7-5640-7300-8教学目的及要求：教学目的及要求：1.1.了解本征半导体和杂质半导体了解本征半导体和杂质半导体了解本征半导体和杂质半导体了解本征半导体和杂质半导体 2.2.掌握掌握掌握掌握PNPN结的形成以及结的形成以及结的形成以及结的形成以及PNPN结的特点结的特点结的特点结的特点 3.3.二极管的结构、符号与特性二极管的结构、符号与特性二极管的结构、符号与特性二极管的结构、符号与特性 4.4.掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线。线。线。线。教学重点：教学重点：N N，P P型半导体以及型半导体以及型半导体以及型半导体以及PNPN结的特点，二极管的特性；结的特点，二极管的特性；结的特点，二极管的特性；结的特点，二极管的特性；掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线教学难点：教学难点：PN PN结的形成；半导体三极管的电流放大原理结的形成；半导体三极管的电流放大原理结的形成；半导体三极管的电流放大原理结的形成；半导体三极管的电流放大原理第1章 半导体器件基础知识第一节第一节第一节第一节 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识第二节第二节第二节第二节 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第三节第三节第三节第三节 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管第1章半导体器件基础知识一、半导体的概念一、半导体的概念金金属属导导体体内内的的载载流流子子只只有有一一种种，就就是是自自由由电电子子，而而且且数数目目很多，所以具有良好的导电性能。很多，所以具有良好的导电性能。绝绝缘缘体体中中载载流流子子的的数数目目很很少少，因因而而导导电电性性能能很很差差，几几乎乎不不导电。导电。半半导导体体中中的的载载流流子子数数目目也也不不多多，远远远远低低于于金金属属导导体体，其其导导电性能比导体差而比绝缘体好。电性能比导体差而比绝缘体好。半半导导体体:导导电电性性能能介介于于导导体体与与绝绝缘缘体体之之间间的的物物质质称称半半导导体体。常常用用的的半半导导体体材材料料有有硅硅（Si）、锗锗（Ge）、硒硒（Se）和和砷砷化化镓镓（GaAs）及及其其他他金金属属氧氧化化物物和和硫硫化化物物等等，半半导导体体一一般般呈呈晶晶体体结构。结构。第一节 半导体的基础知识半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：1.1.1.1.掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：在半导体中掺入微量杂质，可改变其电在半导体中掺入微量杂质，可改变其电在半导体中掺入微量杂质，可改变其电在半导体中掺入微量杂质，可改变其电 阻率和导电类型阻率和导电类型阻率和导电类型阻率和导电类型(可做成各种不同用途的可做成各种不同用途的可做成各种不同用途的可做成各种不同用途的 半导体器件，如二极管和三极管等）。半导体器件，如二极管和三极管等）。半导体器件，如二极管和三极管等）。半导体器件，如二极管和三极管等）。3.3.3.3.光敏感性光敏感性光敏感性光敏感性：光照能改变半导体的电阻率。光照能改变半导体的电阻率。光照能改变半导体的电阻率。光照能改变半导体的电阻率。(可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。2.2.2.2.温度敏感性温度敏感性温度敏感性温度敏感性：半导体的电阻率随温度变化很敏感半导体的电阻率随温度变化很敏感半导体的电阻率随温度变化很敏感半导体的电阻率随温度变化很敏感,并并并并 随掺杂浓度不同，具有正或负的电阻温度随掺杂浓度不同，具有正或负的电阻温度随掺杂浓度不同，具有正或负的电阻温度随掺杂浓度不同，具有正或负的电阻温度 系数系数系数系数(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。二、半导体的特性二、半导体的特性纯纯净净的的不不含含任任何何杂杂质质、晶晶体体结结构构排排列列整整齐齐的的半半导导体体，称称为为本征半导体本征半导体。本本征征半半导导体体的的最最外外层层电电子子（称称为为价价电电子子）除除受受到到原原子子核核吸引外还受到共价键束缚，因而它的导电能力差。吸引外还受到共价键束缚，因而它的导电能力差。价价电电子子从从外外界界获获得得能能量量，挣挣脱脱共共价价键键的的束束缚缚而而成成为为自自由由电电子子。这这时时，在在共共价价键键结结构构中中留留下下相相同同数数量量的的空空位位，每每次次原原子子失失去去价价电电子子后后，变变成成正正电电荷荷的的离离子子，从从等等效效观观点点看看，每每个个空位相当于带一个基本电荷量的正电荷，成为空位相当于带一个基本电荷量的正电荷，成为空穴空穴。三、本征半导体三、本征半导体共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。价电子价电子四、四、四、四、N N型和型和型和型和P P型半导体型半导体型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子型半导电方式，称为电子型半导电方式，称为电子型半导电方式，称为电子型半导体或体或体或体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素多余多余电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由自由电子子失去一个失去一个电子子变为正离子正离子 用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，如磷或砷。如磷或砷。如磷或砷。如磷或砷。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。子。子。掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子。流子。流子。硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电电子子子子变为变为负负离子离子离子离子空穴空穴在半导体硅或锗中掺入少量三价元素，如硼元素在半导体硅或锗中掺入少量三价元素，如硼元素在半导体硅或锗中掺入少量三价元素，如硼元素在半导体硅或锗中掺入少量三价元素，如硼元素在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a五、五、PNPN结结 1 1PNPN结的形成结的形成 在在一一块块纯纯净净的的半半导导体体晶晶片片上上，采采取取一一定定的的工工艺艺措措施施，在在两两边边掺掺入入不不同同的的杂杂质质，分分别别形形成成P P型型半半导导体体和和N N型型半半导导体体，它它们们的的交界面就形成了交界面就形成了PNPN结结。PN结的形成机理结的形成机理多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区 结结具具有有单单向向导导电电的的特特性性，这这种种特特性性可可以以通通过过实实验验加加以以证证明明。取取一一个个结结分分别别接接成成如如图图所所示示的的电电路路。实实验验证证明明如如图图（a a）所所示示电电路路的的灯灯泡泡发发亮亮，说说明明此此时时结结电电阻阻很很小小，处处于于“导导通通”状状态态。当当把把电电路路切切换换成成如如图图（b）所所示示的的电电路路时时灯灯泡不亮了，说明此时泡不亮了，说明此时PN结电阻很大，处于结电阻很大，处于“截止截止”状态。状态。2 2 PNPN结的单向导电性结的单向导电性 PN结的单向导电性原理结的单向导电性原理 1 1）PN PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。PN PN 结加正向电压时结加正向电压时结加正向电压时结加正向电压时，正向电流较大，正向电阻，正向电流较大，正向电阻，正向电流较大，正向电阻，正向电流较大，正向电阻较小，较小，较小，较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+2 2）PN PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2 2）PN PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时结加反向电压时结加反向电压时结加反向电压时，反向电流较小，反向电阻较，反向电流较小，反向电阻较，反向电流较小，反向电阻较，反向电流较小，反向电阻较大，大，大，大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第一节第一节第一节第一节 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识第二节第二节第二节第二节 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第三节第三节第三节第三节 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管第1章半导体器件基础知识第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 一、二极管的结构一、二极管的结构在在PNPN结结的的两两端端各各引引出出一一根根电电极极引引线线，然然后后用用外外壳壳封封装装起起来来就就构构成成了了半半导导体体二二极极管管，简简称称二二极极管管，如如图图（a a）所所示示，其其图图形符号如图（形符号如图（b b）所示。）所示。图（图（a a）图（图（b b）二、二极管的类型二、二极管的类型二极管按制造材料分类，主要有硅二极管和锗二极管；二极管按制造材料分类，主要有硅二极管和锗二极管；按按用用途途分分类类，主主要要有有整整流流二二极极管管、检检波波二二极极管管、稳稳压压二二极管、开关二极管等；极管、开关二极管等；按按接接触触的的面面积积大大小小分分类类，可可分分为为点点接接触触型型和和面面接接触触型型两两类。类。(1)(1)点接触型点接触型点接触型点接触型 点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）和一块和一块和一块和一块N N型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属与锗结合构成与锗结合构成与锗结合构成与锗结合构成PNPN结。由于点接触型二极管金属触丝很细，形结。由于点接触型二极管金属触丝很细，形结。由于点接触型二极管金属触丝很细，形结。由于点接触型二极管金属触丝很细，形成的成的成的成的PNPN结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。由于极间电容很小，所以这类管子适用于由于极间电容很小，所以这类管子适用于由于极间电容很小，所以这类管子适用于由于极间电容很小，所以这类管子适用于高频电路高频电路高频电路高频电路。(2)(2)面接触型面接触型面接触型面接触型 面接触型或称面结型二极面接触型或称面结型二极面接触型或称面结型二极面接触型或称面结型二极管的管的管的管的PNPN结是用合金法或扩散结是用合金法或扩散结是用合金法或扩散结是用合金法或扩散法做成的。由于这种二极管的法做成的。由于这种二极管的法做成的。由于这种二极管的法做成的。由于这种二极管的PNPN结面积大，可承受较大的结面积大，可承受较大的结面积大，可承受较大的结面积大，可承受较大的电流。但极间电容较大，这类电流。但极间电容较大，这类电流。但极间电容较大，这类电流。但极间电容较大，这类器件适用于低频电路，主要用器件适用于低频电路，主要用器件适用于低频电路，主要用器件适用于低频电路，主要用于于于于整流电路整流电路整流电路整流电路。三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性二极管二极管2CP31 加正向电压的实验数据加正向电压的实验数据二极管二极管2CP31 加反向电压的实验数据加反向电压的实验数据三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性A AB BD DE E（1 1）正向特性正向特性0A0A段段:死区死区ABAB段段:正向导通区正向导通区（2）反向特性反向特性0D段段:反向截止区反向截止区DE段段:反向击穿区反向击穿区（1 1）正向特性。正向特性。0A0A段段称称为为“死死区区”，在在这这一一区区间间，正正向向电电压压增增加加时时正正向向电电流流增增加加甚甚微微，近近似似为为零零。在在该该区区，二二极极管管呈呈现现很很大大的的正正向向电电阻阻，对外不导通。对外不导通。ABAB段段称称为为正正向向导导通通区区，随随着着外外加加电电压压的的增增加加，电电流流急急剧剧增增大大。此此时时二二极极管管电电阻阻很很小小，对对外外呈呈现现导导通通状状态态，在在电电路路中中相相当当于于一一个个闭闭合合的的开开关关。二二极极管管在在导导通通状状态态下下，管管子子两两端端的的正正向向压压降降很很小小（硅硅管管为为0.7 0.7 V V，锗锗管管为为0.3 0.3 V V），而而且且比比较较稳稳定定，表表现出很好的恒压特性。现出很好的恒压特性。但所加的正向电压不能太大，否则但所加的正向电压不能太大，否则P PN结会因过热而被烧坏。结会因过热而被烧坏。（2）反向特性。反向特性。0D段段称称为为反反向向截截止止区区。当当反反向向电电压压增增加加时时，反反向向电电流流增增加加很很小小，几几乎乎保保持持不不变变。此此电电流流称称为为反反向向饱饱和和电电流流，记记作作IS。IS愈愈大大，表表明明二二极极管管单单向向导导电电性性能能愈愈差差。小小功功率率硅硅管管的的IS小小于于1 A，锗锗管管的的IS为为几几 A几几千千A。这这也也是是硅硅管管和和锗锗管管的的一一个个显显著著区区别别。这这时时二二极极管管呈呈现现很很高高的的电电阻阻，在在电电路路中中相相当当于于一一个个断断开的开关，电路呈现截止状态。开的开关，电路呈现截止状态。段段称称为为反反向向击击穿穿区区。当当反反向向电电压压增增加加到到一一定定值值时时，反反向向电电流流急急剧剧增增大大，这这种种现现象象称称为为反反向向击击穿穿。发发生生反反向向击击穿穿时时所所加加的的电电压压称称为为反反向向击击穿穿电电压压，记记作作UBR。反反向向击击穿穿电电压压愈愈大大，表表明明二二极极管管的的耐耐压压性性能能愈愈好好。反反向向击击穿穿后后的的电电流流不不加加以以限限制制，结同样也会因过热而被烧坏，这种情况称为热击穿。结同样也会因过热而被烧坏，这种情况称为热击穿。1最大整流电流最大整流电流IFMIFM是是指指二二极极管管长长期期运运行行时时允允许许通通过过的的最最大大正正向向直直流流电电流流。IFM与与PN结结的的材材料料、面面积积及及散散热热条条件件有有关关。大大功功率率二二极极管管使使用用时时，一一般般要要加加散散热热片片。在在实实际际使使用用时时，流流过过二二极极管管最最大大平平均均电电流不能超过流不能超过IFM，否则二极管会因过热而损坏。，否则二极管会因过热而损坏。2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压URM（反向峰值电压）（反向峰值电压）URM是是指指二二极极管管在在使使用用时时允允许许外外加加的的最最大大反反向向电电压压，其其值值通通常常取取二二极极管管反反向向击击穿穿电电压压的的一一半半左左右右。在在实实际际使使用用时时，二二极极管管所所承承受受的的最最大大反反向向电电压压值值不不应应超超过过URM，以以免免二二极极管管发发生生反反向击穿。向击穿。四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数3反向电流反向电流IR与最大反向电流与最大反向电流IRM IR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。IRM是是指二极管在常温下承受最高反向工作电压指二极管在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，时的反向漏电流，一般很小，但其受温度影响很大。当温度升高时，一般很小，但其受温度影响很大。当温度升高时，IRM显著增显著增大。大。4最高工作频率最高工作频率fM 二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电性，这一频率称为最高工作频率。性，这一频率称为最高工作频率。它主要由它主要由PN结的结电容的大小来决定。点接触型二极管结的结电容的大小来决定。点接触型二极管结电容较小，结电容较小，fM可达几百兆赫兹。面接触型二极管结电容较可达几百兆赫兹。面接触型二极管结电容较大，大，fM只能达到几十兆赫兹。只能达到几十兆赫兹。1发光二极管发光二极管2光电二极管光电二极管五、特殊二极管五、特殊二极管3稳压二极管稳压二极管 (1)稳定电压稳定电压Uz Uz是稳压管反向击穿稳定工作的电压。是稳压管反向击穿稳定工作的电压。(2)稳定电流稳定电流Iz Iz是指稳压管工作的最小电流值。如果电流小于是指稳压管工作的最小电流值。如果电流小于Iz，则稳，则稳压性能差，甚至失去稳压作用。压性能差，甚至失去稳压作用。(3)动态电阻动态电阻rz rz是稳压管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电是稳压管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电流变化量的比值，即流变化量的比值，即 rz越小，稳压性能越好。越小，稳压性能越好。稳压二极管基本参数稳压二极管基本参数定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 VV阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V例例1：取取取取 B B 点作参考点，点作参考点，点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。位。位。D6V12V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。的电位。的电位。V V1 1阳阳阳阳 =6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 =V V2 2阴阴阴阴=12 V12 VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V求：求：求：求：U UABABBD16V12V3k AD2UAB+课堂作业课堂作业1：u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8Vu ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+课堂作业课堂作业2：1、当温度升高时，二极管的反向饱和电流将、当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。A.减小减小 B.不变不变 C.增大增大2、N型半导体是在本征半导体中加入型半导体是在本征半导体中加入 物质后形成的物质后形成的 A.电子电子 B.空穴空穴 C.三价硼元素三价硼元素 D.五价锑元素五价锑元素C C课堂作业课堂作业3：D D1.要得到要得到P型半导体，可在本征半导体硅或锗中掺少量的型半导体，可在本征半导体硅或锗中掺少量的()A.三价元素三价元素 B.四价元素四价元素C.五价元素五价元素 D.六价元素六价元素2.理想二极管构成的电路如题理想二极管构成的电路如题2图，则图，则()3.PN结反向偏置时，应该是结反向偏置时，应该是N区的电位比区的电位比P区的电位区的电位_。A.V截止截止U0=-4VB.V导通导通U0=+4VC.V截止截止U0=+8VD.V导通导通U0=+12VD DA A课堂作业课堂作业4：高高高高第三节第三节 半导体三极管半导体三极管一、三极管的结构和分类一、三极管的结构和分类 按三个区的组成形式，三极管可分为按三个区的组成形式，三极管可分为NPN型和型和PNP型。型。基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN NN NP P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECIEIC 发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不断发射区电子不断发射区电子不断发射区电子不断向基区扩散，形向基区扩散，形向基区扩散，形向基区扩散，形成发射极电流成发射极电流成发射极电流成发射极电流I I I IE E E E。进入进入进入进入P P P P 区的电区的电区的电区的电子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形成电流成电流成电流成电流I I I IB B B B，多数，多数，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。扩散到集电结。扩散到集电结。从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成集，形成集，形成I I I IC C C C。二、三极管的电流放大作用及其放大的基本条件二、三极管的电流放大作用及其放大的基本条件1 1三极管各电极上的电流分配三极管各电极上的电流分配三极管各电极上的电流分配三极管各电极上的电流分配实验电路实验电路 基基基基极极极极电电电电源源源源U UBBBB与与与与集集集集电电电电极极极极电电电电源源源源U UCCCC (10-20V)(10-20V)(10-20V)(10-20V)-使使使使三三三三极极极极管管管管发发发发射射射射结结结结正正正正偏偏偏偏，集集集集电电电电结结结结反反反反偏偏偏偏，三三三三极极极极管管管管处处处处在在在在放放放放大大大大状状状状态态态态，同同同同时时时时也也也也是是是是放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的能能能能量量量量来来来来源源源源，提供提供提供提供I I I IB B B B和和和和I I I IC C C C。IE=IB+IC （1-2）式（式（1-2）表明，发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。）表明，发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。(1)三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用基极电流基极电流IB的微小变化的微小变化,将使集电极电流将使集电极电流IC发生大的变化发生大的变化 (2)三极管放大的基本条件三极管放大的基本条件 要使三极管具有放大作用，必须要有合适的偏置条件，即：要使三极管具有放大作用，必须要有合适的偏置条件，即：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于对于NPN型三极管，必须保证集电极电压高于基极电压，型三极管，必须保证集电极电压高于基极电压，基极电压又高于发射极电压，即基极电压又高于发射极电压，即UCUBUE；而对于；而对于PNP型三极型三极管，则与之相反，即管，则与之相反，即UCUBUE。三、三极管的伏安特性三、三极管的伏安特性1输入特性曲线输入特性曲线特点特点特点特点:非线性非线性非线性非线性正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE 0.6 0.7V 0.6 0.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3V死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.5V0.5V，锗管，锗管，锗管，锗管0.1V0.1V。2 2输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线 在不同的在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管下，可得出不同的曲线，所以晶体管的的输出特性曲线输出特性曲线是一组曲线。是一组曲线。晶晶体体管管有有三三种种工工作作状状态态，因因而而输输出出特特性性曲曲线线分分为为三个工作区三个工作区IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=01)1)放大区放大区放大区放大区 在放大区在放大区在放大区在放大区 I IC C=I IB B ，也也也也称为线性区，具有恒称为线性区，具有恒称为线性区，具有恒称为线性区，具有恒流特性。流特性。流特性。流特性。在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处发射结处发射结处发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。Q Q2 2Q Q1 1大大大大放放放放区区区区IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=02)2)饱和区饱和区饱和区饱和区 饱和区是指饱和区是指iB 0，uCE0.3V的区域。的区域。在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区，I IB B I IC C，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。偏。偏。当当 UCE 0)，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。饱饱饱饱和和和和区区区区IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=03)3)截止区截止区截止区截止区截截止止时时,发发射射结结反反偏偏,集集电电结结也也处处于于反反向向偏偏置置(UBCUBUE，故故发发射射结结正正偏偏，集集电电结结反反偏偏，所所以图（以图（a）中的三极管工作于放大区。）中的三极管工作于放大区。在在图图（b）中中，三三极极管管为为NPN型型,UB=3.7 V,UC=3.3 V,UE=3 V，经经比比较较：UBUCUE，发发射射结结和和集集电电结结均均正正向向偏偏置置，所所以以图图（b）中的三极管处于饱和区）中的三极管处于饱和区作业作业5 5：判断图中的三极管的工作状态。判断图中的三极管的工作状态。在在图图（c）中中，三三极极管管为为NPN型型,UB=2 V,UC=8 V,U=2.7 V，经经比比较较：UCUEUB，发发射射结结和和集集电电结结均均反反向向偏偏置置，所所以以图图（c）中中的的三三极极管管工工作作于截止区。于截止区。在在图图（d）中中，三三极极管管为为PNP型型，对对于于PNP型型三三极极管管，工工作作在在放放大大区区时时，各各极极电电压压的的关关系系大大小小应应为为UEUBUC；工工作作于于截截止止区区时时，各各极极电电压压的的大大小小关关系系应应为为UBUE UC；工工作作于于饱饱和和区区时时，各各极极电电压压的的大大小小关关系系应应为为UE UCUB。在在图图（d）中中，UB=-3 V,UE=0 V,UC=-5 V。经经比比较较得得：UEUB UC，发发射射结结正正向向偏偏置置，集集电电结结反反向向偏偏置置，所所以以图图（d）中中的的三三极极管管工工作作于放大区。于放大区。四、三极管的主要参数四、三极管的主要参数1.1.电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 ，直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，注意：注意：注意：注意：和和和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且距并且距并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间。之间。之间。由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，在特性曲线的近于水平部分，在特性曲线的近于水平部分，在特性曲线的近于水平部分，I IC C随随随随I IB B成正比变化，成正比变化，成正比变化，成正比变化，值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。作业作业作业作业6 6：在：在：在：在U UCECE=6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 Q Q1 1 点点点点I IB B=40=40 A,A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在在在 Q Q2 2 点点点点I IB B=60=60 A,A,I IC C=2.3mA=2.3mA。求求求求 在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C/mmA A1 12 23 34 4U UCE CE/V/V9 912120 0Q Q1 1Q Q2 2在在在在 Q Q1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 Q Q1 1 和和和和Q Q2 2点，得点，得点，得点，得 AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也也也也相应增加。相应增加。相应增加。相应增加。三极管的温三极管的温三极管的温三极管的温度特性较差。度特性较差。度特性较差。度特性较差。2.2.穿透电流穿透电流ICEO3 3 3 3