第一章电子技术.ppt

前言前言本门课程是入门性质的技术本门课程是入门性质的技术基础课。基础课。一、电子技术的发展一、电子技术的发展二、课程内容二、课程内容 三、课程目的三、课程目的四、安排和要求四、安排和要求.一、电子技术的发展一、电子技术的发展第一代第一代1904 年年电子管电子管第二代第二代1947 年年晶体管诞生晶体管诞生第三代第三代1958 年年集成电路问世集成电路问世第四代第四代1969 年年大规模集成电路大规模集成电路超大规模集成电路超大规模集成电路二、课程内容二、课程内容 模拟电路模拟电路 数字电路数字电路.三、课程目的三、课程目的 掌握有关电子技术的基本概念、掌握有关电子技术的基本概念、基本电路、基本分析方法、基本分基本电路、基本分析方法、基本分析方法析方法 读图：定性分析读图：定性分析 估算：定量分析估算：定量分析 选择：选择电路、选器件、选参选择：选择电路、选器件、选参数数 调试：具体实现调试：具体实现.四、四、注意问题注意问题 1、熟悉书本上典型例题，典型题型。2、布置作业一定自已完成。3、注意学习的整体连贯性。4、多看几本参考书。.第一章第一章 半导体基础知识半导体基础知识 一、半导体一、半导体 二、本征半导体二、本征半导体 三、掺杂半导体三、掺杂半导体 四、四、PNPN结的形成和单向导电性结的形成和单向导电性 .物质的导电性能决定于原子结构，最外层物质的导电性能决定于原子结构，最外层电子数目越少，导电性能越强。电子数目越少，导电性能越强。导体：一般为低价元素，如导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝铜、铁、铝 绝缘体：一般为高价元素（如绝缘体：一般为高价元素（如惰性气体惰性气体）或）或高分子物质（如高分子物质（如塑料和橡胶塑料和橡胶）。）。一、半导体一、半导体 半导体：其导电性介于导体和绝缘体之间。半导体：其导电性介于导体和绝缘体之间。.半导体的导电特性半导体的导电特性1）热敏性）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。与温度有关。温度升高，导电能力增强。2）光敏性）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强与光照强弱有关。光照强，导电能力增强3）掺杂性）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。加入适当杂质，导电能力显著增强。常用半导体材料常用半导体材料1）元素半导体）元素半导体 如：硅、锗如：硅、锗2）化合物半导体）化合物半导体 如：砷化镓如：砷化镓3）掺杂或制成其他化合物半导体的材料）掺杂或制成其他化合物半导体的材料 如；硼、磷、铟、锑如；硼、磷、铟、锑.现代电子学中，用的最多的半导现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。（价电子）都是四个。GeSi电子器件所用的半导体具有晶体结构，因电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此把半导体也称为此把半导体也称为晶体晶体。.硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子 纯净纯净的的晶体结构晶体结构的半导体为本征半导体的半导体为本征半导体二、本征半导体二、本征半导体.1）本征半导体的导电机理）本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，它的导电能中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为力为0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于在常温下，由于热激发热激发，使一些价电子，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，同时共价键上留下一个空位，称为称为空穴空穴。电子电子空穴对的产生空穴对的产生.+4+4+4+4电子电子空穴对的产生空穴对的产生自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子.两种导电方式两种导电方式+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引临近的价电空穴吸引临近的价电子来填补。这样的结子来填补。这样的结果相当于空穴的迁移，果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，正电荷的移动，即：即：空穴电流空穴电流在外电场作用下，有在外电场作用下，有两部分电流：两部分电流：1、自、自由电子定向移动。由电子定向移动。2、空穴电流空穴电流.共用电子与共价键 了解下列名词：了解下列名词：自由电子和空穴 热运动与动态平衡 复合 载流子 本征半导体在不同的温度下，自由电子和空穴的浓度不同，所以导电性能也不同，当绝对温度等于0度时，为绝缘体。.利用扩散工艺，在本征半导体中掺与杂质，利用扩散工艺，在本征半导体中掺与杂质，便得到掺杂半导体便得到掺杂半导体三、掺杂半导体三、掺杂半导体 1.N1.N型半导体型半导体 自由电子为多数载流子自由电子为多数载流子 空穴为少数载流子空穴为少数载流子 N N型半导体主要靠自由电子导电，掺与型半导体主要靠自由电子导电，掺与P P元元素越多，导电性越强素越多，导电性越强.1）N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，离子。每个磷原子给出一个电子，称为称为施主原子施主原子。+4+4+5+4磷原子磷原子多余电子多余电子.+4+4+5+4N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子+N N型半导体型半导体.三、掺杂半导体三、掺杂半导体 2.P2.P型半导体型半导体 空穴为多数载流子空穴为多数载流子 自由电子为少数载流子自由电子为少数载流子 P P型半导体主要靠空穴导电，掺与型半导体主要靠空穴导电，掺与B B元素越元素越多，导电性越强多，导电性越强.2）P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，的半导体原子形成共价键时，产生一个空位。这个空位可产生一个空位。这个空位可能吸引束缚电子来填补，形能吸引束缚电子来填补，形成空穴使得硼原子成为不能成空穴使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为硼原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4硼原子硼原子空穴空穴.+4+4+3+4空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P P型半导体型半导体.总总 结结1、N型半导体中自由电子是多子型半导体中自由电子是多子，其中大部分是掺，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。占少数。N型半导体中空穴是少子型半导体中空穴是少子，少子的迁移，少子的迁移也能形成电流，也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的由于数量的关系，起导电作用的主要是多子主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。3、多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。.四、四、PNPN结的形成和单向导电性结的形成和单向导电性 1.PN1.PN结的形成结的形成 扩散运动：扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，称为扩散运动。度低的地方运动，称为扩散运动。自由电子从自由电子从N N区向区向P P区扩散，空穴从区扩散，空穴从P P区向区向N N区扩散区扩散.P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区1）多数）多数载流子的载流子的扩散扩散运动运动及空间电荷区及空间电荷区的产生的产生(即即:PN结的产生结的产生)(浓度差产生浓度差产生).1、扩散的结果是使空、扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，扩间电荷区逐渐加宽，扩散运动越强散运动越强,空间电荷空间电荷区越宽区越宽,内电场越强。内电场越强。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E2）内电场的形成及其作用）内电场的形成及其作用2、内电场越强，就使漂、内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。阻挡多子扩散阻挡多子扩散促进少子漂移促进少子漂移3）矛盾）矛盾运动运动3、所以扩散和、所以扩散和漂移这一对相反漂移这一对相反的运动最终达到的运动最终达到平衡，相当于两平衡，相当于两个区之间没有电个区之间没有电荷运动，空间电荷运动，空间电荷区的厚度固定荷区的厚度固定不变。不变。.+空间空间电荷电荷区区N N型区型区P P型区型区电位电位U UU U0 04）内建电势差）内建电势差.1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、中的空穴、N中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3、P中的自由电子和中的自由电子和N中的空穴（中的空穴（都是少都是少子子），数量有限，因此由它们形成的），数量有限，因此由它们形成的电流很小。电流很小。请注意请注意.2 PN结的特性结的特性-单向导电性单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏正向偏置置的意思都是：的意思都是：P区加正、区加正、N区区加负电压。加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏反向偏置置的意思都是：的意思都是：P区加负、区加负、N区区加正电压。加正电压。.1)PN结正向偏置结正向偏置+内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强多子的扩散加强能够形成较大的能够形成较大的扩散电流。扩散电流。.2)PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，内电场被被加强，多子的扩散受抑多子的扩散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加强，但少子数量强，但少子数量有限，只能形成有限，只能形成较小的反向电流。较小的反向电流。.在在PNPN结的两结的两端加上电压后，端加上电压后，通过管子的电流通过管子的电流I I随管子两端电随管子两端电压压V V变化的曲线变化的曲线-伏安特性。伏安特性。PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。PN结伏安特性.1.2 二极管二二极极管管的的结结构构和和分分类类二二极极管管的的符符号号和和型型号号二二极极管管的的伏伏安安特特性性二二极极管管的的参参数数二二极极管管的的温温度度特特性性二二极极管管的的应应用用.一、一、二极管的结构和分类二极管的结构和分类 在在PNPN结上加上引线和外壳，就成为一个二极管。结上加上引线和外壳，就成为一个二极管。二极管按结构一般分有二极管按结构一般分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图PNPN结面积小，结面积小，结电容小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。1、结构、结构.图图 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(c)(c)平面型平面型(3)(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管 PNPN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型.2、分类、分类1）按材料分：硅管和锗管）按材料分：硅管和锗管2）按结构分：点接触和面接触）按结构分：点接触和面接触3）按用途分：检波、整流）按用途分：检波、整流4 4）按频率分：高频和低频）按频率分：高频和低频二、符号和型号二、符号和型号AK阳极、阳极、P型材料型材料阴极、阴极、N型材料型材料.半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：.三、三、二极管的伏安特性二极管的伏安特性 式中式中I IS S 为反向饱和电流，为反向饱和电流，u u为二极管两端的为二极管两端的电压降，电压降，U UT T=kT/qkT/q 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，k k为玻为玻耳兹曼常数，耳兹曼常数，q q 为电子电荷量，为电子电荷量，T T 为热力学温度。为热力学温度。对于室温（相当对于室温（相当T T=300 K=300 K），则有），则有U UT T=26 mV=26 mV。PNPN结的伏安特性曲线可用下式表示结的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线与二极管的伏安特性曲线与PN结的伏安特性曲线类似结的伏安特性曲线类似.图 二极管的伏安特性曲线图示.1 1、正向特性、正向特性 硅硅二极管的死区电压二极管的死区电压U Uthth=0.6V-0.7V=0.6V-0.7V左右，左右，锗锗二极管的死区电压二极管的死区电压U Uthth=0.2V-0.3V=0.2V-0.3V左右。左右。当当0 0U UU Uthth时，正向电流为时，正向电流为零，零，U Uthth称为死区电压或开启电称为死区电压或开启电压。压。当当U U0 0即处于正向特性区域。即处于正向特性区域。正向区又分为两段：正向区又分为两段：当当U UU Uthth时，开始出现正向电流时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。，并按指数规律增长。.2 2、反向特性、反向特性当当 U0时，即处于反向特性区时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域域。反向区也分两个区域：当当UBRU0时，反向电流时，反向电流很小，且基本不随反向电压的很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流变化而变化，此时的反向电流也称也称反向饱和电流反向饱和电流I IS S 。当当UUBR时，反向电流急剧增加，时，反向电流急剧增加，UBR称为称为反向击穿电压反向击穿电压。.PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_.四、二极管的参数四、二极管的参数 (1)(1)最大整流电流最大整流电流I IF F二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2)(2)反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压U UBRBR。为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压U URMRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压U UBRBR的一半计算。的一半计算。最大反向工作电压最大反向工作电压URM-.(3)(3)反向电流反向电流I IR R (4)(4)正向压降正向压降U UF F(5)(5)动态电阻动态电阻r rd d 硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)(nA)级；锗二级；锗二极管在微安极管在微安(A)A)级。级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约平下，约0.60.60.8V0.8V；锗二极管约；锗二极管约0.20.20.3V0.3V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然，显然，r rd d与工作电流的大小有关，即与工作电流的大小有关，即 r rd d=U UF F/I IF F.iDUDIDUDQ iD UDrD是二极管特性曲线工是二极管特性曲线工作点作点Q附近电压的变化附近电压的变化与电流的变化之比：与电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的附近的微小变化量的电阻。微小变化量的电阻。.五、二极管的温度特性五、二极管的温度特性 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加极管温度每增加1212，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加小，每增加11，正向压降，正向压降U UF F(U UD D)大约减小大约减小2mV2mV，即具有负的温度系数。即具有负的温度系数。.图 温度对二极管伏安特性曲线的影响图示.例例 1、画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sin t(V)作用下输出作用下输出 uO 的波形。的波形。(按理想模型按理想模型)Otui/V15RLV1V2V3V4uiBAuO六、二极管的应用六、二极管的应用.OtuO/V15.例例2 2 一限幅电路如图（一限幅电路如图（a a），），R R=1k,=1k,U UREFREF=3V=3V。（1 1）当）当ui=0Vui=0V、6V6V时，分别求输出时，分别求输出u uO O的值；的值；（2 2）当）当u ui i=6sint V=6sint V时，画出输出电压时，画出输出电压u uo o的波形的波形（正向压降为零）。（正向压降为零）。.1.3 1.3 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是用硅材料制成的的面接触稳压二极管是用硅材料制成的的面接触型晶体二极管，也称为齐纳二极管。型晶体二极管，也称为齐纳二极管。稳压管反向击穿透时具有稳压特性稳压管反向击穿透时具有稳压特性1.稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性.2、主要参数、主要参数.3、稳压管的稳压电路、稳压管的稳压电路 称压管稳定电路由稳压管和限流电阻组成称压管稳定电路由稳压管和限流电阻组成,其作用是当电网电压波动时或负载电阻变化时其作用是当电网电压波动时或负载电阻变化时,使输出电压本不变。使输出电压本不变。.3.1稳压原理稳压原理.3.1稳压原理稳压原理.3.1稳压原理稳压原理.3.1稳压原理稳压原理.3.2限流电阻的选择限流电阻的选择（1）稳压管流过的最小电流应大于其）稳压管流过的最小电流应大于其稳定电流稳定电流Iz 当电网电压最低且负载电阻最大时，当电网电压最低且负载电阻最大时，稳压管流过的电流最小。稳压管流过的电流最小。选择选择R的原则：的原则：保证稳压管既工作在稳压区，以不保证稳压管既工作在稳压区，以不至于电流过大至于电流过大.3.2限流电阻的选择限流电阻的选择（2）稳压管流过的最大电流应小于其）稳压管流过的最大电流应小于其最大稳定电流最大稳定电流Izm 当电网电压最高且负载电阻最小时，当电网电压最高且负载电阻最小时，稳压管流过的电流最大。稳压管流过的电流最大。.(1)(1)稳定电压稳定电压U UZ Z(2)(2)动态电阻动态电阻r rZ Z 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流I IZ Z下，所对应的反向下，所对应的反向工作电压。工作电压。其概念与一般二极管的动态电阻相同，只其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。求取的。r rZ Z愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。r rZ Z=U UZ Z/I IZ Z三、主要参数三、主要参数.(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 P PZMZM 稳压管的最大功率损稳压管的最大功率损耗取决于耗取决于PNPN结的面积和散热等结的面积和散热等条件。反向工作时条件。反向工作时PNPN结的功率结的功率损耗为损耗为 P PZ Z=U UZ Z I IZ Z，由，由 P PZMZM和和U UZ Z可可以决定以决定I IZmaxZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 I IZmax Zmax 和最小稳定工作和最小稳定工作 电流电流I IZmin Zmin 稳压管的最大稳定工稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，作电流取决于最大耗散功率，即即P PZmax Zmax=U UZ ZI IZmax Zmax。而。而I Izminzmin对应对应V VZminZmin。若若I IZ ZI IZminZmin则不能稳则不能稳压。压。.稳压二极管在工作时应反接，稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。压作用。(c)(c)四、稳压管的应用四、稳压管的应用.1、光电二极管、光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加五、其它特殊二极管五、其它特殊二极管.2、发光二极管、发光二极管有正向电流流过时有正向电流流过时，发出一定波长范，发出一定波长范围的光，目前的发围的光，目前的发光管可以发出从红光管可以发出从红外到可见波段的光，外到可见波段的光，它的电特性与一般它的电特性与一般二极管类似。常用二极管类似。常用作显示器件。作显示器件。.3、光电耦合器、光电耦合器 光电耦合器由发光管（发光二极管）、受光管（光光电耦合器由发光管（发光二极管）、受光管（光电二极管或光电三极管）组成，封装于一体。电二极管或光电三极管）组成，封装于一体。光电耦合器为单向传输器件，输入端加正向信号电光电耦合器为单向传输器件，输入端加正向信号电压时，发光管发光，将光信号传送给受光管。受光管内压时，发光管发光，将光信号传送给受光管。受光管内阻减小，饱和导通，将接收到的光信号转换为电流从输阻减小，饱和导通，将接收到的光信号转换为电流从输出端输出，通过出端输出，通过“电电光光电电”的转换，的转换，实现输入输出实现输入输出电路上电气隔离，可消除噪音。电路上电气隔离，可消除噪音。.1.4 晶体三极管晶体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB两个结、三个区、三个极两个结、三个区、三个极E的箭头方向为发射结加正向电压时电流的方向的箭头方向为发射结加正向电压时电流的方向基基本本结结构构与与分分类类1、.BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极1）基区：）基区：最薄，掺杂最薄，掺杂浓度最低浓度最低3）集电）集电区：面积区：面积较大较大2）发射区：掺）发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高2、结构特点、结构特点.3、分类、分类：1）按材料分：）按材料分：硅管、锗管硅管、锗管4）按功率分：）按功率分：小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W.半导体三极管图片半导体三极管图片.二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路ECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极.3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 2)电子在基区扩散与复合电子在基区扩散与复合电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略).I CNIEI BNI CBOIB 3)集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ICICI C=ICN +ICBO.1电流分配关系电流分配关系三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:IE=IC+IB定义：定义：(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。三、三极管的电流控制作用三、三极管的电流控制作用5/26/2024.(2)IC与与I B之间的关系：之间的关系：联立以下两式联立以下两式：得：得：所以所以：得：得：令令：.当当管管子子制制成成后后，发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBO穿透电流穿透电流各电流关系各电流关系:IE=ICN+IBN =IC+IB2、电流的放大作用、电流的放大作用直流放大系数直流放大系数.IE=IC+IB定义：定义：为交流放大系数为交流放大系数一般的一般的，当当EBIBIcRcIc(IB=EB/RB).四、四、晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线、输入特性、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似时时.O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 V.、输出特性、输出特性iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321）截止区：）截止区：IB 0 IC=ICEO 0 条件：条件：两个结反偏两个结反偏截止区截止区ICEO特点：分三个区特点：分三个区.iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212）放大区：）放大区：放大区放大区截止区截止区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO.iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43213）饱和区：）饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区ICEOIc的大小取决于的大小取决于Ec和和Rc，.五、温度对特性曲线的影响五、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。OT2 T1.2.温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O.六、六、晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数、电流放大系数、电流放大系数1）共发射极电流放大系数）共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 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一般为几十一般为几十 几百几百Q.iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO，决定了决定了 晶体管工作的温度稳定性晶体管工作的温度稳定性CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO，受温度影响大，受温度影响大.、极限参数、极限参数1）ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。2）PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗 PC=iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区.U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3）U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO.七、晶体管电路的基本问题和分析方法七、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态三种工作状态状态状态电流关系电流关系 条条 件件放大放大I C=IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C IB两个结正偏两个结正偏ICS=IBS 集电结零偏集电结零偏临界临界截止截止IB U(th)则则导通导通以以 NPN为为 例：例：UBE U(th)则则截止截止.例：例：有两个晶体管分别接在放大电路中，今测得它们管脚的有两个晶体管分别接在放大电路中，今测得它们管脚的电位（对电位（对“地地”）分别如下表所示。）分别如下表所示。晶体管晶体管 晶体管晶体管管脚管脚 1 2 3 管脚管脚 1 2 3电位电位/V 4 3.4 9 电位电位/V -6 -2.3 -2试判断晶体管类型，并确定三个电极。试判断晶体管类型，并确定三个电极。解解 NPN型：集电极电位最高，发射极电位最低，型：集电极电位最高，发射极电位最低，UBE0；PNP型；发射极电位最高，集电极电位最低，型；发射极电位最高，集电极电位最低，UBE0硅管：基极电位与发射极电位大约相差硅管：基极电位与发射极电位大约相差0.6V或或0.7V；锗管：；锗管：基极电位与发射极电位大约相差基极电位与发射极电位大约相差0.2V或或0.3V由此可知：由此可知：晶体管晶体管：NPN型，型，1B，2E，3C晶体管晶体管：PNP型，型，1C，2B，3E.