半导体器件三极管.pptx

第第1010章章 常用半导体器件常用半导体器件 返回返回半导体的导电特性半导体的导电特性半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间的间的 物质。物质。半导体的导电特性：热敏特性半导体的导电特性：热敏特性 光敏特性光敏特性 掺杂特性掺杂特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：(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)。掺杂特性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电掺杂特性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电掺杂特性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电掺杂特性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力显著增强能力显著增强能力显著增强能力显著增强(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏特性：当受到光照时，导电能力明显变化光敏特性：当受到光照时，导电能力明显变化光敏特性：当受到光照时，导电能力明显变化光敏特性：当受到光照时，导电能力明显变化 (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)。热敏特性：热敏特性：热敏特性：热敏特性：当环境温度升高时，导电能力增强当环境温度升高时，导电能力增强当环境温度升高时，导电能力增强当环境温度升高时，导电能力增强一一 P型型半导体和和N型型半导体vP型半导体：本征半导体硅中加入微量的3价元素（硼、镓、铟）vN型半导体：在本征半导体中加入微量的5价元素（磷）二二 PN结的形成三三 PN结的结的特性特性单向导电性单向导电性PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1）PN结加正向电压时，处在导通状态，结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。结电阻很低，正向电流较大。（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。结电阻很高，反向电流很小。返回 四四 二极管的结构二极管的结构 把一个把一个PN结的两端接上电极引线，外面用结的两端接上电极引线，外面用金属（或玻璃、塑料等）管壳封闭起来，便构金属（或玻璃、塑料等）管壳封闭起来，便构成了二极管，其结构示意图和图形符号如图所成了二极管，其结构示意图和图形符号如图所示。示。阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型触丝触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 二极管二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D10 10 二极管二极管10.3.1 基本结构基本结构(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。10.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。10.3.4 主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大。影响，温度越高反向电流越大。影响，温度越高反向电流越大。影响，温度越高反向电流越大。二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 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否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3V 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 VV阴阴阴阴或或或或 U UD D为负为负为负为负(反向偏置反向偏置反向偏置反向偏置 )，二极管截止，二极管截止，二极管截止，二极管截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，正向导通时正向管压降为零，正向导通时正向管压降为零，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。稳压二极管稳压二极管1.1.符号符号符号符号 UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作用。用。用。用。UZIZIZM IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性_+UIO 一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电路中一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电路中与适当数值的电阻相配合能起稳定电压的作用。与适当数值的电阻相配合能起稳定电压的作用。除此之外，还有开关二极管检波二极管整流二极管3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)(2)(2)稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 I IZMZM(3)(3)(3)(3)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZM例题：例题：U0+_UUZR稳压管的稳压作用稳压管的稳压作用当当UUZ时时,稳压管击穿稳压管击穿返回各种各样的二极管三极管三极管1 1基本结构基本结构2 2电流分配和放大原理电流分配和放大原理3 3特性曲线特性曲线4 4 主要参数主要参数结构结构平面型平面型 合金型合金型:NPN PNP一一 基本结构基本结构发射结集电结BNNP发射区基区 集电区ECNNPBECCEB发射结集电结BPPN发射区基区 集电区ECPPNBECCEB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 N N NN N N NP P P 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二二 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP PNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 2.2.各极电流关系及电流放大作用各极电流关系及电流放大作用各极电流关系及电流放大作用各极电流关系及电流放大作用I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.541.542.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.721.581.582.362.363.183.184.054.05结论结论结论结论:把基极电流的微小变化能够引起把基极电流的微小变化能够引起把基极电流的微小变化能够引起把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶集电极电流较大变化的特性称为晶集电极电流较大变化的特性称为晶集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。体管的电流放大作用。体管的电流放大作用。体管的电流放大作用。（1）IE =IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。符合基尔霍夫电流定律。（2）IE和和IC比比IB 大的多。大的多。（3）B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC三三特性曲线工作状态特性曲线工作状态 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：1 1 1 1）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路电路电路电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1)(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 I IC C=I IB B ，也，也，也，也称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有恒流特性。恒流特性。恒流特性。恒流特性。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。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB B 0 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有 I IC C 0 0 。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当当当U UCECE U UBEBE时时时时，晶体晶体晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。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。深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V，锗管锗管锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V。14.5.4 主要参数主要参数1.直流直流电流放大系数电流放大系数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。14.6 14.6 光电器件光电器件光电器件光电器件光电二极管的反向电流随光照强度的增加而上升。光电二极管的反向电流随光照强度的增加而上升。光电二极管的反向电流随光照强度的增加而上升。光电二极管的反向电流随光照强度的增加而上升。I IU U 照度增加照度增加照度增加照度增加符号符号符号符号光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几高，电流为几高，电流为几高，电流为几 几十几十几十几十mAmA光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管