半导体的导电特性.pptx

1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.2 PN结结1.3 半导体二极管半导体二极管1.6 场效应管场效应管1.5 半导体三极管半导体三极管1.4 特殊二极管特殊二极管稳压管稳压管返回返回首页首页1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.1.1 1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.1.2 1.1.2 半导体的种类及其内部结构：半导体的种类及其内部结构：返回返回3 3、掺杂特性掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，其导电能力大大增强。杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几百（可增加几十万至几百万倍）万倍）1.1.1半导体的导电特性半导体的导电特性1、热敏性热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。：半导体受热时，其导电能力增强。利用利用这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成热电传感器热电传感器2、光敏性光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。：半导体光照时，其导电能力增强。利用利用这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光敏元件。敏元件。返回返回1.1.2半导体的种类及其内部结构：半导体的种类及其内部结构：1.种类种类半导体半导体P型半导体型半导体(空穴型）空穴型）杂质半导体杂质半导体N型半导体（电子型）型半导体（电子型）本征半导体本征半导体价电子价电子：最外层的电子受原子核的束缚最最外层的电子受原子核的束缚最小，最为活跃，故称之为价电子。小，最为活跃，故称之为价电子。最外层有几个价电子就叫几价元素，最外层有几个价电子就叫几价元素，半导体材料硅和锗都是半导体材料硅和锗都是四价元素四价元素。常用半导体材料硅和锗的原子结构常用半导体材料硅和锗的原子结构本征半导体本征半导体对半导体提纯，使之成为单对半导体提纯，使之成为单晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体管就是由此而来的。晶体管就是由此而来的。2.半导体的内部结构及导电方式半导体的内部结构及导电方式：SiSiSiSiSiSi共价键结构共价键结构每个价电子为每个价电子为两个相邻原子两个相邻原子核所共有。核所共有。l l内部结构：内部结构：本征激发本征激发价电子获得一定的能价电子获得一定的能量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现象叫本征激发。象叫本征激发。SiSiSiSiSiSi自由电子自由电子当当温度升高时，一温度升高时，一些价电子获得一些价电子获得一定的能量后，挣定的能量后，挣脱共价键的束缚，脱共价键的束缚，成为自由电子。成为自由电子。空穴空穴:留下的空位留下的空位自由电子数自由电子数=空穴数空穴数自由电子和空穴统称为载流子自由电子和空穴统称为载流子本征半导体的特点本征半导体的特点l导电方式导电方式SiSiSiSiSiSi电子电流电子电流空穴电流空穴电流共价健中的价共价健中的价电子在外电场电子在外电场的力的作用下的力的作用下挣脱共价键的挣脱共价键的束缚，沿与外束缚，沿与外电场方向相反电场方向相反方向填补空穴，方向填补空穴，就好像空穴沿就好像空穴沿与外电场方向与外电场方向相同的方向作相同的方向作定向运动，形定向运动，形成电流，这个成电流，这个电流称为空穴电流称为空穴电流。电流。外电场外电场所以，所以，本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。在半导体上加电场时在半导体上加电场时 本征半导体中电流的大小取本征半导体中电流的大小取决于决于自由电子和空穴的数量自由电子和空穴的数量，数，数量越多，电流越大。即本征半导量越多，电流越大。即本征半导体的导电能力与载流子的数量有体的导电能力与载流子的数量有关，而当光照和加热时，载流子关，而当光照和加热时，载流子的数量都会增加，这就说明了光的数量都会增加，这就说明了光敏性和热敏性。敏性和热敏性。动画动画1-1本征半导体的导电特性本征半导体的导电特性动画动画1-2空穴的运动空穴的运动在在本征半导体中掺入五价杂质元素，本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成例如磷，可形成 N N型半导体型半导体,也称也称电子电子型半导体型半导体。3 3 杂质半导体：杂质半导体：N N型半导体（电子型半导体）型半导体（电子型半导体）SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiP热激发产生热激发产生的自由电子的自由电子掺杂磷产生掺杂磷产生的自由电子的自由电子掺杂磷产生的自由电子数掺杂磷产生的自由电子数 热激发产生的自由电子数热激发产生的自由电子数N型半导体中自由电子数型半导体中自由电子数 空穴数空穴数自由电子数自由电子数 为为 N型半导体的型半导体的多数载流子多数载流子，空穴数为空穴数为 N型半导体的型半导体的少数载流子少数载流子因五价杂质原子中四因五价杂质原子中四个价电子与周围四个个价电子与周围四个半导体原子中的价电半导体原子中的价电子形成共价键，多余子形成共价键，多余的一个价电子因无共的一个价电子因无共价键束缚而很容易形价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。N N型半导体简化图型半导体简化图SiSiSiSiSiP空空间间电电荷荷多多子子SiSiSiSiSiBlP P型半导体：型半导体：往本征半导体中掺杂往本征半导体中掺杂三价杂质三价杂质硼形成的杂质半导体硼形成的杂质半导体,P P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；主要由掺杂形成；电电子是少数载流子，子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为子，使杂质原子成为负离子负离子。因而也称为。因而也称为受主杂质受主杂质。SiSiSiSiSiB热激发产生热激发产生的空穴的空穴掺杂磷产生的掺杂磷产生的空穴空穴自由电子为自由电子为 P P型半导体的少数载流子，空穴为型半导体的少数载流子，空穴为 P P型半型半导体的多数载流子导体的多数载流子掺杂硼产生的空穴数掺杂硼产生的空穴数热激发产生的空穴数热激发产生的空穴数P P型半导体中空穴数型半导体中空穴数自由电子数自由电子数P型半导体简化图型半导体简化图SiSiSiSiSiB掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。一些典型的数据如下:T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm3掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm34杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响 返回返回 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质质,分别形成分别形成N N型半导体和型半导体和P P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N N型半导体和型半导体和P P型半导体的结合面上形成如下物理过型半导体的结合面上形成如下物理过程程:PN+内电场PN+1.2 PN1.2 PN结结1 PN1 PN结的形成结的形成因因浓浓度度差差多子产多子产生扩散生扩散运动运动(PN)形成空形成空间电荷间电荷区区(N(NP)P)形成内形成内电场电场(N(N P)P)阻止多阻止多子扩散子扩散促使少促使少子漂移子漂移动态动态平衡平衡动画1-3PN节的形成 PNPN结的特性结的特性单向导电性单向导电性当外加电压时，当外加电压时，PNPN结就会显示单向导电性结就会显示单向导电性单向导电性单向导电性：PNPN结加结加反向反向电压时，电压时，截止截止。规定规定：P P区接电源正，区接电源正，N N区接电源负为区接电源负为PNPN结加结加正向正向电压电压N N区接电源正，区接电源正，P P区接电源负为区接电源负为PNPN结加结加反向反向电压电压PNPN结加结加正向正向电压时，电压时，导通导通。PN+内电场 (1)PN(1)PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，外加的正向电压有一部外加的正向电压有一部分降落在分降落在PNPN结区，方向结区，方向与与PNPN结内电场方向相反，结内电场方向相反，削弱了内电场。于是削弱了内电场。于是,内内电场对多子扩散运动的电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电移电流，可忽略漂移电流的影响，流的影响，PNPN结呈现低结呈现低阻性。其理想模型：开阻性。其理想模型：开关闭合关闭合内电场内电场外电场外电场动画动画1-4PN结结正偏正偏 (2)PN(2)PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在外加的反向电压有一部分降落在PNPN结区，方向与结区，方向与PNPN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时扩散电流大大减小。此时PNPN结区的少子在内电场的结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散于扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流是少子电流，由于漂移电流是少子形成的电流，故反向电流形成的电流，故反向电流非常小，非常小，PNPN结呈现高阻性。结呈现高阻性。PNPN结加反向电压时结加反向电压时内电场内电场外电场外电场动画1-5PN结反偏 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 PN PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。漂移电流。PN结加反向电压时的导电情况图01.07 PN结加正向电压时的导电情况 PN PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；扩散电流；由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。3PN结的电容效应 PN PN结具有一定的电容效应，结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。它由两方面的因素决定。一是势垒电容一是势垒电容CB 二是扩散电容二是扩散电容CD (1)(1)势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使当外加电压使PNPN结上压降发生变化时，离子薄层结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当的厚度也相应地随之改变，这相当PNPN结中存储的结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。图01.09势垒电容示意图 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PNPN结的另一结的另一侧面积累而形成的。因侧面积累而形成的。因PNPN结正偏时，由结正偏时，由N N区扩散区扩散到到P P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在过来的电子就堆积在P P 区内紧靠区内紧靠PNPN结的附近，结的附近，形成一定的多子浓度形成一定的多子浓度梯度。梯度。(2)扩散电容扩散电容CD 反之，由反之，由P P区扩散到区扩散到N N区的空穴，在区的空穴，在N N区内也区内也形成类似的浓度梯度分形成类似的浓度梯度分布曲线。布曲线。扩散电容示意图 当外加正向电压当外加正向电压不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不同。所以就不同。所以PNPN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的充放电就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电散电容均是非线性电容。容。返回返回1.3 半导体二极管1.3.1半半导导体体二二极极管管的的结结构构类类型型1.3.2半半导导体体二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线1.3.3 半半导导体体二二极极管管的的参参数数1.3.4半半导导体体二二极极管管的的温温度度特特性性1.3.5半半导导体体二二极极管管的的型型号号1.3.5例例题题1.3.1 1.3.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。它们三大类。它们的结构示意图如图所示。的结构示意图如图所示。(1)点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，结面积小，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。(a)(a)点接触型结构图点接触型结构图 (c)平面型结构图结构图 (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)面接触型二极管面接触型二极管 PN PN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)面接触型结构图结构图返回返回1.3.2半导体二极管的伏安特性曲线 半导体二极管的伏安特性曲线如图半导体二极管的伏安特性曲线如图01.1201.12所所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。三象限的是反向伏安特性曲线。式中式中I IS S 为反向饱和电流，为反向饱和电流，V V 为二极管两端的电压为二极管两端的电压降，降，V VT T=kT/qkT/q 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，k k为玻耳兹曼常为玻耳兹曼常数，数，q q 为电子电荷量，为电子电荷量，T T 为热力学温度。对于室温为热力学温度。对于室温（相当（相当T T=300 K=300 K），则有），则有V VT T=26 mV=26 mV。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示(1)(1)正向特性正向特性硅硅二极管的死区电压约为：二极管的死区电压约为：Vth=0.5V左右左右，锗二极管的死区电压约为：锗二极管的死区电压约为：Vth=0.1V左右。左右。当当0VVth时，正向电流为零，时，正向电流为零，V Vthth称为死区称为死区电压或开启电压，管子截止。电压或开启电压，管子截止。当当V V0 0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：即处于正向特性区域。正向区又分为两段：当当VVth时，开始出现正向电流，并按指数规时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。管子导通。律增长。管子导通。(2)(2)反向特性反向特性当当V0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：当当VBRV0时，时，反向电流很小，且基本不随反向反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电反向饱和电流流IS ，IS0。管子截止。管子截止。当当VVBR时，反向时，反向电流急剧增加，管子击电流急剧增加，管子击穿穿。VBR称为称为反向击穿反向击穿电压电压 。从击穿的机理上看，硅二极管若从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7V|7V时时,主要是雪崩击穿；若主要是雪崩击穿；若|VBR|4V时时,则主要则主要是齐纳击穿。当在是齐纳击穿。当在4V4V7V7V之间两种击穿之间两种击穿都有，有可能获得零都有，有可能获得零温度系数点。温度系数点。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；流也很小；锗二极管锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。圆滑，反向饱和电流较大。返回返回1.3.3 半导体二极管的主要参数主要参数主要参数极限参数极限参数：使器件损坏的参数：使器件损坏的参数特征参数特征参数：使器件的某个特性：使器件的某个特性消失的参数消失的参数1.1.最大整流电流最大整流电流 在测试温度下，二极管允许通过在测试温度下，二极管允许通过的最大平均电流的最大平均电流2.2.最大反向峰值电压最大反向峰值电压二极管允许承受的最大反向电流二极管允许承受的最大反向电流3.3.反向电流反向电流在室温下，二极管未击穿时的反向电流在室温下，二极管未击穿时的反向电流4.4.反向恢复时间反向恢复时间 二极管上电压从正向电压变为反向电二极管上电压从正向电压变为反向电压所需时间。压所需时间。返回返回1.3.4 1.3.4 半导体二极管的温度特性半导体二极管的温度特性 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，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，如硅二极管温度每增加反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加22，反，反向电流大约增加一倍。向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每极管的正向压降将减小，每增加增加11，正向压降，正向压降V VF F(V VD D)大大约减小约减小2mV2mV，即具有负的温，即具有负的温度系数。这些可以从图度系数。这些可以从图01.1301.13所示二极管的伏安特所示二极管的伏安特性曲线上看出性曲线上看出。返回1.3.5 1.3.5 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：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片返回返回 二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。n例例1 1：设二极管得导通电压为：设二极管得导通电压为0.6V0.6V，求，求VO-6V-12V解：解：D D导通，导通，VO=-6.6V1.2.5 1.2.5 应用应用例例2 2：设二极管的导通电压忽略，已知：设二极管的导通电压忽略，已知vi=Asinwt(V)，画出画出vO的波形。的波形。tvitvo例3：设二极管的导通电压忽略，已知设二极管的导通电压忽略，已知vi=10sinwt(V)，E=5V，画画vo的波形的波形。tvi10v5vtvo5v 例例4 4：电路如下图，已知：电路如下图，已知v=10sin(t)(V V)，E=5V=5V，试画出，试画出vo的波形的波形解：例例5 5：VA=3V,VB=0V，求求VF(二极管的导二极管的导通电压忽略通电压忽略)返回1.4特殊的二极管特殊的二极管稳压二极管 稳压二极管是应稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如符号和典型应用电路如图所示。图所示。一、稳压二极管的伏安特一、稳压二极管的伏安特性曲线及稳压原理：性曲线及稳压原理：(a)符号(b)伏安特性(c)应用电路(c)(a)(b)从稳压二极管的伏安特性曲线从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数上可以确定稳压二极管的参数(1)稳定电压稳定电压VZ(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，只不过稳压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求取的。二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。反映稳压管的击穿特性愈陡。rZ=VZ/IZ二、主要参数二、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耗稳压管的最大功率损耗取决于取决于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结的功结的功率损耗为率损耗为 PZ=VZIZ，由由 PZM和和VZ可以决定可以决定IZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 I IZmaxZmax 和和最小稳定工作电流最小稳定工作电流I IZminZmin 稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即散功率，即PZmax=VZIZmax。而而Izmin对应对应VZmin。若若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。(5)(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 V VZ Z 温度的变化将使温度的变化将使V VZ Z改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 VZ 7V时，时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。崩击穿。当当 VZ 4V时，时，VZ具有负温度系数，具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。反向击穿是齐纳击穿。当当4V VZ 7V时，稳压管可以获得时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。为标准稳压管使用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。起到稳压作用。三、应用三、应用n例例1 1：电路如图，求流过稳压管的电流：电路如图，求流过稳压管的电流IZ，R是是否合适？否合适？解：解：故，故，R是合适的。是合适的。例例2 2：电路如图，：电路如图，IZmax=50mA，R=0.15K,VI=24V,IZ=5mA,VZ=12V，问当，问当 RL=0.2K 时，时，电路能否稳定，为什么？当电路能否稳定，为什么？当 RL=0.8K 时，电时，电路能否稳定，为什么？路能否稳定，为什么？解：解：例例3 3、电路如图，、电路如图，VI=12V，VZ=6V，R=0.15K，IZ=5mA，IZMAX=30mA,问保证电路正常工作时问保证电路正常工作时RL 的取值范围的取值范围解：解：END例：已知例：已知u=10sin(t)V,UZ=+6V,IZ=10mA，Izmax=30mA,画出画出uo的波形，并求限流电阻的波形，并求限流电阻R R的的最小值。最小值。2024/4/7周日1 半导体三极管的结构及其特点 2 半导体三极管电流的分配与控制 3 半导体三极管的电流关系 4 半导体三极管的特性曲线 5 半导体三极管的参数 6 半导体三极管的型号END半导体三极管是由两种载流子参半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个与导电的半导体器件，它由两个 PN PN 结组合而成，是一种结组合而成，是一种电流控制电流控制电流电流器件。器件。1 1）半导体三极管的结构半导体三极管的结构1 1 半导体三极管的结构及其特点半导体三极管的结构及其特点2024/4/7 周日 双极型半导体三极管有两种类型双极型半导体三极管有两种类型:NPN型和型和PNP型。其结型。其结构示意图如下图所示。构示意图如下图所示。e-b间的间的PN结称为结称为发射结发射结(Je)c-b间的间的PN结称为结称为集电结集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为中间部分称为基区，连上电极称为基极基极，用用B或或b表示（表示（Base）；）；一侧称为发射区，电极称为一侧称为发射区，电极称为发射极发射极，用用E或或e表示（表示（Emitter）；）；另一侧称为集电区和另一侧称为集电区和集电极集电极，用用C或或c表示（表示（Collector）。）。双极型三极管的符号在图的下方给出，发双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个从外表上看两个N N区区,(,(或两个或两个P P区区)是对称的，是对称的，实际上实际上发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度集电区掺杂浓度低低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。厚度一般在几个微米至几十个微米。2）结构特点）结构特点基区很薄，掺杂浓度很低基区很薄，掺杂浓度很低集电结面积大，集电区集电结面积大，集电区 掺杂掺杂浓度低浓度低发射区发射区 掺杂浓度高掺杂浓度高返回2 2 半导体三极管的电流分配与控制半导体三极管的电流分配与控制半导体三极管工作在半导体三极管工作在放大工作状态放大工作状态时一定要时一定要加上适当的直流偏置电压加上适当的直流偏置电压：发射结发射结加正向加正向电压电压集电结集电结加反向加反向电压电压 发射结加正偏时，从发发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向射区将有大量的电子向基区扩散，进入基区的基区扩散，进入基区的电子流因基区的空穴浓电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成被集电极所收集，形成集电极电流集电极电流I ICECE。从基区向发射区也有空从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为量小，形成的电流为I IBEBE。这是因为发射区的掺。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。杂浓度。基区和集电区的少子在集电结的作用基区和集电区的少子在集电结的作用下，产生漂移运动，形成电流下，产生漂移运动，形成电流I ICBOCBO EB ECNNPECB ICE ICBO IBE以以NPN型三极管的放大状态为例来说明三极管内部的电流关系型三极管的放大状态为例来说明三极管内部的电流关系 EB ECNNPECB ICEICBO IBE IB IE IC(1)(2)(3)(4)(2)+(3):由由(1)得得:上式代入（上式代入（2）式：）式：由由(3)得得:代入上式：代入上式：动画动画 由以上分析可知，由以上分析可知，发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高，基区很薄基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个的关键。若两个PNPN结对接，相当基区很厚，结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个个PNPN结演变为三极管，这是量变引起质变的结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。又一个实例。问题问题1：除了从三极管的电流分配关系可以：除了从三极管的电流分配关系可以证明证明IE=IC+IB。还可以通过什么方。还可以通过什么方法加以说明？法加以说明？返回返回3 3 半导体三极管的电流关系半导体三极管的电流关系 (1)(1)三种组态三种组态三极管有三个电极，其中两个可以作为输入三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态组态，见，见图图02.0302.03。共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CCCC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CBCB表示。表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用共发射极接法，发射极作为公共电极，用CECE表示；表示；图 02.03 三极管的三种组态返回2024/4/7 周日4 4 半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线iB是输入电流是输入电流，vBE是输入电压是输入电压。iC是输出电流是输出电流，vCE是输出电压。是输出电压。输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论曲线，现讨论iB和和vBE之间的函数关系。因为有集电结电之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的压的影响，它与一个单独的PNPN结的伏安特性曲线不同。结的伏安特性曲线不同。为了排除为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使的影响，在讨论输入特性曲线时，应使vCE=const(常数常数)。(1)(1)输入特性曲线输入特性曲线 共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中vCE=0V的的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当那一条相当于发射结的正向特性曲线。当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，子，且基区复合减少，IC/IB 增大，特性曲线将向右稍增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。曲线再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部反的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部反馈很小。输入特性曲线的分区：馈很小。输入特性曲线的分区：死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区(2)(2)输出特性曲线输出特性曲线 共发射极接法的输出特性曲线如图所示，它是以共发射极接法的输出特性曲线如图所示，它是以iB为为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当当vCE=0V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。当。当vCE稍增稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如但集电结反偏电压很小，如 vCE1VvBE=0.7VvCB=vCE-vBE=共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const半导体三极管的参数分为半导体三极管的参数分为:特征参数特征参数 极限参数极限参数 在放大区基本不变。在共发射极输出特性在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于曲线上，通过垂直于X X轴的直线轴的直线(v vCECE=const)=const)来求来求取取I IC C/I IB B ，如图，如图02.0702.07所示。在所示。在I IC C较小时和较小时和I IC C较大较大时，时，会有所减小，这一关系见图会有所减小，这一关系见图02.0802.08。图图02.08 02.08 值与值与I IC C的关系的关系图图 02.07 02.07 在输出特性在输出特性曲线上决定曲线上决定=IC/IB vCE=const在放大区在放大区 值基本不变，可在共射接法输出值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂特性曲线上，通过垂直于直于X X 轴的直线求取轴的直线求取 IC/IB。或在图。或在图02.02.0808上通过求某一点的上通过求某一点的斜率得到斜率得到。具体方具体方法如图所示。法如图所示。在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求22共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时，很小时，、，可以不加区分。，可以不加区分。4 4 特征频率特征频率f fT T三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的增加时，三极管的 将会下降。将会下降。当当 下降到下降到1 1时所对时所对应的频率称为特征频率，用应的频率称为特征频率，用fT表示。表示。3 3 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和和ICBO有如下关系有如下关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线饱和电流，即输出特性曲线I IB B=0=0那条曲线所对应那条曲线所对应的的Y Y坐标的数值。坐标的数值。1 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流I ICBOCBO ICBO的下标的下标CBCB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O O是是OpenOpen的字头，的字头，代表第三个电极代表第三个电极E E开路。它相当于集电结的反向饱和开路。它相当于集电结的反向饱和电流。电流。5 5 极间反向电流极间反向电流图图02.09 ICEO在输在输出特性曲线上的位置出特性曲线上的位置 (3)(3)极限参数极限参数 集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM 如图如图02.0802.08所示，当集电极电流增加时，所示，当集电极电流增加时，就就要下降，当要下降，当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的70703030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流流I ICMCM。至于。至于 值值下降多少，不同型号的三极管，下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有不同的厂家的规定有所差别。可见，当所差别。可见，当ICICM时，并不表时，并不表示三极管会损坏。示三极管会损坏。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗P PCMCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCBICVCE，因发射结正偏，呈低阻，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用往往用VCE取代取代VCB。集电极发射极最大反向电压集电极发射极最大反向电压V(BR)CEOV(BR)CEO基极开路时的集电极穿透电压。基极开路时的集电极穿透电压。由由PCM、ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图02.1202.12。2024/4/7 周日6 6 半导体三极管的型号半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管2024/4/7 周日 表02.01 三极管的参数 参数型号 P