電子技術(shù)0913

1、電子技術(shù) 基礎(chǔ) 郝 坤 淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 3 特殊二極管特殊二極管 4 雙極型二極管雙極型二極管 5 單極型三極管單極型三極管 2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 一般情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度一般情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度 很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很 大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。 硅和鍺硅和鍺 的簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化 原子模原子模 型。型。 這是硅和鍺構(gòu)成的這是硅和鍺構(gòu)成的 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖 晶體結(jié)構(gòu)中的晶體結(jié)構(gòu)中的 共價(jià)鍵

2、具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的 結(jié)合力，在熱力學(xué)結(jié)合力，在熱力學(xué) 零度和沒有外界能零度和沒有外界能 量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子 沒有能力掙脫共價(jià)沒有能力掙脫共價(jià) 鍵束縛，這時(shí)晶體鍵束縛，這時(shí)晶體 中幾乎沒有自由電中幾乎沒有自由電 子，因此不能導(dǎo)電子，因此不能導(dǎo)電 當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時(shí)，某些共價(jià)鍵當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時(shí)，某些共價(jià)鍵 中的價(jià)電子中的價(jià)電子因熱激發(fā)因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而能脫離共價(jià)鍵的束縛成為而獲得足夠的能量，因而能脫離共價(jià)鍵的束縛成為 ，同時(shí)在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為，同時(shí)在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為“” 。

3、空穴空穴 自由自由 電子電子 本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為 顯然在外電場(chǎng)的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩顯然在外電場(chǎng)的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩 部分電流：一是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的部分電流：一是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的 ，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子（不是自由，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子（不是自由 電子）遞補(bǔ)空穴形成的電子）遞補(bǔ)空穴形成的。 共價(jià)鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià)共價(jià)鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià) 電子比較容易離開它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空電子比較容易離開它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空 穴中來，使該價(jià)電子原來所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn)穴中來，

4、使該價(jià)電子原來所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn) 一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填 補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴，如右圖所示。補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴，如右圖所示。 在半導(dǎo)體中同時(shí)存在在半導(dǎo)體中同時(shí)存在和和兩種兩種 參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有 本質(zhì)上的區(qū)別。本質(zhì)上的區(qū)別。 在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等五價(jià)元五價(jià)元 素素，雜質(zhì)原子就替代雜質(zhì)原子就替代了共價(jià)鍵中了共價(jià)鍵中某些硅原子的位置某些硅原子的位置，雜，雜 質(zhì)原子的四個(gè)價(jià)電子與周圍的硅原子結(jié)成共價(jià)鍵，剩下質(zhì)原子的四個(gè)

5、價(jià)電子與周圍的硅原子結(jié)成共價(jià)鍵，剩下 的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，很容易掙脫雜質(zhì)原子的的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，很容易掙脫雜質(zhì)原子的 束縛被激發(fā)成自由電子。同時(shí)雜質(zhì)原子由于失去一個(gè)電束縛被激發(fā)成自由電子。同時(shí)雜質(zhì)原子由于失去一個(gè)電 子而變成帶正電荷的離子，這個(gè)正離子固定在晶體結(jié)構(gòu)子而變成帶正電荷的離子，這個(gè)正離子固定在晶體結(jié)構(gòu) 中，不能移動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電中，不能移動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電。 雜質(zhì)離子產(chǎn)生的自由電子不是共價(jià)鍵中的價(jià)電子，雜質(zhì)離子產(chǎn)生的自由電子不是共價(jià)鍵中的價(jià)電子， 因此與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴因此與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴。 由于多余的電子是雜質(zhì)原子提供的，故將雜質(zhì)原

6、子由于多余的電子是雜質(zhì)原子提供的，故將雜質(zhì)原子 稱為稱為。 摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，因此稱，因此稱 為為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，也叫做，也叫做半導(dǎo)體半導(dǎo)體。 在在半導(dǎo)體中，半導(dǎo)體中，載流子載流子（簡(jiǎn)稱多子），（簡(jiǎn)稱多子），載載 流子流子（簡(jiǎn)稱少子）；不能移動(dòng)的（簡(jiǎn)稱少子）；不能移動(dòng)的。 相對(duì)金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電能力仍然很低。相對(duì)金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電能力仍然很低。 在如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些在如果在其中摻

7、入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些 摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為兩大類。兩大類。 不論是不論是N型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然型半導(dǎo)體，雖然 都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的 正、負(fù)電荷數(shù)相等，仍然呈電中性而不帶電。正、負(fù)電荷數(shù)相等，仍然呈電中性而不帶電。 在在P型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可以型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可以 而成為而成為的負(fù)離子，故稱為的負(fù)離子，故稱為 。 摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子的濃度

8、，因此稱為度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，因此稱為 半導(dǎo)體半導(dǎo)體，也叫做，也叫做半導(dǎo)體半導(dǎo)體。 在硅（或鍺）晶體中摻入微量的在硅（或鍺）晶體中摻入微量的雜質(zhì)硼（或其他），硼原雜質(zhì)硼（或其他），硼原 子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而 形成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下形成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下 獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子得電子得電子而成為而成為不能移動(dòng)不能移動(dòng) 的負(fù)離子的負(fù)離子；而原來的硅原

9、子共價(jià)鍵則因；而原來的硅原子共價(jià)鍵則因缺少缺少一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)空穴空穴。 于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加。于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加?？昭ǔ蔀槎鄶?shù)載流子，而自由電子空穴成為多數(shù)載流子，而自由電子 則成為少數(shù)載流子則成為少數(shù)載流子。 正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)由正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)由N區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)的電場(chǎng)，稱為區(qū)的電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)，它，它對(duì)對(duì) 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)又稱為，所以空間電荷區(qū)又稱為阻擋層阻擋層。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì) 少數(shù)載流子起推動(dòng)作用，把少數(shù)載流子起推動(dòng)作用，把少數(shù)載流

10、子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為。 P型和型和N型半導(dǎo)體并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件。通常是在型半導(dǎo)體并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件。通常是在N型或型或 P型半導(dǎo)體的局部再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)樾桶雽?dǎo)體的局部再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型或型或N 型半導(dǎo)體，在型半導(dǎo)體，在P型和型和N型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成PN結(jié)。結(jié)。 。 左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別形成左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別形成P 型和型和N型半導(dǎo)體。為便于理解，圖中型半導(dǎo)體。為便于理解，圖中P區(qū)僅區(qū)僅 畫出空穴（多數(shù)載流子）和得到一個(gè)電子

11、的畫出空穴（多數(shù)載流子）和得到一個(gè)電子的 三價(jià)雜質(zhì)負(fù)離子，三價(jià)雜質(zhì)負(fù)離子，N區(qū)僅畫出自由電子（多區(qū)僅畫出自由電子（多 數(shù)載流子）和失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)正離數(shù)載流子）和失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)正離 子。根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的子。根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)區(qū) 向向N區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度高的區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度高的N區(qū)向區(qū)向P 區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡），形耗盡），形 成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如圖中間區(qū)成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如圖中間區(qū) 域，這就是域，這就是，又叫，又叫。 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) PN結(jié)中的擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系，又是相互

12、矛盾的結(jié)中的擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系，又是相互矛盾的。在一定條。在一定條 件（例如溫度一定）下，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載件（例如溫度一定）下，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載 流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)，最后兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)，最后兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的 寬度基本穩(wěn)定下來，寬度基本穩(wěn)定下來，PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從

13、濃度 高的高的N區(qū)向區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡），形成載流子極少的正耗盡），形成載流子極少的正 負(fù)空間電荷區(qū)（如上圖所示），也就是負(fù)空間電荷區(qū)（如上圖所示），也就是，又叫，又叫。 P區(qū) N區(qū) 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 少子少子 漂移漂移 擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 形成一定寬度的形成一定寬度的PN結(jié)結(jié) P 區(qū) N 區(qū) 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 多子多子 擴(kuò)散擴(kuò)散 形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū) 產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng) P 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū) PN 結(jié)及其內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)方向 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系又相互矛盾，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系又相互矛盾，

14、，同時(shí)，同時(shí)對(duì)多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)對(duì)多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò) 散阻力增大散阻力增大，但，但使少數(shù)載流子漂移增強(qiáng)使少數(shù)載流子漂移增強(qiáng)； ，又，又促使多子的擴(kuò)散容易進(jìn)行促使多子的擴(kuò)散容易進(jìn)行。 繼續(xù)討論繼續(xù)討論 當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)便處于結(jié)便處于狀態(tài)?？蔂顟B(tài)。可 以想象，在平衡狀態(tài)下，電子從以想象，在平衡狀態(tài)下，電子從N區(qū)到區(qū)到P區(qū)擴(kuò)散電流必然等于從區(qū)擴(kuò)散電流必然等于從P區(qū)到區(qū)到N 區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的擴(kuò)散電流和漂移電流也必然相等。即區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的擴(kuò)散電流和漂移電流也必然相等。即 。 由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對(duì)方，或被對(duì)方擴(kuò)

15、散過來由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對(duì)方，或被對(duì)方擴(kuò)散過來 的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱為的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱為 。擴(kuò)散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。擴(kuò)散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。 空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)變變窄窄 R 內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng) 外外電電場(chǎng)場(chǎng) P N I正正向向 US E R 內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng) 空間電荷區(qū) 變寬 P N IR 討論題討論題 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo) 體的導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別：金金 屬導(dǎo)體中只有一種載流子屬導(dǎo)體中只有一種載流子自由自由 電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種 載流子載流子自由電

16、子和空穴參與導(dǎo)自由電子和空穴參與導(dǎo) 電，電，而且這兩種載流子的濃度可 以通過在純凈半導(dǎo)體中加入少量 的有用雜質(zhì)加以控制。 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理 和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī) 理有什么區(qū)別？理有什么區(qū)別？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子 性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價(jià)電子。性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價(jià)電子。 若摻雜的是五價(jià)元素，則由于多 電子形成N型半導(dǎo)體：多子是電 子，少子是空穴；如果摻入的是 三價(jià)元素，就會(huì)由于少電子而構(gòu) 成P型半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體的共 價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中空穴多于電子，且這 些空穴很容易讓附近的價(jià)電子跳 過來填補(bǔ)，因此價(jià)電子填補(bǔ)空穴 的空穴運(yùn)動(dòng)是主要形式，所以多 子是空穴

17、，少子是電子。 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流 子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn)子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn) 生的？為什么生的？為什么P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 中的空穴多于電子？中的空穴多于電子？ N型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí)型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí) 還有與電子數(shù)量相同的正離子及由本征激還有與電子數(shù)量相同的正離子及由本征激 發(fā)的電子發(fā)的電子空穴對(duì)，因此整塊半導(dǎo)體中正空穴對(duì)，因此整塊半導(dǎo)體中正 負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。 N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載型半導(dǎo)體中的多數(shù)載 流子是電子，能否認(rèn)為流子是電子，能否認(rèn)為 這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電

18、的？為什么？的？為什么？ 空間電荷區(qū)的電阻空間電荷區(qū)的電阻 率為什么很高？率為什么很高？ 何謂何謂PN結(jié)的單向?qū)ЫY(jié)的單向?qū)?電性？電性？ 2. 半導(dǎo)體在熱（或光照等半導(dǎo)體在熱（或光照等 ）作用下產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為）作用下產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為 本征激發(fā)；電子、空穴對(duì)不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì)本征激發(fā)；電子、空穴對(duì)不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì) “跳進(jìn)跳進(jìn) ”另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，即復(fù)合中電另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，即復(fù)合中電 子空穴對(duì)被子空穴對(duì)被“吃掉吃掉”。 。 1. 半導(dǎo)體中的少子雖然濃度很低半導(dǎo)體

19、中的少子雖然濃度很低 ，但少子對(duì)溫度非，但少子對(duì)溫度非 常敏感，即常敏感，即。而多子。而多子 因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫 度影響。度影響。 4. PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵福航Y(jié)的單向?qū)щ娦允侵福?3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場(chǎng)總是阻礙多數(shù)載流子（電空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場(chǎng)總是阻礙多數(shù)載流子（電 流）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過，也就流）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過，也就 是說，是說，。 一個(gè)一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了結(jié)加上

20、相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了 半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，接在半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽 極；接在極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。 半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為和和兩類。兩類。 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 。主要應(yīng)用于小電流的整。主要應(yīng)用于小電流的整 流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件等。流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件等。 面接觸型二極管面接觸型二極管PN結(jié)面積大，因而能通過較大的電流，但其結(jié)結(jié)面積大，因而能通過較大的電流，

21、但其結(jié) 電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。 陽 極 陰 極 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區(qū) 電壓 二極管外加正向電壓較小時(shí)，外二極管外加正向電壓較小時(shí)，外 電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散 的阻力，的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正正向電壓大于死區(qū)電壓后，正 向電流向電流 隨著正向電壓增大迅速上隨著正向電壓增

22、大迅速上 升。通常死區(qū)電壓硅管約為升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V ，鍺管約為，鍺管約為0.2V。 外加反向電壓時(shí)，外加反向電壓時(shí)， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很??；結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很??； 導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.6 0.8V，鍺管約為，鍺管約為0.20.3V。溫度上升，死區(qū)電。溫度上升，死區(qū)電 壓和正向壓降均相應(yīng)降低。壓和正向壓降均相應(yīng)降低。 普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造 成成“熱擊穿熱擊穿”，這兩種擊，這兩種擊 穿不會(huì)從根本上損壞二極管，而穿不會(huì)從根本上

23、損壞二極管，而 。 1）最大整流電流）最大整流電流IDM：指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。：指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。 2）最高反向工作電壓）最高反向工作電壓URM：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高反向電壓。：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高反向電壓。 3）反向電流）反向電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ姡褐腹茏游磽舸r(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ?性越好。性越好。 二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦裕Ｓ糜谡鳌z二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦?，常用于整流、檢 波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等

24、。波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等。 D Tr u1 RLu2 UL 二極管半波整流電二極管半波整流電 路路 u u D A U F 二極管鉗位電路二極管鉗位電路 R uOui D1D2 二極管限幅電路二極管限幅電路 反向電壓增加到一定大小時(shí)，通過二極管的反向電流劇反向電壓增加到一定大小時(shí)，通過二極管的反向電流劇 增，這種現(xiàn)象稱為二極管的增，這種現(xiàn)象稱為二極管的。 反向擊穿電壓一般在幾十伏以上（高反壓管可達(dá)幾千伏）。反向擊反向擊穿電壓一般在幾十伏以上（高反壓管可達(dá)幾千伏）。反向擊 穿現(xiàn)象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。穿現(xiàn)象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。 PN結(jié)反向電壓增加時(shí)

25、，空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。通過空間結(jié)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。通過空間 電荷區(qū)的電子和空穴，在內(nèi)電場(chǎng)作用下獲得較大能量，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷地與電荷區(qū)的電子和空穴，在內(nèi)電場(chǎng)作用下獲得較大能量，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷地與 晶體中其它晶體中其它 原子發(fā)生碰撞，通過碰撞使其它共價(jià)鍵產(chǎn)生本征激發(fā)又出現(xiàn)電原子發(fā)生碰撞，通過碰撞使其它共價(jià)鍵產(chǎn)生本征激發(fā)又出現(xiàn)電 子子空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的電子空穴對(duì)與原有的電子空穴對(duì)與原有的電子 和空穴一樣，在電場(chǎng)作用下，也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，再通過和空穴一樣，在電場(chǎng)作用下，也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，

26、再通過 碰撞其它原子，又產(chǎn)生電子碰撞其它原子，又產(chǎn)生電子空穴對(duì)，從而空穴對(duì)，從而。當(dāng)反向。當(dāng)反向 電壓增大到某一數(shù)值，電壓增大到某一數(shù)值，載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發(fā)生雪崩載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發(fā)生雪崩 一樣，突然使反向電流急劇增大，發(fā)生二極管的一樣，突然使反向電流急劇增大，發(fā)生二極管的。 在加有較高的反向電壓下，在加有較高的反向電壓下，PN結(jié)空間電荷區(qū)中存一個(gè)強(qiáng)電結(jié)空間電荷區(qū)中存一個(gè)強(qiáng)電 場(chǎng)，它能夠破壞共價(jià)鍵將束縛電子分離出來造成電子場(chǎng)，它能夠破壞共價(jià)鍵將束縛電子分離出來造成電子空穴對(duì)，形成較大的空穴對(duì)，形成較大的 反向電流。發(fā)生齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度約為反向電流

27、。發(fā)生齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度約為210V/cm，這只有在雜質(zhì)濃，這只有在雜質(zhì)濃 度特別大的度特別大的PN結(jié)中才能達(dá)到，因?yàn)榻Y(jié)中才能達(dá)到，因?yàn)殡s質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度也雜質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度也 大，因而空間電荷區(qū)很窄，電場(chǎng)強(qiáng)度可能很高，致使大，因而空間電荷區(qū)很窄，電場(chǎng)強(qiáng)度可能很高，致使PN結(jié)產(chǎn)生結(jié)產(chǎn)生。 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實(shí)物圖、圖符號(hào)及伏穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實(shí)物圖、圖符號(hào)及伏 安特性如圖所示：安特性如圖所示： 當(dāng)反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反當(dāng)反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反 向電流劇增，管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)。向電流劇增，管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)。 圖

28、中圖中UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。 穩(wěn)壓管實(shí)物圖穩(wěn)壓管實(shí)物圖 由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二 極管類似，但其極管類似，但其反向擊穿是可逆的，反向擊穿是可逆的， 不會(huì)發(fā)生不會(huì)發(fā)生“熱擊穿熱擊穿”，而且其反向擊，而且其反向擊 穿后的特性曲線比較陡直，即穿后的特性曲線比較陡直，即反向電反向電 壓基本不隨反向電流變化而變化壓基本不隨反向電流變化而變化，這這 就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。 陽極 陰極 穩(wěn)壓管圖符號(hào)穩(wěn)壓管圖符號(hào) 電流增量電流增量I 很大，只會(huì)引起很小的電壓變化很大，只會(huì)引起很小的電壓變化U。 曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻

29、rz=U/I愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。一般地說，。一般地說，UZ 為為8V左右的穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻較小，低于這個(gè)電壓時(shí)，左右的穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻較小，低于這個(gè)電壓時(shí)，rz隨齊納電壓的下降隨齊納電壓的下降 迅速增加，使低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能變差。迅速增加，使低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能變差。 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，低的為，低的為3V，高的可達(dá)，高的可達(dá)300V，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí) 的正向壓降約為的正向壓降約為0.6V。 I/mA 40 30 20 10 -5 -10 -15 -20 （A） 正向 0 0.4 0.8 12 8 4 反向 UZ IZ

30、 U/V 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限 流電阻流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在，使穩(wěn)壓管電流工作在Izmax 和和Izmix的范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管在應(yīng)用中要的范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管在應(yīng)用中要 采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流 值，以保證管子不會(huì)造成值，以保證管子不會(huì)造成熱擊穿熱擊穿。 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：穩(wěn)壓管的主要參數(shù)： （1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。 （2）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流IZ：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。 （3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端

31、電壓的變化量與相應(yīng)電流的：穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的 變化量之比。即：變化量之比。即： rZ=UZ/IZ （4）耗散功率）耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流和最大穩(wěn)定電流IZM。額定耗散功率。額定耗散功率PZM是在穩(wěn)壓管允許是在穩(wěn)壓管允許 結(jié)溫下的最大功率損耗。結(jié)溫下的最大功率損耗。IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。二者關(guān)系是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。二者關(guān)系 可寫為：可寫為： PZM=UZIZM 回顧二極管的反向擊穿時(shí)特性：回顧二極管的反向擊穿時(shí)特性：當(dāng)反當(dāng)反 向電壓超過擊穿電壓時(shí)，流過管子的電流向電壓超過擊穿電壓時(shí)，流過管子的電流 會(huì)急劇增加。會(huì)急劇增加。 擊穿并不意味

32、著管子一定要損壞，如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^管子的電果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電 流，就能保證管子不因過熱而燒壞。流，就能保證管子不因過熱而燒壞。 在反向擊穿狀態(tài)下，在反向擊穿狀態(tài)下，讓流過管子的電讓流過管子的電 流在一定的范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電流在一定的范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電 壓變化很小壓變化很小，利用這一點(diǎn)可以達(dá)到，利用這一點(diǎn)可以達(dá)到“穩(wěn)壓穩(wěn)壓” 的效果。的效果。 穩(wěn)壓管是怎穩(wěn)壓管是怎 么實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓么實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓 作用的？作用的？ 單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物 發(fā)光二極管圖符號(hào)發(fā)光二極管圖符號(hào) 發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的

33、固體發(fā)光發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光 元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，具結(jié)構(gòu)成，具 有單向?qū)щ娦?。左圖所示為發(fā)光二極管的實(shí)物圖和圖符號(hào)。有單向?qū)щ娦?。左圖所示為發(fā)光二極管的實(shí)物圖和圖符號(hào)。 發(fā)光二極管是一種功率控制器件，常用來作為數(shù)字電路的發(fā)光二極管是一種功率控制器件，常用來作為數(shù)字電路的 數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列式器件；單個(gè)發(fā)光二極管常數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列式器件；單個(gè)發(fā)光二極管常 作為電子設(shè)備通斷指示燈或快速光源以及光電耦合器中的發(fā)作為電子設(shè)備通斷指示燈或快速光源以及光電耦合器中的發(fā) 光元件等。光元件

34、等。 光電二極管也和普通二極管一樣，管芯由光電二極管也和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，具結(jié)構(gòu)成，具 有單向?qū)щ娦浴９怆姸O管的管殼上有一個(gè)能射入光線的有單向?qū)щ娦?。光電二極管的管殼上有一個(gè)能射入光線的“ 窗口窗口”，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過透，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過透 鏡正好射在管芯上。鏡正好射在管芯上。 利用穩(wěn)壓管的正利用穩(wěn)壓管的正 向壓降，是否也向壓降，是否也 可以穩(wěn)壓？可以穩(wěn)壓？ 利用穩(wěn)壓管的正向壓降是不能進(jìn)行穩(wěn)壓的。利用穩(wěn)壓管的正向壓降是不能進(jìn)行穩(wěn)壓的。 因?yàn)榉€(wěn)壓管的正向特性與普通二極管相同，正因?yàn)榉€(wěn)壓管的正向特性與普通二極管相同，正 向電阻非

35、常小，工作在正向?qū)▍^(qū)時(shí)，正向電壓一向電阻非常小，工作在正向?qū)▍^(qū)時(shí)，正向電壓一 般為般為0.6V左右，此電壓數(shù)值一般變化不大。左右，此電壓數(shù)值一般變化不大。 雙極型晶體管是由兩個(gè)背靠背、互有影響的雙極型晶體管是由兩個(gè)背靠背、互有影響的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過結(jié)構(gòu)成的。在工作過 程中兩種載流子都參與導(dǎo)電，所以全名稱為雙極結(jié)型晶體管。程中兩種載流子都參與導(dǎo)電，所以全名稱為雙極結(jié)型晶體管。 雙極結(jié)型晶體管有三個(gè)引出電極，人們習(xí)慣上又稱它為晶體三極管或雙極結(jié)型晶體管有三個(gè)引出電極，人們習(xí)慣上又稱它為晶體三極管或 簡(jiǎn)稱晶體管。簡(jiǎn)稱晶體管。 晶體管的種類很多晶體管的種類很多,按照頻率分，有高頻管、低頻管；

36、按照功率分，按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率分， 有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，有硅管、鍺管等等。但是從它有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，有硅管、鍺管等等。但是從它 的外形來看，晶體管都有三個(gè)電極，常見的晶體管外形如圖所示：的外形來看，晶體管都有三個(gè)電極，常見的晶體管外形如圖所示： 由兩塊由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體的管子稱為型半導(dǎo)體的管子稱為NPN管。管。還還 有一種與它成對(duì)偶形式的，即有一種與它成對(duì)偶形式的，即兩塊兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 的管子，稱為的管子，稱為PNP管。管。晶體管制造工藝上的特點(diǎn)是

37、：晶體管制造工藝上的特點(diǎn)是： ，這樣的結(jié)構(gòu)才能這樣的結(jié)構(gòu)才能保證晶保證晶 體管具有體管具有電流放大作用電流放大作用。 基極基極 發(fā)射極發(fā)射極 集電極集電極 晶體管有兩個(gè)結(jié)晶體管有兩個(gè)結(jié) 晶體管有三個(gè)區(qū)晶體管有三個(gè)區(qū) 晶體管有三個(gè)電極晶體管有三個(gè)電極 三極管是一種具有電流放大作三極管是一種具有電流放大作 用的模擬器件。用的模擬器件。 A m mA m mA I IC C I IB B I IE E U UBB BB U UCC CC R RB B 3DG63DG6 NPNNPN型晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路型晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路 R RC C C E B 左圖所示為驗(yàn)證三極管電流放大左圖所示為驗(yàn)

38、證三極管電流放大 作用的實(shí)驗(yàn)電路，這種電路接法稱為作用的實(shí)驗(yàn)電路，這種電路接法稱為 共射電路。其中，直流電壓源共射電路。其中，直流電壓源UCC CC應(yīng)大 應(yīng)大 于于UBB BB，從而使電路滿足放大的外部條 ，從而使電路滿足放大的外部條 件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏 置。改變可調(diào)電阻置。改變可調(diào)電阻RB，基極電流，基極電流IB， 集電極電流集電極電流IC和發(fā)射極電流和發(fā)射極電流IE都會(huì)發(fā)生都會(huì)發(fā)生 變化，由測(cè)量結(jié)果可得出以下結(jié)論：變化，由測(cè)量結(jié)果可得出以下結(jié)論： a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)基區(qū)集電區(qū)；集電區(qū)； b）基區(qū)很薄。）基區(qū)很薄。 發(fā)射結(jié)正偏

39、，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 1. IE IB IC （符合（符合KCL定律）定律） 2. IC IB，為管子的流放大系數(shù)，為管子的流放大系數(shù)， 用來表征三極管的電流放大能力：用來表征三極管的電流放大能力： 3. IC IB B C I I N IC IE IB RB UBB UCC RC N P 由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，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)射極電流斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。 由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃

40、度 很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過來的電子只有很很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過來的電子只有很 少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分 都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。 IC比比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而大數(shù)十至數(shù)百倍，因而IB雖然很小，但對(duì)雖然很小，但對(duì)IC有控制作用，有控制作用，IC隨隨IB 的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化， 表明表明基極電流對(duì)集電極電流具有小量控制大量的作用，基極電流對(duì)集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的這就是三極管的 。 由于集電

41、結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子由于集電結(jié)反向偏置，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拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。 IC IB RB UBB UCC RC V V A mA + UCE + UBE 0.4 0.8 UBE /V 40 30 20 10 IB /mA 0 UCE1V 測(cè)量三極管特性的實(shí)驗(yàn)電路 三極管的輸入特性曲線 1 1輸入特性曲線輸入特性曲線 晶體管的輸入特性與二極管類似晶體管的輸入特性與二極管類似 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 UCE 1V，原因是，原因是b、e間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集

42、電結(jié)為反向間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向 偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分?jǐn)U散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分?jǐn)U散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴 復(fù)合，形成復(fù)合，形成IB。 與與UCE=0V時(shí)相比時(shí)相比 ，在，在UBE相同的條件下，相同的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導(dǎo)通電壓要小的多。從圖中可以看出，導(dǎo)通電壓 約為約為0.5V。嚴(yán)格地說，當(dāng)。嚴(yán)格地說，當(dāng)UCE逐漸增加逐漸增加 時(shí)，時(shí)，IB逐漸減小，曲線逐漸向右移。這是因?yàn)橹饾u減小，曲線逐漸向右移。這是因?yàn)?UCE增加時(shí)，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于

43、空穴的復(fù)合，所以增加時(shí)，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復(fù)合，所以 IB減小。不過減小。不過UCE超過超過1V以后再增加，以后再增加，IC增加很少，因?yàn)樵黾雍苌?，因?yàn)镮B的變化量也很小，通?？梢缘淖兓恳埠苄?，通?？梢?忽略忽略UCE變化對(duì)變化對(duì)IB的影響，認(rèn)為的影響，認(rèn)為UCE 1V時(shí)的時(shí)的 曲線都重合在一起。曲線都重合在一起。 4 3 2 1 IB=0 0 3 6 9 12 UCE /V 20A 40A 60A 80A 100A 飽飽和和區(qū)區(qū) 截截止止區(qū)區(qū) 放放 大大 區(qū)區(qū) IC /mA （1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向

44、偏置 （2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置 （3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置 2 2輸出特性曲線輸出特性曲線 BC ii 0 0 CB ii； iB0，uBE0，uCEuBE BC ii 1 1、電流放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)：i iC C= = i iB B 2 2、極間反向電流、極間反向電流i iCBO CBO、 、i iCEO CEO： ：i iCEO CEO= =（ （1+ 1+ ）i iCBO CBO 3 3、極限參數(shù)、極限參數(shù) （1 1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流 I ICM

45、 CM： ： 下降到額定值下降到額定值的的 2/32/3時(shí)所允許的最大集電極電流。時(shí)所允許的最大集電極電流。 （2 2）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓U U（ （BRBR）CEOCEO：基極開路時(shí)，集電極 ：基極開路時(shí)，集電極 、發(fā)射極間的最大允許電壓：基極開路時(shí)、集電極與、發(fā)射極間的最大允許電壓：基極開路時(shí)、集電極與 發(fā)射極之間的最大允許電壓。為保證晶體管安全工作發(fā)射極之間的最大允許電壓。為保證晶體管安全工作 ，一般應(yīng)?。?，一般應(yīng)取： （3 3）集電極最大允許功耗）集電極最大允許功耗P PCM CM ：晶體管的參數(shù)不超 ：晶體管的參數(shù)不超 過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率。過允許值時(shí)，集電極所

46、消耗的最大功率。 (BR)CEOCC ) 3 2 2 1 (UU 學(xué)習(xí)與探討學(xué)習(xí)與探討 晶體管的發(fā)射極和集電極是晶體管的發(fā)射極和集電極是 不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的 摻雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜摻雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜 質(zhì)濃度較低，這樣才使得發(fā)射極質(zhì)濃度較低，這樣才使得發(fā)射極 電流等于基極電流和集電極電流電流等于基極電流和集電極電流 之和，如果互換作用顯然不行。之和，如果互換作用顯然不行。 晶體管的發(fā)射極晶體管的發(fā)射極 和集電極能否互和集電極能否互 換使用？為什么換使用？為什么? 晶體管在輸出特性曲線的飽晶體管在輸出特性曲線的飽 和區(qū)工作時(shí)，和區(qū)工作時(shí)，UCE

47、UT時(shí)，隨著時(shí)，隨著UGS的增大，導(dǎo)電溝道逐漸變寬，溝道電阻漸小，漏極的增大，導(dǎo)電溝道逐漸變寬，溝道電阻漸小，漏極 電流電流ID漸大漸大。這種漏極電流。這種漏極電流ID隨柵極電位隨柵極電位UGS的變化而變化的關(guān)系，稱為的變化而變化的關(guān)系，稱為 MOS管的管的。 P襯底應(yīng)接低電位，襯底應(yīng)接低電位，N襯底應(yīng)接高電位；當(dāng)源極電位很高或很低時(shí)，應(yīng)與襯底相連襯底應(yīng)接高電位；當(dāng)源極電位很高或很低時(shí)，應(yīng)與襯底相連 通常漏極和源極可以互換，若出廠時(shí)源極和襯底相連，應(yīng)注意漏、源極則不能對(duì)調(diào)通常漏極和源極可以互換，若出廠時(shí)源極和襯底相連，應(yīng)注意漏、源極則不能對(duì)調(diào) MOS管的柵源電壓不能接反，但可在開路狀態(tài)下保存。

48、管的柵源電壓不能接反，但可在開路狀態(tài)下保存。MOS管的襯底應(yīng)與電路中管的襯底應(yīng)與電路中 最低電位相連。應(yīng)特別注意：最低電位相連。應(yīng)特別注意：MOS在不使用時(shí)柵極不能懸空，務(wù)必將各電極短接！在不使用時(shí)柵極不能懸空，務(wù)必將各電極短接！ 焊接焊接MOS管時(shí)，應(yīng)斷電后再焊。管時(shí)，應(yīng)斷電后再焊。 n場(chǎng)效應(yīng)管的源極場(chǎng)效應(yīng)管的源極S S、柵極、柵極G G、漏極、漏極D D分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極e e、基極、基極b b、集電極、集電極c c， 它們的作用相似。它們的作用相似。 n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，而晶體管工作時(shí)基場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場(chǎng)效應(yīng)

49、管柵極基本上不取電流，而晶體管工作時(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)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)，選用晶體管進(jìn)行放大可以得到比場(chǎng)效應(yīng)管較高效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用晶體管進(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)。的電壓放大倍數(shù)。 n場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而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、抗輻射受溫度、輻射等

50、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。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。 n場(chǎng)效應(yīng)管的源極和襯底通常是連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣場(chǎng)效應(yīng)管的源極和襯底通常是連在一起時(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)；而晶體管的集電極與發(fā)射極互換柵型管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比晶體管強(qiáng)；而晶體管的集電極與發(fā)射極互換 使用時(shí)，其特性差異很大，使用時(shí)，其特性差異很大， 值將減小很多。值將減小很多。 n與雙極型晶體管相比

51、，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。但總的來說，當(dāng)信噪比是主要矛盾選用場(chǎng)效應(yīng)管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來說，當(dāng)信噪比是主要矛盾 時(shí)，還應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。時(shí)，還應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。 n場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管都可以用于放大或可控開關(guān)，但場(chǎng)效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管都可以用于放大或可控開關(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

52、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。優(yōu)點(diǎn)，因此在電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。 1. 1. 電路的組成電路的組成 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路 一、電路組成及各元作用一、電路組成及各元作用 圖 共發(fā)射極基本放大電路 2. 各元件作用 (1) 三極管V：實(shí)現(xiàn)電流放大。 (2) 集電極直流電源UCC :確保 三極 管工作在放大狀態(tài)。 (3) 集電極負(fù)載電阻RC :將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)變 為電壓變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。 (4) 基極偏置電阻RB :為放大電路提供靜態(tài)工作點(diǎn)。 (5) 耦合電容C1和C2 :隔直流通交流。 3.工作原理 (1) ui直接加在三極管V的基極和發(fā)射極之間

53、，引起基極電 流iB作相應(yīng)的變化 。 (2) 通過V的電流放大作用， V的 集電極電流iC也將變化 。 (3) iC的變化引起V的集電 極和 發(fā)射極之間的電壓uCE變化。 (4) uCE中的交流分量uce經(jīng)過C2暢通地傳送給負(fù)載RL，成為 輸出交流電壓uo,，實(shí)現(xiàn)了電壓放大作用。 靜態(tài)分析就是要找出一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn),通常由放大 電路的直流通路來確定。如圖所示。 圖 共發(fā)射極放大電路的直流通路和靜態(tài)工作點(diǎn) 2 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 靜態(tài)分析通常有兩種方法 1. 估算法 (a) (b) ICIB (2) UCE = UCC - IC RC (3) B BECC B R UU I B CC B R

54、U I 2. 圖解法 (1) 作直流負(fù)載線 由 uCE = UCC - iC RC 令iC=0時(shí)，uCE= UCC，在橫軸上得M點(diǎn)(UCC ，0) 令uCE=0時(shí)， ，在縱軸上得N點(diǎn)(0， ) 連接M N 即直流負(fù)載線 C CC R U C CC R U (2) 求靜態(tài)工作點(diǎn) 直流負(fù)載線與iB=IB對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)Q，即 為靜態(tài)工作點(diǎn)，如圖 (b)所示 (a) (b) 圖 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解 例 試用估算法和圖解法求圖 (a) 所示放大電路的靜態(tài)工 作點(diǎn)，已知該電路中的三極管=37.5，直流通路如圖 (b)所示， 輸出特性曲線如圖 (c) 所示。 圖 例的圖 解： 10 用估算法求靜

55、態(tài)工作點(diǎn) 由公式得 IB0.04mA=40A ICIB=37.50.04mA=1.5mA UCE=UCC - ICRC=12-1.54=6V 20 用圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn) 由 uCE = UCC - iCRC = 12 - 4iC得 M點(diǎn)(12，0)； N點(diǎn)(0，3) MN與iB=IB=40A的那條輸出特性曲線相交點(diǎn)，即是靜態(tài) 工作點(diǎn)Q。從曲線上可查出：IB=40A，IC=1.5mA，UCE=6V。 與估算法所得結(jié)果一致。 3.電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 (1) RB 增大時(shí)，IB減小，Q點(diǎn)降低，三極管趨向于截止。 (2) RB 減小時(shí)，IB 增大，Q點(diǎn)抬高，三極管趨向于飽和。 此時(shí)三極管均會(huì)失

56、去放大作用。 1. 圖解法 (1) 負(fù)載開路時(shí)輸入和輸出電壓、電流波形的分析 根據(jù)ui波形，在輸入特性曲線上求iB和uBE的波形 根據(jù)iB波形，在輸出特性曲線和直流負(fù)載線上求iC、 uRC 和uCE的變化 ，如圖所示。 3 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 圖7.5(a) (2) 帶負(fù)載時(shí)輸入和輸出電壓、電流波形分析 作交流負(fù)載線： 10 先作出直流負(fù)載線MN，確定Q點(diǎn)。 20 在uCE坐標(biāo)軸上，以UCE為起點(diǎn)向正方向取一段IC R/L 的 電壓值，得到C點(diǎn)。 30 過CQ作直線CD，即為交流負(fù)載線，如圖所示。 (3) 放大電路的非線性失真 截止失真: 三極管進(jìn)人截止區(qū)而引起的失真 。通過減小 基極偏置電阻R

57、B的阻值來消除。 圖 (b) 飽和失真： 三極管進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真。通過增大基極 偏置電阻RB的阻值來 消除。 失真波形如圖所示。 圖 截止失真 飽和失真： 三極管進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真。通過增大 基極偏置電阻RB的阻值來 消除。 失真波形如圖所示。 圖 飽和失真 為了減小和避免非線性失真，必須合理地選擇靜態(tài)工作點(diǎn) Q的位置，并適當(dāng)限制輸入信號(hào)ui 的幅度。一般情況下，Q點(diǎn) 應(yīng)大致選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，當(dāng)輸入信號(hào)ui 的幅度較小時(shí)， 為了減小管子的功耗，Q點(diǎn)可適當(dāng)選低些。若出現(xiàn)了截止失真， 通常采用提高靜態(tài)工作點(diǎn)的辦法來消除，即通過減小基極偏置 電阻RB的阻值來實(shí)現(xiàn)；若出現(xiàn)了飽和失真，則反

58、向操作，即增 大RB。 2. 微變等效電路法 (1) 三極管微變等效電路 圖7.11 三極管的微變等效電路 rbe=300+(1+) )( )( )(26 mAI mV E (2) 放大電路微變等效電路 放大電路的微變等效電路就是用三極管的微變等效電路替 代交流通路中的三極管。交流通路指：放大電路中耦合電容和 直流電源作短路處理后所得的電路。因此畫交流通路的原則是： 將直流電源UCC短接；將輸入耦合電容C1和輸出耦合電容C2短 接。圖7. 1的交流通路和微變等效電路如圖7.12所示。 n (b) 交流通路 (c)微變等效電路 圖 共發(fā)射極基本放大電路 (3) 動(dòng)態(tài)性能分析 電壓放大倍數(shù)電壓放大

59、倍數(shù)Au 輸入電阻輸入電阻Ri 輸入電阻指從放大電路輸入端AA/ (如圖7.13)看進(jìn)去的等效 電阻，定義為： Ri= 由圖7. 12可知 = rbeRB be L beb Lb i o u r R rI RI U U A i i i I U R i i I U 若考慮信號(hào)源內(nèi)阻(如圖)，則放大電路輸入電壓Ui是信號(hào)源 Us在輸入電阻Ri 上的分壓，即 輸出電阻輸出電阻Ro 輸出電阻指從放大器放大器信號(hào)源短路、負(fù)載開路，從 輸出端看進(jìn)去的等效電阻，定義為： Ro= Si i Si RR R UU o o I U 圖 放大電路的輸入電阻和輸出電阻 由圖可知 Ro= = RC 工程中，可用實(shí)驗(yàn)的方

60、法求取輸出電阻。在放大電路輸 入端加一正弦電壓信號(hào)，測(cè)出負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓U/o；然 后再測(cè)出接入負(fù)載RL時(shí)的輸出電壓Uo，則有 式中： U/o 、Uo是用晶體管毫伏表測(cè)出的交流有效值。 L Lo o o R RR U U / L o o o R U U R) 1( o o I U 例 圖 (a)所示電路的交流通路和微變等效電路如圖7.14所 示，試用微變等效電路法求： 10 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 、Ri、Ro。 20 斷開負(fù)載RL后，再計(jì)算 、Ri、Ro。 圖例的圖 u A u A 解：10 由例可知 IE1.5mA 故 = 967 Ri = RB / rbe=300 / 0.9670.964k