第7章-半導(dǎo)體二極管和三極管分解

1、(1-1)第第7 7章章 半導(dǎo)體二極管和三極管半導(dǎo)體二極管和三極管(1-2)導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。7.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(1-3)半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理

2、不同于其它物質(zhì)，所以的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。1.1.摻雜性摻雜性2.2.熱敏性和光敏性熱敏性和光敏性(1-4)7.1.1 7.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeGeSiSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它

3、們現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。的最外層電子（價電子）都是四個。(1-5)在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成與其相臨的原子之間形成共價鍵共價鍵，共用一對價，共用一對價電子。電子。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)：通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。(1-6)硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價

4、鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價電子去價電子后的原子后的原子(1-7)共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)共價鍵有很

5、強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。+4+4+4+4(1-8)二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對在絕對0 0度（度（T T=0K=0K）和沒有外界激發(fā)時）和沒有外界激發(fā)時, ,價電價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即以運動的帶電粒子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電能），它的導(dǎo)電能力為力為 0 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由自由電子電子，同時共

6、價鍵上留下一個空位，稱為，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴(1-9)+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子(1-10)2.2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理+4+4+4+4+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果來填補，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流可以認(rèn)為空穴是載流子。子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等

7、的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。(1-11)溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。大特點。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿赢a(chǎn)生的電流。（在本征半導(dǎo)體中（在本征半導(dǎo)體中 自由電子

8、和空穴成對出現(xiàn)，自由電子和空穴成對出現(xiàn)，同時又不斷的復(fù)合）同時又不斷的復(fù)合）(1-12)7.1.2 7.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。N N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子

9、半導(dǎo)體）。也稱為（電子半導(dǎo)體）。(1-13)一、一、N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷，在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷，晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。動的帶正電的離子。(1-14)+4+4+4+4+5+5

10、+4+4多余多余電子電子磷原子磷原子N N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1.1.由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。(1-15)二、二、P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼在

11、硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。的帶負(fù)電的離子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。(1-16)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號P

12、 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(1-17)總總 結(jié)結(jié)2.N2.N型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，的電子，N N型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.3.P P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1. 1. 本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子很少。本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子很少。(1-18)7.2.1 PN

13、7.2.1 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P P 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體和體和N N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了交界面處就形成了PN PN 結(jié)。結(jié)。7.2 PN結(jié)結(jié)(1-19)P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E漂移運動漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場越強，漂移運動內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。(

14、1-20)漂移運動漂移運動P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。(1-21)+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV0(1-22)1.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子?？臻g電荷區(qū)中沒有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴中的空穴. .N N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\動（）向?qū)Ψ竭\

15、動（擴散擴散運動運動）。）。3.3.P P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)小結(jié)(1-23)(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動多子多子擴散形成正向電流擴散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 7.2.2 7.2.2

16、 PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1-24)(2) (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強內(nèi)電場外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運動擴散運動漂移運動擴散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRP PN N 在一定的溫度下，在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故度是一定的，故I IR R基本上與基本上與外加反壓的大小無關(guān)外加反壓的大小無關(guān)，所所以稱為以稱為反向飽

17、和電流反向飽和電流。但。但I IR R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 (1-25) PN PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻， PNPN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PNPN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PNPN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dǎo)電性。(1-26)7.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管7.3.17.3.1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體

18、二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管的電路符號：二極管的電路符號：陽極陽極+陰極陰極-(1-27)7.3.2 7.3.2 伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR(1-28)7.3.3 7.3.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1. 1. 最大整流電流最大整流電流 I IOMOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。正向平均電流。3. 3. 反向擊穿電壓反向擊穿

19、電壓U UBRBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓U UWRMWRM一一般是般是U UBRBR的一半。的一半。2. 2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓U UBWMBWM保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。(1-29)4. 4. 反向電流反向電流 I IR R指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向

20、導(dǎo)電性流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。硅管大幾十到幾百倍。(1-30)5. 微變電阻微變電阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工作點作點Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與電流的變化之比：電流的變化之比：DDDiur顯然，顯然，rD是對是對Q附近的微小附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。(1-31)6.

21、 二極管的極間電容二極管的極間電容（結(jié)電容）（結(jié)電容）二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容勢壘電容CB和和擴散電容擴散電容CD。勢壘電容：勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是的電容是勢壘電容勢壘電容。當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即應(yīng)地隨之改變，即PNPN結(jié)中存儲的電荷量要隨結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充

22、放電一樣。之變化，就像電容充放電一樣。(1-32) 當(dāng)外加正向電壓不當(dāng)外加正向電壓不同時，同時，PNPN結(jié)兩側(cè)堆積結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程當(dāng)電容的充放電過程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來擴散電容：擴散電容：為了形成正向為了形成正向電流（擴散電流），注入電流（擴散電流），注入P P 區(qū)的少子（電子）在區(qū)的少子（電子）在P P 區(qū)區(qū)有濃度差，越靠近有濃度差，越靠近PNP

23、N結(jié)濃結(jié)濃度越大，即在度越大，即在P P 區(qū)有電子區(qū)有電子的積累。同理，在的積累。同理，在N N區(qū)有空區(qū)有空穴的積累。正向電流大，穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。積累的電荷多。這樣所產(chǎn)這樣所產(chǎn)生的電容就是擴散電容生的電容就是擴散電容. .(1-33)CB在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴散電勢壘電容和擴散電容的綜合效應(yīng)容的綜合效應(yīng)rd(1-34)二極管：二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 .5V=0 .5

24、V，正向壓降，正向壓降 0.7V(0.7V(硅二極管硅二極管) ) 理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 =0 ，正向壓降，正向壓降=0 =0 15.3.415.3.4二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用1.1.二極管半波整流二極管半波整流二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護等等。要應(yīng)用于整流、限幅、保護等等。(1-35)t uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，VaVb，二極，二極管管 1、3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，2、4 截止截止 。uouD t tuD1uD3 動畫動畫 ut U2U2U2 (1-39)(4) 參數(shù)計算參數(shù)計算LLRURUI9

25、. 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttII ) d( sin21ttU U0.9 oU(1-40) (1) 輸出直流電壓高；輸出直流電壓高； (2) 脈動較??；脈動較??； (3) 二極管承受的最大反向電壓較低；二極管承受的最大反向電壓較低； (4) 電源變壓器得到充分利用。電源變壓器得到充分利用。 目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠出直流引線。減少接線，提高了可靠性

26、，使用起來非常方便。性，使用起來非常方便。+(1-41) 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓壓(或通過電感中的電流或通過電感中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：方法：將電容與負(fù)載將電容與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)( (或?qū)㈦姼信c負(fù)載或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串串聯(lián)聯(lián)) )

27、。(1-42) u uC時，二極管導(dǎo)通，時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載電源在給負(fù)載RL供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。UU22DRM 動畫動畫uoU2U2u tO tO(1-43)25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間與放電時間 常數(shù)常數(shù)RLC有關(guān)。有關(guān)。 近似估算?。航乒浪闳。?Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波

28、）半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓(1-44)有電容有電容濾波濾波 無電容濾波無電容濾波0 UooIO 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。小且負(fù)載變化較小的場合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二極管導(dǎo)通時間越短整流二極管導(dǎo)通時間越短 iD 的峰值電流越大的峰值電流越大。uoU2 tOiD tO(1-45)L uRLuo+C (1-46) 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，濾波器更好，但二極管的沖但二極管的沖擊電流較大。擊電流較大。 比比 形形 LC

29、 濾波器的體積濾波器的體積小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 (1-47)(1-48)二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例tttuiuRuoRRLuiuRuo(1-49)7.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，曲線越陡，電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)定。定。+-UZ動態(tài)電阻：動態(tài)電阻：ZZIUZrr rz z越小，穩(wěn)越小，穩(wěn)壓性能越壓性能越好。好。(1-50)（4 4）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流I IZ Z、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZ

30、ZMIUP穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù): :（1 1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓 U UZ Z（2 2）電壓溫度系數(shù)）電壓溫度系數(shù) U U（%/%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3 3）動態(tài)電阻）動態(tài)電阻ZZIUZr(1-51)在電路中穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)脑陔娐分蟹€(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。電阻連接才能起到穩(wěn)壓作用。UIIZIZmax UZ IZUZ(1-52)穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,minmaxzzzII10U穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù): : k2LR解：令輸入電壓達到上限

31、時，流過穩(wěn)壓管的電解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為流為I Iz zmaxmax mAmax25RUIiLZz10R25UiRu2 . 1zi方程方程1 1要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%20%波動時，負(fù)載電壓波動時，負(fù)載電壓基本不變。基本不變。求：求：電阻電阻R R和輸入電壓和輸入電壓 u ui i 的正常值。的正常值。(1-53)令輸入電壓降到下限令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電時，流過穩(wěn)壓管的電流為流為I Iz zminmin 。mAmin10RUIiLZz10R10UiRu8 . 0zi方程方程2 2u uo oi iZ ZD DZ ZR Ri

32、 iL Li iu ui iR RL L聯(lián)立方程聯(lián)立方程1 1、2 2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui(1-54)光電二極管光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加照度增加(1-55)發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過有正向電流流過時，發(fā)出一定波長時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的紅外到可見波段的光，它的電特性與光，它的電特性與一般二極管類似。一般二極管類似。(1-56)7.5.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基

33、極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型 7.5 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管(1-57)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高(1-58)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)(1-59)BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管符號符號(1-60)ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 一一. 一個實驗一個實驗7.5.2 7.5.2 電流分配和放大原理電流分配和放大原理(1-61)結(jié)論結(jié)論: :1. IE=

34、IC+IB常數(shù)BCBCBCBCIIII1IIII.23. IB=0, IC=ICEO4.4.要使晶體管放大要使晶體管放大, ,發(fā)射結(jié)必須正偏發(fā)射結(jié)必須正偏, ,集電結(jié)必須集電結(jié)必須反偏。反偏。(1-62)二二. 電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū)的擴散可的擴散可忽略。忽略。IBE進入進入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴散到集電結(jié)。擴散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向基區(qū)斷向基區(qū)擴散，形擴散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流IE。(1-63)BECNN

35、PEBRBECIE集電結(jié)反偏，有集電結(jié)反偏，有少子形成的反向少子形成的反向電流電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE從基區(qū)擴從基區(qū)擴散來的電散來的電子作為集子作為集電結(jié)的少電結(jié)的少子，漂移子，漂移進入集電進入集電結(jié)而被收結(jié)而被收集，形成集，形成ICE。(1-64)IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE(1-65)ICE與與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)之比稱為電流放大倍數(shù)BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII(1-66)一一.輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)20406080

36、0.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.1V。7.5.3 特性曲線特性曲線(1-67)二、二、輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一定的數(shù)值時，定的數(shù)值時，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。(1-68)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。(1-69)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3) (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： U UBEBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， I IB B=0