第05章 半導(dǎo)體器件

1、第第5 5章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 5.1 5.1 半導(dǎo)體及半導(dǎo)體及PNPN結(jié)結(jié)n5.1.1 5.1.1 物質(zhì)的分類及特點(diǎn)物質(zhì)的分類及特點(diǎn)n自然界的各種物質(zhì)，就其導(dǎo)電性能來說，可以分為自然界的各種物質(zhì)，就其導(dǎo)電性能來說，可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。n5.1.1.1 5.1.1.1 導(dǎo)體導(dǎo)體n導(dǎo)體具有良好的導(dǎo)電性能，常溫下，其內(nèi)部存在著導(dǎo)體具有良好的導(dǎo)電性能，常溫下，其內(nèi)部存在著大量的自由電子，他們在外電場的作用下做定向運(yùn)大量的自由電子，他們在外電場的作用下做定向運(yùn)動形成較大的電流。因而導(dǎo)電的電阻率很小，只有動形成較大的電流。因而導(dǎo)電的電阻率很小，只有 。金

2、屬一般為導(dǎo)體，如銅、鋁和銀。金屬一般為導(dǎo)體，如銅、鋁和銀等金屬材料。等金屬材料。641010cm5.1.1 5.1.1 物質(zhì)的分類及特點(diǎn)物質(zhì)的分類及特點(diǎn)n5.1.1.2 5.1.1.2 絕緣體絕緣體n有許多物質(zhì)是不容易導(dǎo)電或完全不導(dǎo)電，它們叫有許多物質(zhì)是不容易導(dǎo)電或完全不導(dǎo)電，它們叫做絕緣體，如塑料、陶瓷、橡膠、玻璃等材料。做絕緣體，如塑料、陶瓷、橡膠、玻璃等材料。在這些材料中，幾乎沒有自由電子，即使受外電在這些材料中，幾乎沒有自由電子，即使受外電場作用也不會形成電流，所以，絕緣體的電阻率場作用也不會形成電流，所以，絕緣體的電阻率很大，在很大，在 以上。以上。1010cm5.1.1 5.1.1

3、 物質(zhì)的分類及特點(diǎn)物質(zhì)的分類及特點(diǎn)n5.1.1.3 5.1.1.3 半導(dǎo)體半導(dǎo)體n在常溫下，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物體在常溫下，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物體稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率一般為稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率一般為 。常用的半導(dǎo)體材料有硅、鍺以及砷化鎵、碳化硅。常用的半導(dǎo)體材料有硅、鍺以及砷化鎵、碳化硅等。純凈的硅在常溫時的電阻率約為等。純凈的硅在常溫時的電阻率約為 。n半導(dǎo)體具有如下特殊性質(zhì)。半導(dǎo)體具有如下特殊性質(zhì)。n(1) (1) 摻雜性。在純凈的硅晶體中摻入百萬分之一的摻雜性。在純凈的硅晶體中摻入百萬分之一的硼，其電阻率將下降為原電阻率的硼，其電阻率將下降為原電阻率的

4、5050萬分之一左右萬分之一左右，利用這種導(dǎo)電性能的可控性，可以制成各種類型，利用這種導(dǎo)電性能的可控性，可以制成各種類型的半導(dǎo)體器件。的半導(dǎo)體器件。310(1010 )cm423 10cm5.1.1 5.1.1 物質(zhì)的分類及特點(diǎn)物質(zhì)的分類及特點(diǎn)n(2) (2) 熱敏性。半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化很敏感，熱敏性。半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化很敏感，一般情況下一般情況下( (非重?fù)诫s非重?fù)诫s) )，溫度升高，電阻率下降。，溫度升高，電阻率下降?？芍瞥蔁崦羝骷？芍瞥蔁崦羝骷(3) (3) 光敏性。受光照后，半導(dǎo)體的電阻率大為降低光敏性。受光照后，半導(dǎo)體的電阻率大為降低。依此特性可制成各種光電器件和太

5、陽能電池等。依此特性可制成各種光電器件和太陽能電池等。n半導(dǎo)體的這些特殊性質(zhì)是由其內(nèi)在的矛盾和運(yùn)動規(guī)半導(dǎo)體的這些特殊性質(zhì)是由其內(nèi)在的矛盾和運(yùn)動規(guī)律所決定的。律所決定的。n5.1.2.1 5.1.2.1 本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)n將純凈的半導(dǎo)體經(jīng)過一定的工藝過程制成單晶體，即為將純凈的半導(dǎo)體經(jīng)過一定的工藝過程制成單晶體，即為本征半導(dǎo)體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣本征半導(dǎo)體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣，稱為晶格。由于相鄰原子間的距離很小，因此，相鄰，稱為晶格。由于相鄰原子間的距離很小，因此，相鄰的兩個原子的一對最外層電子的兩個原子的一對最外層電子( (即價電子即

6、價電子) )，不但各自圍，不但各自圍繞自身所屬的原子核運(yùn)動，而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的繞自身所屬的原子核運(yùn)動，而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子。這樣的組合稱為共價鍵結(jié)構(gòu)，軌道上，成為共用電子。這樣的組合稱為共價鍵結(jié)構(gòu)，如圖如圖5-15-1所示。所示。圖圖5-1 硅和鍺半導(dǎo)體的硅和鍺半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖 5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體n5.1.2.2 5.1.2.2 本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴n晶體中的共價鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，因此，

7、在常溫下晶體中的共價鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，因此，在常溫下，僅有極少數(shù)的價電子由于熱運(yùn)動，僅有極少數(shù)的價電子由于熱運(yùn)動( (熱激發(fā)熱激發(fā)) )獲得足夠獲得足夠的能量，從而掙脫共價鍵的束縛變成自由電子。與此的能量，從而掙脫共價鍵的束縛變成自由電子。與此同時，在共價鍵中留下一個空位，稱為空穴。原子因同時，在共價鍵中留下一個空位，稱為空穴。原子因失掉一個價電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本失掉一個價電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本征半導(dǎo)體中，自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的，即自由征半導(dǎo)體中，自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的，即自由電子與空穴數(shù)目相等，如圖電子與空穴數(shù)目相等，如圖5-25-2所示。這樣，若在本

8、所示。這樣，若在本征半導(dǎo)體兩端外加一電場，則一方面自由電子將產(chǎn)生征半導(dǎo)體兩端外加一電場，則一方面自由電子將產(chǎn)生定向移動，形成電子流；另一方面由于空穴的存在，定向移動，形成電子流；另一方面由于空穴的存在，價電子將按一定的方向依次填補(bǔ)空穴，也就是說空穴價電子將按一定的方向依次填補(bǔ)空穴，也就是說空穴也產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流，由于自由電子和空也產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流，由于自由電子和空穴所帶電荷極性不同，所以它們的運(yùn)動方向相反，本穴所帶電荷極性不同，所以它們的運(yùn)動方向相反，本征半導(dǎo)體中的電流是兩個電流之和。征半導(dǎo)體中的電流是兩個電流之和。圖圖5-2 本征半導(dǎo)體自由電子和空穴本征半導(dǎo)體自由電子和空

9、穴 n運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子，即自由電子導(dǎo)電，而本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由，即自由電子導(dǎo)電，而本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。電子和空穴均參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體n5.1.2.3 5.1.2.3 自由電子和空穴成對地產(chǎn)生，成對自由電子和空穴成對地產(chǎn)生，成對地復(fù)合地復(fù)合n熱激發(fā)的過程產(chǎn)生了自由電子和空穴對，自由電子熱激發(fā)的過程產(chǎn)

10、生了自由電子和空穴對，自由電子如果與空穴相遇就會填補(bǔ)空穴，它們又成對地消失如果與空穴相遇就會填補(bǔ)空穴，它們又成對地消失，稱為復(fù)合，在一定的溫度下產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到動態(tài)，稱為復(fù)合，在一定的溫度下產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡，有一定的自由電子和空穴的濃度。當(dāng)溫度變平衡，有一定的自由電子和空穴的濃度。當(dāng)溫度變化時，例如，溫度升高，產(chǎn)生將大于復(fù)合，載流子化時，例如，溫度升高，產(chǎn)生將大于復(fù)合，載流子的濃度將增大，在新的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到新的濃度將增大，在新的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到新的動態(tài)平衡，對應(yīng)一個新的載流子濃度。的動態(tài)平衡，對應(yīng)一個新的載流子濃度。5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和

11、雜質(zhì)半導(dǎo)體n5.1.2.4 5.1.2.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體n通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素，便可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻入的雜質(zhì)元素質(zhì)元素，便可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻入的雜質(zhì)元素不同，可形成不同，可形成N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體，控制摻入雜型半導(dǎo)體，控制摻入雜質(zhì)元素的濃度就可控制雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。質(zhì)元素的濃度就可控制雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體n1. N1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n在本征半導(dǎo)體硅在本征半導(dǎo)體硅( (或鍺或鍺) )中摻入微量的五價元素磷中摻

12、入微量的五價元素磷( (或或銻銻) )，如圖，如圖5-35-3所示，磷原子最外層有所示，磷原子最外層有5 5個價電子，其個價電子，其中中4 4個價電子與相鄰的個價電子與相鄰的4 4個硅個硅( (或鍺或鍺) )原子的價電子組成原子的價電子組成共價鍵，剩下一個價電子由于受原子核的束縛較弱，共價鍵，剩下一個價電子由于受原子核的束縛較弱，在室溫下很容易成為自由電子。同時，磷原子因失去在室溫下很容易成為自由電子。同時，磷原子因失去一個電子電離為正離子。每個雜質(zhì)原子施舍一個自由一個電子電離為正離子。每個雜質(zhì)原子施舍一個自由電子，這就使得半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大大地增加電子，這就使得半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大

13、大地增加。雜質(zhì)原子提供的自由電子數(shù)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由熱激發(fā)產(chǎn)。雜質(zhì)原子提供的自由電子數(shù)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴數(shù)。這種雜質(zhì)半導(dǎo)體以電子導(dǎo)電為主，故稱生的空穴數(shù)。這種雜質(zhì)半導(dǎo)體以電子導(dǎo)電為主，故稱其為電子型半導(dǎo)體或型半導(dǎo)體，在型半導(dǎo)體中，其為電子型半導(dǎo)體或型半導(dǎo)體，在型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子自由電子為多數(shù)載流子( (簡稱多子簡稱多子) )，空穴為少數(shù)載流，空穴為少數(shù)載流子子( (簡稱少子簡稱少子) )。圖圖5-3 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 nN型半導(dǎo)體中的雜質(zhì)元素磷的原子在硅晶體中給出一型半導(dǎo)體中的雜質(zhì)元素磷的原子在硅晶體中給出一個多余的電子，故稱磷為施主雜質(zhì)。個多余的電子，故稱磷為施主雜質(zhì)。5

14、.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體n2. P2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n若在本征半導(dǎo)體硅若在本征半導(dǎo)體硅( (或鍺或鍺) )中摻入微量的三價元素硼中摻入微量的三價元素硼( (或銦或銦) )，硼原子最外層有，硼原子最外層有3 3個價電子，這個價電子，這3 3個價電子在個價電子在與相鄰的與相鄰的4 4個硅原子組成共價鍵時還有一個空位未被個硅原子組成共價鍵時還有一個空位未被填滿，與其相鄰的硅原子的價電子很容易填補(bǔ)這個填滿，與其相鄰的硅原子的價電子很容易填補(bǔ)這個空位，于是就產(chǎn)生了一個空穴，如圖空位，于是就產(chǎn)生了一個空穴，如圖5-45-4所示，硼原所示，硼原子在晶體中接受了

15、一個電子后電離為負(fù)離子。子在晶體中接受了一個電子后電離為負(fù)離子。圖圖5-4 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 5.1.2 5.1.2 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體n由于摻雜，這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目增加了，由于摻雜，這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目增加了，空穴數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自由電子數(shù)目，這種以空穴導(dǎo)空穴數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自由電子數(shù)目，這種以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫做空穴型半導(dǎo)體或電為主的半導(dǎo)體叫做空穴型半導(dǎo)體或P P型半導(dǎo)體。在型半導(dǎo)體。在P P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。載流子。n由于硼原子在硅晶體中接受了電子，故稱其為受主由于硼原

16、子在硅晶體中接受了電子，故稱其為受主雜質(zhì)。雜質(zhì)。5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)n5.1.3.1 PN5.1.3.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成n物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動，這物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。當(dāng)把種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。當(dāng)把P P型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體制作在一起時，在它們的交界面型半導(dǎo)體制作在一起時，在它們的交界面，兩種載流子的濃度差很大，因而，兩種載流子的濃度差很大，因而P P區(qū)的空穴必然向區(qū)的空穴必然向N N區(qū)擴(kuò)散，與此同時，區(qū)擴(kuò)散，與此同時，N N區(qū)的自由電子也必然向區(qū)的自由電子也必然

17、向P P區(qū)擴(kuò)區(qū)擴(kuò)散，如圖散，如圖5-55-5所示。所示。n圖中圖中P P區(qū)標(biāo)有負(fù)號的小圓圈表示除空穴外的負(fù)離子區(qū)標(biāo)有負(fù)號的小圓圈表示除空穴外的負(fù)離子( (即受主原子即受主原子) )，N N區(qū)標(biāo)有正號的小圓圈表示除自由電區(qū)標(biāo)有正號的小圓圈表示除自由電子外的正離子子外的正離子( (即施主原子即施主原子) )。由于擴(kuò)散到。由于擴(kuò)散到P P區(qū)的自由區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合，而擴(kuò)散到電子與空穴復(fù)合，而擴(kuò)散到N N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合，所以在交界面附近多子的濃度下降，合，所以在交界面附近多子的濃度下降，P P區(qū)出現(xiàn)負(fù)區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，離子區(qū)，N N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動的，稱區(qū)出

18、現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動的，稱為空間電荷區(qū)，從而形成內(nèi)電場。為空間電荷區(qū)，從而形成內(nèi)電場。5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)圖圖5-5 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動載流子的擴(kuò)散運(yùn)動 圖圖5-6 PN結(jié)及其內(nèi)電場結(jié)及其內(nèi)電場 n隨著擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強(qiáng)，隨著擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強(qiáng)，其方向由區(qū)指向區(qū)，正好阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，如圖其方向由區(qū)指向區(qū)，正好阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，如圖5-6所示。內(nèi)電場出現(xiàn)后對兩區(qū)多子的擴(kuò)散起阻礙作用，所示。內(nèi)電場出現(xiàn)后對兩區(qū)多子的擴(kuò)散起阻礙作用，正是由于這個原因也常把空間電荷區(qū)叫做阻擋層。正是由于這個原因也常把空間電荷區(qū)叫做阻擋層。5.1.

19、3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)n內(nèi)電場阻止兩區(qū)多子繼續(xù)擴(kuò)散的同時，卻有利于內(nèi)電場阻止兩區(qū)多子繼續(xù)擴(kuò)散的同時，卻有利于兩區(qū)的少子越過空間電荷區(qū)進(jìn)入對方區(qū)內(nèi)。少數(shù)兩區(qū)的少子越過空間電荷區(qū)進(jìn)入對方區(qū)內(nèi)。少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則地運(yùn)動，稱為漂移載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則地運(yùn)動，稱為漂移運(yùn)動。運(yùn)動。PNPN結(jié)形成之初，多子擴(kuò)散運(yùn)動占絕對優(yōu)勢結(jié)形成之初，多子擴(kuò)散運(yùn)動占絕對優(yōu)勢，隨著內(nèi)電場的形成、增強(qiáng)，多子擴(kuò)散運(yùn)動逐漸，隨著內(nèi)電場的形成、增強(qiáng)，多子擴(kuò)散運(yùn)動逐漸減弱，而少子漂移運(yùn)動卻逐漸增強(qiáng)。當(dāng)參與擴(kuò)散減弱，而少子漂移運(yùn)動卻逐漸增強(qiáng)。當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)

20、動的少子數(shù)目，從運(yùn)動多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)動的少子數(shù)目，從而達(dá)到動平衡時，空間電荷區(qū)的寬度就確定下來而達(dá)到動平衡時，空間電荷區(qū)的寬度就確定下來，一個平衡的，一個平衡的PNPN結(jié)也就形成了。由于結(jié)也就形成了。由于PNPN結(jié)在形成結(jié)在形成過程中載流子已耗盡，所以過程中載流子已耗盡，所以PNPN結(jié)也稱為耗盡層。結(jié)也稱為耗盡層。5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)n5.1.3.2 PN5.1.3.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦詎在在PNPN結(jié)兩端施以外電壓，稱為給結(jié)兩端施以外電壓，稱為給PNPN結(jié)以偏置。如果所加結(jié)以偏置。如果所加的外電壓是的外電壓是P P端的電位高于端的電位高于N N端的電位，

21、稱為正向偏置端的電位，稱為正向偏置( (簡稱正偏簡稱正偏) )，反之，稱為反向偏置，反之，稱為反向偏置( (簡稱反偏簡稱反偏) )。n1. PN1. PN結(jié)的正向偏置結(jié)的正向偏置nPNPN結(jié)上加正向偏置電壓結(jié)上加正向偏置電壓( (即外電源正極接即外電源正極接P P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N N區(qū)區(qū)) )，如圖，如圖5-75-7所示。此時外加電場所示。此時外加電場E E的方向與內(nèi)電場的的方向與內(nèi)電場的方向相反，外電場削弱了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄。原方向相反，外電場削弱了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄。原來處于平衡狀態(tài)的多子擴(kuò)散運(yùn)動和少子漂移運(yùn)動失去了來處于平衡狀態(tài)的多子擴(kuò)散運(yùn)動和少子漂移運(yùn)動失去了平衡，致使

22、多子擴(kuò)散運(yùn)動的規(guī)模超過了少子漂移運(yùn)動的平衡，致使多子擴(kuò)散運(yùn)動的規(guī)模超過了少子漂移運(yùn)動的規(guī)模。由于參與擴(kuò)散的是多數(shù)載流子，所以形成了較大規(guī)模。由于參與擴(kuò)散的是多數(shù)載流子，所以形成了較大的擴(kuò)散電流的擴(kuò)散電流I IF F，這就是流過，這就是流過PNPN結(jié)的正向電流。結(jié)的正向電流。PNPN結(jié)正向結(jié)正向偏置時呈現(xiàn)了很小的電阻，即偏置時呈現(xiàn)了很小的電阻，即PNPN結(jié)導(dǎo)通。結(jié)導(dǎo)通。圖圖5-7 PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)n2. PN2. PN結(jié)的反向偏置結(jié)的反向偏置nPNPN結(jié)上加反偏電壓結(jié)上加反偏電壓( (即外電源正極接即外電源正極接N

23、 N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P P區(qū)區(qū)) )，如圖，如圖5-85-8所示。此時，外加電場的方向與內(nèi)電場的所示。此時，外加電場的方向與內(nèi)電場的方向一致，外電場使方向一致，外電場使PNPN交界面兩側(cè)的空穴和自由電子交界面兩側(cè)的空穴和自由電子移走，從而使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場增強(qiáng)。增強(qiáng)了移走，從而使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場增強(qiáng)。增強(qiáng)了的內(nèi)電場阻止兩區(qū)多子的擴(kuò)散運(yùn)動，致使擴(kuò)散電流幾的內(nèi)電場阻止兩區(qū)多子的擴(kuò)散運(yùn)動，致使擴(kuò)散電流幾乎為零。由于漂移電流是少數(shù)載流子定向運(yùn)動形成的乎為零。由于漂移電流是少數(shù)載流子定向運(yùn)動形成的，而少數(shù)載流子的數(shù)量又很少，因此，反向電流很小，而少數(shù)載流子的數(shù)量又很少，因此，反向電流很小

24、，這時，這時PNPN結(jié)呈現(xiàn)很高的電阻，即結(jié)呈現(xiàn)很高的電阻，即PNPN結(jié)截止。結(jié)截止。圖圖5-8 PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 5.1.3 PN5.1.3 PN結(jié)結(jié)n少數(shù)載流子是熱激發(fā)產(chǎn)生的，隨著環(huán)境溫度的升高少數(shù)載流子是熱激發(fā)產(chǎn)生的，隨著環(huán)境溫度的升高，少數(shù)載流子的數(shù)量增多。即使是在相同的反向電，少數(shù)載流子的數(shù)量增多。即使是在相同的反向電壓作用下，反向電流也不會因溫度升高而增大，也壓作用下，反向電流也不會因溫度升高而增大，也就是說溫度對反向電流的影響很大。就是說溫度對反向電流的影響很大。n綜上所述，綜上所述，PNPN結(jié)正向偏置時呈現(xiàn)低阻性，正向電流結(jié)正向偏置時呈現(xiàn)低阻性，正向電流較大，此時較大，此

25、時PNPN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)；當(dāng)結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)；當(dāng)PNPN結(jié)反向偏結(jié)反向偏置時呈高阻性，反向電流很小，此時置時呈高阻性，反向電流很小，此時PNPN結(jié)處于反向結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)?？梢?，截止?fàn)顟B(tài)?？梢?，PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.2 5.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管n5.2.1 5.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)n一個一個PNPN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。接在成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。接在P P區(qū)的引出線叫區(qū)的引出線叫陽極陽極( (正極正極) )，接在，接在N N區(qū)的引出線叫陰極區(qū)

26、的引出線叫陰極( (負(fù)極負(fù)極) )。二極管。二極管圖形符號如圖圖形符號如圖5-95-9所示，二極管文字符號用所示，二極管文字符號用D D表示。表示。n半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同，可分為點(diǎn)接觸型和面接觸半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同，可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。點(diǎn)接觸型二極管型兩類。點(diǎn)接觸型二極管PNPN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。面接觸多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。面接觸型二極管型二極管PNPN結(jié)面積大，結(jié)電容也大，多用在低頻整流電結(jié)面積大，結(jié)電容也大，多用在低頻整流電路中。路中。圖圖5-9 二極二極管圖形符號管圖形符號 n二

27、極管的管壓降二極管的管壓降U U，與其電流，與其電流I I的關(guān)系曲線，叫做二極管的關(guān)系曲線，叫做二極管的伏安特性曲線，可用實(shí)驗(yàn)方法測得，或用圖示儀的伏安特性曲線，可用實(shí)驗(yàn)方法測得，或用圖示儀JT-lJT-l測得。在直角坐標(biāo)系中，橫坐標(biāo)軸表示二極管管壓降測得。在直角坐標(biāo)系中，橫坐標(biāo)軸表示二極管管壓降U U，縱坐標(biāo)軸表示其電流，縱坐標(biāo)軸表示其電流I I，如圖，如圖5-105-10所示。所示。n與與PNPN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?，從伏安特性曲線結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?，從伏安特性曲線上可得出如下規(guī)律。上可得出如下規(guī)律。圖圖5-10 二極管的二極管的伏安特伏安特5.2.2 5.2.2 二極管

28、的伏安特性二極管的伏安特性5.2.2 5.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性n5.2.2.1 5.2.2.1 正向特性正向特性n二極管正向偏置，在坐標(biāo)的第一象限，它又可分為二極管正向偏置，在坐標(biāo)的第一象限，它又可分為兩段。兩段。n從坐標(biāo)原點(diǎn)從坐標(biāo)原點(diǎn) 到到 點(diǎn)為第一段，二極管外加正向電壓點(diǎn)為第一段，二極管外加正向電壓較小，外部電場不足以克服內(nèi)電場對載流子擴(kuò)散運(yùn)較小，外部電場不足以克服內(nèi)電場對載流子擴(kuò)散運(yùn)動造成的阻力，此時正向電流很小，呈現(xiàn)電阻較大動造成的阻力，此時正向電流很小，呈現(xiàn)電阻較大。這段區(qū)域稱為。這段區(qū)域稱為“死區(qū)死區(qū)”。對應(yīng)。對應(yīng) 點(diǎn)的門檻電壓點(diǎn)的門檻電壓U Uonon叫叫“死

29、區(qū)電壓死區(qū)電壓”，其數(shù)值大小隨二極管的結(jié)構(gòu)材料不，其數(shù)值大小隨二極管的結(jié)構(gòu)材料不同而異，并受環(huán)境溫度影響。一般來說，硅二極管同而異，并受環(huán)境溫度影響。一般來說，硅二極管“死區(qū)電壓死區(qū)電壓”約為約為0.5V0.5V，鍺二極管約為，鍺二極管約為0.1V0.1V。5.2.2 5.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性n正向電壓超過門檻電壓正向電壓超過門檻電壓U Uonon后為第二段，隨著正向電后為第二段，隨著正向電壓的增加，內(nèi)電場大大削弱，有利于擴(kuò)散，電流按壓的增加，內(nèi)電場大大削弱，有利于擴(kuò)散，電流按指數(shù)曲線規(guī)律迅速增長。但正向電壓在小范圍內(nèi)變指數(shù)曲線規(guī)律迅速增長。但正向電壓在小范圍內(nèi)變化，電流變

30、化很大。通常硅管壓降為化，電流變化很大。通常硅管壓降為0.60.60.8V0.8V，鍺，鍺管為管為0.20.20.3V0.3V。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，在室溫附近，。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，在室溫附近，溫度每升高溫度每升高l l，二極管的正向降壓減小，二極管的正向降壓減小2 22.5mV2.5mV。5.2.2 5.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性n5.2.2.2 5.2.2.2 反向特性反向特性n二極管反向偏置，在坐標(biāo)第三象限。因?yàn)榧拥姆聪蚨O管反向偏置，在坐標(biāo)第三象限。因?yàn)榧拥姆聪螂妷?，故漂移運(yùn)動起主要作用，反向電流幾乎不變電壓，故漂移運(yùn)動起主要作用，反向電流幾乎不變，叫反向飽和電流。其值對于硅

31、管是納安級的，鍺，叫反向飽和電流。其值對于硅管是納安級的，鍺管在十幾微安，并且隨著溫度升高，反向飽和電流管在十幾微安，并且隨著溫度升高，反向飽和電流明顯增加。明顯增加。n當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值后，反向電流急劇增大，當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值后，反向電流急劇增大，這時二極管被這時二極管被“反向擊穿反向擊穿”，對應(yīng)的電壓叫做，對應(yīng)的電壓叫做“反反向擊穿電壓向擊穿電壓”U URBRB。使用二極管時，應(yīng)避免反向電壓。使用二極管時，應(yīng)避免反向電壓超過擊穿電壓，防止損壞二極管。超過擊穿電壓，防止損壞二極管。n二極管的特性除了可以用伏安特性曲線表示外，還可二極管的特性除了可以用伏安特性曲線表示外，還可以用一套參

32、數(shù)來描述。它也是合理選擇和正確使用器以用一套參數(shù)來描述。它也是合理選擇和正確使用器件的依據(jù)。件的依據(jù)。n5.2.3.1 5.2.3.1 最大整流電流最大整流電流I IFMFMn 是指二極管長期運(yùn)行時允許通過的最大正向直流是指二極管長期運(yùn)行時允許通過的最大正向直流電流。電流。 與與PNPN結(jié)的材料、面積及散熱條件有關(guān)。大結(jié)的材料、面積及散熱條件有關(guān)。大功率二極管使用時，一般要加散熱片。在實(shí)際使用時功率二極管使用時，一般要加散熱片。在實(shí)際使用時，流過二極管最大平均電流不能超過，流過二極管最大平均電流不能超過 ，否則二極，否則二極管會因過熱而損壞。管會因過熱而損壞。FMIFMIFMI5.2.3 5.

33、2.3 二極管主要參數(shù)二極管主要參數(shù)5.2.3 5.2.3 二極管主要參數(shù)二極管主要參數(shù)n5.2.3.2 5.2.3.2 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 ( (反向峰值電壓反向峰值電壓) )n 是指二極管在使用時允許外加的最大反向電壓，其是指二極管在使用時允許外加的最大反向電壓，其值通常取二極管反向擊穿電壓的一半。在實(shí)際使用時，值通常取二極管反向擊穿電壓的一半。在實(shí)際使用時，二極管所承受的最大反向電壓值不應(yīng)超過二極管所承受的最大反向電壓值不應(yīng)超過 ，以免二，以免二極管發(fā)生反向擊穿。極管發(fā)生反向擊穿。n5.2.3.3 5.2.3.3 反向電流反向電流n 是指在室溫下，二極管未擊穿時的反向電流值

34、。是指在室溫下，二極管未擊穿時的反向電流值。 愈愈小，二極管單向?qū)щ娦杂?。小，二極管單向?qū)щ娦杂谩?對溫度非常敏感。對溫度非常敏感。RMURMURIRIRIRIRMU5.2.3 5.2.3 二極管主要參數(shù)二極管主要參數(shù)n5.2.3.4 5.2.3.4 最高工作頻率最高工作頻率n二極管的工作頻率若超過一定值，就可能失去單向二極管的工作頻率若超過一定值，就可能失去單向?qū)щ娦?，這一頻率稱為最高工作頻率。導(dǎo)電性，這一頻率稱為最高工作頻率。n它主要由它主要由PNPN結(jié)的結(jié)電容的大小來決定。點(diǎn)接觸型二結(jié)的結(jié)電容的大小來決定。點(diǎn)接觸型二極管結(jié)電容較小，極管結(jié)電容較小， 可達(dá)幾百兆赫茲；面接觸型二可達(dá)幾百

35、兆赫茲；面接觸型二極管結(jié)電容較大，極管結(jié)電容較大， 只能達(dá)到幾十兆赫茲。只能達(dá)到幾十兆赫茲。n二極管的參數(shù)可從手冊上查到，但手冊上給出的參二極管的參數(shù)可從手冊上查到，但手冊上給出的參數(shù)是在一定測試條件下測得的數(shù)值，如果條件發(fā)生數(shù)是在一定測試條件下測得的數(shù)值，如果條件發(fā)生變化，相應(yīng)參數(shù)也會發(fā)生變化。因此，在選擇使用變化，相應(yīng)參數(shù)也會發(fā)生變化。因此，在選擇使用二極管時注意留有余量。二極管時注意留有余量。MfMfMfn5.2.4.1 5.2.4.1 二極管的簡單測試二極管的簡單測試n二極管的正極、負(fù)極一般在二極管管殼上注有識別二極管的正極、負(fù)極一般在二極管管殼上注有識別標(biāo)記，有的印有二極管電路符號。

36、對于玻璃或塑料標(biāo)記，有的印有二極管電路符號。對于玻璃或塑料封裝外殼的二極管，有色點(diǎn)或黑環(huán)一端為陰極。對封裝外殼的二極管，有色點(diǎn)或黑環(huán)一端為陰極。對于極性不明的二極管，可用萬用表電阻擋測二極管于極性不明的二極管，可用萬用表電阻擋測二極管正、反向電阻，加以判斷。正、反向電阻，加以判斷。n如圖如圖5-115-11所示，測出電阻很小，再將二極管兩個電所示，測出電阻很小，再將二極管兩個電極對調(diào)位置，如圖極對調(diào)位置，如圖5-125-12所示，測出反向電阻很大，所示，測出反向電阻很大，則與第一次黑表筆相接觸的是二極管的正極，與紅則與第一次黑表筆相接觸的是二極管的正極，與紅表筆相接觸的是二極管的負(fù)極。若兩次測

37、得的阻值表筆相接觸的是二極管的負(fù)極。若兩次測得的阻值都很小，表明管子內(nèi)部已經(jīng)短路；若兩次測得的阻都很小，表明管子內(nèi)部已經(jīng)短路；若兩次測得的阻值都很大，表明管子內(nèi)部已經(jīng)斷路。值都很大，表明管子內(nèi)部已經(jīng)斷路。5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例圖圖5-11 測正向電阻測正向電阻 圖圖5-12 測反向電阻測反向電阻 5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n5.2.4.2 5.2.4.2 理想二極管理想二極管n從特性曲線上看到，二極管正向偏置導(dǎo)通時存在管從特性曲線上看到，二極管正向偏置

38、導(dǎo)通時存在管壓降，硅管約為壓降，硅管約為0.7V0.7V，鍺管約為，鍺管約為0.30.3。n反向偏置時有漏電流。在理想情況下，取正向?qū)ǚ聪蚱脮r有漏電流。在理想情況下，取正向?qū)ü軌航禐榱?，二極管用短路線代替；取反向漏電流管壓降為零，二極管用短路線代替；取反向漏電流為零，二極管處于斷路狀態(tài)。在二極管電路分析中為零，二極管處于斷路狀態(tài)。在二極管電路分析中常常認(rèn)為二極管是理想的。常常認(rèn)為二極管是理想的。 5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n5.2.4.3 5.2.4.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管n是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)

39、壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于，電流增量很大，只引起很小的電壓變化。于，電流增量很大，只引起很小的電壓變化。n1. 1. 穩(wěn)壓二極管的工作特性穩(wěn)壓二極管的工作特性n穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，它的特性曲線和符號如圖穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，它的特性曲線和符號如圖5-135-13所示。所示。圖圖5-13 穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n2. 2. 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)n(1) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓U UZ Z。指穩(wěn)壓管通過規(guī)定的測試

40、電流時，穩(wěn)壓。指穩(wěn)壓管通過規(guī)定的測試電流時，穩(wěn)壓管兩端的電壓值。管兩端的電壓值。U UZ Z即反向擊穿電壓。即反向擊穿電壓。n(2) (2) 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流I IZ Z。指穩(wěn)壓管工作至穩(wěn)壓狀態(tài)時流過的電流。指穩(wěn)壓管工作至穩(wěn)壓狀態(tài)時流過的電流。當(dāng)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流。當(dāng)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流 時，沒有穩(wěn)定時，沒有穩(wěn)定作用；大于最大穩(wěn)定電流作用；大于最大穩(wěn)定電流 時，管子因過流而損壞。時，管子因過流而損壞。n(3) (3) 最大工作電流最大工作電流 。指管子允許通過的最大工作電流。指管子允許通過的最大工作電流。ZminIZminIZMI5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉

41、例二極管電路的應(yīng)用舉例n(4) (4) 最大耗散功率最大耗散功率P PZMZM。 。n(5) (5) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻 。 。n(6) (6) 電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) 。這是表征穩(wěn)定電壓。這是表征穩(wěn)定電壓U UZ Z溫度影溫度影響的參數(shù)，常用溫度每增加響的參數(shù)，常用溫度每增加11時，用時，用U UZ Z改變的百分改變的百分?jǐn)?shù)來表示，即數(shù)來表示，即 ，式中，式中t t為溫度變?yōu)闇囟茸兓?。一般來說，化量。一般來說，U UZ Z為為4 47V7V的穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性的穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性較好。較好。ZMZZMPU IZrZZZM/rUI TVCZTV100% /UCt5.2.4 5.2.4 二極管

42、電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n3. 3. 使用穩(wěn)壓管的注意事項(xiàng)使用穩(wěn)壓管的注意事項(xiàng)n(1) (1) 穩(wěn)壓管必須工作在反向偏置穩(wěn)壓管必須工作在反向偏置( (利用正向特性穩(wěn)壓利用正向特性穩(wěn)壓除外除外) )。n(2) (2) 穩(wěn)壓管工作時的電流應(yīng)在穩(wěn)定電流穩(wěn)壓管工作時的電流應(yīng)在穩(wěn)定電流I IZ Z和允許的最和允許的最大工作電流大工作電流I IZMZM之間。為了不使反向擊穿電流超過之間。為了不使反向擊穿電流超過I IZMZM，電路中必須串聯(lián)限流電阻。，電路中必須串聯(lián)限流電阻。n(3) (3) 穩(wěn)壓管可以串聯(lián)使用，串聯(lián)后的穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓管可以串聯(lián)使用，串聯(lián)后的穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓值之和，但不能并聯(lián)使

43、用，以免因穩(wěn)壓管穩(wěn)壓穩(wěn)壓值之和，但不能并聯(lián)使用，以免因穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值的差異造成各管電流分配不均勻，引起管子過載值的差異造成各管電流分配不均勻，引起管子過載損壞。損壞。5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n5.2.4.4 5.2.4.4 二極管電路的舉例二極管電路的舉例n二極管的單向?qū)щ娞匦裕捎脕磉M(jìn)行整流、檢波、限幅和二極管的單向?qū)щ娞匦?，可用來進(jìn)行整流、檢波、限幅和鉗位等。鉗位等。n1. 1. 二極管限幅電路二極管限幅電路n限幅電路又稱削波電路，用來限制輸入信號電壓范圍的電限幅電路又稱削波電路，用來限制輸入信號電壓范圍的電路。路。n(1) (1) 單向限幅電路。單向

44、限幅電路如圖單向限幅電路。單向限幅電路如圖5-14 (a)5-14 (a)所示。輸所示。輸入電壓和輸出電壓波形如圖入電壓和輸出電壓波形如圖5-14(b)5-14(b)所示。當(dāng)所示。當(dāng)U Ui i U Us s時，二極時，二極管導(dǎo)通，理想二極管導(dǎo)通時正向壓降為零，管導(dǎo)通，理想二極管導(dǎo)通時正向壓降為零， ，輸入，輸入電壓正半周超出的部分降在電阻電壓正半周超出的部分降在電阻R R上；當(dāng)上；當(dāng) 時，二極時，二極管截止，管截止， 所在支路斷開，電路中電流為零，所在支路斷開，電路中電流為零， =0=0， = = 該電路使輸入信號正半周電壓幅度被限制在該電路使輸入信號正半周電壓幅度被限制在 值，稱為上值，稱

45、為上限幅電路。限幅電路。 為上門限電壓，用為上門限電壓，用U UIHIH表示，即表示，即 = = 。若將。若將圖圖5-14(a)5-14(a)中中 、D D極性均反向連接，可組成下限幅電路，極性均反向連接，可組成下限幅電路，相應(yīng)有一下門限電壓相應(yīng)有一下門限電壓 。 oSuUiuSUSURU0UiUSUSUIHUSUSUILU圖圖5-14 單向限幅電路單向限幅電路 5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n(2) (2) 雙向限幅電路。通常將具有上、下門限的限幅雙向限幅電路。通常將具有上、下門限的限幅電路稱為

46、雙向限幅電路，電路及其輸入輸出波如圖電路稱為雙向限幅電路，電路及其輸入輸出波如圖5-155-15所示，圖中電源電壓、用來控制它的上所示，圖中電源電壓、用來控制它的上 、 下門限值。若考慮二極管的導(dǎo)通電壓下門限值。若考慮二極管的導(dǎo)通電壓 ，則它的，則它的上下門限值分別為上下門限值分別為n U UILIL=-(=-(U U2 2+ +U U F F) )，U UIHIH= =U Ul l+ +U U F F1U2UFUn當(dāng)當(dāng)u ui iU UILIL時，二極管時，二極管D D2 2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D Dl l截止，相應(yīng)的輸出電截止，相應(yīng)的輸出電壓壓u uo o= =U Uominomin= =U UI

47、LIL；當(dāng)；當(dāng)u ui iU UIHIH時，二極管時，二極管D D1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D D2 2截止截止，相應(yīng)的輸出電壓，相應(yīng)的輸出電壓U Uomaxomax= =U UIHIH。而當(dāng)。而當(dāng)U U2 2u ui iU U1 1時，二極時，二極管管D Dl l、 D D2 2均截止，則均截止，則u uo o= =u ui i。 5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例圖圖5-15 雙向限幅電路雙向限幅電路 5.2.4 5.2.4 二極管電路的應(yīng)用舉例二極管電路的應(yīng)用舉例n2. 2. 低電壓穩(wěn)壓電路低電壓穩(wěn)壓電路n利用半導(dǎo)體二極管在正偏導(dǎo)通時導(dǎo)通電壓基本不變利用半導(dǎo)體二極管

48、在正偏導(dǎo)通時導(dǎo)通電壓基本不變的特性可組成低電壓穩(wěn)壓電路，電路如圖的特性可組成低電壓穩(wěn)壓電路，電路如圖5-165-16所示所示。圖中。圖中R R為限流電阻，防止二極管因過流而損壞。若為限流電阻，防止二極管因過流而損壞。若D D1 1、D D2 2為硅管，為硅管，u uo o=1.4V=1.4V。這種穩(wěn)壓電路，僅用在要。這種穩(wěn)壓電路，僅用在要求不高的場合。求不高的場合。圖圖5-16 二二極管穩(wěn)壓極管穩(wěn)壓電路電路5.3 5.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 n5.3.1 5.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)n半導(dǎo)體三極管是由兩個半導(dǎo)體三極管是由兩個PNPN結(jié)構(gòu)成，兩個結(jié)構(gòu)成，兩個PNPN結(jié)把半導(dǎo)結(jié)把半導(dǎo)體分成體

49、分成3 3個區(qū)域。這個區(qū)域。這3 3個區(qū)域的排列，可以是個區(qū)域的排列，可以是N-P-NN-P-N，也可以是也可以是P-N-PP-N-P。因此，三極管有兩種類型，即。因此，三極管有兩種類型，即NPNNPN型和型和PNPPNP型，如圖型，如圖5-175-17所示。所示。圖圖5-17 三極管結(jié)構(gòu)和符號三極管結(jié)構(gòu)和符號 5.3.1 5.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)n三極管的兩個三極管的兩個PNPN結(jié)分別叫集電結(jié)和發(fā)射結(jié)；結(jié)分別叫集電結(jié)和發(fā)射結(jié)；3 3個區(qū)分個區(qū)分別叫發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。從別叫發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。從3 3個區(qū)引出個區(qū)引出3 3個電極個電極分別稱為發(fā)射極分別稱為發(fā)射極e e、基極、基極b

50、b和集電極和集電極c c。NPNNPN型和型和PNPPNP型型管子的工作原理相類似，下面以管子的工作原理相類似，下面以NPNNPN型為例來討論。型為例來討論。n三極管具有電流放大作用，主要原因在于三極管內(nèi)三極管具有電流放大作用，主要原因在于三極管內(nèi)部工藝特點(diǎn)和外部條件的不同。部工藝特點(diǎn)和外部條件的不同。5.3.1 5.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)n5.3.1.1 5.3.1.1 三極管內(nèi)部工藝特點(diǎn)三極管內(nèi)部工藝特點(diǎn)n(1) (1) 發(fā)射區(qū)為多摻雜區(qū)，保證有足夠多的載流子發(fā)射發(fā)射區(qū)為多摻雜區(qū)，保證有足夠多的載流子發(fā)射并形成發(fā)射極電流。并形成發(fā)射極電流。n(2) (2) 基區(qū)為低濃度摻雜區(qū)，且做得很薄

51、。保證從發(fā)射基區(qū)為低濃度摻雜區(qū)，且做得很薄。保證從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的載流子，只有極少一部分參與復(fù)合運(yùn)區(qū)發(fā)射到基區(qū)的載流子，只有極少一部分參與復(fù)合運(yùn)動而形成較小的基極電流，絕大部分載流子可輕易地動而形成較小的基極電流，絕大部分載流子可輕易地到達(dá)集電結(jié)的邊緣。到達(dá)集電結(jié)的邊緣。n(3) (3) 集電區(qū)收集面積大，保證有足夠的收集能力，收集電區(qū)收集面積大，保證有足夠的收集能力，收集從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)并越過基區(qū)到達(dá)集電區(qū)的載流集從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)并越過基區(qū)到達(dá)集電區(qū)的載流子，形成集電極電流。子，形成集電極電流。n5.3.1.2 5.3.1.2 外部條件外部條件n外部電源配置必須保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀

52、態(tài)，而外部電源配置必須保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。 n三極管是電流放大器件，用三極管組成的放大電路，它三極管是電流放大器件，用三極管組成的放大電路，它的輸入回路和輸出回路以發(fā)射極為公共端，稱為共射極的輸入回路和輸出回路以發(fā)射極為公共端，稱為共射極放大電路。放大電路。n在保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置的條在保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置的條件下，三極管內(nèi)部的載流子的運(yùn)動，可分為件下，三極管內(nèi)部的載流子的運(yùn)動，可分為3 3個過程，個過程，下面的分析以共射極放大電路為例。如圖下面的分析以共射極放大電路為例。如圖5-185-18

53、所示。所示。為三極管內(nèi)部的截流子的運(yùn)動。為三極管內(nèi)部的截流子的運(yùn)動。5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理圖圖5-18 三極管內(nèi)部的載流子的運(yùn)動三極管內(nèi)部的載流子的運(yùn)動 5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理n5.3.2.1 5.3.2.1 三極管的電流分配關(guān)系三極管的電流分配關(guān)系n(1)(1)由發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程。由于發(fā)射結(jié)處于正由發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程。由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度又高，則其多數(shù)載流子電子向偏置，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度又高，則其多數(shù)載流子電子I IENEN源源不斷越過發(fā)射結(jié)向基區(qū)擴(kuò)散，基區(qū)多數(shù)載流子空源源不斷越過

54、發(fā)射結(jié)向基區(qū)擴(kuò)散，基區(qū)多數(shù)載流子空穴穴I IEPEP也要注入發(fā)射區(qū)，二者共同形成發(fā)射極電流也要注入發(fā)射區(qū)，二者共同形成發(fā)射極電流I IE E，由，由于基區(qū)摻雜濃度低，基區(qū)載流子空穴擴(kuò)散形成的電流極于基區(qū)摻雜濃度低，基區(qū)載流子空穴擴(kuò)散形成的電流極少，可忽略不計(jì)，故少，可忽略不計(jì)，故I IE E= =I IENENI IEPEPI IENEN。電源不斷地為發(fā)。電源不斷地為發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子，用于維持發(fā)射極電流射區(qū)補(bǔ)充電子，用于維持發(fā)射極電流I IE E連續(xù)，如圖連續(xù)，如圖5-185-18所示。所示。5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理n(2) (2) 電子在基區(qū)的復(fù)合和擴(kuò)散。當(dāng)

55、發(fā)射區(qū)的多數(shù)載電子在基區(qū)的復(fù)合和擴(kuò)散。當(dāng)發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子電子擴(kuò)散到基區(qū)后，首先要與基區(qū)的多數(shù)載流流子電子擴(kuò)散到基區(qū)后，首先要與基區(qū)的多數(shù)載流子空穴復(fù)合形成電流子空穴復(fù)合形成電流 ，復(fù)合掉的空穴，復(fù)合掉的空穴( (除去除去 中中的空穴的空穴) )由電源由電源 補(bǔ)充，形成基極電流補(bǔ)充，形成基極電流 。由于基。由于基區(qū)摻雜濃度低，空穴數(shù)目極少，所以復(fù)合機(jī)會少，區(qū)摻雜濃度低，空穴數(shù)目極少，所以復(fù)合機(jī)會少，形成的形成的 很少，而大多數(shù)自由電子在基區(qū)中繼續(xù)擴(kuò)很少，而大多數(shù)自由電子在基區(qū)中繼續(xù)擴(kuò)散，又由于基區(qū)很薄，這些從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的載散，又由于基區(qū)很薄，這些從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的載流子很容易向集電結(jié)靠攏。

56、流子很容易向集電結(jié)靠攏。BNICBOIBBUBIBI5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理n(3) (3) 集電區(qū)收集擴(kuò)散到集電結(jié)的電子。由于集電結(jié)集電區(qū)收集擴(kuò)散到集電結(jié)的電子。由于集電結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)內(nèi)電場得到增強(qiáng)，它對集電處于反向偏置，集電結(jié)內(nèi)電場得到增強(qiáng)，它對集電區(qū)的多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動起阻礙作用，但可以把區(qū)的多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動起阻礙作用，但可以把發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)并到達(dá)集電結(jié)邊緣的電子，收集發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)并到達(dá)集電結(jié)邊緣的電子，收集到集電區(qū)而形成集電極電流到集電區(qū)而形成集電極電流 。當(dāng)然，集電結(jié)反向。當(dāng)然，集電結(jié)反向偏置使集電區(qū)的少數(shù)載流子空穴向基區(qū)漂移，

57、形成偏置使集電區(qū)的少數(shù)載流子空穴向基區(qū)漂移，形成反向飽和電流反向飽和電流 ，該電流的實(shí)際方向與，該電流的實(shí)際方向與 一致，一致，實(shí)際上也是集電極電流的一部分。由于實(shí)際上也是集電極電流的一部分。由于 在常溫在常溫下極小，故可以忽略。不過它受溫度的影響比較明下極小，故可以忽略。不過它受溫度的影響比較明顯，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意。顯，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意。CNICBOICNICBOI5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理n(4) (4) 三極管內(nèi)部的電流分配應(yīng)符合下式三極管內(nèi)部的電流分配應(yīng)符合下式n = + = +I ICCI IC Cn I IC= +C= +n = =EIBI

58、CNICBOIBIBNCBOII5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理n5.3.2.2 5.3.2.2 三極管的電流放大原理三極管的電流放大原理n所謂電流放大作用，實(shí)際上是用較小電流的變化量去控制能所謂電流放大作用，實(shí)際上是用較小電流的變化量去控制能源，使輸出獲得較大的變化量。其中，放大的對象是變化量源，使輸出獲得較大的變化量。其中，放大的對象是變化量，放大的本質(zhì)是對能量的控制，而不是對能量的放大。，放大的本質(zhì)是對能量的控制，而不是對能量的放大。n實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明，I IC C比比I IB B大數(shù)十至數(shù)百倍，雖然有的大數(shù)十至數(shù)百倍，雖然有的I IB B雖然很小，雖然很小

59、，但對但對I IC C有控制作用，有控制作用，I IC C隨隨I IB B的改變而改變，即基極電流較小的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。用。n(1) (1) 直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù) 。把集電極電流與基極電流之比定。把集電極電流與基極電流之比定義為三極管直流電流放大系數(shù)。表達(dá)式為義為三極管直流電流放大系數(shù)。表達(dá)式為n 表示基極電流對集電極電流的控制能力。表示基極電流對集電極電流的控制

60、能力。CB/II5.3.2 5.3.2 電流分配與放大原理電流分配與放大原理n(2) (2) 交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) 。把集電極電流的變化量。把集電極電流的變化量與基極電流變化量之比定義為三極管交流電流放大與基極電流變化量之比定義為三極管交流電流放大系數(shù)系數(shù) 。表達(dá)式為。表達(dá)式為n = =I IC/C/I IB Bn在小信號放大電路中在小信號放大電路中 與與 值差別很小，在分析估值差別很小，在分析估算放大電路時常取算放大電路時常取 = = 。n三極管的特性曲線用來表示管子各極電壓與電流間三極管的特性曲線用來表示管子各極電壓與電流間的相互關(guān)系的相互關(guān)系 反映了管子的外特性，是分析放大電