常用半導(dǎo)體器件及應(yīng)用課件

電工電子技術(shù)——電子技術(shù)與實訓(xùn)電工電子技術(shù)第一章常用半導(dǎo)體器件一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識三晶體三極管四場效應(yīng)管二晶體二極管第一章常用半導(dǎo)體器件一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識三晶體三極一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體：

很容易導(dǎo)電的物體，如金、銀、銅、鐵等。絕緣體：

不容易導(dǎo)電或者完全不導(dǎo)電的物體，如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等。半導(dǎo)體：

導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)、金屬氧化物等。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力1半導(dǎo)體的特性一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，使其導(dǎo)電能力明顯改變。光敏性：當(dāng)受到光照時，其導(dǎo)電能力明顯變化。(可制成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力明顯増強。1半導(dǎo)體的特性一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識摻雜性：往純凈的半導(dǎo)

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。2本征半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴。2本征半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高自由電子，帶負電荷，電子流載流子空穴，帶正電荷，空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。2本征半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

自由電子，帶負電荷，電子流載流子空穴，帶正電荷，空穴流本在中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。

2雜質(zhì)半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等，稱為P型半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體在中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在一個多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體（其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子）。（1）N型半導(dǎo)體自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）3Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元（2）P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體（其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子）。自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）3Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

（2）P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入硼、鋁等摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。只有將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體做成PN結(jié)后才能成為半導(dǎo)體器件。3Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，通常對外不顯電性。++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。3Ｎ型半半導(dǎo)體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個特殊的薄層→PN結(jié)。（1）PN結(jié)的形成4

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

半導(dǎo)體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。（1）PN結(jié)多子擴散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場少子漂移促使阻止擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)（1）PN結(jié)的形成4

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

多子擴散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場少子漂移促使阻止擴散①外加正向電壓（也叫正向偏置）——電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)

（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)。①外加正向電壓（也叫正向偏置）——電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)外電場內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

外加電場加強內(nèi)電場，漂移運動超過擴散運動，N區(qū)空穴飄移到P區(qū)，P區(qū)電子漂移到N區(qū)，形成很小的反向漂移電流，稱為反向飽和電流，這時稱PN結(jié)處于高阻截止狀態(tài)。②外加反向電壓（也叫反向偏置）——電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)外電場內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－PN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，PN結(jié)導(dǎo)通；PN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，PN結(jié)截止。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN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，P二晶體二極管

1晶體二極管的結(jié)構(gòu)晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅等，不過從國內(nèi)的習(xí)慣上講，晶體管有時多指晶體三極管。二極管=PN結(jié)+管殼+引線結(jié)構(gòu)

一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。符號一般用VD表示。符號陽極+陰極-圖片二晶體二極管1晶體二極管的結(jié)構(gòu)晶體管泛指一切以半導(dǎo)二晶體二極管

2晶體二極管的類型半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸型、面接觸型、平面型二極管等三類。PN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。(1)點接觸型二極管二晶體二極管2晶體二極管的類型半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，允許通過電流大，多用在低頻整流、檢波等電路中。二晶體二極管

2晶體二極管的類型(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，二晶體(3)平面型二極管二晶體二極管

2晶體二極管的類型用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(3)平面型二極管二晶體二極管2晶體二極管的類二晶體二極管

3晶體二極管的伏安特性曲線硅：0.5V鍺：

0.1V(1)正向特性（導(dǎo)通）導(dǎo)通壓降反向飽和電流(2)反向特性（截止）死區(qū)電壓擊穿電壓UBRuEiVmAuEiVuA鍺硅：0.7V鍺：0.3Viu0硅（3）反向擊穿反向電壓大于擊穿電壓（UBR）時，反向電流急劇增加。原因為電擊穿，強外電場破壞鍵結(jié)構(gòu)；獲得大能量的載流子碰撞原子產(chǎn)生新的電子空穴對。電擊穿未損壞，若無限流措施，則會造成熱擊穿而損壞。-60-40-200.40.8二晶體二極管3晶體二極管的伏安特性曲線硅：0.5二晶體二極管

4晶體二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IM：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UBR：指管子反向擊穿時的電壓值。（3）最大反向工作電壓URM：二極管運行時允許承受的最大反向電壓（約為UBR

的一半）。（4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。二晶體二極管4晶體二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降：硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏導(dǎo)通反偏截止導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性二晶體二極管

5二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降：硅管0.7IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型萬用表測量值9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V二晶體二極管

5二極管的近似分析計算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型萬用表例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=2V，輸入信號為ui。

(1)若ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流I和輸出電壓uo解：采用理想二極管模型分析：

采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析：二晶體二極管

5二極管的應(yīng)用舉例例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF二晶體二極管

5二極管的應(yīng)用舉例（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析，波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuotuott限幅2V二晶體二極管5二極管的應(yīng)用舉例（2）如果ui為幅度二晶體二極管

5二極管的應(yīng)用舉例02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖所示。uott限幅2.7Vt二晶體二極管5二極管的應(yīng)用舉例02.7Vuot0-二晶體二極管

5特殊二極管一：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的反向擊穿應(yīng)是可逆的，工作電流能控制在一定范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。（3）動態(tài)電阻rZ。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：rZ=ΔUZ/ΔIZ（4）額定功率PZ：額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。（5）最大穩(wěn)定電流IZM

：指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是：

PZ=UZIZM插件穩(wěn)壓二極管貼片穩(wěn)壓二極管二晶體二極管5特殊二極管一：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時,其兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定電壓

穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管。正向同二極管反偏電壓≥UZ

反向擊穿＋UZ－限流電阻二晶體二極管

5特殊二極管一：穩(wěn)壓二極管當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的形式放出能量，發(fā)光二極管是一種新型冷光源。發(fā)光二極管（簡稱LED）是一種光發(fā)射器件，它是由砷化鎵、磷化鎵等材料制成。當(dāng)這種管子通以電流時將發(fā)出光來。光的顏色主要取決于制造所用的材料。發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5～3V）、反應(yīng)快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導(dǎo)體器件，常用于信號指示、數(shù)字、照明、彩燈、字符顯示等。二晶體二極管

5特殊二極管二：發(fā)光二極管LED當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的二晶體二極管

光電二極管的結(jié)構(gòu)與一般的二極管類似，在它的PN結(jié)處，通過管殼上的一個玻璃管窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下工作，它的反向電流隨光照強度的增加而上升。光電二極管的符號及其特性曲線光電二極管可用于光的測量，是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的常用器件。光電二極管插件光電二極管貼片5特殊二極管三：光電二極管二晶體二極管光電二極管的結(jié)構(gòu)與二晶體二極管

PN結(jié)具有電容效應(yīng)，二極管存在結(jié)電容。二極管結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)，還與外加電壓有關(guān)。變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與反偏電壓uD的關(guān)系曲線

變?nèi)荻O管常用于高頻電路中，例如，電調(diào)諧電路和自動頻率控制電路。5特殊二極管三：變?nèi)荻O管PN結(jié)具有電容效應(yīng)，二極管存在結(jié)電容。二極管結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)，還與外加電壓有關(guān)。二晶體二極管PN結(jié)具有電容效應(yīng)，二極管存在結(jié)電容小技巧

6二極管的簡易測量根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦钥芍O管正向電阻小，反向電阻大。利用這一特點，可以用萬用表的電阻擋大致測量出二極管的好壞和正負極性。二晶體二極管

普通二極管實物小技巧6二極管的簡易測量根據(jù)二極管的單向?qū)щ?三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管

半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor,簡稱BJT）。BJT是由兩個PN結(jié)組成。簡稱晶體管或三極管。

半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。重要特性是具有電流放大作用和開關(guān)作用，常見的有平面型和合金型兩類。兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域（三區(qū)二結(jié)）。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。NPN型PNP型--NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極--PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極符號:1三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管半導(dǎo)體三極管，也叫晶基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。1三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管

基區(qū)：最薄，發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電按材料分：硅管、鍺管按功率分：小功率管<500mW按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管大功率管>1W中功率管0.51W1三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管

三極管分類按材料分：硅管、鍺管按功率分：2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管

（1）放大的概念電子電路中所說的放大，有兩方面含義：一是放大的對象是變化量，不是一個恒定量。例如，擴音機是把人講話時聲音的輕重和高低放大出來；二是指對能量的控制作用，即在輸入端用一個小的變化量去控制能源，使輸出端產(chǎn)生一個與輸入變化量相應(yīng)的大的變化量，體現(xiàn)了對能量的控制作用（2）三極管實現(xiàn)放大作用的條件三極管實現(xiàn)放大作用的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓（正向偏置），在集電結(jié)加反向電壓（反向偏置）。對于NPN管，要求UC>UB>UE；PNP型管的情況正好相反，即UE>UB>UC。2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管（1）2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管

放大條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏若在放大工作態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE共發(fā)射極接法>0三極管的電流分配關(guān)系IE=IC+IBIC=βIB2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管放大條2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。實驗表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有IC近似等于IE。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC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，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用。2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管把基極3三極管在電路中的基本連接方式三晶體三極管

三極管在電路中的三種基本連接方式

共射直流電流放大系數(shù):共射交流電流放大系數(shù):

=iC/iB共基直流電流放大系數(shù):共基交流電流放大系數(shù):

=iC/iB在近似分析中,可認為：≈≈3三極管在電路中的基本連接方式三晶體三極管三極管在4三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管

(1)輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=const1）uCE=0V時，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。3）uCE≥1V再增加時，曲線右移很不明顯。 2）當(dāng)uCE=1V時，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，在同一uBE電壓下,iB

減小。特性曲線將向右稍微移動一些。ucE=0.5V①死區(qū)②非線性區(qū)③線性區(qū)

死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導(dǎo)通壓降硅0.7V鍺0.3V4三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管(14三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管

(2)輸出特性曲線iC=f(uCE)

IB=const飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置2）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IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。當(dāng)UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。

Uon硅管：0.5—0.7V,鍺管：0.1—0.3V在放大區(qū)有IC=IB，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。uBE≤Uon,IB≤0,IC=ICEO,三極管幾乎不導(dǎo)通uBE>Uon，uCE>uBE4三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管(25三極管的模型三晶體三極管

++++i-uBE+-uBCE+Cibeec截止狀態(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管0.7V鍺管0.3V飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降UCES硅管0.3V鍺管0.1V直流模型5三極管的模型三晶體三極管++++i-uBE+-u6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管

（1）模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射電路如下圖，已知三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、

IC、UBE、UCE。6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管（1）6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管

（1）模型分析法（近似估算法）IC+UBE—IB0.7VβIBecb+VCCRc(+12V)4KΩ+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。三極管為硅管：UBE=0.7V6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管（1）6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管

（2）圖解法解：VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+uCE—IB=40μAiC非線性部分線性部分IB=40μAIC=1.6mAUCEQ=5.6V靜態(tài)工作點M(VCC,0）(12,0)UCEQ6V(0,3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIBICQ1.6mAQ直流負載線斜率：Uce=Vcc-IcRcIc=0，Uce=12;Uce=0，Ic=Vcc/Rc=3mA選擇合適的Rb，UBQ=0.7V,IB=40μA6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管（2）7半導(dǎo)體三極管的型號三晶體三極管

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：3DG110B7半導(dǎo)體三極管的型號三晶體三極管第二位：A鍺PNP四場效應(yīng)管三極管是一種電流控制元件(iB~iC)，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件(簡稱BJT)。增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET分類：

絕緣柵場效應(yīng)管(IGFET)結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)

場效應(yīng)管是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件（簡稱FET）。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。也是一種由PN結(jié)組成的半導(dǎo)體，利用電場效應(yīng)來控制電流的故稱為場效應(yīng)管最常用的絕緣柵型場效應(yīng)管是由金屬-氧化物-半導(dǎo)體材料構(gòu)成，簡稱MOS管。由P溝道、N溝道構(gòu)造的PMOS和NMOS二種類型。其中每一類型又分增強型和耗盡型兩種。(CMOS是由PMOS和NMOS管組成的互補對稱的集成電路）四場效應(yīng)管三極管是一種電流控制元件(iB~i

絕緣柵型場效應(yīng)管(FET)，簡稱MOSFET。分為：

增強型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道N溝道增強型MOS管

1）結(jié)構(gòu)4個電極：漏極D，源極S，柵極G、襯底B。絕緣柵場效應(yīng)管簡介四場效應(yīng)管

絕緣柵型場效應(yīng)管(FET)，簡稱MOSFET。絕緣柵場效應(yīng)管簡介四場效應(yīng)管

2）工作原理當(dāng)uGS=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。①柵源電壓uGS的控制作用開啟電壓UGS(th)——剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS

N溝道增強型MOS管的基本特性：

uGS

＜UGS(th)

，管子截止，

uGS

＞UGS(th)

，管子導(dǎo)通。

uGS

越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。絕緣柵場效應(yīng)管簡介四場效應(yīng)管2）工作原理當(dāng)uGS=0V②漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用

當(dāng)uGS＞UT，且固定為某一值時，來分析漏源電壓uDS對漏極電流ID的影響。

（設(shè)UGS(th)=2V，uGS=4V)（a）uDS=0時，iD=0。（b）uDS↑→iD↑同時溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當(dāng)uDS增加到使uGD=UGS(th)時，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。（d）uDS再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長，uDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，id基本不變。絕緣柵場效應(yīng)管簡介四場效應(yīng)管

總之，場效應(yīng)管的漏極電流ID受柵、源電壓UGS的控制，即ID隨UGS的變化而變化，所以場效應(yīng)管是一種電壓控制器件。②漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用當(dāng)uGS＞晶閘管（SiliconControlledRectifier）

晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大功率半導(dǎo)體器件。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴展到強電領(lǐng)域。

晶閘管也像半導(dǎo)體二極管那樣具有單向?qū)щ娦?，但它的?dǎo)通時間是可控的，主要用于整流、逆變、調(diào)壓及開關(guān)等方面。體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維修簡單、操作方便、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。

優(yōu)點：晶閘管簡介五晶閘管

晶閘管體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維修簡單、操作方便、G控制極基本結(jié)構(gòu)K陰極G陽極

AP1P2N1N2四層半導(dǎo)體晶閘管是具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu),其外形、結(jié)構(gòu)及符號如圖。(c)結(jié)構(gòu)KGA(b)符號(a)外形晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)及符號三個

PN

結(jié)晶閘管簡介五晶閘管

G控制極基本結(jié)構(gòu)K陰極G陽極AP1P2N1N2四層P1P2N1N2K

GA晶閘管相當(dāng)于PNP和NPN型兩個晶體管的組合+KA

T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK晶閘管簡介五晶閘管

P1P2N1N2KGA晶閘管相當(dāng)于PNP和NPN型兩個晶晶閘管導(dǎo)通的條件：

1.晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。

2.晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。

晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。

依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件：1.必須使可控硅陽極電流減小,直到正反饋效應(yīng)不能維持。2.將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。晶閘管簡介五晶閘管

晶閘管導(dǎo)通的條件：1.晶閘管陽極電路(陽極晶閘管型號及其含義導(dǎo)通時平均電壓組別共九級,用字母A~I表示0.4~1.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)（晶閘管類型）P--普通晶閘管K--快速晶閘管S--雙向晶閘管

晶閘管KP普通型如KP5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。五晶閘管

晶閘管型號及其含義導(dǎo)通時平均電壓組別額定電壓,用百位或千位晶閘管承受過電壓、過電流的能力很差，這是它的主要缺點。晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時，溫度急劇上升，可能將PN結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開路。例如一只100A的晶閘管過電流為400A時，僅允許持續(xù)0.02秒，否則將因過熱而損壞；

晶閘管耐受過電壓的能力極差，電壓超過其反向擊穿電壓時，即使時間極短，也容易損壞。若正向電壓超過轉(zhuǎn)折電壓時，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。晶閘管的保護五晶閘管

晶閘管承受過電壓、過電流的能力很差，這是它的主要缺點。1.快速熔斷器保護電路中加快速熔斷器。當(dāng)電路發(fā)生過流故障時，它能在晶閘管過熱損壞之前熔斷，切斷電流通路，以保證晶閘管的安全。與晶閘管串聯(lián)接在輸入端~接在輸出端快速熔斷器接入方式有三種，如下圖所示。晶閘管的過流保護五晶閘管

1.快速熔斷器保護電路中加快速熔斷器。當(dāng)電路發(fā)生過流故障2.過流繼電器保護3.

過流截止保護在輸出端(直流側(cè))或輸入端(交流側(cè))接入過電流繼電器，當(dāng)電路發(fā)生過流故障時，繼電器動作，使電路自動切斷。在交流側(cè)設(shè)置電流檢測電路，利用過電流信號控制觸發(fā)電路。當(dāng)電路發(fā)生過流故障時，檢測電路控制觸發(fā)脈沖迅速后移或停止產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，從而使晶閘管導(dǎo)通角減小或立即關(guān)斷。晶閘管的過流保護五晶閘管

2.過流繼電器保護3.過流截止保護在輸出端(直流側(cè))或輸入阻容保護CR

利用電容吸收過壓。其實質(zhì)就是將造成過電壓的能量變成電場能量儲存到電容中，然后釋放到電阻中消耗掉。RCRCCR~RL晶閘管元件的阻容保護晶閘管的過壓保護五晶閘管

阻容保護CR利用電容吸收過壓。其實質(zhì)就是將造成過電壓的1半導(dǎo)體總結(jié)半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。采用一定的工藝措施，使P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就形成了PN結(jié)。PN結(jié)的基本特點是單向?qū)щ娦浴６O管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用伏安特性和一系列參數(shù)來描述。晶體二極管在電路中常用“D”加數(shù)字表示，如：D5表示編號為5的二極管。2二極管作用：二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，在正向電壓的作用下，?dǎo)通電阻很小；而在反向電壓作用下導(dǎo)通電阻極大或無窮大。應(yīng)用：無繩電話機中常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等電路中。電話機里使用的晶體二極管按作用可分為：整流二極管（如1N4004）、隔離二極管（如1N4148）、肖特基二極管（如BAT85）、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管等。識別：二極管的識別很簡單，小功率二極管的N極（負極），在二極管外表大多采用一種色圈標出來，也有采用符號標志為“P”、“N”來確定二極管極性的。發(fā)光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長腳為正，短腳為負。1半導(dǎo)體總結(jié)半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電測試注意事項：用數(shù)字式萬用表去測二極管時，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極，此時測得的阻值才是二極管的正向?qū)ㄗ柚?，這與指針式萬用表的表筆接法剛好相反?？偨Y(jié)3三極管作用：晶體三極管是由兩個PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，在集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏的外部條件下，晶體管的基極電流對集電極電流具有控制作用，即電流放大作用。電路：晶體三極管有三種連接方式，廣泛采用的是共發(fā)射極連接。它有三種工作狀態(tài)，即截止狀態(tài)、飽和狀態(tài)和放大狀態(tài)。關(guān)系：三極管的三個極的電流關(guān)系是IE=IB+IC，在放大狀態(tài)時，IC=IB+ICEO≈IB，這表明三極管是一種電流控制型器件，具有受控特性（指IC與IB的關(guān)系）和恒流特性（指IC和UCE的關(guān)系）。類型：NPN與PNP應(yīng)用：所謂OTL電路中的對管就是由PNP型和NPN型配對使用。電話機中常用的PNP型三極管有：A92、9015等型號；NPN型三極管有：A42、9014、9018、9013、9012等型號。晶體三極管在電路中常用“Q”加數(shù)字表示，如：Q17表示編號為17的三極管。測試注意事項：用數(shù)字式萬用表去測二極管時，紅表筆接二極管的正總結(jié)4場效應(yīng)管1）場效應(yīng)晶體管具有較高輸入阻抗和低噪聲等優(yōu)點，因而也被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。尤其用場效管做整個電子設(shè)備的輸入級，可以獲得一般晶體管很難達到的性能。2）場效應(yīng)管分成結(jié)型和絕緣柵型兩大類，其控制原理都是一樣的。3）場效應(yīng)管與晶體管的比較（1）場效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場效應(yīng)管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。（2）場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。被稱之為雙極型器件。（3）有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。（4）場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。總結(jié)4場效應(yīng)管1）場效應(yīng)晶體管具有較高輸入阻抗和低噪作業(yè)1、利用實訓(xùn)臺元器件及導(dǎo)線，先在圖紙上自己設(shè)計一個半波整流電路圖（要求是完整的電路圖），再搭接電路，用萬用表測輸入電壓uin1與輸出電壓值uo1，并記錄,感興趣者用示波器測量uo兩端的波形。2、利用實訓(xùn)臺元器件及導(dǎo)線，先在圖紙上自己設(shè)計一個全波整流電路圖（要求是完整的電路圖），再搭接電路，用萬用表測輸入電壓uin2與輸出電壓值uo2，并記錄，感興趣者用示波器測量uo兩端的波形。。3、比較Uo1與Uo2 大小，寫出結(jié)論。作業(yè)1、利用實訓(xùn)臺元器件及導(dǎo)線，先在圖紙上自己設(shè)計一個半波

電工電子技術(shù)——電子技術(shù)與實訓(xùn)電工電子技術(shù)第一章常用半導(dǎo)體器件一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識三晶體三極管四場效應(yīng)管二晶體二極管第一章常用半導(dǎo)體器件一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識三晶體三極一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體：

很容易導(dǎo)電的物體，如金、銀、銅、鐵等。絕緣體：

不容易導(dǎo)電或者完全不導(dǎo)電的物體，如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等。半導(dǎo)體：

導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)、金屬氧化物等。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力1半導(dǎo)體的特性一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，使其導(dǎo)電能力明顯改變。光敏性：當(dāng)受到光照時，其導(dǎo)電能力明顯變化。(可制成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力明顯増強。1半導(dǎo)體的特性一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識摻雜性：往純凈的半導(dǎo)

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。2本征半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴。2本征半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高自由電子，帶負電荷，電子流載流子空穴，帶正電荷，空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。2本征半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

自由電子，帶負電荷，電子流載流子空穴，帶正電荷，空穴流本在中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。

2雜質(zhì)半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等，稱為P型半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體在中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在一個多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體（其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子）。（1）N型半導(dǎo)體自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）3Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元（2）P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體（其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子）。自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）3Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

（2）P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入硼、鋁等摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。只有將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體做成PN結(jié)后才能成為半導(dǎo)體器件。3Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體一半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，通常對外不顯電性。++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。3Ｎ型半半導(dǎo)體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個特殊的薄層→PN結(jié)。（1）PN結(jié)的形成4

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

半導(dǎo)體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。（1）PN結(jié)多子擴散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場少子漂移促使阻止擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)（1）PN結(jié)的形成4

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

多子擴散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場少子漂移促使阻止擴散①外加正向電壓（也叫正向偏置）——電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)

（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)。①外加正向電壓（也叫正向偏置）——電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)外電場內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?

PＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦砸话雽?dǎo)體的基礎(chǔ)知識

外加電場加強內(nèi)電場，漂移運動超過擴散運動，N區(qū)空穴飄移到P區(qū)，P區(qū)電子漂移到N區(qū)，形成很小的反向漂移電流，稱為反向飽和電流，這時稱PN結(jié)處于高阻截止狀態(tài)。②外加反向電壓（也叫反向偏置）——電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)外電場內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－PN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，PN結(jié)導(dǎo)通；PN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，PN結(jié)截止。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN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，P二晶體二極管

1晶體二極管的結(jié)構(gòu)晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅等，不過從國內(nèi)的習(xí)慣上講，晶體管有時多指晶體三極管。二極管=PN結(jié)+管殼+引線結(jié)構(gòu)

一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。符號一般用VD表示。符號陽極+陰極-圖片二晶體二極管1晶體二極管的結(jié)構(gòu)晶體管泛指一切以半導(dǎo)二晶體二極管

2晶體二極管的類型半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸型、面接觸型、平面型二極管等三類。PN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。(1)點接觸型二極管二晶體二極管2晶體二極管的類型半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，允許通過電流大，多用在低頻整流、檢波等電路中。二晶體二極管

2晶體二極管的類型(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，二晶體(3)平面型二極管二晶體二極管

2晶體二極管的類型用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(3)平面型二極管二晶體二極管2晶體二極管的類二晶體二極管

3晶體二極管的伏安特性曲線硅：0.5V鍺：

0.1V(1)正向特性（導(dǎo)通）導(dǎo)通壓降反向飽和電流(2)反向特性（截止）死區(qū)電壓擊穿電壓UBRuEiVmAuEiVuA鍺硅：0.7V鍺：0.3Viu0硅（3）反向擊穿反向電壓大于擊穿電壓（UBR）時，反向電流急劇增加。原因為電擊穿，強外電場破壞鍵結(jié)構(gòu)；獲得大能量的載流子碰撞原子產(chǎn)生新的電子空穴對。電擊穿未損壞，若無限流措施，則會造成熱擊穿而損壞。-60-40-200.40.8二晶體二極管3晶體二極管的伏安特性曲線硅：0.5二晶體二極管

4晶體二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IM：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UBR：指管子反向擊穿時的電壓值。（3）最大反向工作電壓URM：二極管運行時允許承受的最大反向電壓（約為UBR

的一半）。（4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。二晶體二極管4晶體二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降：硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏導(dǎo)通反偏截止導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性二晶體二極管

5二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降：硅管0.7IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型萬用表測量值9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V二晶體二極管

5二極管的近似分析計算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型萬用表例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=2V，輸入信號為ui。

(1)若ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流I和輸出電壓uo解：采用理想二極管模型分析：

采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析：二晶體二極管

5二極管的應(yīng)用舉例例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF二晶體二極管

5二極管的應(yīng)用舉例（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析，波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuotuott限幅2V二晶體二極管5二極管的應(yīng)用舉例（2）如果ui為幅度二晶體二極管

5二極管的應(yīng)用舉例02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖所示。uott限幅2.7Vt二晶體二極管5二極管的應(yīng)用舉例02.7Vuot0-二晶體二極管

5特殊二極管一：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的反向擊穿應(yīng)是可逆的，工作電流能控制在一定范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。（3）動態(tài)電阻rZ。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：rZ=ΔUZ/ΔIZ（4）額定功率PZ：額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。（5）最大穩(wěn)定電流IZM

：指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是：

PZ=UZIZM插件穩(wěn)壓二極管貼片穩(wěn)壓二極管二晶體二極管5特殊二極管一：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時,其兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定電壓

穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管。正向同二極管反偏電壓≥UZ

反向擊穿＋UZ－限流電阻二晶體二極管

5特殊二極管一：穩(wěn)壓二極管當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的形式放出能量，發(fā)光二極管是一種新型冷光源。發(fā)光二極管（簡稱LED）是一種光發(fā)射器件，它是由砷化鎵、磷化鎵等材料制成。當(dāng)這種管子通以電流時將發(fā)出光來。光的顏色主要取決于制造所用的材料。發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5～3V）、反應(yīng)快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導(dǎo)體器件，常用于信號指示、數(shù)字、照明、彩燈、字符顯示等。二晶體二極管

5特殊二極管二：發(fā)光二極管LED當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的二晶體二極管

光電二極管的結(jié)構(gòu)與一般的二極管類似，在它的PN結(jié)處，通過管殼上的一個玻璃管窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下工作，它的反向電流隨光照強度的增加而上升。光電二極管的符號及其特性曲線光電二極管可用于光的測量，是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的常用器件。光電二極管插件光電二極管貼片5特殊二極管三：光電二極管二晶體二極管光電二極管的結(jié)構(gòu)與二晶體二極管

PN結(jié)具有電容效應(yīng)，二極管存在結(jié)電容。二極管結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)，還與外加電壓有關(guān)。變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與反偏電壓uD的關(guān)系曲線

變?nèi)荻O管常用于高頻電路中，例如，電調(diào)諧電路和自動頻率控制電路。5特殊二極管三：變?nèi)荻O管PN結(jié)具有電容效應(yīng)，二極管存在結(jié)電容。二極管結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)，還與外加電壓有關(guān)。二晶體二極管PN結(jié)具有電容效應(yīng)，二極管存在結(jié)電容小技巧

6二極管的簡易測量根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦钥芍O管正向電阻小，反向電阻大。利用這一特點，可以用萬用表的電阻擋大致測量出二極管的好壞和正負極性。二晶體二極管

普通二極管實物小技巧6二極管的簡易測量根據(jù)二極管的單向?qū)щ?三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管

半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor,簡稱BJT）。BJT是由兩個PN結(jié)組成。簡稱晶體管或三極管。

半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。重要特性是具有電流放大作用和開關(guān)作用，常見的有平面型和合金型兩類。兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域（三區(qū)二結(jié)）。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。NPN型PNP型--NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極--PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極符號:1三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管半導(dǎo)體三極管，也叫晶基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。1三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管

基區(qū)：最薄，發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電按材料分：硅管、鍺管按功率分：小功率管<500mW按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管大功率管>1W中功率管0.51W1三極管的結(jié)構(gòu)原理三晶體三極管

三極管分類按材料分：硅管、鍺管按功率分：2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管

（1）放大的概念電子電路中所說的放大，有兩方面含義：一是放大的對象是變化量，不是一個恒定量。例如，擴音機是把人講話時聲音的輕重和高低放大出來；二是指對能量的控制作用，即在輸入端用一個小的變化量去控制能源，使輸出端產(chǎn)生一個與輸入變化量相應(yīng)的大的變化量，體現(xiàn)了對能量的控制作用（2）三極管實現(xiàn)放大作用的條件三極管實現(xiàn)放大作用的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓（正向偏置），在集電結(jié)加反向電壓（反向偏置）。對于NPN管，要求UC>UB>UE；PNP型管的情況正好相反，即UE>UB>UC。2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管（1）2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管

放大條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏若在放大工作態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE共發(fā)射極接法>0三極管的電流分配關(guān)系IE=IC+IBIC=βIB2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管放大條2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。實驗表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有IC近似等于IE。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC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，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用。2三極管的電流分配關(guān)系與放大作用三晶體三極管把基極3三極管在電路中的基本連接方式三晶體三極管

三極管在電路中的三種基本連接方式

共射直流電流放大系數(shù):共射交流電流放大系數(shù):

=iC/iB共基直流電流放大系數(shù):共基交流電流放大系數(shù):

=iC/iB在近似分析中,可認為：≈≈3三極管在電路中的基本連接方式三晶體三極管三極管在4三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管

(1)輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=const1）uCE=0V時，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。3）uCE≥1V再增加時，曲線右移很不明顯。 2）當(dāng)uCE=1V時，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，在同一uBE電壓下,iB

減小。特性曲線將向右稍微移動一些。ucE=0.5V①死區(qū)②非線性區(qū)③線性區(qū)

死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導(dǎo)通壓降硅0.7V鍺0.3V4三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管(14三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管

(2)輸出特性曲線iC=f(uCE)

IB=const飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置2）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IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。當(dāng)UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。

Uon硅管：0.5—0.7V,鍺管：0.1—0.3V在放大區(qū)有IC=IB，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。uBE≤Uon,IB≤0,IC=ICEO,三極管幾乎不導(dǎo)通uBE>Uon，uCE>uBE4三極管的伏安特性（共發(fā)射極接法）三晶體三極管(25三極管的模型三晶體三極管

++++i-uBE+-uBCE+Cibeec截止狀態(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管0.7V鍺管0.3V飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降UCES硅管0.3V鍺管0.1V直流模型5三極管的模型三晶體三極管++++i-uBE+-u6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管

（1）模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射電路如下圖，已知三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、

IC、UBE、UCE。6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管（1）6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管

（1）模型分析法（近似估算法）IC+UBE—IB0.7VβIBecb+VCCRc(+12V)4KΩ+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。三極管為硅管：UBE=0.7V6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管（1）6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管

（2）圖解法解：VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+uCE—IB=40μAiC非線性部分線性部分IB=40μAIC=1.6mAUCEQ=5.6V靜態(tài)工作點M(VCC,0）(12,0)UCEQ6V(0,3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIBICQ1.6mAQ直流負載線斜率：Uce=Vcc-IcRcIc=0，Uce=12;Uce=0，Ic=Vcc/Rc=3mA選擇合適的Rb，UBQ=0.7V,IB=40μA6三極管電路的分析算法（直流）三晶體三極管（2）7半導(dǎo)體三極管的型號三晶體三極管

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、