第1章 半导体器件的基本知识PPT讲稿.ppt

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1、第第1章章 半导体器件的半导体器件的基本知识基本知识第1页，共102页，编辑于2022年，星期一硅原子硅原子 锗原子锗原子 半导体：半导体：导电能力介于绝缘体和导体之间的物质。导电能力介于绝缘体和导体之间的物质。典型的半导体是硅典型的半导体是硅Si和锗和锗Ge，它们都是，它们都是4价元素，其价元素，其中硅应用最广。中硅应用最广。1.1 半导体基本知识半导体基本知识第2页，共102页，编辑于2022年，星期一+4+4+4+4+4+4+4+4+4完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体体称称为本征半导体。为本征半导体。将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯

2、便便形形成成单单晶晶体体，它它的的原原子子结结构构为为共共价价键键结结构。构。价价电电子子共共价价键键图图 1.1.2单晶体中的共价键结构单晶体中的共价键结构当当温温度度 T=0 K（热热力力学学温温度度）时时，半半导导体体不不导导电电，如如同绝缘体。同绝缘体。1.1.1 本征半导体及其导电特性本征半导体及其导电特性第3页，共102页，编辑于2022年，星期一+4+4+4+4+4+4+4+4+4将有少数价电子克服共将有少数价电子克服共价键的束缚成为价键的束缚成为自由电自由电子子，在原来的共价键中留下在原来的共价键中留下一个空位，成为一个空位，成为空穴空穴。空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载

3、载流子。流子。自由电子自由电子空穴空穴载流子：运载电荷的粒子。载流子：运载电荷的粒子。自由电子（带负电）自由电子（带负电）空穴（带正电）空穴（带正电）复合复合若若 T ，第4页，共102页，编辑于2022年，星期一（1）本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称称为为 电子电子-空穴对。空穴对。（2）由由于于物物质质的的运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会会达达到到平平衡衡，载载流子的浓度就一定了。流子的浓度就一定了。（3）载载流流子子的的浓浓度度

4、与与温温度度密密切切相相关关，它它随随着着温温度度的升高，基本按指数规律增加。的升高，基本按指数规律增加。常温下，本征半导体常温下，本征半导体导电能力差导电能力差。本征半导体相关结论：本征半导体相关结论：自由电子自由电子和和空穴空穴的浓度相等的浓度相等。第5页，共102页，编辑于2022年，星期一半导体的特性半导体的特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些

5、杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极

6、管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第6页，共102页，编辑于2022年，星期一 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体杂质半导体。在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入五五价杂质元素（价杂质元素（磷，砷）磷，砷）的半导体，的半导体，称为称为N型半导体；型半导体；根据所掺杂质不同分根据所掺杂质不同分：N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体（1）N型半导体型半导体1.1.2

7、N型半导体型半导体第7页，共102页，编辑于2022年，星期一+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子图图 1.1.4N 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴N型半导体的表示方法型半导体的表示方法自由电子浓度远大于空穴的浓度自由电子浓度远大于空穴的浓度电子型半导体电子型半导体第8页，共102页，编辑于2022年，星期一1.1.3 P 型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 3 价价杂杂质质元元素素，如如硼硼、镓镓、铟等，即构成铟等，

8、即构成 P 型半导体型半导体。+3受主受主原子原子空穴空穴图图 1.1.5P 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构多数载流子多数载流子空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体的表示方法型半导体的表示方法空穴浓度远大于自由电子的浓度空穴浓度远大于自由电子的浓度空穴型半导体空穴型半导体第9页，共102页，编辑于2022年，星期一 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂

9、质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。ab bc c 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流）ba

10、 a第10页，共102页，编辑于2022年，星期一结论：结论：1.多多数数载载流流子子浓浓度度取取决决于于掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度；少少数数载流子的浓度载流子的浓度取决于取决于温度温度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。第11页，共102页，编辑于2022年，星期一1.2.1 PN结的形成及单向导电特性结的形成及单向导电特性1.2 半导体二极管半导体二极管空间电荷区空间电荷区PN多子扩散运动多子扩散运动PN复合消失复合消失空间

11、电荷区（耗尽层）空间电荷区（耗尽层）内电场内电场内电场内电场阻止多子扩散阻止多子扩散有利少子漂移有利少子漂移动态平衡，形成动态平衡，形成PN结结阻挡层阻挡层第12页，共102页，编辑于2022年，星期一PN 结的形成结的形成 因电场作用所产生因电场作用所产生的运动称为漂移运动。的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了衡，就形成了PN结。结。漂移运动漂移运动 由于扩散运动使由于扩散运动使P区与区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使

12、空穴从从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向区向P区、自由电子从区、自由电子从P区向区向N 区运动。区运动。第13页，共102页，编辑于2022年，星期一所谓动态平衡是指单位时间内，有多少多子扩散到对方区域，所谓动态平衡是指单位时间内，有多少多子扩散到对方区域，同时对方区域就有同样数量的少子漂移回来。载流子的扩散同时对方区域就有同样数量的少子漂移回来。载流子的扩散和漂移时刻都在进行着，但从宏观上看，通过和漂移时刻都在进行着，但从宏观上看，通过PN结的载流子结的载流子数为零，或者说，由于扩散电流和漂移电流方向相反，数为零，或者说，由于扩散电流和漂移电流方向相反，流过流过PN结的净电流为结的

13、净电流为0在空间电荷区内，在载流子数量很少。多子由于复合从一个很高的在空间电荷区内，在载流子数量很少。多子由于复合从一个很高的浓度迅速的下降到一个较低的浓度所以，浓度迅速的下降到一个较低的浓度所以，PN结（结（空间电荷区空间电荷区）又）又叫叫“耗尽层耗尽层”PN结中建立的内电场合电位差也叫结中建立的内电场合电位差也叫“势垒势垒”，他阻碍多子，他阻碍多子的扩散，因此，的扩散，因此，PN结又叫结又叫“势垒区势垒区”或或“阻挡层阻挡层”第14页，共102页，编辑于2022年，星期一2、PN结的结的单向导电性单向导电性（1）加正向电压）加正向电压（正偏）（正偏）正极接正极接P区，负极接区，负极接N区区

14、 外电场与内电场方向相反，削弱内电场外电场与内电场方向相反，削弱内电场空间电荷区变窄空间电荷区变窄扩散运动大大超过漂移运动扩散运动大大超过漂移运动形成较大的正向电流，形成较大的正向电流，PN结处于结处于低阻导通低阻导通低阻导通低阻导通状态。状态。外电场外电场第15页，共102页，编辑于2022年，星期一（2 2）加反向电压加反向电压（反偏）（反偏）正极接正极接N区，负极接区，负极接P区区 外加电场与内电场方向相同，增强了内电场外加电场与内电场方向相同，增强了内电场空间空间电荷区变宽电荷区变宽多子扩散难以进行多子扩散难以进行少子在电场作用少子在电场作用下形成反向电流下形成反向电流 IR，称，称P

15、N结处于结处于高阻截止高阻截止状态。状态。外电场外电场第16页，共102页，编辑于2022年，星期一结论：结论：PN结加结加正向电压正向电压（P区电位高于区电位高于N区电位区电位）时，具有较大）时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；结导通；由此可以得出：由此可以得出：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。PN结加结加反向电压反向电压（N区电位高于区电位高于P区电位区电位）时，具有很小）时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。结截止。第17页，共102页，编辑于2022年，星期一1.2.2 二极管的基本结构二极管

16、的基本结构 二极管二极管=PN结结+引线引线+管壳管壳第18页，共102页，编辑于2022年，星期一半导体二极管的类型：半导体二极管的类型：按按 PN 结结构结结构分：分：点接触型二极管：点接触型二极管：不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高频下工作。频下工作。面接触型二极管：面接触型二极管：PN 结的面积大，允许流过的电流大，但只能结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。在较低频率下工作。平面型二极管：平面型二极管：往往用于集成电路制造工艺中，往往用于集成电路制造工艺中，PN结面积可大结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。可小，用于

17、高频整流和开关电路中。按按用用途途划划分分：有有整整流流二二极极管管、检检波波二二极极管管、稳稳压压二二极极管管、开开关二极管、发光二极管、变容二极管等。关二极管、发光二极管、变容二极管等。按半导体材料分：按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。有硅二极管、锗二极管等。第19页，共102页，编辑于2022年，星期一阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引

18、线(b )面接触型面接触型二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第20页，共102页，编辑于2022年，星期一1.2.3 二极管的二极管的伏安特性伏安特性硅管第21页，共102页，编辑于2022年，星期一第22页，共102页，编辑于2022年，星期一1.正向特性正向特性正向特性正向特性死区死区电压电压60402000.4 0.8I/mAU/VPN+死区死区：外加正向电压较小时，外电：外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态死区电压：结仍处于截止状态死区电压：0.5V或或0.2V。正向导通

19、区正向导通区：正向电压大于某一：正向电压大于某一电压后，正向电流电压后，正向电流 随着正向电压增随着正向电压增大迅速上升。大迅速上升。导通压降：硅导通压降：硅0.60.8V锗锗0.20.3V第23页，共102页，编辑于2022年，星期一2.反向特性反向特性 0.02 0.0402550I/mAU/V反向特性反向特性反向饱反向饱和电流和电流击击穿穿并并不不意意味味管管子子损损坏坏，若若控控制制击击穿穿电电流流，电电压压降降低低后后，还可恢复正常。还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)PN+反向截止区反向截止区：外加反向电压时，：外加反向电压时，PN结结处于截止状态，反向电流处于截止状态，反向电

20、流 很小。因为少数很小。因为少数载流子的数量很少，且基本不随反向电压载流子的数量很少，且基本不随反向电压变化。变化。反向击穿区反向击穿区：当反向电压增加到一定：当反向电压增加到一定值时，反向电流突然增加，进入反向击穿区。值时，反向电流突然增加，进入反向击穿区。（因为加在它两端的反向电压，超过它所能承受的最大反向电压，使内部原子电离而产生的）第24页，共102页，编辑于2022年，星期一雪崩击穿：雪崩击穿和齐纳击穿雪崩击穿和齐纳击穿形成电子空穴对（碰撞电离）形成电子空穴对（碰撞电离）通过通过PN结的少子获得能量大结的少子获得能量大与晶体中原子碰撞使共价键的束缚与晶体中原子碰撞使共价键的束缚电荷挣

21、脱共价键电荷挣脱共价键PN结反向高场强结反向高场强载流子倍增效应载流子倍增效应电气与电子工程学院第25页，共102页，编辑于2022年，星期一齐纳击穿：形成电子空穴对形成电子空穴对直接将直接将PN结中的束缚电荷从共价键中拉出来结中的束缚电荷从共价键中拉出来PN结电场很大结电场很大很大反向电流很大反向电流齐纳击穿需要很高的场强齐纳击穿需要很高的场强：2105 V/cm只有杂质浓度高，只有杂质浓度高，PN结窄时才能结窄时才能达到此条件达到此条件齐纳二极管（稳齐纳二极管（稳压管）压管）电气与电子工程学院第26页，共102页，编辑于2022年，星期一热击穿热击穿:若反向电流与电压的乘积超出若反向电流与

22、电压的乘积超出PN结的耗散功率结的耗散功率,则管子则管子会因为过热而烧毁会因为过热而烧毁,形成热击穿形成热击穿不可逆。不可逆。热击穿和电击穿热击穿和电击穿 雪崩击穿、齐纳击穿雪崩击穿、齐纳击穿可逆可逆第27页，共102页，编辑于2022年，星期一l雪崩击穿：雪崩击穿：雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，反向结中，反向击穿电压较高。击穿电压较高。l齐钠击穿：齐钠击穿：齐纳击穿发生在掺杂浓度较高的齐纳击穿发生在掺杂浓度较高的PN结中，反结中，反向击穿电压较低。向击穿电压较低。通常击穿电压在通常击穿电压在6V以下属于齐纳击穿；在以下属于齐纳击穿；在6V以上主要是雪崩击穿

23、。以上主要是雪崩击穿。第28页，共102页，编辑于2022年，星期一1.2.4 二极管的主要参数二极管的主要参数1、最大整流电流最大整流电流IF：指管子长期运行时，允许通过的：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。最大正向平均电流。2、最高反向工作电压最高反向工作电压UR:二极管使用时允许加的最大二极管使用时允许加的最大反向电压（约为反向电压（约为UBR 的一半）。的一半）。3、反向击穿电压反向击穿电压UBR：指管子反向击穿时的电压值。：指管子反向击穿时的电压值。4、反向电流、反向电流IR：管子加上反向电压时的反向电流值，：管子加上反向电压时的反向电流值，其值越小，则管子的单向导电性越

24、好。其值越小，则管子的单向导电性越好。第29页，共102页，编辑于2022年，星期一2 C Z 9 B用汉语拼音字母表示规格号用数字表示序号用字母表示器件的类型型号如：P表示普通管，Z整流管，W稳压管等用字母表示器件的材料如：A为N型Ge材料，B为P型Ge材料；C为N型Si材料，D为P型Si材料用数字表示电极数2为二极管，3为三极管第30页，共102页，编辑于2022年，星期一二极管的分析方法二极管的分析方法 1.理想模型 二极管承受二极管承受正向电压正向电压时，时，其管压降为零，相当于其管压降为零，相当于开关开关闭合闭合 二极管承受二极管承受反向电压反向电压时，时，其电流为零，阻抗为无穷，其

25、电流为零，阻抗为无穷，相当于相当于开关的断开开关的断开 第31页，共102页，编辑于2022年，星期一2恒压降模型 二极管承受正向电压导二极管承受正向电压导通时，其管压降为恒定值，通时，其管压降为恒定值，且不随电流而变化，具有且不随电流而变化，具有这种特性的二极管也叫做这种特性的二极管也叫做实际二极管实际二极管 二极管承受二极管承受反向电压反向电压时，时，其电流为零，阻抗为无穷，其电流为零，阻抗为无穷，相当于相当于开关的断开开关的断开 0.2V 0.2V 第32页，共102页，编辑于2022年，星期一例1 电路如图(a)所示，二极管采用硅管，电阻R1k，E3V(1)试分别用理想模型和恒压降模型

26、求UR的值。(2)当二极管VD反接，电路如图(b)所示，试分别用两种模型求UR的值。(a)(b)第33页，共102页，编辑于2022年，星期一例2 电路如图1.3.9所示，其中El7V，E25V，E36V，设二极管的导通电压0.6V。分别估算开关S在位置1和位置2的输出电压Uo的值。开关开关S置于位置置于位置1时时 UO=E36V 开关开关S置于位置置于位置2 UO=E2+0.6(5+0.6)V=5.6V 第34页，共102页，编辑于2022年，星期一定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.

27、3V 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若 U阳阳阳阳 U U阴阴阴阴或或 UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若 U阳阳阳阳 U UN，二极管导通二极管导通UO=15 VIO=UO/RL=15 V/3 k =5mA阴极电位：阴极电位：则：则：第37页，共102页，编辑于2022年

28、，星期一1、钳位电路、钳位电路如图设二极管均为硅管（如图设二极管均为硅管（UD=0.6V），当），当A、B的电位分的电位分别为以下组合时，别为以下组合时，UF=？第38页，共102页，编辑于2022年，星期一承受正向电压较大者优先导通承受正向电压较大者优先导通-0.7V4.3V4.3V4.3VRDBDA12VAB第39页，共102页，编辑于2022年，星期一2、限幅电路、限幅电路例：设例：设ui=10sintV，DZ为理想二极管，为理想二极管，E=5V。求。求输出电压输出电压u0波形。波形。ui 5V，DZ导通，导通，ui 5V，DZ截止，截止，u0=5Vu0=ui第40页，共102页，编辑于

29、2022年，星期一ui 5V，DZ导通，导通，ui 5V，DZ截止，截止，u0=5Vu0=ui第41页，共102页，编辑于2022年，星期一双向限幅电路第42页，共102页，编辑于2022年，星期一稳压二极管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管。它稳压二极管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管。它正常工作于正常工作于反向击穿区反向击穿区。但如果稳压管的反向电流超过允许值，它将会因过热而但如果稳压管的反向电流超过允许值，它将会因过热而损坏。所以，与稳压管配合的电阻要适当，才能起稳压损坏。所以，与稳压管配合的电阻要适当，才能起稳压作用。作用。1.2.6 稳压二极管稳压二极管1、结构、结构第43页，共1

30、02页，编辑于2022年，星期一正向同正向同二极管二极管 稳定稳定电压电压 2、伏安特性、伏安特性u 0，工作在正向特性区，工作在正向特性区;u 0 u UZ，工作在稳压区，工作在稳压区.第44页，共102页，编辑于2022年，星期一3、主要参数：、主要参数：（1）稳定电压）稳定电压UZ反向击穿后稳定工作的电压。（2）稳定电流）稳定电流IZ工作电压等于稳定电压时的电流。（3）动动态态电电阻阻rZ。稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）额额定定功功率率PZ和和最最大大稳稳定定电电流流IZM。额定功率PZ是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电

31、流IZM是指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：PZ=UZIZM第45页，共102页，编辑于2022年，星期一例：两个硅稳压管，例：两个硅稳压管，UZ1=6V，UZ2=9V，求各图中的求各图中的U015 V 6 V 6.6 V 0.6 V 第46页，共102页，编辑于2022年，星期一例：如图所示电路，稳压管的稳定电压例：如图所示电路，稳压管的稳定电压UZ=5V，正向电压降，正向电压降忽略不计。求当输入电压为为交流忽略不计。求当输入电压为为交流 ui=10sint V，求，求u0的的波形。波形。在在ui的正半周，当的正半周，当ui 5V,DZ工作在截止状态，工作在截止状态，u0=ui；

32、当；当ui 5V,DZ工作在反向击穿区，起稳压作用，工作在反向击穿区，起稳压作用，u0=5V。在在ui的负半周，的负半周，DZ处于正向导通状态处于正向导通状态，u0=0V。第47页，共102页，编辑于2022年，星期一在在ui的正半周，的正半周，当当ui 5V,DZ工作在截止状态，工作在截止状态，u0=ui；当当ui 5V,DZ工作在稳压区，工作在稳压区，u0=5V。在在ui的负半周，的负半周，DZ处于正向导通状态处于正向导通状态，u0=0V。第48页，共102页，编辑于2022年，星期一3 D G 11 A用汉语拼音字母表示用汉语拼音字母表示规格号规格号用数字表示用数字表示序号序号用字母用字

33、母表示器件的类型型号如：表示器件的类型型号如：X低频小低频小功率管、功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示器件的材料如：用字母表示器件的材料如：A为为PNP型型Ge，B为为NPN型型Ge；C为为PNP型型Si，D为为NPN型型Si用数字表示电极数用数字表示电极数2为二极管，为二极管，3为三极管为三极管1.3 双极型三极管双极型三极管第49页，共102页，编辑于2022年，星期一1.3.1 晶体管的基本结构晶体管的基本结构双极型晶体管（双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor）简称）简

34、称晶体管（晶体管（BJT），由两种载流子在其内部作运动，由两种载流子在其内部作运动 在模电中主要起在模电中主要起放大放大作用，在数电中起作用，在数电中起开关开关作用。作用。第50页，共102页，编辑于2022年，星期一常用三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。常用三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图图1.3.2三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNP第51页，共102页，编辑于2022年，星期一晶体管的结构示意图和表示符号晶体管的结构示意图和表示符号(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPP

35、NETCBIBIEICCE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极BCE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区P发射结发射结发射结发射结P集电结集电结集电结集电结N集电极集电极集电极集电极发射极发射极发射极发射极基极基极基极基极B发射结箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向。发射结箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向。第52页，共102页，编辑于2022年，星期一1、产生放大作用的条件、产生放大作用的条件1.3.2 晶体管

36、的晶体管的电流分配与放大原理电流分配与放大原理B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC（1）内部结构要求：）内部结构要求：（2）外部条件）外部条件：发射结正偏发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。NPN:UC UB UE PNP:UE UB UC基区要制造得很薄且浓度最低；基区要制造得很薄且浓度最低；发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区面积最大。集电区面积最大。从电位的角度看：从电位的角度看：从电位的角度看：从电位的角度看：第53页，共102页，编辑于2022年，星期一2、三极管内部载流子的运动情况、三极管内部载流子的运动情况BECNNPEBRBECIEIBEICE

37、ICBO 基区空穴基区空穴基区空穴基区空穴向发射区的向发射区的向发射区的向发射区的扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。扩散可忽略。发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，发射区电子不断向射区电子不断向射区电子不断向射区电子不断向基区扩散，形成基区扩散，形成基区扩散，形成基区扩散，形成发射极电流发射极电流发射极电流发射极电流I IE E。进入进入进入进入P P 区的电区的电区的电区的电子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区子少部分与基区的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形的空穴复合，形成电流成电流成电流成电流I IBE BE，多，多，多，多数扩散到集电结。数扩散到集电结。

38、数扩散到集电结。数扩散到集电结。从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成集，形成集，形成I ICECE。集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流反向电流反向电流I ICBOCBO。第54页，共102页，编辑于2022年，星期一（1）发射区向基区注入电子）发射区向基区注入电子（2）电子在基区中扩散）电子在基区中扩散与复合与复合（

39、3）集电区收集扩散过来）集电区收集扩散过来的电子的电子形成发射极电流形成发射极电流 IE形成基极电流形成基极电流 IB形成集电极电流形成集电极电流 ICBECNNPEBRBECIBEICEICBOI EI BI C第55页，共102页，编辑于2022年，星期一3、晶体管各极电流的分配关系：、晶体管各极电流的分配关系：集电极：集电极：基极：基极：发射极：发射极：由上述三式可得：由上述三式可得：BECNNPEBRBECIBEICEICBOI EI BI C第56页，共102页，编辑于2022年，星期一IC=ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE

40、-ICBO IBE I ICE CE 与与 I IBE BE 之比称为共发射之比称为共发射之比称为共发射之比称为共发射极电流放大倍数极电流放大倍数极电流放大倍数极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流,温度温度I ICEOCEO (常用公式常用公式)若若若若I IB B=0,=0,则则 I IC C I ICE0CE0第57页，共102页，编辑于2022年，星期一实验表明实验表明IC比比IB大数十至数百倍。大数十至数百倍。IB虽然很小，但对虽然很小，但对IC有控有控制作用，制作用，IC随随IB的改变而改变，即的改变而改变，即基极电流较小的变化可以基极电流较小的变化

41、可以引起集电极电流较大的变化，引起集电极电流较大的变化，这就是三极管的电流放大作用。这就是三极管的电流放大作用。IB/mA-0.00100.010.020.030.04 0.05IC/mA0.0010.010.571.141.712.32 2.81IE/mA00.010.581.161.742.36 2.86一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据第58页，共102页，编辑于2022年，星期一UBE=0.7V例例：用直流电压表测某一个三极管工作于放大：用直流电压表测某一个三极管工作于放大状态，三极管的管脚电位状态，三极管的管脚电位U1=2.8V，U2=2.1V，U3=7V，判断其管

42、脚及管型。，判断其管脚及管型。因因NPN:VC VB VE PNP:VE VB VC解：解：则则 1-B2-E3-C该管为硅管、该管为硅管、NPN型型第59页，共102页，编辑于2022年，星期一1.3.3 伏安特性曲线伏安特性曲线输出输出回路回路输入输入回路回路+UCE 特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。IBUCE图图 1.3.6三极管共射特性曲线测试电路三极管共射特性曲线测试电路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A+mA 输入特性：输入特性：输出特性：输出特性：+UCE+UCE IBIBIBUBE第60页，共

43、102页，编辑于2022年，星期一1、输入特性、输入特性(1)UCE=0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A 当当 UCE=0 时时，基基极极和和发发射射极极之之间间相相当当于于两两个个 PN 结结并并联联。所所以以，当当 b、e 之之间间加加正正向向电电压压时时，应应为为两两个个二二极极管管并并联联后后的正向伏安特性。的正向伏安特性。第61页，共102页，编辑于2022年，星期一(2)UCE 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时，有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。时，有利于将发射区扩散到基区的电子收

44、集到集电极。基区复合减少在同一基区复合减少在同一UBE 电压下，电压下，IB 减小，特性曲线将向减小，特性曲线将向右右稍微移动稍微移动一些。一些。OIB/AUCE 1 时的输入特性具有实用意义。时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A+mAUBE（3）UCE 1V，曲线右移很不明显。，曲线右移很不明显。因为集电结所加的反向电压已能把因为集电结所加的反向电压已能把注入基区的绝大部分电子拉到集电注入基区的绝大部分电子拉到集电极，再增加，极，再增加，IB也也不再明显地减小。不再明显地减小。第62页，共102页，编辑于2022年，星期一ICUCEIB=常数常数2、输

45、出特性、输出特性图图 1.3.9NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线 ICmA UCE/V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区第63页，共102页，编辑于2022年，星期一（1）截止区）截止区条件：发射结反偏，集电结反偏条件：发射结反偏，集电结反偏特点：特点：IB=0;IC 0;UCE UCC，C与与E之间相当于开路。之间相当于开路。IB=0 曲线以下的区域。曲线以下的区域。IEIBIC ICmA UCE/V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321第64页，共10

46、2页，编辑于2022年，星期一IEIBIC ICmA UCE/V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321特点：特点：IC=IB；UCUBUE,UCEUBE（2）放大区）放大区NPN管管UBE=0.60.7V；PNP管管UBE=0.2 0.3V。条件：发射结正偏，集电结反偏条件：发射结正偏，集电结反偏特性曲线中，接近水平的部分。特性曲线中，接近水平的部分。第65页，共102页，编辑于2022年，星期一（3）饱和区）饱和区饱和程度规定：饱和程度规定：UCE=UBE时的状态称为时的状态称为临界饱和状态临界饱和状态，当当UCEUBE时称为时称为过饱和状态。过饱和状态。

47、饱和时饱和时UCE电压记为电压记为UCES，硅管，硅管 UCES 0.3V，特性曲线左边特性曲线左边UCE很小的区域。很小的区域。IEIBIC ICmA UCE/V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321第66页，共102页，编辑于2022年，星期一条件：发射结正偏，集电结正偏。条件：发射结正偏，集电结正偏。特点特点：lUCE UBE，C与与E之间相当于短路；之间相当于短路；l IB变化，变化，IC基本不变化，失去了控制作用；基本不变化，失去了控制作用；l临界饱和临界饱和 IBS=ICS/,ICS UCC/RCIEIBIC第67页，共102页，编辑于2022年

48、，星期一 当晶体管当晶体管饱和饱和时，时，UCE 0，发射极与集电极之间如，发射极与集电极之间如同一个开关接通，其间电阻很小；同一个开关接通，其间电阻很小；当晶体管当晶体管截止截止时，时，IC 0，发射极和集电极之间如同，发射极和集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大。一个开关的断开，其间电阻很大。可见，晶体管除了有可见，晶体管除了有放大放大作用外，还有作用外，还有开关开关的作用。的作用。在在模模拟拟电电子子电电路路中中主主要要起起放放大大作作用用，在在数数字字电电路路中中主主要要起起开关开关作用。作用。第68页，共102页，编辑于2022年，星期一判断三极管的工作状态方法：判断三极管的工

49、作状态方法：（1）根据）根据UBE、UCE值来判别值来判别;UBE 0.5V，UCEVCC，截止；，截止；UBE(=0.7)UCE，UCE0，饱饱和和;UBE(=0.7)UCE IBS(=ICS/)，饱饱和区；和区；第69页，共102页，编辑于2022年，星期一例：晶体管三个电极对地的电位，判断其工作状态。例：晶体管三个电极对地的电位，判断其工作状态。UBE0.6VUCE5V放大放大UBE1V截止截止饱和饱和UBE0.6VUCE 0.3V第70页，共102页，编辑于2022年，星期一（2）根据）根据IB和和IC值来判别值来判别;IB 0，截止；，截止；IC=IB，放大；，放大；IB IBS(=

50、ICS/)，饱饱和区；和区；例：在如图所示电路例：在如图所示电路中，中，UCC=6V，RC=3k，RB=10k，=25，当输入电，当输入电压压Ui分别为分别为3V、1V和和1V时，问晶体管处时，问晶体管处于何种工作状态？于何种工作状态？第71页，共102页，编辑于2022年，星期一解：晶体管饱和时的集电极电流解：晶体管饱和时的集电极电流IC为为晶体管临界饱和时的基极电流为晶体管临界饱和时的基极电流为（1）当）当Ui=3V时时处于深度饱和处于深度饱和第72页，共102页，编辑于2022年，星期一（2）当）当Ui=1V时时处于放大状态处于放大状态（3）当）当Ui=1V时时处于截止状态处于截止状态第