第1章 半导体二极管和三极管

1、1 4 链接动画片链接动画片 5 独特的导电特性独特的导电特性 3.3.掺入微量元素掺入微量元素导电能力导电能力 6 14 + 硅原子结构硅原子结构 4+ 简化模型简化模型 纯净的具有晶体结构的半导体。纯净的具有晶体结构的半导体。价电子价电子 4 4价元素（硅、价元素（硅、 锗）锗） 7 4 4 4 4 4 4 8 4 4 4 4 4 4 9 4 4 4 4 4 4 10 4 4 4 4 4 4 自由自由 电子电子 空穴空穴 11 4 4 4 4 4 4 自由自由 电子电子 空穴空穴 12 4 4 4 4 4 4 自由自由 电子电子 电电 场场 电子流电子流 13 4 4 4 4 4 4 电子

2、递补电子递补 空穴流空穴流 电电 场场 14 4 4 4 4 4 4 半导体电流半导体电流 = = 电子流电子流 + + 空穴流空穴流 电电 场场 空穴流空穴流 电子流电子流 15 16 4 4 4 4 4 5 +5 17 4 4 4 4 4 5 多子多子-电子电子 少子少子-空穴空穴 +5 4 N型半导体示意图型半导体示意图 18 4 4 4 4 4 3 +3 19 多子多子-空穴空穴 少子少子-电子电子 4 4 4 4 4 3 +3 P型半导体示意图型半导体示意图 21 链接动画片链接动画片 22 N区区P区区 负离子负离子空穴空穴正离子正离子电子电子 一、一、PN结的形成结的形成 23

3、空间电荷区空间电荷区 （耗尽层）（耗尽层） 内电场内电场 P区区N区区 扩散运动扩散运动浓度差造成运动。浓度差造成运动。 复合复合自由电子填补空穴，两者同时消失的现象。自由电子填补空穴，两者同时消失的现象。 漂移运动漂移运动载流子在电场力作用下的运动。载流子在电场力作用下的运动。 多子扩多子扩 散运动散运动少子漂少子漂 移运动移运动 24 空间电荷区空间电荷区 （耗尽层）（耗尽层） 内电场内电场 P区区N区区 浓度差浓度差多子多子扩散运动扩散运动复合复合产产生生内电场内电场阻碍阻碍 多子扩散多子扩散有利有利少子少子漂移运动漂移运动扩散运动和漂移运扩散运动和漂移运 动达到动达到动态平衡动态平衡形

4、成一定宽度形成一定宽度PN结结 多子扩多子扩 散运动散运动 少子漂少子漂 移运动移运动 25 P N结结 P N 内电场内电场 26 27 内电场内电场 R E 外电场外电场 P区区N区区 ID PN结结 28 R E P区区N区区 I反 反 PN结结 内电场内电场 外电场外电场 30 阳极阳极阴极阴极 符号符号 3.3.： PN 31 外壳外壳 阴极引线阴极引线 金属丝金属丝 N N型锗片型锗片 N N型硅型硅 二氧化硅保二氧化硅保 护层护层 底座底座 N型硅型硅 金锑合金锑合 金金 铝合金铝合金 小球小球 PNPN结结 32 R E ID I ID E I反 反 电流不电流不 为零为零 R

5、 33 I/mA U/VO 死区死区 UT 34 I/mA U/VO IS UBR 死区死区 UT 35 36 I/mA U/VO IS UBR 死区死区 UT 归纳归纳 37 ui tO uO tO ui + - uO - + + RL 38 I/mA U/VO IS UBR 硅硅几几 A 锗锗几十几十 几百几百 A 硅管的温度稳硅管的温度稳 定性比锗管好定性比锗管好 39 C PN + + R ui M 40 41 Io Uo - + UD -+ R UE I D 例例1-3-1分别用二极管理想模型和恒压降模型分别用二极管理想模型和恒压降模型 求出求出 IO 和和 UO 的值。的值。 IO

6、 = E / R = 6 / 6 = 1 (mA) UO = E = 6 V UO = E UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA) 解解: 1.1.理想模型理想模型 2.2.恒压降模型恒压降模型 6 V 6K 42 uO tO 整流：整流： 已知：二极管理想化已知：二极管理想化 求：求：uO波形波形 ui + - （二）二极管应用举例（二）二极管应用举例 ui tO uO - + + 分析思路 RL 43 . .检波作用：检波作用：从载波信号中检出从载波信号中检出 音频信号。音频信号。 ui + - uO - + + RLC

7、 旁路高频信号旁路高频信号 载波信号经二极管载波信号经二极管 后负半波被削去后负半波被削去 检出音频信号检出音频信号 t t t 44 . .限幅：限幅： 5 ui t o 3.7 + - + - uiuO - + + uO t o 3.7 已知：已知： 二极管导通管压降二极管导通管压降UD0.7V 求：求：uO波形波形 tVu i sin5 45 分析思路 46 实验一、二极管的限幅作用实验一、二极管的限幅作用 EDA 实验实验 链接链接EDA1 47 二极管限幅电路二极管限幅电路 EDA 实验实验 48 EDA 实验实验 限幅作用。限幅作用。 电路情况电路情况输出波形输出波形 无限幅电路无

8、限幅电路 去掉去掉1V1V的限幅电的限幅电 路路 去掉去掉2V2V的限幅电的限幅电 路路 49 uA uB uO 已知已知: : 求：求： . .钳位与隔离钳位与隔离 -12V R F A B 50 （1） uA与与uB为相同电平时为相同电平时， DA、DB均导通。均导通。 -0.4V 0.3V 0.3V3V 3V 2.3V 分析思路 -12V R uA uB uO F A B 51 0.3V 3V 2.3V （2） uA与与uB为不同电为不同电 平时：平时： 二极管箝位作用二极管箝位作用 分析思路 隔离隔离 -12V R uA uB uO F A B 53 （一）（一）稳压作用稳压作用 工作

9、在工作在 （二）稳压管符号（二）稳压管符号 阳极阳极阴极阴极 UZ IZ IZmax IZ UZ Dz U/V I/mA O 54 ( (三三) )应用应用 + UI - UOUZ + - UI增加增加, ,UO基基 本不变本不变, ,增加量由增加量由 R承担承担 。 限流电阻限流电阻 调节电阻调节电阻 R D RL Uo = UZ 55 实验二、稳压管的稳压作用实验二、稳压管的稳压作用 EDA 实验实验 链接链接EDA2 56 EDA 实验实验 稳压电路稳压电路 57 L变化 变化,UO基本不变。基本不变。 EDA 实验实验 R uo 1 1k5%5%7.024V7.024V 1 1k80%

10、80%6.916V6.916V 58 O I/mA U/V Z Z I U 4.4.动态电阻动态电阻 rZ ： 愈愈 小稳压效果好。小稳压效果好。 IZmax 3.3.最大耗散功耗：最大耗散功耗： PZM= UZ IZmax 59 UZ56V 正温度系数正温度系数 UZ56V 负温度系数负温度系数 5VUZ6V 温度系数最小温度系数最小 例：例：2CW15的的U=0.07%/ 温度提高，稳温度提高，稳 定电压增加定电压增加 O I/mA U/V IZmax 60 归纳归纳 二极管二极管 1.1.二极管的特性：二极管的特性： 2.2.特性曲线：特性曲线： 3.3.应用：应用： 4.4.二极管的主

11、要参数。二极管的主要参数。 二极管的结电容。二极管的结电容。 5.5.稳压管：稳压管：二极管二极管 阳极阳极 阴极阴极 PN PNN 是什么是什么? 63 b c e NPN型型 N N P 64 P P N PNP型型 65 几百微米几百微米 几微米几微米 eb c 66 67 68 链接动画片链接动画片 69 e b uCE 输出端口输出端口 + - uBE 输入端口输入端口 + - 70 + - UCB + - UCE + - UBE N N P b e c NP b c e RB EB + - RC + - EC RC RB + - EC EB + - 71 + - UCB + - U

12、CE + - UBE P P N b e c RB RC + - EC RC RB b c eEB + - + - EC EB + - 72 VCVbVe VCVbVe UBE 硅硅0.60.8V 锗锗0.10.3V UCB UCEUCB UBE UCE + - UCB + - UCE + - UBE b c e RC RB + - EC EB + - 73 IB IE IC RC RB EB + - + - EC mA mA A 74 IB IE IC IC、 IB流入流入， IE流出流出 IC、 IB流出流出， IE流入流入 RC RB + - EC EB + - 75 IB(mA) 0

13、-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 （1）IE=IB +IC （2）ICIB IE IC 结论 符合基尔霍夫电流定律符合基尔霍夫电流定律 76 测量数据测量数据 IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 （3）I B 与与IC的比例为常数的比例为常数 35 020 700 B C . . I I 35 040 501 B C . . I I

14、B C I I 77 测量数据测量数据 IB(mA) 0 -0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 (4) I B微小变化引起了微小变化引起了IC较大变化较大变化 40 020040 700501 B C . . I I B C I I 78 ICBO b c e P N N IB(mA)0-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 79 e b c P N N IB

15、(mA)0-0.004 0.020.040.06 IC(mA) 0.001 0.004 0.701.502.30 IE(mA) 0.001 00.721.542.36 ICEO 80 ui uBE变变 iE变变 iB小变化小变化 iC大变化大变化 uRC变变 将小信号放大将小信号放大 iB iE iC uBE ui EC + - RC EB + - RB uO 81 内部条件内部条件 放大的条件放大的条件 外部条件外部条件 iB iE iC uBE EC + - RC EB + - RB ui 82 BE BCBOBC BCE )1( )1( II IIII III B C I I B C I

16、 I 83 EC c极极 b极极 e极极 N P N c结结 e结结 RB B EB B RC 84 1.1.发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子 85 EC c极极 b极极 e极极 N P N c结结 e结结 RB B EB B RC ICBO IC IB IE I CN I BN I EN 86 载载流子运动形成的电流流子运动形成的电流 BCCBOBNCBOCNE IIIIIII 87 EC RC EB RB c极极 b极极 e极极 N P N c结结 e结结 IB IC IE I EN I CN ICBO I BN uo ui + - 88 EC RC RB c极极 b极极 e极极

17、N P N c结结 e结结 IEN ICN ICBO IBN IC IE IB uo ui + - 89 BCE III 复合复合收集收集发射发射 B C I I 90 3.5V 2.8V 12V 类型：类型： 材料：材料： 电极：电极： + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c eUBE 解题思路 91 3.5V 2.8V 12V 管型晶体管是SiNPN UVU BE 7 . 08 . 25 . 3 12 VCVBVE BEC 92 IB IC UCE + - + - UBE EB + - RB RC + - EC A mA V V 93

18、 e结相当一个二结相当一个二 极管极管,但要受输但要受输 出出UCE的影响的影响 UCE 1V IB/mA UBE/VO UCE=3V UCE=0V 常常数数 CE )( BEB U UfI IB/mA UBE/VO IB IC UCE + - + - UBE RB RC + - EC EB + - A mA V V 近似重合近似重合 94 常常数数 B )( CEC I UfI IB IC UCE + - + - UBE RB RC + - EC EB + - A mA V V IB1=0 IB2=20A IB3=40 IB4=60 IB5=80 IB6=100 0 UCE/V IC/mA

19、1 2 3 4 36912 95 IB1=0 IB2=20A IB3=40 IB4=60 IB5=80 IB6=100 0 UCE/V IC/mA 1 2 3 4 36912 96 IB IC uCE IC 0 IB=0A 20A 40A 60A UCE/V IC/mA 36912 1 2 3 4 40 A4060 A5 . 13 . 2 B C m I I 曲线间距反映曲线间距反映 电流放大系数电流放大系数 97 0 UCE/(V) IC/(mA) IC1 IB1 IC2 IB2 IB IC UCES饱和压降饱和压降 98 放大区放大区饱和区饱和区截止区截止区 e结结正向偏置正向偏置 正向偏

20、置正向偏置反向偏置反向偏置 c结结反向偏置反向偏置 正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置 UCE= UCB+ UBE UCB为负，由为负，由 反向偏置反向偏置转为转为正向偏置。正向偏置。 UCB为零；为零； + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 99 UCE= UCB+ UBE UCE UBE，UCB为负。为负。 + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 100 放大区放大区饱和区饱和区截止区截止区 e结结正向偏置正向偏置 正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置 c结结反向偏置反向偏置 正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置 e结结c结均反向偏置。结均反向偏置。 + - UCB + - UCE + - UBE EB + - EC + - RC RB b c e 硅管硅管UBEICEO时）时） 2.2.极间反向电流极间反向电流ICBO，ICEO 衡量衡量 102 CBOCEO )1(II ICBO 不超过不超过100 尽可能小尽可能小 + - EC + - EC A ICEO A 少数载流子少数载流子 随温度增高随温度增高 而增大。而增大。 103 放大能力放大能力 常数 CE B C U I I ( (二二) ) 交流参数交流参数 104 ( (三三) ) 极限参数极限参数IC