二极管和晶体管N

1、14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）导电能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）称为称为半导体半导体。半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有。半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。 +14284Si硅原子结构示意图硅原子结构示意图+3228 18Ge锗原子结构示意图锗原子结构示意图4原子结构示意图原子结构示意图+4硅、锗原子硅、锗原子的简化模型的简化模型最常用的半导体材料最常用的半导体材料锗锗硅硅共价健共价健价电子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4

2、 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子在在外外电电场场作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U电电子子运运动动形形成成电电子子电电流流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U价电子填价电子填补空穴而补空穴而使空穴移使空穴移动，形成动，形成空穴电流空穴电流N(negative) Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常

3、温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子（如磷、砷）（如磷、砷）P(positive) Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +以以N型半导体为基片型半导体为基片通过半导体扩散工艺通过半导体扩散工艺 PN结的形成结的形成使半导体的一边形成使半导体的一边

4、形成N型区，另一边形成型区，另一边形成P型区。型区。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -(1) 在浓度差的作用下，电子从在浓度差的作用下，电子从 N区向区向P区扩散。区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P-

5、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -(2) 在浓度差的作用下，空穴从在浓度差的作用下，空穴从 P区向区向N区扩散。区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -(1) 在浓度差的作用下，电子从在浓度差的作用下，电子从 N区向区向P区扩散。区扩

6、散。在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在P区和区和N区交界区交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子形成空间电荷区。面上，留下了一层不能移动的正、负离子形成空间电荷区。结果结果N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -空间电荷层空间电荷层即即PN结结b. PN结的厚度一定（约几个微米）结的厚度一定（约几

7、个微米）a. 流过流过PN结的净电流为零结的净电流为零PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+正向导通正向导通 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+反向截止反向截止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

8、极引线( b ) 面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+)1e (S TUuIi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 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUr晶体管的结构晶体管的结构(a)平面型；平面型； (b)合金型合金型BEP型硅型硅N型硅型硅二氧化碳保护膜二氧化碳保护膜铟球铟球N型锗型锗N型硅型

9、硅CBECPP铟球铟球(a)(b)(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCENNPBCEPPNBEEBRBRC晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100 符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶体管；型晶体管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE 电流方向和发射结与集电结的极性电流方向和发射结与集电结的极性(b) PNP 型晶体管型晶体管1）发射区向基区扩散电子；2）电子

10、在基区扩散和复合；3）集电区收集从发射区扩散过来的电子。BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线常常数数 CE

11、)(BEBUUfI3DG100晶体管的晶体管的输入特性曲线输入特性曲线O0.40.8IB/ AUBE/VUCE1V60402080常数常数 B)(CECIUfI 共发射极电路共发射极电路ICEC=UCCIBRB+ UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =03DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线 在不同的在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管下，可得出不同的曲线，所以晶体管的的输出特性曲线输出特性曲线是一组曲线。是一组曲线。常数常数 B)(CECIUfI 晶体管有三种工作

12、状态，因而晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线输出特性曲线分为分为三个工作区三个工作区3DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0对对 NPN 型管型管而言而言, 应使应使 UBE 0, UBC UBE。IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0对对NPN型硅管，当型硅管，当UBE0.5V时时, 即已即已开始截止开始截止, 为使晶体为使晶体管可靠截止管可靠截止 , 常使常使 UBE 0。截止

13、时截止时, 集集电结也处于反向偏电结也处于反向偏置置( (UBC 0),),此时此时, IC 0, UCE UCC 。IB = 0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。IB = 0 时时, IC = ICEO( (很小很小) )。(ICEOIC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0 IC UCC/RC 。 当当 UCE 0) )，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。 当晶体管饱和时，当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管

14、间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。作用外，还有开关作用。三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路becbec截止截止状态状态饱和饱和状态状态VCCiBiCbVI(VO )M+-RC+-RBiCcevCEN 0 0.1 0.5 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3硅管硅管( (NPN) )锗管锗管( (PNP) ) 可靠截止可靠截止开始截止开始截止 UBE/V UBE/VUCE/V UBE/V 截截 止止 放大放大 饱和饱和 工工 作作 状状 态态 管管 型型晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值晶体管三种工作状态的电压和电流晶体管三种工作状态的电压和电流(a)放大放大+ UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB