电工电子技术-9

1、第九章第九章 常用半导体器件常用半导体器件 第一节第一节 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 第三节第三节 特殊二极管特殊二极管 第四节第四节 晶体管晶体管第一节第一节 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 半导体基本知识半导体基本知识 PN结结一、半导体的导电特点一、半导体的导电特点1.半导体材料半导体材料 物质分为导体、半导体、物质分为导体、半导体、绝缘体，半导体是绝缘体，半导体是4价元素。价元素。 半导体材料的特点：半导体材料的特点： 半导体的导电能力受光和热影响半导体的导电能力受光和热影响 T 导电能力导电能力 光照光照导电能力导电能力 纯净的

2、半导体掺入杂质导电性会大大增强。纯净的半导体掺入杂质导电性会大大增强。 +4+4 纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。半导体。本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子 自由电子自由电子 () 空空 穴穴 （+）2. 本征半导体本征半导体空穴与电子成对出现并可以复合。空穴与电子成对出现并可以复合。3. 杂质半导体杂质半导体 N型半导体型半导体掺五价元素，如磷，自掺五价元素，如磷，自由电子数多于空穴数，由电子数多于空穴数，自由电子数是多子。自由电子数是多子。 P型半导体型半导体 掺三价元素，如硼，掺三价元素，如硼， 空穴数多于自由电子空穴数多于自由电子数

3、，空穴是多子。数，空穴是多子。4扩散电流与漂移电流扩散电流与漂移电流载流子由于浓度差异而形成运动所产生的电流载流子由于浓度差异而形成运动所产生的电流叫叫扩散电流。扩散电流。在电场作用下，载流子定向运动而形成的电流在电场作用下，载流子定向运动而形成的电流叫叫漂移电流。漂移电流。 1. PN结的形成结的形成二二、 PN结结扩散运动扩散运动空间电荷区空间电荷区削弱内电场削弱内电场漂移运动漂移运动内电场内电场动态平衡动态平衡 P内电场内电场电荷区空间电荷区空间扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动N 外电场方向与内电场方向相反外电场方向与内电场方向相反 空间电荷区空间电荷区(耗尽层耗尽层)变薄变薄 扩散漂移

4、扩散漂移 导通电流很大导通电流很大 ,呈低阻态呈低阻态 2. PN结的单向导电性结的单向导电性PN内电场内电场外电场外电场 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏） P（+） N（）（） 外电场与内电场相同外电场与内电场相同耗尽层加厚耗尽层加厚 漂移扩散漂移扩散形成反向电流形成反向电流IR，很小。呈高阻态，很小。呈高阻态N P 内电场内电场 外电场外电场 加反向电压（反偏）加反向电压（反偏）P（）（） N（+） PN结正偏，导通；结正偏，导通；PN结反偏，截止结反偏，截止第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参

5、数一、半导体二极管的伏安特性一、半导体二极管的伏安特性+P区阳极区阳极N区阴极区阴极 阳极阳极阴极阴极 1. 正向特性正向特性死区电压死区电压 硅管硅管 0.5V 锗管锗管 0.1V 正向导通电压正向导通电压 硅管硅管 0.7V 锗管锗管 0.3Vi (mA)u (V)反向击穿电压反向击穿电压死区死区GeSi 2. 反向特性反向特性 反向饱和电流很反向饱和电流很小，可视为开路，小，可视为开路，反向电压过高，电反向电压过高，电流急增，二极管发流急增，二极管发生击穿。生击穿。导通电压导通电压VD二、半导体二极管的主要参数二、半导体二极管的主要参数1. 最大整流电流最大整流电流 IF 二极管允许通过

6、的最大正向平均电流。二极管允许通过的最大正向平均电流。2. 最高反向工作电压最高反向工作电压 URM 保证二极管不被击穿允许加的最大反向电保证二极管不被击穿允许加的最大反向电压。压。3. 最大反向饱和电流最大反向饱和电流 IR 室温下，二极管加最高反向电压时的反室温下，二极管加最高反向电压时的反向电流，与温度有关。向电流，与温度有关。 例：如图，例：如图，E5V，二极管正向压降忽略不计，二极管正向压降忽略不计，画出画出 uo波形。波形。EVDuiuO10ui (V)tui E VD导通导通 uo = ui5uOt5 利用二极管的单向导电性可对输出信利用二极管的单向导电性可对输出信号起限幅作用。

7、号起限幅作用。例：例：二极管组成电路如图，设二极管导通电压为二极管组成电路如图，设二极管导通电压为0.3V，试求输出电压，试求输出电压UF 。+3VUF12VR0VVD1VD23 0 12VVD1率先导通，率先导通， UF30.32.7VVD2截止截止解：解：第三节第三节 特殊二极管特殊二极管 稳压管稳压管 稳压管是一种特殊的二极管，具有稳定稳压管是一种特殊的二极管，具有稳定电压的作用。电压的作用。 稳压管工作于反向击穿稳压管工作于反向击穿区。区。 特点：电流变化大，电特点：电流变化大，电压变化小。压变化小。一、稳压原理一、稳压原理稳压管：）加正向电压时同二极管稳压管：）加正向电压时同二极管

8、）加反向电压时使其击穿后稳压）加反向电压时使其击穿后稳压i (mA)u (V)反向击反向击穿电压穿电压VS 稳定电压稳定电压UZ正常工作下，稳压管两端电压。正常工作下，稳压管两端电压。 同一型号的稳压管分散性较大。同一型号的稳压管分散性较大。 稳定电流稳定电流 IZ 正常工作下的参考电流。正常工作下的参考电流。 大小由限流电阻决定。大小由限流电阻决定。 动态电阻动态电阻rZ rZ =U/ /I rZ 越小，稳压效果越好。越小，稳压效果越好。二、稳压管参数二、稳压管参数例：例：如图，已知如图，已知UZ=10V，负载电压，负载电压UL（ ） （）（） 5 （）（）10 （）（）15 （）（）20温

9、度系数温度系数u 温度改变温度改变1，稳压值改变的百分比。，稳压值改变的百分比。 其值可正，可负。其值可正，可负。 AVS20V15K5KUL例：例：已知已知ui = 6sint，UZ =3V，画输出波形。，画输出波形。 稳压管的工作条件稳压管的工作条件（）必须工作在反向击穿状态（）必须工作在反向击穿状态（）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不（）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不超过允许范围。超过允许范围。VS uiuO6ui (V)t3uOt3第四节第四节 晶体管晶体管 晶体管的基本结构和类型晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线晶

10、体管的特性曲线 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 温度对晶体管的影响温度对晶体管的影响一、一、晶体管的基本结构和类型晶体管的基本结构和类型基区基区集电区集电区发射区发射区基极基极集电极集电极发射极发射极集电结集电结发射结发射结NPN型型VTPNP型型特点：发射区参杂浓度很大，特点：发射区参杂浓度很大， 基区薄且浓度低，基区薄且浓度低， 集电结面积大。集电结面积大。 VT二、晶体管的电流分配和放大原理二、晶体管的电流分配和放大原理放大条件放大条件（）内部特点决定（）内部特点决定发射区产生大量载流子发射区产生大量载流子 基区传送载流子基区传送载流子 集电区收集载流子集电区收集载流子（）外部条件（）

11、外部条件发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏UUUNPNEBC UUUPNPEBC IEICIBRBRCEBECNNP发射区电子发射区电子发射结正偏发射结正偏 利于发射区利于发射区发射电子发射电子基区基区集电结反偏集电结反偏利于集电区利于集电区收集电子收集电子 集电区集电区2. 电流分配电流分配IBRBEBICRCECIIICBE IE基极电流很小的变化，基极电流很小的变化，将引起集电极电流一个将引起集电极电流一个很大的变化。很大的变化。IIBC IIBC 直流放大系数直流放大系数交流放大系数交流放大系数 1. 输入特性曲线输入特性曲线 三三、三极管特性曲线三极管特性曲线IBf (UB

12、E) UCE =常数常数 IB (A)UBE (V)UCE=0UCE1 发射结、集电发射结、集电结正偏，两个二极管正向结正偏，两个二极管正向并联。并联。0UCE 集电结反偏，集电结反偏，IB 减小减小 UCE 1 IB 变化很小，与变化很小，与 UCE = 1 曲线曲线重合。重合。1UCE 2输出特性曲线输出特性曲线常常数数 ICECB)U(If饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区 截止区截止区IB0 ，IC0 ，UBE0 发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。 放大区放大区 ICIB 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。 饱和区饱和区 UCEUBE ，发射结、集电结正偏

13、。，发射结、集电结正偏。 IC (mA)UCE (V)IB0IB20IB40IB60IB802极间反向电流极间反向电流 ICBO：发射极开路，基极与集电极间的反向：发射极开路，基极与集电极间的反向饱和电流，受温度影响大。饱和电流，受温度影响大。 ICEO：基极开路，集电极与发射极间的穿透：基极开路，集电极与发射极间的穿透电流。电流。IIBC I)(ICBOOEC 1四、三极管主要参数四、三极管主要参数1 放大倍数放大倍数 集电极最大电流集电极最大电流ICM IC ICM 集电极集电极发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压UCEO 基极开路，加在集电极和发射极间的最大基极开路，加在集电极和发射极间的最大允许工作电压。允许工作电压。 UCE UCEO 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM ICUCE PCM3极限参数极限参数五、温度对晶体管的影响五、温度对晶体管的影响 温度对温度对ICEO、ICBO的影响的影响 ICEO、 ICBO 随温度上升急剧增加，温度随温度上升急剧增加，温度每升高每升高10， ICBO约增加一倍。约增加一倍。 温度对锗管的影响比较大。温度对锗管的影响比较大。 温度对温度对 的影响的影响 温度增加，温度增加， 随之增加随之增加 。3. 温度对温度对 UBE 的影响的影响 温度增加，温度增加， UBE 随之减少随之减少 。 例：例：有三只三极管，分别为