第二极管和晶体管

1、第章二极管和晶体管第1页，共57页。 第第1414章章 二极管和晶体管二极管和晶体管返回返回第2页，共57页。晶体管的诞生晶体管的诞生 1947年年12月月16日日 威廉威廉邵克雷（邵克雷（WilliamShockley） 约翰约翰巴顿（巴顿（JohnBardeen） 沃特沃特布拉顿（布拉顿（WalterBrattain） 成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管，成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管，开辟了电子技术的新纪元开辟了电子技术的新纪元;1950年，威廉年，威廉邵克雷邵克雷开发出双极晶体管开发出双极晶体管（BipolarJunctionTransistor），就是现在通），就是现在通用的

2、标准的晶体管。用的标准的晶体管。 第3页，共57页。晶体管的作用晶体管的作用 晶体管是当今数字世界的构建模块，被认晶体管是当今数字世界的构建模块，被认为是为是20世纪最伟大最重要的发明之一。从最早世纪最伟大最重要的发明之一。从最早被人们熟知的半导体，到如今随处可见的手机、被人们熟知的半导体，到如今随处可见的手机、随身听、随身听、DVD、各种便携式存储器、电视、电、各种便携式存储器、电视、电脑等。只要您能想得到的电子产品，几乎都运脑等。只要您能想得到的电子产品，几乎都运用了晶体管技术。用了晶体管技术。 英特尔公司董事长贝瑞特博士在庆祝晶体英特尔公司董事长贝瑞特博士在庆祝晶体管诞生管诞生60周年时

3、表示。周年时表示。“晶体管太有魅力了！晶体管太有魅力了！它改变了世界，改变了我们每个人的生活、学它改变了世界，改变了我们每个人的生活、学习和工作方式。在人类发展的路程上，晶体管习和工作方式。在人类发展的路程上，晶体管是我们是我们最好的朋友最好的朋友。”第4页，共57页。目目 录录第5页，共57页。第6页，共57页。14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间的间的 物质。物质。半导体的导电特性：热敏特性半导体的导电特性：热敏特性 光敏特性光敏特性 掺杂特性掺杂特性第7页，共57页。第8页，共57页。 应用最多的

4、本征半应用最多的本征半导体为锗和硅，它们各导体为锗和硅，它们各有四个价电子，都是四有四个价电子，都是四价元素价元素.硅的原子结构硅的原子结构14.1.114.1.1 本征半导体本征半导体第9页，共57页。14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体第10页，共57页。 纯净的半导体其所有的原子基本上整齐排列，形成晶体结构，所以半导体也称为晶体 晶体管名称的由来 本征半导体晶体结构中的共价健结构本征半导体晶体结构中的共价健结构SiSiSiSi共价键共价键价电子价电子14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体第11页，共57页。14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体 共价键中的

5、电子在共价键中的电子在获得一定能量后，获得一定能量后，即可挣脱原子核的即可挣脱原子核的束缚，成为自由电束缚，成为自由电子子同时在共价键中同时在共价键中留下一个空穴。留下一个空穴。空穴空穴SiSiSiSi自由自由电子电子第12页，共57页。热激发与复合达到动态平衡热激发与复合达到动态平衡 由于受热或光照由于受热或光照产生自由电子和产生自由电子和空穴的现象空穴的现象- 热激发热激发14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体 自由电子在运自由电子在运动中遇到空穴后，动中遇到空穴后，两者同时消失，两者同时消失，称为复合现象称为复合现象SiSiSiSi自由电子空穴第13页，共57页。半导体导电方式

6、半导体导电方式载流子载流子自由电子和空穴自由电子和空穴温度对半导体器件性温度对半导体器件性能的影响很大。能的影响很大。14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体SiSiSiSi价电子空穴 当半导体两端加当半导体两端加上外电压时，自由上外电压时，自由电子作定向运动形电子作定向运动形成电子电流；而空成电子电流；而空穴的运动相当于正穴的运动相当于正电荷的运动电荷的运动第14页，共57页。第15页，共57页。 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子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第16页，共57页。 Si Si Si S

7、iB硼原子硼原子空穴空穴第17页，共57页。14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体 注意：注意：不论不论N型半导体还是型半导体还是P型型半导体，虽然它们都有一种载流半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但是整个晶体仍然是子占多数，但是整个晶体仍然是不带电不带电的。的。第18页，共57页。第19页，共57页。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区第20页，共57页。PN 结变窄结变窄 P接正

8、、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+第21页，共57页。 内电场被加强，内电场被加强，少子的漂移加强，少子的漂移加强，由于少子数量很由于少子数量很少，形成很小的少，形成很小的反向电流。反向电流。IR+ PNPN结呈现高阻状态，通过结呈现高阻状态，通过PNPN结的电流是少子的漂移电流结的电流是少子的漂移电流 -反向电流反向电流特点特点: : 受温度影响大受温度影响大原因原因: : 反向电流是靠热激发产生的少子形成的反向电流是靠热激发产生的少子形成的第22页，共57页。14.2.1 PN14.2.1 PN结的形成结的形成扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散

9、强扩散强漂移运动增强漂移运动增强内电场增强内电场增强两者平衡两者平衡PNPN结宽度基本稳定结宽度基本稳定外加外加电压电压平衡平衡破坏破坏扩散强扩散强漂移强漂移强PNPN结导通结导通PNPN结截止结截止第23页，共57页。14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性结结 论论 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1） PN结加正向电压时，处在导通状态，结结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。电阻很低，正向电流较大。（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。阻很高，反向电流很小。第24页，共57页。阴极引线阴极引线阳

10、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 ) 平面型平面型触丝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线( b ) 面接触型面接触型 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第25页，共57页。第26页，共57页。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+第27页，共57页。14.3.3 伏安特性的折线化U0U0US第28页，共57页。第29页，共57页。定性

11、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，第30页，共57页。例例1：D6V12V3k BAUAB+14.3.5 14.3.5 应用举例应用举例第31页，共57页。14.3.5 14.3.5 应用举例应用举例 例例2: 图中电路，输入端图中电路，输入端A的电位的电位VA=+3V，B的电位的电位VB=0V，求输出端求输出端Y的电位的电位VY。电阻。电阻R接负电源接负电源-12V。VY=+2.7V解：解：DA优先导通，优先导通， DA导通后，导通后， DB上加的是反向电压，因而截上加的是反向电压，因而截止。止。DA起钳位作用，起钳

12、位作用， DB起隔离作用。起隔离作用。-12VAB+3V0VDBDAY第32页，共57页。V sin18itu t 第33页，共57页。 UZUZIZIZM IZ_+UIO 一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电路中与适当数一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电路中与适当数值的电阻相配合能起稳定电压的作用。值的电阻相配合能起稳定电压的作用。 第34页，共57页。ZZ ZIUr第35页，共57页。例题：例题：U0+_UUZR稳压管的稳压作用稳压管的稳压作用当当UUZ时时,稳压管击穿稳压管击穿RUUIZZ此时此时选选R，使，使IZIZM第36页，共57页。14.5 14.5 晶体管晶体管14.

13、5.1 14.5.1 基本结构基本结构14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理14.5.3 14.5.3 特性曲线特性曲线14.5.4 14.5.4 主要参数主要参数结构结构平面型平面型 合金型合金型 NPN PNP第37页，共57页。14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构发射结集电结BNNP发射区基区 集电区ECNNPBECCEB第38页，共57页。发射结集电结BPPN发射区基区 集电区ECPPNBECCEB14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构第39页，共57页。第40页，共57页。EEBRBRC第41页，共57页。ICECAmAmAIBIERB+_EB

14、BCE3DG6共发射极接法第42页，共57页。（1） IE = IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。符合基尔霍夫电流定律。（2） IE和和IC比比IB 大的多。大的多。（3）当）当IB = 0（将基极开路）时，（将基极开路）时， IE = ICEO， ICEO0.001mA第43页，共57页。BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO第44页，共57页。ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略第45页，共57页。 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子

15、内部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，是分析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。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第46页，共57页。IC共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路EBmA AVUCEUBERBIBECV+第47页，共57页。常数常数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO第48页，共57页。IB=020 A40 A60 A80 A100 A常数常数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区第49页，共57页。O第50页，共57页。 BCII_ BCII 第51页，共57页。53704051BC.II 400400605132BC .II 第52页，共57页。ICBO A+EC AICEOIB=0+第53页，共57页。ICEO=IC|IB=0穿透电流穿透电流ICEO与与ICBO的关系