第一章 文献信息检索概述

1、第四章 半导体二极管和三极管4.2 半导体二极管一、二极管的组成一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数五、稳压二极管五、稳压二极管 一、二极管的组成将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管 一、二极管的组成点接触型：结面积小，点接触型：结面积小，结电容小，故结允许结电容小，故结允许的电流小，最高工作的电流小，最高工作频率高。频率高。面接触型：结面积

2、大，面接触型：结面积大，结电容大，故结允许结电容大，故结允许的电流大，最高工作的电流大，最高工作频率低。频率低。平面型：结面积可小、平面型：结面积可小、可大，小的工作频率可大，小的工作频率高，大的结允许的电高，大的结允许的电流大。流大。 二、二极管的伏安特性及电流方程材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A)(ufi 开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压mV)26( ) 1e (TSTUIiUu常温下温度的温度的电压当量电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的

3、电流与其端电压的关系称为伏安特性。从二极管的伏安特性可以反映出：从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性单向导电性TeSTUuIiUu，则若正向电压) 1e (TSUuIi2. 伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向特性为正向特性为指数曲线指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线增大增大1倍倍/10STIiUu，则若反向电压三三. . 二极管的等效模型电路二极管的等效模型电路（1）理想模型）理想模型图图1.2.5 二极管

4、的理想等效模型二极管的理想等效模型正偏时：正偏时：uD=0,RD=0;反偏时：反偏时：iD=0, RD= 。 相当于一理相当于一理想电子开关。想电子开关。HomeNextBackHomeNext（2）恒压降模型）恒压降模型Back 正偏时：正偏时：uD=Uon,RD=0; 反偏时：反偏时：iD=0, RD= 。 相当于一理相当于一理想电子开关想电子开关和恒压源的和恒压源的串联。串联。图图1.2.6 二极管的恒压降等效模型二极管的恒压降等效模型五五. .二极管基本电路及模型分析法二极管基本电路及模型分析法（1）二极管的直流工作情况分析二极管的直流工作情况分析ID+VD-R 10K +VDD20V

5、ID+VD-R 10K +VDD20VID+VD-R 10K +VDD20V+Von(a) 原电路原电路(b) 理想模型电路理想模型电路(c) 恒压降模型电路恒压降模型电路图图1.2.9 例例1.2.1的电路图的电路图解：解：（1）理想模型，）理想模型，VD=0，则则mAKRVVIDDDD210020（2）恒压降模型）恒压降模型VD=0.7V ，则则mAKRVVIDDDD93. 1107 . 020例例1.2.1 求图求图1.2.9（a）所示电路的硅二极管电流）所示电路的硅二极管电流ID和电压和电压VD。HomeNext（2）二极管限幅电路二极管限幅电路Backvit0Vi VR时，二极管导通

6、，vo=vi。Vi VB VE；对于对于PNP管，管， VE VB VC。二、晶二、晶体管内部载流子的运动（如体管内部载流子的运动（如图图图图图图1.3.31.3.31.3.3所示）所示） 发射区：发射载流子；集电区：收集载流子；基区：传发射区：发射载流子；集电区：收集载流子；基区：传送和控制载流子送和控制载流子 以上看出，三极管内有两种载流子以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参参与导电，故称为双极型三极管。或与导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用IB= IBN

7、 +IEP-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIEP三、晶体管的电流分配关系三、晶体管的电流分配关系IE= IEN +IEP= ICN+ IBN+ IEP IE= IB +ICICN与与IB 之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。BCCBOBCBOCBCNIIIIIIII四、晶体管的共射四、晶体管的共射电流放大系数电流放大系数CEOBCBOBCIIIII)1 (BCIIBEII)1 (晶体管的共基晶体管的共基电流放大系数电流放大系数

8、ECNIIECBOECIIII11或BCiiECii3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路一、一、输入特性曲线输入特性曲线UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.8V,锗锗管管UBE 0.10.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。常数CEUBEBufi)(二、二、输出特性曲线输出特性曲线IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满

9、足IC= IB称为称为线性区（放线性区（放大区）。大区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。常数BICECufi)(IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE0.5V称为饱和区。称为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏

10、，集电结反偏。即：即：UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 三极管的三种工作状态工作状态 NPN PNP 特点截止状态E结、C结反偏; VB VE ; VB VE ;VB VC C0 放大状态E结正偏、C结反偏；VCVBVEE结正偏、C结 反偏;VCVBVE ; VBVCE结、C结正偏; VBVE ;VBVbVe放大放大VcVb VBVE，PNP管：管：VEVBVC；（；（2）导通电压：硅管）导通电压：硅管|VBE|= 0.60.7V，锗管，锗管|VBE|= 0.20.3V，。为为基基极极，为为发发射射极极，为为集集电电极极锗锗管管，为为按按照照同同样样方方法法，可可

11、判判断断硅硅管管。，故故该该管管为为于于是是且且该该管管为为硅硅管管为为集集电电极极，为为发发射射极极而而又又为为基基极极解解：bzeycxPNPbNPNVVVcyezVVVVVVVbxVVVaebcyxzxzxy)(,7 .03 .5,7 .0)( HomeNextBack 例例1.3.2 已知已知NPN型硅管型硅管T1 T4 各电极的直流电位如表各电极的直流电位如表1.3.1所示，试确定各晶体管的工作状态。所示，试确定各晶体管的工作状态。晶体管晶体管T1T2T3T4VB/V0.71-10VE/V00.3-1.70VC/V50.7015工作状态工作状态提示：提示： NPN管（管（1）放大状态

12、：）放大状态：VBE Von, VCE VBE; （2）饱和状态：饱和状态： VBE Von, VCE VBE; （3）截止状态：）截止状态： VBE Von表表1.3.1放大放大饱和饱和放大放大 截止截止例：例： =50， U =12V， RB =70k ， RC =6k 当当UBB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当UBB = -2V时：时：ICUCEIBURBUBBCBERCUBEmA2612maxCCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 例：例： =50， U=12V， RB

13、=70k ， RC =6k 当当UBB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC Icmax(=2 mA)， Q位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是已不是 的关系的关系）mA061.0707 .05BBBEBBRUUI5mA03mA061050.IIBC前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII_工作于动态的三极管，真正的信

14、号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放交流电流放大倍数大倍数为：为：BIIC1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =2.集集- -基极

15、反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。BECNNPICBOICEO= (1+ ) ICBO IEP ICBOICBO进入进入N区，形成区，形成IEP根据放大关系，根据放大关系，由于由于ICBO的存的存在，必有电流在，必有电流 ICBO 。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极三极

16、管的温度特性较管的温度特性较差差。4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。VuCE1CECCMuiP6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流

17、集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区7. 特征频率特征频率fT 电流放大系数下降到电流放大系数下降到1时的信号频率称为时的信号频率称为特征频率。特征频率。1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响 一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响 实验证明，温度每升高实验证明，温度每升高10， ICBO增加约一倍；增加约一倍；反之，当温度降低时反之，当温度降低时ICBO减小。另外，硅管比锗减小。另外，硅