第9章 半导体二极管和三极管

1、武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司1 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所1 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院电工电子技术基础主讲人：陈厚桂武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司2 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所2 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院第9章半导体二极管和三极管内容概要内容概要9.1半导体的导电特性半导体的导电特性9.2 二极管二极管 9.3 稳压二极管稳压二极管 9.4 晶体管晶体管 9.5 光电器件光电器件 武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司3 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所

2、3 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.1半导体的导电特性表1：导体、半导体和绝缘体的划分武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司4 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所4 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变改变( (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸等）。管、三极管和晶闸等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 ( (可做成各种可做成各种 光敏元件，如光敏电

3、阻、光敏二极管、光敏三光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等极管等) )。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成可做成 温度敏感元件，如热敏阻温度敏感元件，如热敏阻)。9.1半导体的导电特性武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司5 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所5 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 9.1.1本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构

4、共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子。价电子。 Si Si Si Si价电子价电子9.1半导体的导电特性武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司6 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所6 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）中留下一个空位，称为空穴（带正电）本征半导体的导电

5、机理本征半导体的导电机理 这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴 温度愈高，晶体中产生的自由温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。的运动（相当于正电荷的移动）。9.1半导体的导电特性武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司7 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所7 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 当半导体两端加

6、上外电压时，在半导体中将出现两部分电流当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1) 自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流 (2) 价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流 注意：注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差；其导电性能很差； (2) 温度愈高，温度愈高， 载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。 自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。 自由电子和自由电子和空穴成对

7、地产生的同时，又不断复合。在一定温度空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。定的数目。9.1半导体的导电特性武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司8 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所8 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.1.2N型半导体和 P 型半导体 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或称为电子半导体或N型半导

8、型半导体。体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余电子多余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电子失去一个电子变为正离子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。形成杂质半导体。 在在N 型半导体中自由电子型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数是多数载流子，空穴是少数载流子。载流子。武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司9 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所9 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 掺杂后空穴数目大量增加，掺杂后空穴数目大量

9、增加，空穴导电成为这种半导体的主要空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。型半导体。 掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在 P 型半导体中空穴是多型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子。B硼原子硼原子接受一个电子变为接受一个电子变为负离子负离子空穴空穴无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。9.1半导体的导电特性武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司10 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所10 武 汉 大 学

10、 电 气 工 程 学 院在浓度差的作用下，载流子从高浓度方向低浓度方扩散。在浓度差的作用下，载流子从高浓度方向低浓度方扩散。 由由NP NP 由由PNPNNP9.1.3 PN9.1.3 PN结及其单向导电特性结及其单向导电特性 2 2）交界处的物理过程）交界处的物理过程 1 1）结构示意图）结构示意图在交界面两边自由电子和空穴出现很大的浓度差，在浓度在交界面两边自由电子和空穴出现很大的浓度差，在浓度差的作用下，将产生一系列的物理过程。差的作用下，将产生一系列的物理过程。 多数载流子的扩散运动多数载流子的扩散运动 实用中是通过工艺的手段把实用中是通过工艺的手段把P P型和型和N N型半导体有机的

11、结合起型半导体有机的结合起来，形成一个所谓的来，形成一个所谓的PNPN结，它是现代电子技术迅速发展的物质结，它是现代电子技术迅速发展的物质基础。它是构成各种电子器件的最基本的积木块。基础。它是构成各种电子器件的最基本的积木块。 P P型和型和N N型半导体单独使用，仅起到电阻元件的作用，所以单个型半导体单独使用，仅起到电阻元件的作用，所以单个P P型和型和N N型半导体其使用价值仍然不大。型半导体其使用价值仍然不大。武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司11 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所11 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 当少数载流子越过交界到达彼区时

12、，与彼区的异性离子中当少数载流子越过交界到达彼区时，与彼区的异性离子中和，结果使内电场减弱，即阻挡层变薄，阻挡层变薄有利于扩和，结果使内电场减弱，即阻挡层变薄，阻挡层变薄有利于扩散运动的进行。散运动的进行。 载流子扩散到彼区，与那里的异性载流子中和而消失，载流子扩散到彼区，与那里的异性载流子中和而消失，而在交界处两边附近留下不能移动的离子。而在交界处两边附近留下不能移动的离子。 由此可见，载流子的扩散与漂移运动是一对相伴随而存在由此可见，载流子的扩散与漂移运动是一对相伴随而存在的一对矛盾。在一定的条件下二者达到动态平衡。的一对矛盾。在一定的条件下二者达到动态平衡。 由于正负离子不能移动，由于正

13、负离子不能移动， 空间电荷建立了一个电场，空间电荷建立了一个电场，即即内电场内电场。 这个仅有正负离子的区域称为这个仅有正负离子的区域称为空间电荷区空间电荷区。区。区域里没有载流子，故又称为域里没有载流子，故又称为耗尽层耗尽层，该区域很薄，该区域很薄，所谓所谓PNPN结就是指的耗尽层。结就是指的耗尽层。 内电场有内电场有阻止载流子的扩散运动阻止载流子的扩散运动性质。从这个意义上讲，性质。从这个意义上讲，空间电荷区又叫做空间电荷区又叫做阻挡层阻挡层。 内电场对多数载流子的扩散运动起阻碍作用，但对内电场对多数载流子的扩散运动起阻碍作用，但对少数载流子起推动作用，使之向彼区运动。可见少数载少数载流子

14、起推动作用，使之向彼区运动。可见少数载流子要作漂移运动。流子要作漂移运动。 所谓漂移运动，载流子在电场作用下的运动所谓漂移运动，载流子在电场作用下的运动。内电场形成及阻碍载流子扩散运动内电场形成及阻碍载流子扩散运动 载流子中和（耗尽）载流子中和（耗尽）NP空间电荷区空间电荷区内电场内电场（少数）载流子的漂移运动（少数）载流子的漂移运动武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司12 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所12 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院NP内电场R（2 2）PNPN结的单向导电性结的单向导电性 1 1）PNPN结的电阻结的电阻 在实用中，为了改变、控

15、制在实用中，为了改变、控制PNPN结的厚度，以改变和控制电阻的结的厚度，以改变和控制电阻的大小。常在大小。常在PNPN结上加上一定的外加电压，此称为给结上加上一定的外加电压，此称为给PNPN结设置偏置结设置偏置电压，简称偏置。电压，简称偏置。 由于空间电荷区中的载流子极少，故由于空间电荷区中的载流子极少，故PNPN结的电阻很大，与结的电阻很大，与P P区和区和N N区的体电阻相比要大的多，若在两端加电压，可认为其电区的体电阻相比要大的多，若在两端加电压，可认为其电压全部降落在压全部降落在PNPN结上。结上。2 2）导通的含义）导通的含义 PN PN结电阻的大小与空间电荷区的厚度有关，厚度越厚电

16、阻越结电阻的大小与空间电荷区的厚度有关，厚度越厚电阻越大，反之越小。所谓大，反之越小。所谓PNPN结的导通，是指结的导通，是指PNPN结呈现低电阻值结呈现低电阻值，反之，反之，称为截止称为截止。3 3）PNPN结的偏置结的偏置外电场外电场正向偏置反向偏置武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司13 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所13 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 PNPN结只有在结只有在正偏时才能导通正偏时才能导通的特性称的特性称PNPN结的单向结的单向导电特性。但要明确，导电特性。但要明确，截止并不意味电流为零，此时有截止并不意味电流为零，此时有少数载流

17、子的漂移而形成很小电流，此电流称少数载流子的漂移而形成很小电流，此电流称反向饱和反向饱和电流电流。用。用I Is s表示。表示。武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司14 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所14 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院1.1.伏安特性伏安特性ui死区死区反向反向正向正向UBRURWMI0M导通区导通区硅硅0.60.8V锗锗0.20.3V锗锗0.1V硅硅0.5V正向特性：正向特性： （3 3） PNPN结的伏安特性结的伏安特性2.2.技术参数技术参数齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿IS死区电压死区电压导通电压导通电压热击穿（破坏性）热击穿

18、（破坏性） 反向饱和电流反向饱和电流I Is s反向特性：反向特性： 击穿电压击穿电压 U U（BRBR） 电击穿（可逆）电击穿（可逆） 反向击穿反向击穿击穿区击穿区饱和区饱和区 武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司15 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所15 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院PNPN结的电容效应结的电容效应 所谓电容，存储电荷的容器。电容效应则表现为，电容所谓电容，存储电荷的容器。电容效应则表现为，电容上的电压变化时，电容器存储电荷的增减，即电容器的充放上的电压变化时，电容器存储电荷的增减，即电容器的充放电过程。电过程。 PNPN结的电容效应

19、，可从两个方面来理解：结的电容效应，可从两个方面来理解：PNPN结是一个空结是一个空间电荷区，相当于一个充电的平板电容器，此电容称间电荷区，相当于一个充电的平板电容器，此电容称结电容结电容，当当PNPN结加正向偏置电压时，多数载流子要进行扩散运动，于结加正向偏置电压时，多数载流子要进行扩散运动，于是将引起电荷的变化，此等效电容称为是将引起电荷的变化，此等效电容称为扩散电容扩散电容。 当当PNPN结偏置电压改变时，空间电荷也随之改变。因此，结偏置电压改变时，空间电荷也随之改变。因此，PNPN结有电容效应。结有电容效应。武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司16 武 汉 大 学 电

20、工 新 技 术 研 究 所16 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 (1) 在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。 (2) 在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。 (3) 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a. 减少、减少、b. 不变、不变、c. 增多）。增多）。abc (4) 在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。 （a.

21、电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流） ba9.1半导体的导电特性武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司17 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所17 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.2.1 基本结构(a) 点接触型点接触型(b)面接触型面接触型 结面积小、结结面积小、结电容小、正向电流电容小、正向电流小。用于检波和变小。用于检波和变频等高频电路。频等高频电路。 结面积大、正结面积大、正向电流大、结电容向电流大、结电容大，用于工频大电大，用于工频大电流整流电路流整流电路(c) 平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大

22、可小，用结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司18 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所18 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院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极引线( b ) 面接触型面接触型二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴

23、极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司19 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所19 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.2.2伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V锗管锗管0.1V反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电压二外加电压大于死区电压二极管才能导通。极管才能导通。 外加电压大于反向击穿电压二外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。极管被击穿，失去单向导电性。正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅0 0.60.8V锗锗0.20.3VUI死区电压死区

24、电压PN+PN+ 反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司20 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所20 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.2.3主要参数1最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压穿电压UBR的一半或三分之二。

25、二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。热而烧坏。3反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司21 武 汉 大 学 电 工 新 技 术

26、 研 究 所21 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院二极管的单向导电性二极管的单向导电性 (1) 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负负 ）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大正向电流较大 (2) 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正正 ）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小反向电流很小 (3) 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，

27、失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性向导电性 (4) 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大流愈大9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司22 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所22 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态定性分析：判断二极管的工作状态导通导通截止截止 否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位分析方法：将二极管断开，分析二

28、极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压UD的正负。的正负。 若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正为正( 正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通 若若 V阳阳 V阴阴 二极管导通，若忽略管二极管导通，若忽略管压降，二极管可看作短路，压降，二极管可看作短路，UAB = 6V否则，否则， UAB低于低于6V一个一个管压降，为管压降，为6.3或或6.7V例例1： 电路如图，求：电路如图，求：UAB取取 B 点点作参考点，断开二极管，分析二作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。极管阳极和阴极的电位。 在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。 D6V12V3k BAUAB

29、+9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司24 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所24 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院求：求：UAB 两个二极管的阴极接在一起取两个二极管的阴极接在一起取 B 点作点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阴极的电位。 V1阳阳=6V，V2阳阳=0V，V1阴阴 =V2阴阴=12 VUD1= 6V，UD2=12V UD2 UD1 D2 优先导通，优先导通， D1截止。截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V例例2:D1承受反向

30、电压为承受反向电压为6 V流过流过 D2 的电流为的电流为mA43122D I 这里，这里， D2 起钳位作用，起钳位作用， D1起隔离作用。起隔离作用。 BD16V12V3k AD2UAB+9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司25 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所25 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院ui 8V，二极管导通，看作短路，二极管导通，看作短路uo = 8V ui 8V，二极管截止，看作开，二极管截止，看作开路路uo = ui已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 uo 波形。波形。V sin18itu 8V例例3：

31、二极管的用途：二极管的用途： 整流、检波、限幅、钳位、开整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。关、元件保护、温度补偿等。uit 18V参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 VD8VRuoui+9.2二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司26 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所26 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院1符号符号 UZIZIZM UZ IZ2伏安特性伏安特性 稳压管正常工作时加反向稳压管正常工作时加反向电压电压使用时要加使用时要加限流电阻限流电阻 稳压管反向击穿后，电流稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化变化

32、很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。电路中可起稳压作用。_+UIO9.3稳压二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司27 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所27 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院3主要参数主要参数(1) 稳定电压稳定电压UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2) 电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化1 1 C引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数。(3) 动态电阻动态电阻ZZ ZIUr(4) 稳定电流稳定电流

33、 IZ 、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM(5) 最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。9.3稳压二极管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司28 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所28 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.4.1 基本结构基本结构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型硅型硅二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜铟球铟球N型锗型锗N型硅型硅CBECPP铟球铟球(a)(b)9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展

34、有限公司29 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所29 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCE发射区发射区集电区集电区基区基区集电结集电结发射结发射结NNP基极基极发射极发射极集电极集电极BCE发射区发射区集电区集电区基区基区P发射结发射结P集电结集电结N集电极集电极发射极发射极基极基极B9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司30 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所30 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发

35、射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B BE EC CNNP基极基极发射极发射极集电极集电极结构特点：结构特点：集电区：集电区：面积最大面积最大9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司31 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所31 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9. 4. 2电流分配和放大原理1三极管放大的外部条件BECNNP发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVE集电结反偏 VCVB EBRBECRC9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司32 武 汉 大 学 电 工 新 技 术

36、研 究 所32 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路 设设 EC = 6 V，改，改变可变电阻变可变电阻 RB, 则基则基极电流极电流 IB、集电极电、集电极电流流 IC 和发射极电流和发射极电流 IE 都发生变化，测量结都发生变化，测量结果如下表：果如下表：2各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG1009.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司33 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所33 武 汉 大 学 电 气 工 程

37、学 院晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.95 0, UBC UBE。Q2Q1大大放放区区武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司43 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所43 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0(2) 截止区截止区对对 N P N 型 硅 管 ， 当型 硅 管 ， 当UBE0.5V时时, 即已开始截止即已开始截

38、止, 为使晶体管可靠截止为使晶体管可靠截止, 常使常使UBE 0。截止时。截止时, 集电结也处集电结也处于反向偏置于反向偏置( (UBC 0),),此时此时, IC 0, UCE UCC 。IB = 0 的曲线以下的区域的曲线以下的区域称为截止区。称为截止区。IB = 0 时时, IC = ICEO( (很小很小) )。(ICEO0.001mA)截止区截止区9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司44 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所44 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6

39、 9 1242.31.5321IB =0(3) 饱和区饱和区 在饱和区，在饱和区， IB IC，发射结发射结正向偏置，正向偏置，集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。 深度饱和时，深度饱和时， 硅管硅管UCES 0.3V， 锗管锗管UCES 0.1V。 IC UCC/RC 。 当当 UCE 0) )，晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。饱饱和和区区9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司45 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所45 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院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

40、 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB = 0+ UCE UCC UBC 0 IB+ UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 当晶体管饱和时，当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同，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，晶体管除了有放大作用外，还有一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。开关作用。9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有

41、限公司46 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所46 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院 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9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司47 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所47 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院9.4

42、.4 主要参数主要参数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司48 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所48 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院1电流放大系数电流放大系数， 直流电流放大系数直流电流放大系数BCII_ BCII 交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，注意：注意： 和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线

43、近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。 常用晶体管的常用晶体管的 值在值在20 200之间。之间。 由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，线的近于水平部分，IC随随IB成正比变化，成正比变化， 值才可认为是基本值才可认为是基本恒定的。恒定的。9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司49 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所49 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院例：在例：在UCE= 6 V时，时， 在在 Q1 点点IB=40 A, IC=

44、1.5mA；在在 Q2 点点IB=60 A, IC=2.3mA。53704051BC.II 400400605132BC .II 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IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC / mA1234UCE /V9120Q1Q2在在 Q1 点，有点，有由由 Q1 和和Q2点，得点，得9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司50 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所50 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院2集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流 ICBO ICBO是由少数载流子的漂移运是由

45、少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。动所形成的电流，受温度的影响大。 温度温度ICBO ICBO A+EC9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司51 武 汉 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所51 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院3集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流( (穿透电流穿透电流) )ICEO AICEOIB=0+ ICEO受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度ICEO ，所以所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差。三极管的温度特性较差。9.4晶体管武汉大学电工新技术研究所 武汉海思特科技发展有限公司52 武 汉

46、 大 学 电 工 新 技 术 研 究 所52 武 汉 大 学 电 气 工 程 学 院4集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM5集集- -射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO 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，当值的下降，当 值下降到正常值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。 当集当集射极之间的电压射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击。超过一定的数值时，三极管就会被击。手册上给出的数值是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。6集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散