ch9.半导体二极管和三极管-合肥工业大学-电工学简明教程

1、共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 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带正电带正电N N型半导体型半导体 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常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）, ,形形成杂质半导体。成杂质半导体。 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴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 扩散的结果使空扩散的

2、结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。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+ 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（反向向电流（反向饱和电流）。饱和电流）。IR+ 将将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分有点接触型和面接触型两类。管。按结构分有点接触型和面接触型两类。表示符号表示符号正极正极负极负极金锑合金金锑合金面接触型面

3、接触型N型锗型锗 正极引线正极引线负极引线负极引线 PN 结结底座底座铝合金小球铝合金小球点接触型点接触型引线引线触丝触丝N 型锗型锗外壳外壳反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+ 1. 最大整流电流最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。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 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿反向击穿电压的一半或三分之二。电压的一半或三分之二

4、。 3. 反向峰值电流反向峰值电流 IRM它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负 ）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正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。向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正 ）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反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。向电阻较大，反向电流很小

5、。 3. 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，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。失去单向导电性。 4. 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。反向电流愈大。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，正向导通时正向管压降为零，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。DA 12VYVAVBDBR例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+UZIZIZM UZ IZ稳压管正常工作稳压

6、管正常工作时加反向电压时加反向电压 稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其电流变化很大，但其两端电压变化很小，两端电压变化很小，利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作用用_+UIO+ 正向正向 +反向反向ZZ ZIUrN 型硅型硅二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜BECN 型硅型硅P 型硅型硅( (a) ) 平面型平面型N 型锗型锗ECB铟球铟球铟球铟球PP( (b) )合金型合金型9.4.1 基本结构基本结构1. NPN 型三极管型三极管集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 C基极基极 B发射极发射极 ENNP 不论

7、平面型或合金型，都分成不论平面型或合金型，都分成 NPN 或或PNP 三层，三层，因此又把晶体管分为因此又把晶体管分为 NPN 型和型和 PNP 型两类。型两类。ECB符号符号 T集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区N集电极集电极 C发射极发射极 E基极基极 BNPPN2. PNP 型三极管型三极管CBET符号符号基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低EEBRBRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏发射结正偏 VBVE集电结反偏集电结反偏 VCVE集电结反偏集电结反偏 VCVB BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 1 1、

8、发射结正偏，、发射结正偏，发射区电子不断向发射区电子不断向基区扩散，形成发基区扩散，形成发射极电流射极电流I IE E。ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略共发射极电路共发射极电路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+输入回路输入回路输出回路输出回路IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4

9、.05晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据结论：结论：( (1) )BCEIII 符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律( (2) ) IC 和和 IE 比比 IB 大得多。从第三列和第四列的数据可得大得多。从第三列和第四列的数据可得, 5 .3704. 050. 1BC II 3 .3806. 030. 2BC II 这就是晶体管的电流放大作用。这就是晶体管的电流放大作用。 称为共发射极称为共发射极静态静态电流电流( (直流直流) )放大系数放大系数。电流放大作用还体现在基极电流的。电流放大作用还体现在基极电流的少量变化少量变化 IB 可以引起集电极电流较大的变化可以引起集电极电流较大的变化 IC

10、 。 4002. 080. 004. 006. 050. 130. 2BC II 式中，式中， 称为称为动态电流动态电流( (交流交流) )放大系数放大系数 ( (3) )当当 IB = 0( (将基极开路将基极开路) )时，时，IC = ICEO，表中，表中 ICEO 0UBC VB VE对于对于 PNP 型应满足型应满足: UEB 0UCB 0即即 VC VB 0 ICIB+UCE ( (a) )放放 大大 UBC 0+IC 0 IB = 0+ UCE UCC ( (b) )截止截止 UBC 0 IB+ UCE 0 ( (c) )饱和饱和 UBC 0+CCCCRUI 管管 型型 工工 作作

11、 状状 态态 饱和饱和 放大放大 截截 止止 UBE/V UCE/V UBE/V UBE/V 开始截止开始截止 可靠截止可靠截止硅管硅管( (NPN) )锗管锗管( (PNP) ) 0.7 0.3 0.3 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.5 0.1 0 0.1 当晶体管工作在动态当晶体管工作在动态( (有输入信号有输入信号) )时，基极电流的变化时，基极电流的变化量为量为 IB ，它引起集电极电流的变化量为，它引起集电极电流的变化量为 IC 。 IC 与与 IB的比值称为的比值称为动态电流动态电流( (交流交流) )放大系数放大系数 BCII 在输出特性曲线近于平行等距并且在输出特

12、性曲线近于平行等距并且 ICEO 较小的情况下较小的情况下,可近似认为可近似认为 ，但二者含义不同。，但二者含义不同。 1. 电流放大系数电流放大系数 ， 当晶体管接成共发射极电路时，在静态当晶体管接成共发射极电路时，在静态( (无输入信号无输入信号) )时集时集电极电流与基极电流的比值称为电极电流与基极电流的比值称为静态电流静态电流( (直流直流) )放大放大系数系数 BCII ICEO 是当基极开是当基极开路路( (IB = 0) )时的集电极时的集电极电流，也称为穿透电流，电流，也称为穿透电流，其值越小越好。其值越小越好。ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全

13、工作区安全工作区ICUCEO晶体管的工作状态判断晶体管的工作状态判断: NPN型的管子，若发射结反偏，晶体管工作在截止状态；型的管子，若发射结反偏，晶体管工作在截止状态；若则发射结正偏，集电结反偏为放大状态，集电结正偏若则发射结正偏，集电结反偏为放大状态，集电结正偏为饱和状态为饱和状态。（2）晶体管的类型和管脚判断：）晶体管的类型和管脚判断：NPN型集电极电位最高，发射极最低，即，型集电极电位最高，发射极最低，即，PNP型集电极电位最低，发射极最高，即，型集电极电位最低，发射极最高，即， 硅管基极电位与发射极电位大约相差硅管基极电位与发射极电位大约相差0.6V或或0.7V；锗管基极电位和发射极电位相差大约为锗管基极电位和发射极电位相差大约为0.2V或或0.3VEBCUUUCBEU U 0UB