二极管三极管

二极管三极管第一页，共35页。任务导入二极管在实际电路中已被广泛应用，如电视机、洗衣机等电器设备接通电源后，看到指示灯亮，用的大多都是发光二极管；手机、录音机等的充电器大都用到整流二极管等。掌握二极管的特性，是电类专业学生必备的基本技能。第二页，共35页。预习问题：1、自然界中根据物质导电能力分为几种？分别是什么？2、半导体热敏特性的含义是什么？3、半导体光敏特性的含义是什么？4、半导体掺杂特性的含义是什么？5、什么是本征半导体？6、本征激发的含义是什么？7、半导体中两种载流子是什么？分别带什么电荷?8、N型半导体中掺入的是哪种元素？多数载流子是什么？少数载流子是什么？9、P型半导体中掺入的是哪种元素？多数载流子是什么？少数载流子是什么？第三页，共35页。§1.1PN结的形成和特性一、PN结的形成P区和N区交界处形成一特殊层，叫PN结。二、PN结的特性PN结加正向电压导通，加反向电压截止，即单向导电性。第四页，共35页。§1.2半导体二极管§

1.2.1

二极管的结构、外形与符号二极管：将PN结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，并从P区和N区分别焊出两根金属引线做正、负极。外形：符号：二极管是由半导体材料制成，常用的半导体有锗和硅。VD阳极（正极）阴极（负极）第五页，共35页。二极管的分类§

1.2.1

二极管的结构、外形与符号半导体二极管又称晶体二极管。按半导体材料划分：硅二极管、锗二极管等；按PN结结构划分：点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管；

按用途划分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。

第六页，共35页。§

1.2.2

二极管的伏安特性1．正向特性（正向偏置或导通状态）当二极管两端所加的正向电压比较小时，正向电流很小，如图中0A段。这个范围称为死区，相应的电压叫死区电压。硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压约为0.1~0.2V。外加电压超过死区电压以后，正向电流迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中AB

段所示。导通后管子两端电压几乎恒定，硅管约为0.6~0.7V，锗管约为0.2~0.3V。正偏导通第七页，共35页。§

1.2.2

二极管的伏安特性当给二极管加反向电压时，所形成的反向电流是很小的，而且在很大范围内基本不随反向电压的变化而变化，即保持恒定。当反向电压大到一定数值时，反向电流会突然增大，如图中CD段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。正常使用二极管时，是不允许出现这种现象的。CD正偏导通2．反向特性（反向偏置或截止状态）第八页，共35页。结论：二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。第九页，共35页。应用1、如下图所示，哪个导通？哪个截止？+-U(1)-+U(2)2、如下图所示，灯泡是否发光？-+EELVD动画第十页，共35页。§

1.2.3二极管的主要参数1．最大整流电流IFM二极管长时间工作时允许通过的最大正向电流的平均值。二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。2．最高反向工作电压URM

3．最大反向电流IR二极管加最大反向电压时的反向电流。IR愈小，单向导电性愈好。第十一页，共35页。拓展：1、怎样用万用表判别二极管的正、负极？2、用万用表测量二极管，发现正向电阻和反向电阻都很大，说明什么问题？3、用万用表测量二极管，发现正向电阻和反向电阻都很小，说明什么问题？第十二页，共35页。任务二

半导体三极管学习目标：一、掌握三极管的结构及其三种工作状态；二、理解半导体三极管的伏安特性及各工作状态的特点；三、能用万用表判别三极管的好坏、类型和管脚极性。第十三页，共35页。

半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。2.1BJT的结构简介(a)NPN型管结构示意图(b)PNP型管结构示意图(c)NPN管的电路符号(d)PNP管的电路符号第十四页，共35页。2.1BJT的结构简介(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管按照所用的半导体材料分：硅管、锗管；按照工作频率分：低频管、高频管；按照功率分：小、中、大功率管。第十五页，共35页。

三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。2.2放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子

（以NPN为例）

由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

放大状态下BJT中载流子的传输过程外部条件：发射结正偏集电结反偏第十六页，共35页。放大状态下BJT中载流子的传输过程发射结正偏多子扩散IE=IEN+IEP很多电子扩散到基区IE≈IEN发射极电流IE第十七页，共35页。放大状态下BJT中载流子的传输过程基极复合电流IBN

扩散到基区的电子与基区的多子（空穴）复合，形成复合电流IBNIB=IBN-ICBO第十八页，共35页。放大状态下BJT中载流子的传输过程集电极电流IC集电结反偏漂移增强载流子被集电极收集形成电流ICN加上集电极和基极间的反相饱和电流集电极电流IC=ICN+ICBO第十九页，共35页。2.电流分配关系根据传输过程可知IEN=ICN+IBN=IC-ICB0+IB+ICB0=IC+IB=IEIC=βIB

综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。第二十页，共35页。2.3三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极。共基极接法，基极作为公共电极；共发射极接法，发射极作为公共电极；BJT的三种组态第二十一页，共35页。2.4BJT的V-I特性曲线

所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。1.输入特性曲线以常用的共射极放大电路为例说明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB从0开始增加IBIE=IBUBE令UCC为0UCE=0时的输入特性曲线UCE为0时第二十二页，共35页。UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新从0开始增加IBICUBE增大UCC让UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲线继续增大UCC让UCE=1V令UBB重新从0开始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲线

继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。

实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲线第二十三页，共35页。2.输出特性曲线先把IB调到某一固定值保持不变。

当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE

根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。IBUCE/VIC

/mA02.4BJT的V-I特性曲线第二十四页，共35页。UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再调节IB1至另一稍小的固定值上保持不变。仍然调节UCC使UCE从0增大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCE

根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0

如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。第二十五页，共35页。

当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC

。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3

当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移，且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。ΔIB=40A取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应的集电极电流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我们可得到三极管的电流放大倍数：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5第二十六页，共35页。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。截止区。当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大区

晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。第二十七页，共35页。1.电流放大系数

2.5BJT的主要参数电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。

2.极间反向电流

（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO

发射极开路时，集电结的反向饱和电流。ICBO越小越好。

第二十八页，共35页。（2）集电极发射极间的反向饱和电流ICEO

2.5BJT的主要参数第二十九页，共35页。（1）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允许功率损耗PCM

PCM=ICVCE

3.极限参数2.5BJT的主要参数第三十页，共35页。（3）反向击穿电压

V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。V(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。

V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO第三十一页，共35页。2.6测试三极管的好坏、结构类型与引脚极性测试三极管的好坏、结构类型与引脚极性任务要求测试环境用万用表判别三极管的好坏、结构类型和b、e、c三个极。万用表一只，三极管若干。测试方法1．三极管好坏的测试由于三极管内部是由两个PN结构成的，因此，和二极管类似，也可以用万用表对三极管的电极、好坏作大致的判断。第三十二页，共35页。2．三极管的结构、管脚的判别（1）确定三极管的基极及结构判断三极管的基极及结构时，可把三极管等效为两个二极管，如图1-41所示。图1-41判别三极管的基极和结构类型时的等效电路第三十三页，共35页。将万用表欧姆挡置于“R×100