电工半导体培训

1、第一章第一章 半导体器件半导体器件 半导体器件是近代电子学的重要半导体器件是近代电子学的重要 组成部分组成部分. . 体积小、重量轻、使用寿命长、体积小、重量轻、使用寿命长、 输入功率小、功率转换效率高等优点输入功率小、功率转换效率高等优点 而得到广泛的应用。而得到广泛的应用。 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金，金 属一般都是导体。属一般都是导体。 有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质

2、的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。 半导体的电阻率为半导体的电阻率为1010-3 -3 10109 9 cmcm。 一、半导体及其特性一、半导体及其特性 1、什么是半导体、什么是半导体 现代电子学中，用的最多的半导现代电子学中，用的最多的半导 体是硅和锗，它们的最外层电子体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。（价电子）都是四个。 gesi 电子器件所用的半导体具有晶体结构，因电子器件所用的半导体具有晶体结构，因 此把半导体也称为此把半导体也称为晶体晶体。 2、半导体的导电

3、特性、半导体的导电特性 1）热敏性）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。与温度有关。温度升高，导电能力增强。 2）光敏性）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强与光照强弱有关。光照强，导电能力增强 3）掺杂性）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。加入适当杂质，导电能力显著增强。 3、常用半导体材料、常用半导体材料 1）元素半导体）元素半导体 如：硅、锗如：硅、锗 2）化合物半导体）化合物半导体 如：砷化镓如：砷化镓 3）掺杂或制成其他化合物半导体的材料）掺杂或制成其他化合物半导体的材料 如；硼、磷、铟、锑如；硼、磷、铟、锑 1、本征半导体、本征半导体 化学成分纯净的半导体晶体

4、。制造半导体器件的化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的 半导体材料的纯度要达到半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个 9”。 1）内部结构）内部结构 一、半导体物质的内部结构和导电机理一、半导体物质的内部结构和导电机理 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构 束缚电子束缚电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4+4 +4+4 如硅晶体中，原子之如硅晶体中，原子之 间靠的很近，分属于每个间靠的很近，分属于每个 原子的价电子受到相邻原原子的价电子受到相邻原 子的影响，而使价电子为子的影响，而使价电子为 两个原子所共有，每个原两个原子所共有，每个原 子与其

5、相临的原子之间形子与其相临的原子之间形 成成共价键共价键，共用一对价电，共用一对价电 子。子。 在高度纯净的硅晶体在高度纯净的硅晶体 中，所有外层电子均用于中，所有外层电子均用于 构成共价键，没有多余的构成共价键，没有多余的 自由电子，只有通过很强自由电子，只有通过很强 的力才能使电子脱离晶体的力才能使电子脱离晶体 束缚。束缚。 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构 束缚电子束缚电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4+4 +4+4 在绝对温度在绝对温度t=0k时，时， 所有的价电子都被共价键所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不紧紧束缚在共价键中，不 会成为会成为自由电子自由

6、电子，因此本因此本 征半导体的导电能力很弱征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。，接近绝缘体。 2）本征半导体的导电机理）本征半导体的导电机理 在绝对在绝对0度（度（t=0k）和没有外界激发时和没有外界激发时, 价电子完全被共价键束缚着，本征半导体价电子完全被共价键束缚着，本征半导体 中没有可以运动的带电粒子，它的导电能中没有可以运动的带电粒子，它的导电能 力为力为0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。 在常温下，由于在常温下，由于热激发热激发，使一些价电子，使一些价电子 获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成 为为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，同时

7、共价键上留下一个空位， 称为称为空穴空穴。 电子电子空穴对的产生空穴对的产生 这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。 当温度升高或受到当温度升高或受到 光的照射时，束缚光的照射时，束缚 电子能量增高，有电子能量增高，有 的电子可以挣脱原的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参子核的束缚，而参 与导电，成为与导电，成为自由自由 电子电子。 自由电子自由电子 +4 +4+4 +4 +4 +4 +4 +4+4 空穴空穴 自由电子产生的自由电子产生的 同时，在其原来的共同时，在其原来的共 价键中就出现了一个价键中就出现了一个 空位，称为空位，称为空穴空穴。 可见本征激发同时产生可见

8、本征激发同时产生 电子空穴对。电子空穴对。 外加能量越高（外加能量越高（温度温度 越高），产生的电子空越高），产生的电子空 穴对越多。穴对越多。 与本征激发相反的与本征激发相反的 现象现象复合复合 在一定温度下，本征激在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。对的浓度一定。 常温常温300k时：时： 电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度 硅：硅： 3 10 cm 104 . 1 锗：锗： 3 13 cm 105 . 2 自由电子自由电子 +4 +4+4 +4 +4 +4 +4 +4+4 空穴空穴 电子空穴对电子空穴对 自

9、由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流 +4 +4 +4 +4 +4 +4+4 +4+4 自由电子自由电子 e 总电流总电流载流子载流子 空穴空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流 本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量： 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。 两种导电方式两种导电方式 总结总结 a.复合：复合： 激发：激发： 激发和复合成对产生成对消失激发和复合成对产生成对消失 b.载流子：自由电子和空穴载流子：自由电子和空穴 c.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓

10、度。 d.温度越高，载流子的浓度越高。温度是影响温度越高，载流子的浓度越高。温度是影响 半导体性能的一个重要的外部因素，这是半半导体性能的一个重要的外部因素，这是半 导体的一大特点。导体的一大特点。 e.漂移运动：载流子在电场力的作用下的定向漂移运动：载流子在电场力的作用下的定向 运动运动 f.自由电子向电源正极移动，空穴向负极移动。自由电子向电源正极移动，空穴向负极移动。 虽然电子、空穴的运动方向相反，但在外电虽然电子、空穴的运动方向相反，但在外电 路中形成电流却一致。路中形成电流却一致。 2 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使

11、半导体的导电性能发生显著变化。就会使半导体的导电性能发生显著变化。 其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。大大增加。 使自由电子浓度大大增加的杂质半导体使自由电子浓度大大增加的杂质半导体 称为称为n型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓（电子半导体），使空穴浓 度大大增加的杂质半导体称为度大大增加的杂质半导体称为p型半导体型半导体 （空穴半导体）。（空穴半导体）。 1）n型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的 五价元素磷（或锑），晶体点五价元素磷（或锑），晶体点 阵中的某些半导体原子被杂质阵中的某些半导体原子被杂质 取代，

12、磷原子的最外层有五个取代，磷原子的最外层有五个 价电子，其中四个与相临的半价电子，其中四个与相临的半 导体原子形成共价键，必定多导体原子形成共价键，必定多 出一个电子，这个电子几乎不出一个电子，这个电子几乎不 受束缚，很容易被激发而成为受束缚，很容易被激发而成为 自由电子，这样磷原子就成了自由电子，这样磷原子就成了 不能移动的带正电的离子。每不能移动的带正电的离子。每 个磷原子给出一个电子，称为个磷原子给出一个电子，称为 施主原子施主原子。 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 +4 +5 硅原子硅原子 磷原子磷原子 多余电子多余电子 n型半导体型半导体 多余电子多余电子 磷原子磷原子 硅原

13、子硅原子 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 +4 +5 多数载流子多数载流子自由电子自由电子 少数载流子少数载流子 空穴空穴 + + + + + + + + + + + + n型半导体 施主离子施主离子 自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对 n型半导体型半导体 n型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？ 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子 相同相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓 度，所以，自由电子浓度远大于空

14、穴浓度。自度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自 由电子称为由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少少 数载流子数载流子（少子少子）。）。 2）p型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量在硅或锗晶体中掺入少量 的三价元素，如硼（或铟），的三价元素，如硼（或铟）， 晶体点阵中的某些半导体原晶体点阵中的某些半导体原 子被杂质取代，硼原子的最子被杂质取代，硼原子的最 外层有三个价电子，与相临外层有三个价电子，与相临 的半导体原子形成共价键时，的半导体原子形成共价键时， 产生一个空位。这个空位可产生一个空位。这个空位可 能吸引束缚电子来填补，形能吸引束缚电子来填补，形 成空

15、穴使得硼原子成为不能成空穴使得硼原子成为不能 移动的带负电的离子。由于移动的带负电的离子。由于 硼原子接受电子，所以称为硼原子接受电子，所以称为 受主原子受主原子。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 硼原子硼原子 空穴空穴 硅原子硅原子 空穴空穴 硼原子硼原子 硅原子硅原子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 多数载流子多数载流子 空穴空穴 少数载流子少数载流子自由电子自由电子 p型半导体 受主离子受主离子 空穴空穴 电子空穴对电子空穴对 p型半导体型半导体 p型半导体中的载流子是自由电子和空穴型半导体中的载流子是自由电子和空穴 1、由受主原子提供的空穴，

16、浓度与受主原子、由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子 相同相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓 度，所以，度，所以，空穴空穴浓度远大于浓度远大于自由电子自由电子浓度。浓度。空空 穴穴称为称为多数载流子多数载流子（多子多子），自由电子称为），自由电子称为少少 数载流子数载流子（少子少子）。）。 总总 结结 1、n型半导体中自由电子是多子型半导体中自由电子是多子，其中大部分是掺，其中大部分是掺 杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子

17、只 占少数。占少数。 n型半导体中空穴是少子型半导体中空穴是少子，少子的迁移，少子的迁移 也能形成电流，也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的由于数量的关系，起导电作用的 主要是多子主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。 2、p型半导体中空穴是多子，自由电子是少子型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。 3、多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。 内电场e 因多子浓度差因多子浓度差 形成内电场形成内电场 多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。 pnpn结合结合 + +

18、 + + + + + p型半导体 + + n型半导体 + + 空间电荷区空间电荷区 多子扩散电流多子扩散电流 少子漂移电流少子漂移电流 耗尽层耗尽层 三三. . pn结结及其单向导电性及其单向导电性 1 . pn结的形成结的形成 少子漂移少子漂移 补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，e 多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，e p型半导体 + + n型半导体 + + + + + + + 内电场e 多子扩散电流多子扩散电流 少子漂移电流少子漂移电流 耗尽层耗尽层 动态平衡：动态平衡： 扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总总电流电流0 势势垒垒

19、uo 硅硅 0.5v 锗锗 0.1v 2. pn结的单向导电性结的单向导电性 (1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接p区，负极接区，负极接n区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动 多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流i i f f + + + + + + + p型半导体 + + n型半导体 + + w e r 空间电荷区 内电场e 正向电流正向电流 (2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接n区，负极接区，负极接p区区 外电场的方向与内电场方

20、向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动 少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流i i r r + + 内电场 + + + + e + ew + 空 间 电 荷 区 + r + + i r pn 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本 征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是 一定的，故一定的，故ir基本上与外基本上与外 加反压的大小无关加反压的大小无关，所以所以 称为称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但ir 与温度有关。与温度有关。 pn结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向

21、 扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻， pn结导通；结导通； pn结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向 漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻， pn结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：pn结具有单向导结具有单向导 电性。电性。 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍p中的空穴、中的空穴、 n中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动）向对方运动 （扩散运动扩散运动）。）。 3、p中的自由电子和中的自由电子和n中的空穴（中的空穴（都是少都是少 子子），数量有限，因此由

22、它们形成的），数量有限，因此由它们形成的 电流很小。电流很小。 请注意请注意 在在pnpn结的两结的两 端加上电压后，端加上电压后， 通过管子的电流通过管子的电流 i i随管子两端电随管子两端电 压压v v变化的曲线变化的曲线- - 伏安特性。伏安特性。 pn 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。 pn结伏安特性 ) 1(e t s u u ii ) 1(e t s u u ii 根据理论分析：根据理论分析： u 为为pn结两端的电压降结两端的电压降 i 为为流过流过pn

23、结的电流结的电流 is 为反向饱和电流为反向饱和电流 ut =kt/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量 其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.3810 23 q 为电子电荷量为电子电荷量1.610 9 t 为热力学温度为热力学温度 对于室温（相当对于室温（相当t=300 k） 则有则有ut=26 mv。 当当 u0 uut时时 1e t u u t e s u u ii 当当 u|u t |时时 1e t u u s ii 1.2 二极管 二极管的结构和分类二极管的结构和分类 二极管的符号和型号二极管的符号和型号 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的参数二极管的参数 二极管的

24、温度特性二极管的温度特性 二极管的应用二极管的应用 一、一、 二极管的结构和分类二极管的结构和分类 在在pnpn结上加上引线和外壳，就成为一个二极结上加上引线和外壳，就成为一个二极 管。二极管按结构一般分有管。二极管按结构一般分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型 (1) (1) 点接触型二极管点接触型二极管 (a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 pnpn结面积小，结面积小， 结电容小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。 1、结构、结构 图图 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 (c)(c)平面型平面型 (3) (3) 平面型二极

25、管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工 艺中。艺中。pn pn 结面积可大可小，用结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。 (2) (2) 面接触型二极管面接触型二极管 pnpn结面积大，用结面积大，用 于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。 (b)(b)面接触型面接触型 2、分类、分类 1）按材料分：硅管和锗管）按材料分：硅管和锗管 2）按结构分：点接触和面接触）按结构分：点接触和面接触 3）按用途分：检波、整流）按用途分：检波、整流 4 4）按频率分：高频和低频）按频率分：高频和低频 二、符号和型号二、符号和型号 a k 阳极、阳极、

26、p型材料型材料 阴极、阴极、n型材料型材料 半导体二极管的型号半导体二极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下： 图 二极管的伏安特性曲线 三、三、 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1 1、正向特性、正向特性 硅硅二极管的死区电压二极管的死区电压u uth th=0.5v =0.5v左右左右, ,导通电压导通电压0.6v-0.8v0.6v-0.8v。 锗锗二极管的死区电压二极管的死区电压u uth th=0.1v =0.1v左右左右, ,导通电压导通电压0.2v-0.3v。 当当0 0u uu uth th时，正向电流为 时，正向电流为 零，

27、零，u uth th称为死区电压或开启 称为死区电压或开启 电压。电压。 当当u u0 0即处于正向特性区域。即处于正向特性区域。 正向区又分为两段：正向区又分为两段： 当当u uu uth th时，开始出现正向电 时，开始出现正向电 流，并按指数规律增长。流，并按指数规律增长。 2 2、反向特性、反向特性 当当 u0时，即处于反向特性区时，即处于反向特性区 域。反向区也分两个区域域。反向区也分两个区域： 当当ubru0时，反向电时，反向电 流很小，且基本不随反向电压流很小，且基本不随反向电压 的变化而变化，此时的反向电的变化而变化，此时的反向电 流也称流也称反向饱和电流反向饱和电流i is

28、s 。 。 当当uubr时，反向电流急剧增加，时，反向电流急剧增加，ubr 称为称为反向击穿电压反向击穿电压 。 。 四、二极管的参数四、二极管的参数 (1) (1) 最大整流电流最大整流电流i if f 二极管长期连续工二极管长期连续工 作时，允许通过二作时，允许通过二 极管的最大整流极管的最大整流 电流的平均值。电流的平均值。 (2) (2) 反向击穿电压反向击穿电压u ubr br 二极管反向电流二极管反向电流 急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向 电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿 电压电压u ubr br。 。 为安全计，在实际为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压工作时，

29、最大反向工作电压 u urm rm一般只按反向击穿电压 一般只按反向击穿电压 u ubr br的一半计算。 的一半计算。 最大反向工作电压最大反向工作电压urm- (3) (3) 反向电流反向电流i ir r (4) (4) 正向压降正向压降u uf f (5) (5) 动态电阻动态电阻r rd d 硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安( (nana) )级；锗级；锗 二极管在微安二极管在微安( ( a)a)级。级。 在规定的正向电流下，二极管的正向电压在规定的正向电流下，二极管的正向电压 降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水 平

30、下，约平下，约0.60.60.8v0.8v；锗二极管约锗二极管约0.20.20.3v0.3v。 反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。 显然，显然， r rd d与工作电流的大小有关，即与工作电流的大小有关，即 r rd d = = u uf f / / i if f id ud id ud q id ud rd是二极管特性曲线工是二极管特性曲线工 作点作点q附近电压的变化附近电压的变化 与电流的变化之比：与电流的变化之比： d d d i u r 显然，显然，rd是对是对q附近的附近的 微小变化量的电阻。微小变化量的电阻。 五、二极管的温度特性五、二极管的温

31、度特性 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升温度对二极管的性能有较大的影响，温度升 高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管 温度每增加温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二，反向电流将约增加一倍；锗二 极管温度每增加极管温度每增加1212，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。 另外，温度升高时，二极管的正向压降将减另外，温度升高时，二极管的正向压降将减 小，每增加小，每增加11，正向压降，正向压降u uf f( (u ud d) )大约减小大约减小2mv2mv， 即具有负的温度系数。即具有负的温度系数。 图 温度对二极管伏安特性曲线

32、的影响 图示 例例 1、 画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在 ui = 15sin t (v) 作用下输出作用下输出 uo 的的波形。波形。 ( (按理想模型按理想模型) ) ot ui / v 15 rl v1 v2 v3 v4 ui b a uo 六、二极管的应用六、二极管的应用 ot uo/ v 15 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊 硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅 二极管的伏安特性曲线完全一样二极管的伏安特性曲线完全一样 (b)(b) 一

33、、稳压二级管一、稳压二级管 1、特性、特性 (a)(a) 2、符号、符号 (1) (1) 稳定电压稳定电压u uz z (2) (2) 动态电阻动态电阻r rz z 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工 作电流作电流i iz z下，所对应的反向下，所对应的反向 工作电压。工作电压。 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只其概念与一般二极管的动态电阻相同，只 不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上 求取的。求取的。 r rz z愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 r rz z = = u uz z / / i iz z

34、 3、主要参数、主要参数 (3) (3) 最大耗散功率最大耗散功率 p pzm zm 稳压管的最大功率损稳压管的最大功率损 耗取决于耗取决于pnpn结的面积和散热等结的面积和散热等 条件。反向工作时条件。反向工作时pnpn结的功率结的功率 损耗为损耗为 p pz z= = u uz z i iz z， ，由由 p pzm zm和 和u uz z 可以决定可以决定i izmax zmax。 。 (4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流 i izmax zmax 和最小稳定工作 和最小稳定工作 电流电流i izmin zmin 稳压管的最大稳定工稳压管的最大稳定工 作电流取决于最大耗散功率

35、，作电流取决于最大耗散功率， 即即p pzmax zmax = =u uz zi izmaxzmax 。而 。而i izmin zmin对应 对应 v vzmin zmin。 。 若若i iz zi izmin zmin则不能稳 则不能稳 压。压。 稳压二极管在工作时应反接，稳压二极管在工作时应反接， 并串入一只电阻。并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，电阻的作用一是起限流作用， 以保护稳压管；其次是当输入电以保护稳压管；其次是当输入电 压或负载电流变化时，通过该电压或负载电流变化时，通过该电 阻上电压降的变化，取出误差信阻上电压降的变化，取出误差信 号以调节稳压管的工作电流，从号以调

36、节稳压管的工作电流，从 而起到稳压作用。而起到稳压作用。 (c)(c) 4、稳压管的应用、稳压管的应用 1、光电二极管、光电二极管 反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。 i v 照度增加照度增加 二、其它特殊二极管二、其它特殊二极管 2、发光二极管、发光二极管 有正向电流流过有正向电流流过 时，发出一定波长时，发出一定波长 范围的光，目前的范围的光，目前的 发光管可以发出从发光管可以发出从 红外到可见波段的红外到可见波段的 光，它的电特性与光，它的电特性与 一般二极管类似。一般二极管类似。 常用作显示器件。常用作显示器件。 3、光电耦合器、光电耦合器 光电耦合器由发

37、光管（发光二极管）、受光管（光光电耦合器由发光管（发光二极管）、受光管（光 电二极管或光电三极管）组成，封装于一体。电二极管或光电三极管）组成，封装于一体。 光电耦合器为单向传输器件，输入端加正向信号电光电耦合器为单向传输器件，输入端加正向信号电 压时，发光管发光，将光信号传送给受光管。受光管内压时，发光管发光，将光信号传送给受光管。受光管内 阻减小，饱和导通，将接收到的光信号转换为电流从输阻减小，饱和导通，将接收到的光信号转换为电流从输 出端输出，通过出端输出，通过“电电光光电电”的转换，的转换，实现输入输出实现输入输出 电路上电气隔离，可消除噪音。电路上电气隔离，可消除噪音。 1.4 晶体

38、三极管晶体三极管 一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类 n n p 发射极发射极 e 基极基极 b 集电极集电极 c 发射结发射结 集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区 emitter base collector npn 型型 p p n e b c pnp 型型 e c b e c b 两个结、三个区、三个极两个结、三个区、三个极 e的箭头方向为发射结加正向电压时电流的方向的箭头方向为发射结加正向电压时电流的方向 基本结构与分类基本结构与分类 1、 b e c n n p 基极基极 发射极发射极 集电极集电极 1）基区：）基区： 最薄，掺杂最薄，掺杂 浓度最低浓度最低 3

39、）集电）集电 区：面积区：面积 较大较大 2）发射区：掺）发射区：掺 杂浓度最高杂浓度最高 2、结构特点、结构特点 3、分类、分类： 1）按材料分：）按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管 4）按功率分：）按功率分： 小功率管小功率管 1 w 中功率管中功率管 0.5 1 w 半导体三极管图片半导体三极管图片 二、电流放大原理二、电流放大原理 1. 三极管放大的条件三极管放大的条件 内部内部 条件条件 发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大集电结面积大 外部外部 条件条件 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 2. 满足放大条件的三种电路满足放大条

40、件的三种电路 共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极 3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1) ) 发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 ie。 i cn 多数向多数向 bc 结方向扩散形成结方向扩散形成 icn。 ie 少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 ibn 。 i bn 基区空基区空 穴来源穴来源 基极电源提供基极电源提供( (ib) ) 集电区少子漂移集电区少子漂移( (icbo) ) i cbo ib ibn ib + icbo 即：即： ib = ibn icbo 2) )电子在基区扩散与复合电子在基

41、区扩散与复合 电子到达基区后电子到达基区后 ( (基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略) ) i cn ie i bn i cbo ib 3) ) 集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ic ic i c = icn + icbo 三、三极管的电流控制作用三、三极管的电流控制作用 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集 电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即： ib = i bn icbo ic = icn + icbo bn cn i

42、i ceobcbobc )1 (iiiii 穿透电流穿透电流 cbob cboc ii ii 1、电流分配关系、电流分配关系 ie= icn+ibn =ic+ ib 2、电流的放大作用、电流的放大作用 直流放大系数直流放大系数 b c i i ie = ic + ib ceobc iii bce iii bc ii be )1(ii ceobe )1(iii 定义：定义： b c i i 为交流放大系数为交流放大系数 一般的一般的， 当当ebibicrcic (ib=eb/rb) 四、四、 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 、输入特性、输入特性 输入输入 回路回路 输出输出 回路回路

43、常数常数 ce )( beb u ufi 0 ce u 与二极管特性相似与二极管特性相似 时时 be u b i o 0 ce u v 1 ce u 0 ce u v 1 ce u特性基本特性基本重合重合( (电流分配关系确定电流分配关系确定) ) 特性右移特性右移( (因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子) ) 导通电压导通电压 ube( (on) ) 硅管：硅管： (0.6 0.8) v 锗管：锗管： (0.2 0.3) v 取取 0.7 v 取取 0.2 v 、输出特性、输出特性 常数常数 b )( cec i ufi ic / ma uce /v 50 a 40 a 30 a 20

44、 a 10 a ib = 0 o 2 4 6 8 4 3 2 1 ）截止区：）截止区： ib 0 ic = iceo 0 条件：条件：两个结反偏两个结反偏 截止区截止区iceo 特点：分三个区特点：分三个区 ceobc iii ic / ma uce /v 50 a 40 a 30 a 20 a 10 a ib = 0 o 2 4 6 8 4 3 2 1 2）放大区：）放大区： ceobc iii 放大区放大区 截止区截止区 条件：条件： 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 特点：特点： 水平、等间隔水平、等间隔 iceo b i ic / ma uce /v 50 a 40 a 30

45、 a 20 a 10 a ib = 0 o 2 4 6 8 4 3 2 1 3）饱和区：）饱和区： uce u be ucb = uce u be 0 条件：条件：两个结正偏两个结正偏 特点：特点：ic ib 临界饱和时：临界饱和时： uce = ube 深度饱和时：深度饱和时： 0.3 v ( (硅管硅管) ) uce( (sat) )= = 0.1 v ( (锗管锗管) ) 放大区放大区 截止区截止区 饱饱 和和 区区 iceo ic的大小取决于的大小取决于ec和和rc， rc ec ics 五、温度对特性曲线的影响五、温度对特性曲线的影响 1. 温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。 温度每升高温度每升高 1 c，ube (2 2.5) mv。 温度每升高温度每升高 10 c，icbo 约增大约增大 1 倍。倍。 be u b i o t2 t1 2. 温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。 ic uce t1 ib = 0 t2 ib = 0 ib = 0 温度每升高温度每升高 1 c， (0.5 1)%。 输出特性曲线间距增大。