第14章 半导体器件

1、电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 张智娟张智娟 课课 程程 简简 介介一、电子技术组成电子技术组成1.1.模拟电子技术模拟电子技术：半导体器件：半导体器件：二极管，三极管（晶体管）二极管，三极管（晶体管）, ,场效应管场效应管 分立元件电路：分立元件电路：共射极、共集电极共射极、共集电极、共基极放大电路，、共基极放大电路，差动放大电路，功放放大电路差动放大电路，功放放大电路集成电路：集成电路：集成运放集成运放，集成功放，集成功放信号：信号：产生产生，放大放大，反馈反馈，运算运算，比较比较2.2.数字电子技术：数字电子技术：组合逻辑电路：分析和组合逻辑电路：分析和设计设

2、计，门电路是基本单元，门电路是基本单元时序逻辑电路：时序逻辑电路：分析和分析和设计，触发器是基本单元设计，触发器是基本单元二、二、 学习方法：学习方法：1. 1. 理解理论知识理解理论知识2. 2. 重视实践重视实践: : 作业、实验作业、实验三、三、 考核成绩考核成绩1. 1. 考试成绩：考试成绩： 70%70%2. 2. 平时成绩：平时成绩： 30%(30%(包括作业、考包括作业、考勤、课上练习、期中考试）勤、课上练习、期中考试）理论联系实际理论联系实际导体：导体：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，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物

3、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。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为体之间，称为半导体半导体，常用，常用的半导体材料的半导体材料 有有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分导体、的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。绝缘体和半导体。 半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以的导电机理不同于其它物质，所以它具有不

4、同于其它物质的特点。例如：它具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能力当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化明显变化。 纯净的半导体中掺入某些杂质，其导电能纯净的半导体中掺入某些杂质，其导电能力力明显改变（增加几十万几百万倍）明显改变（增加几十万几百万倍）。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的

5、最外层都有外层都有4 4个电子，由于外层电子受原子核的束缚力最弱，称个电子，由于外层电子受原子核的束缚力最弱，称为为价电子价电子。锗锗和硅的原子结构和硅的原子结构SiGe14 32 4 4 价价电电子子价电子价电子原子核原子核晶体结构：晶体结构：+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子(a) 硅晶体的空间排列（b）硅单晶中的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。形成共价键后，每个原子的最外层电子是

6、八个，构成稳定结构。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”。本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体（完全纯净、结构完整的半导体晶体（化学成分纯净化学成分纯净）+4+4+4+4+4+4+4+4 绝对温度（绝对温度（-273）T=0K时，时，共价键结构非常稳定，所有的价共价键结构非常稳定，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，这时半导体不能导电，相键中，这时半导体不能导电，相当于绝缘体当于绝缘体。 温度升高或受到光的照射时：温度升高或受到光的照射时：u价电子挣脱原子

7、核的束缚，成为价电子挣脱原子核的束缚，成为自由电子自由电子。u 原来的共价键中就出现了一个空位，称为原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴空穴。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。与本征激发相反的现象与本征激发相反的现象复合复合温度一定时：温度一定时：自由电子数自由电子数=空穴数空穴数注意：注意：1.由于自由电子和空穴总是成对出现，整个半导体对外仍处于中性。由于自由电子和空穴总是成对出现，整个半导体对外仍处于中性。2.温度越高，载流子数目越多，导电性能越好。所以温度越高，载流子数目越多，导电性能越好。所以温度对半导体温度对半导体 器件性能影响很大。器件性能影响

8、很大。 本本 征征 激激 发发 演演 示示二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理l导电过程导电过程在外电场的作用下半导体是靠在外电场的作用下半导体是靠自由电子自由电子和和空穴空穴的移动来导电的。的移动来导电的。（1）自由电子定向移动形成电流。）自由电子定向移动形成电流。（2）空穴定向移动形成电流。）空穴定向移动形成电流。 在外电场作用下，电子、电子、空穴空穴运动方向相反运动方向相反，对电流的贡献是迭加迭加的。载流子：运载电荷的粒子。载流子：运载电荷的粒子。自由电子自由电子载流子：带单位负电载流子：带单位负电空穴空穴载流子载流子 ：带单位正电：带单位正电本征半导体内有两种载流子。本征半

9、导体内有两种载流子。 本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子带负电的自由电子和带正电带负电的自由电子和带正电的空穴，的空穴， 它们均参与导电。这是它们均参与导电。这是半导体导电区别与导体导电半导体导电区别与导体导电的一个重要特点的一个重要特点。 温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半导温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半导体的导电能力越强，体的导电能力越强，温度温度是影响半导体性能的一个是影响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。重要的外部因素，这是半导体的一大特点。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度。本征半导体中电流由两

10、部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： （1 1）自由电子移动产生的电流。）自由电子移动产生的电流。 （2 2）空穴移动产生的电流。）空穴移动产生的电流。 在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合、消失。同时又不断的复合、消失。14.1.2 14.1.2 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，形成在本征半导体中掺入某些微量的杂质，形成杂质半导杂质半导体体，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺，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大大增加。根据掺入杂质种类杂

11、半导体的某种载流子浓度大大增加。根据掺入杂质种类的不同，可以分为两大类的不同，可以分为两大类：N N型半导体型半导体和P P型半导体。型半导体。1 1 N型半导体2 2 P型半导体1 1、N N型半导体（电子型半导体）型半导体（电子型半导体）在硅或锗晶体中掺入在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷少量的五价元素磷，形成，形成N N型半导体。型半导体。 N N型半导体型半导体因为因为自由电子数目自由电子数目的大量增加而的大量增加而提高导电性能。提高导电性能。N型半导体中：型半导体中：多数载流子（多数载流子（多子多子）为）为自由电子自由电子,主要由掺杂原子提供。主要由掺杂原子提供。少数载流子（少数载流

12、子（少子少子）为）为空穴空穴 ，由热激发形成。，由热激发形成。44445多多余余电电子子磷原子磷原子2 2、P P型半导体（空穴型半导体）型半导体（空穴型半导体）+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子-3-3 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价三价杂质元杂质元素（如硼），形成素（如硼），形成 P型半导体。型半导体。 P P型半导体：型半导体：以空穴导电作为主要导以空穴导电作为主要导电方式，又称电方式，又称空穴空穴型半导体。型半导体。 P型半导体中：型半导体中：多数载流子多数载流子（多子多子）为）为空穴空穴, 主要由掺杂原子提供。主要由掺杂原子提供。少数载流子少数载流子（少子

13、少子）为）为自由电子自由电子 ，由热激发形成。，由热激发形成。注意：无论注意：无论P型、型、N型半导体，整体仍然是电中性，不带电的。型半导体，整体仍然是电中性，不带电的。3.3.杂质半导体的符号杂质半导体的符号N型半导体型半导体P型半导体型半导体+多子多子自由电子自由电子少子少子空穴空穴多子多子空穴空穴少子少子自由电子自由电子少子浓度少子浓度与温度有关，与掺杂无关与温度有关，与掺杂无关多子浓度多子浓度与温度无关，与掺杂有关与温度无关，与掺杂有关小小 结结2. N2. N型半导体中型半导体中 是多子，其中大部分是是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，掺杂提供的电子，N N型半导体中型半导体中 是少

14、子，是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子起导电作用的主要是多子。近似认为多子与近似认为多子与杂质浓度相等。杂质浓度相等。3. 3. P P型半导体中型半导体中 是多子，是多子， 是少子是少子。1. 1. 本征半导体中受激发产生的电子很少。本征半导体中受激发产生的电子很少。1. PN结的形成结的形成 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成P型半型半导体导体和和N型半导体型半导体。 P型半导体和型半导体和N型半导体的交界面形成一型半导体的交界面形成一个特殊的薄层，个

15、特殊的薄层，称为称为PN结，又称耗尽层、空间电荷区。结，又称耗尽层、空间电荷区。14.2 14.2 PN 结及其单向导电性结及其单向导电性NP+-NP+-PN结结P型半导体和型半导体和N 型半导体的结合面型半导体的结合面上物理过程上物理过程: :空间电荷区（PN结）结）PN内电场内电场耗尽层耗尽层两侧载流子存在浓度差两侧载流子存在浓度差多子扩散运动多子扩散运动空穴：空穴：PN；电子；电子NP空穴和电子产生复合空穴和电子产生复合杂质离子不移动形成空间杂质离子不移动形成空间电荷区电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场促进少子漂移运动促进少子漂移运动阻止多子扩散运动阻止多子扩散运动多子的扩散

16、和多子的扩散和少子的漂移达少子的漂移达到动态平衡到动态平衡形成形成PN结结PNPN结的形成过程动画演示结的形成过程动画演示扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E(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扩散运动漂移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正向电流正向电流2 2、 PN结的单向导电性结的单向导电性外电场方向外电场方向(2) (2) 加反向电

17、压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P P区区 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+IRP PN N 在一定的温在一定的温度下，由本征激度下，由本征激发产生的少子浓发产生的少子浓度是一定的，故度是一定的，故I IR R基本上与外加基本上与外加反压的大小无关反压的大小无关，所以称为所以称为反向反向饱和电流饱和电流。但。但I IR R与温度有关与温度有关。 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场方向外电场

18、方向PN结结单向导电性动画单向导电性动画 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， 称PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， 称PN结截止。 由此可以得出结论： PN结具有单向导电性。结结 论论14.3 二极管14.3.1 14.3.1 基本结构基本结构结构：结构：二极管二极管(Diode) PNPN结结 管壳管壳 引线引线符号：符号：分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型阳极（正极）阳极（正极） 阴极（负极）阴极（负极）曾用符号：二极管常见的几种结构二极管常见的几

19、种结构1. 1. 点接触型二极管点接触型二极管N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝PN结面积小，结电结面积小，结电容小，不能承受高的容小，不能承受高的反向电压和大的电流，反向电压和大的电流，往往用来作小电流整往往用来作小电流整流、高频检波和及开流、高频检波和及开关作用。关作用。2. 面接触型二极管面接触型二极管负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座PN结面积大，结面积大，用于工频大用于工频大电流整流电电流整流电路。路。3. 3. 平面型二极管平面型二极管SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅用于集成电路制用于集成电路制造工艺中。造

20、工艺中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和用于高频整流和开关电路中。开关电路中。常见的半导体二极管常见的半导体二极管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：代表器件的类型，代表器件的类型，P P为普通管，为普通管，Z Z为整流管，为整流管，K K为开关管为开关管2AP9用数字代表同类器件的不同规格用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。反向击穿反向击穿电

21、压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+ 伏安特性：描绘二极管两端电流与端电压之间的关系或曲线。伏安特性：描绘二极管两端电流与端电压之间的关系或曲线。14.3.2 14.3.2 伏安特性伏安特性说明：说明：1. 二极管与二极管与PN结伏安特性的区别结伏安特性的区别二者均具有单向导电性，但由于二极管存在半导体体电二者均具有单向导电性，但由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻，正向偏置在电流相同的情况下，二极管端电阻和引线电阻，正向偏置在电流相同的情况下，二极管端电压大于压大于PNPN结的端电压，或者说在相同正向偏置下，二极管电结的端电压，或者说在相同正向偏置下，二极管电流小于流小于PNPN

22、结电流；另外，二极管表面存在漏电流，其反相电结电流；另外，二极管表面存在漏电流，其反相电流增大。流增大。2. 2. 温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响二极管的特性对温度很敏感，环境温度升高时，二极二极管的特性对温度很敏感，环境温度升高时，二极管正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。管正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。14.3.3 14.3.3 主要参数主要参数1. 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。3. 3. 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的电压值。击

23、穿时反向电流剧增，二极管的二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压电压URWM一般是一般是UBR 的一半或三分之二。的一半或三分之二。2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。一般为保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。一般为1/21/2U(BR) 2 2/3 U(BR) 4. 4. 反向电流反向电流 IRM 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说

24、明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。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， 例例1: 图示电路，输入端图示电路，输入端A的电位的电位VA=+3V，B的电位的电位VB=0V，求输出端，求输出端Y的电位的电位VY。如果二极管为理想二极管或如果二极管为理想二极管或忽略二极管压降，忽略二极管压降， VY=+3V如果二极管为硅二极管，如果二极管为硅二极管，VY=+2.3V如果二极管为锗二极管，如果二极管为锗二极管，VY=+2.7V解：解：DA优先导通，优先导通， DA导通后，导通

25、后， DB上加的是反向电压，因上加的是反向电压，因而截止。所以，而截止。所以，DA导通，导通，DB截止。截止。DA起钳位作用起钳位作用DB起隔离作用起隔离作用二极管的应用二极管的应用-12VVAVB+3V0VDBDAVY 判断二极管导通还是截止的原则：先将二极管断开，然后判断二极管导通还是截止的原则：先将二极管断开，然后观察或计算二极管正、负两极间是正向电压还是反向电压，若观察或计算二极管正、负两极间是正向电压还是反向电压，若正向则导通，否则截止。正向则导通，否则截止。 例例：二极管构成的限幅电路如图所示二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，(1) 若若 ui为为4 4V的直流

26、信号，试计算电路的电流的直流信号，试计算电路的电流I和输出电压和输出电压uo,(2) 如果如果ui为幅度为为幅度为4V的交流三角波，波形如图的交流三角波，波形如图（b）所示所示，试分析电路并画出相应的输出电压波形。试分析电路并画出相应的输出电压波形。解解：（1）二极管的应用例二极管的应用例2 2：+-+UREFIuiRuoD D0-4V4Vuit2V2Vuot（2）解：解： +-+UREFIuiRuoD D14.4 稳压二极管-特殊的面接触型半导体硅二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，电曲线越陡，电压越稳定。压越稳定。UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrr rz z越

27、小，越小，稳稳压 性 能 越压 性 能 越好。好。正向同二正向同二极管极管符号：符号：工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿 稳压管工作于稳压管工作于反向击穿区。反向击穿区。稳压稳压管击穿时，电流虽管击穿时，电流虽然在很大范围内变然在很大范围内变化，但稳压管两端化，但稳压管两端的电压变化很小。的电压变化很小。利用这一特性，稳利用这一特性，稳压管在电路中能起压管在电路中能起稳压作用。稳压作用。注意：反偏电压注意：反偏电压UZ；反向击穿。；反向击穿。（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最

28、大允许功耗不发生热击穿的最大功率。不发生热击穿的最大功率。 ZmaxZZMIUP稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数: :（1 1）稳定电压）稳定电压 UZ 正常工作下稳压管两端的反向电压值。正常工作下稳压管两端的反向电压值。（2 2）电压温度系数）电压温度系数 U（%/%/） 稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻稳压管两端电压变化量与相应电流变化量的比值。稳压管两端电压变化量与相应电流变化量的比值。ZZIUZrrZ = UZ / IZ 值越小，稳压效果越好。值越小，稳压效果越好。越大稳压效果越好，小于越大稳压效果越好，小于 Izmin 时不

29、稳压。时不稳压。稳压二极管的应用例稳压二极管的应用例3：5mA 20mA, V,6minmaxzzzIIU稳压管的技术参数稳压管的技术参数: :负载电阻负载电阻RL600，求限流求限流电阻电阻R取值范围。取值范围。解：解：mA5,mA20,6minmaxZZZIIVU+UZ-IZDZRILIR+Ui=15V-RL 现有两个稳压二极管，稳压值为现有两个稳压二极管，稳压值为3v3v，5V5V，正向导通压降为，正向导通压降为0.7V0.7V，配合适的电源、电阻，可得到几种输出电压。配合适的电源、电阻，可得到几种输出电压。2. 双管双管：解：解：1. . 单管：单管：两只稳压管串联两只稳压管串联两只稳

30、压管并联：两只稳压管并联：稳压二极管的应用例稳压二极管的应用例4：半导体三极管又称半导体三极管又称晶体三极管晶体三极管，简称，简称晶体管晶体管或或三极管三极管。在三极管内，有两种载流子：电子与空穴，它们同时参与导在三极管内，有两种载流子：电子与空穴，它们同时参与导电，故晶体三极管又称为电，故晶体三极管又称为双极型三极管双极型三极管，简记为，简记为BJT（英文（英文Bipo1ar Junction Transistor的缩写）。它的基本功能是具有的缩写）。它的基本功能是具有电流放大作用。电流放大作用。三极管属于三极管属于电流控制型器件，电流控制型器件，是各种电子线路的核心部是各种电子线路的核心部

31、件。件。 14.5 双极型晶体管14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构N NN NP P集电极集电极C基极基极B发射极发射极ENPN注：符号中箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向。注：符号中箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向。基区基区，电极称为，电极称为基极基极 B（Base）发射区发射区，电极称为，电极称为发发射极射极 E（Emitter）集电区集电区，电极称为，电极称为集电集电极极 C（Collector）集电结集电结Jc发射结发射结 Je符号符号: :BCEP PP PN N集电极集电极C基极基极B发射极发射极EPNPBCE符号：符号：三极管的基本类型有两种：NPN型

32、 和 PNP型。最常见的有平面型和合金型。三极管结构特点：三极管结构特点：为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺过程中，必须作到：过程中，必须作到：使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；以上三条实际上是三极管放大作用的以上三条实际上是三极管放大作用的内部条件内部条件。2. 2. 使基区掺杂浓度最小，且基区最薄，以有效地传输使基区掺杂浓度最小，且基区最薄，以有效地传输载流子；载流子；3. 3. 使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以有使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射

33、区，以有效地收集载流子。效地收集载流子。 一、实验一、实验14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理共射极放大电路共射极放大电路RBICIBECEBIEBCEVmAmAA+UBE_V+UCE_共射：指输入回路和输出回路以发射极为公共端（接地）共射：指输入回路和输出回路以发射极为公共端（接地）发射结正偏：发射结正偏：由由EB保证保证集电结反偏：集电结反偏：由由EC、EB保证保证 UCB=UCE UBE 0放大状态放大状态外部条件外部条件IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA0.0010.701.502.303.103.95IE/mA0.0010.72

34、1.542.363.184.05晶晶体体管管电电流流测测量量数数据据结论结论: :1. IC IB , IC IE , IE=IC+IB, IC IB常数；BCBCBCBCIIIIIIII1.23. 当当IB=0（将基极开路）时，（将基极开路）时， IC=ICEO， ICEO 0二、二、 电流放大原理电流放大原理共发射极接法共发射极接法C区区B区区E区区+UCE UBEUCBNNPEBECRBRCEBCEBECRCbRbceNPNIEP IENIE发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流 发射结正偏发射结正偏E区多子（电子）区多子（电子） 注入注入B区区IE

35、NENB区多子（空穴）区多子（空穴）注入注入E区区IEPEP经EB结扩散扩散 由于发射区杂质浓度比基区高得由于发射区杂质浓度比基区高得多，多，IEPEP和和IENEN相比，其值很小可以略。相比，其值很小可以略。发射极电流发射极电流 I IE E = I = IENEN + I + IEP EP I IENEN 电子在基区中的扩散与复合电子在基区中的扩散与复合 注入到基区的载流子电子在靠近发射结注入到基区的载流子电子在靠近发射结一侧积累起来，形成一定的浓度梯度。一侧积累起来，形成一定的浓度梯度。 靠发射结浓度高，靠集电结浓度低。靠发射结浓度高，靠集电结浓度低。浓度差使电子向集电结扩散。浓度差使电

36、子向集电结扩散。 由于基区很薄，且掺杂浓度低，由于基区很薄，且掺杂浓度低，电子与空穴复合机会少，电子与空穴复合机会少，IB很小。很小。 在扩散过程中，有一部分电子与基区在扩散过程中，有一部分电子与基区中的空穴复合，同时基区被复合掉的空穴中的空穴复合，同时基区被复合掉的空穴由电源由电源EB提供，形成复合电流提供，形成复合电流IBE I IB B.这样保证大部分电子扩散到集电结，有利于放大。EBECRCbRbceNPN IEIB IBE集电区收集扩散过来的电子集电区收集扩散过来的电子。 因为集电结反偏，收集扩散到集因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流电区边缘的电子，形成电流ICN

37、。另外，。另外，集电区的少子形成漂移电流集电区的少子形成漂移电流ICBO。EBECRCbRbceNPN iEiBibe iceiCiCBO CC NC B OIIINNPBBVCCVRbRCebcRcVccRbVbbIENEPIIEBICNICICBOI三极管载流子三极管载流子动画演示动画演示BCEIII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，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。故电流的比例关系确定。CECCBOCBEBCBOBIIIIIIII CEOBCBOBC)1(IIIII CCBO,1IICBII EB(1)II ICE

38、O(穿透电流穿透电流)基基极开路（极开路（IB=0）时，在）时，在集电极电源集电极电源Ucc作用下作用下的集电极与发射极之间的集电极与发射极之间形成的电流。形成的电流。ICBO发射极开路时，发射极开路时，集电结的反向饱和电流，集电结的反向饱和电流，受温度影响大。受温度影响大。 基极电流对集电极基极电流对集电极电流的放大能力电流的放大能力放大外部条件：放大外部条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏NPN型：型：UBE0UBC0C极电位最高极电位最高高高中中低低PNP型：型：UBE 0UBC 0C极电位最低极电位最低高高中中低低与与NPN型的工作原理基本相似，只是电源极性反接即可。型的

39、工作原理基本相似，只是电源极性反接即可。例例. 三极管工作在正常放大状态时三极管工作在正常放大状态时,根据以下测得的各个极的端电压来判根据以下测得的各个极的端电压来判断三极管的类型断三极管的类型,是是NPN还是还是PNP管管?是硅管还是锗管是硅管还是锗管?-2V-7V-2.3V0V-0.7V5V-10V-2.7V-2V2.7V8V3Vbbbbeeecccce解解：1. NPN1. NPNV VC CV VB B V VE E， PNPPNPV VC C V VB B IC ，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。饱和区饱和区：发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏。集电结正偏。I IC C不随不

40、随I IB B变化变化, ,无无放大作用放大作用,I,IB B对对I IC C控制作用消失。控制作用消失。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(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) (3) 截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，集电结反偏。 UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 注：注：放大电路中三极管工作区域放大电路中三极管工作区域可通过三个电极的电位来判断。可通过三

41、个电极的电位来判断。例：测得三极管三个极的电位如图所示，试判断三极管的例：测得三极管三个极的电位如图所示，试判断三极管的工作状态。工作状态。3V8V3.7V3V12V2V3V3.3V3.7V14.5.4 主要参数主要参数 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、共集接法。接法，相应地还有共基、共集接法。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，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。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基极电流的变化量为

42、 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 _ 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。路、选用晶体管的依据。常用晶体管的常用晶体管的 值在值在20 200之间。之间。 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。 例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA

43、； 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- -基极反向截止电流基极反向截止电流 ICBOICBO是是发射极开路发射极开路时，时，集电结反偏，集电结反偏，由少子的漂移形由少子的漂移形成的反向电流，成的反向电流，它实际上就是一它实际上就是一个个PN结的反向电结的反向电流。流。易受温度变易受温度变化的影响。化的影响。温度温度 I ICBOCBO 锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级， 硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。发射极开路，集电极基极间的反向饱和电流。发射极开路，集电极基极间的反向饱和电流。ICBO A+EC3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流 ICEOICEO受温度影响很大，受温度影响很大，温度温度I ICEOCEO ，所，所以以 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