[电工电子技术]第6章 用半导体器件

1、1第三部分第三部分 电子技术电子技术本部分课程内容主要是学习本部分课程内容主要是学习电子电路电子电路的基本理论、基本的基本理论、基本知识和基本技能，为学习本专业后续课程及今后从事岗位知识和基本技能，为学习本专业后续课程及今后从事岗位技术工作打下基础技术工作打下基础重视实验重视实验 重视工程实践能力的培养重视工程实践能力的培养模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术电子技电子技术术电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的技术电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的技术科学科学2第六章第六章 常用半导体器件常用半导体器件pn结的单向导电性结的单向导电性绝缘栅场效应管的特点绝缘栅场效应管

2、的特点晶体管的电流放大作用、特性、参数和分析方法晶体管的电流放大作用、特性、参数和分析方法二极管的伏安特性、参数和分析方法二极管的伏安特性、参数和分析方法主要内容主要内容注意注意:从从“使用使用”的角度出发，了解其外部的角度出发，了解其外部特性特性(伏安特性伏安特性)，掌握使用方法，掌握使用方法36-1 pn结的单向导电性结的单向导电性pn结是构成各种半导体器件的基础结是构成各种半导体器件的基础pn结最基本、最主要的性质是结最基本、最主要的性质是一一.半导体的导电特性半导体的导电特性导电能力介于导体和绝缘体之间导电能力介于导体和绝缘体之间热敏性、光敏性、磁敏性热敏性、光敏性、磁敏性等等单向导电

3、性单向导电性搀杂性搀杂性硅、锗、硒和砷化镓及其它金属氧化物、硫化物等硅、锗、硒和砷化镓及其它金属氧化物、硫化物等 在纯净的半导体材料中在纯净的半导体材料中,掺入微量的某些元素掺入微量的某些元素(例如百万例如百万分之一分之一),就可以使其导电能力增加几十万乃至几百万倍就可以使其导电能力增加几十万乃至几百万倍4硅（硅（si）和锗（）和锗（ge） 4价元素价元素 （一）本征半导体（一）本征半导体 共价键共价键sisisisisisisisisi硅原子硅原子共价键共价键晶体结构示意晶体结构示意本征半导体本征半导体 高度纯净、晶体结构完整、排列整齐的半高度纯净、晶体结构完整、排列整齐的半导体导体空间三维

4、菱形结构空间三维菱形结构5sisisisisisisisisi硅原子硅原子共价键共价键在常温下，原子的外层电子受共价键束缚，不易形成在常温下，原子的外层电子受共价键束缚，不易形成自由电子，所以半导体材料中载流子浓度很低，导电自由电子，所以半导体材料中载流子浓度很低，导电能力差。热力学温度零度（能力差。热力学温度零度（0k，相当于，相当于-273.15c）时，与绝缘体一样时，与绝缘体一样,不导电不导电6（二）本征激发和（二）本征激发和两种载流子两种载流子本征激发本征激发-热激发产生热激发产生电子电子- -空穴对空穴对-带正电的带正电的载流子载流子“空穴空穴”随着外界环境温度的升高，晶体结构中的一

5、些价电子受随着外界环境温度的升高，晶体结构中的一些价电子受到热激发，获得足够能量，挣脱共价键束缚形成自由电到热激发，获得足够能量，挣脱共价键束缚形成自由电子。与此同时，在共价键结构中便出现了一个子。与此同时，在共价键结构中便出现了一个“空位子空位子”sisisisi自由电子自由电子两种载流两种载流子子电子电子 带负电带负电7结论结论 p215空穴空穴 带正电带正电自由电子自由电子sisisisi空穴载流子空穴载流子自由电子自由电子sisisisi相邻共价键中的电子填补上述形成的空穴，于是在原相邻共价键中的电子填补上述形成的空穴，于是在原空穴消失的同时，在共价键中又形成了新的空穴，相空穴消失的同

6、时，在共价键中又形成了新的空穴，相当于当于形成了空穴电流形成了空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流的方向与电子填补空穴的运动方向相反空穴电流的方向与电子填补空穴的运动方向相反8二二.两种杂质半导体两种杂质半导体热激发产生的电子热激发产生的电子-空穴对浓度很低，导电能力差空穴对浓度很低，导电能力差根据根据掺入杂质的不同，掺入杂质的不同，杂质半导体有两种杂质半导体有两种 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素在本征半导体中掺入某些微量杂质元素,即可使其导电即可使其导电能力显著增强。这种半导体称为能力显著增强。这种半导体称为杂质半导体杂质半导体（一）（一）n型半导体型半导体sisisisisisisisip

7、电子载流子电子载流子掺入掺入5价微量元素价微量元素如磷如磷(p)每掺入一个磷原子每掺入一个磷原子就会产生一个自由就会产生一个自由电子电子9电子载流子电子载流子 多数载流子多数载流子空穴载流子空穴载流子 少数载流子少数载流子掺入的五价元素称为掺入的五价元素称为施主杂质施主杂质在在n型半导体中电子载流子型半导体中电子载流子 浓度高，而由热激发产生浓度高，而由热激发产生的空穴载流子浓度低，二者相差十分悬殊的空穴载流子浓度低，二者相差十分悬殊施主正离子施主正离子电子载流子电子载流子 n型半导体的表示方法型半导体的表示方法10（二）（二）p型半导体型半导体掺入掺入3价微量元素价微量元素 如硼如硼( (b

8、) )sisisisisisisisib空穴空穴sisisisisisisisib产生新产生新的空穴的空穴填补填补空穴空穴电子载流子电子载流子 少数载流子少数载流子空穴载流子空穴载流子 多数载流子多数载流子受主杂质受主杂质受主负离子受主负离子空穴载流子空穴载流子11三三.pn结的单向导电性结的单向导电性(一一)pn结的形成结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导体晶片上用专门的制造工艺在同一块半导体晶片上,形成形成 p型半导体区和型半导体区和n型半导体区型半导体区,在这两个区的交界处就形成了一个在这两个区的交界处就形成了一个pn 结结pn结的形成结的形成 源于源于多子的扩散运动多子的扩散运动(扩

9、散电流扩散电流)空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向p区区n区区12多子互向对方区域扩散多子互向对方区域扩散形成空间电荷区及内电场形成空间电荷区及内电场阻止多子阻止多子扩散扩散,推动少子漂移推动少子漂移,形成漂移电流形成漂移电流使空间电荷区变窄，又有利使空间电荷区变窄，又有利于多子扩散，不利于少子漂移于多子扩散，不利于少子漂移以上两个过程的作用相反以上两个过程的作用相反,互为互为因果因果,互相制约互相制约,达到动态平衡达到动态平衡最后使空间电荷区宽度一定最后使空间电荷区宽度一定,内电内电场强度一定。通过场强度一定。通过pn结的总电流为零结的总电流为零空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向

10、p区区n区区13(二二)pn结的单向导电性结的单向导电性1.外加外加正偏电压正偏电压 p区接电源正极区接电源正极,n区接电源负极区接电源负极ifpn内电场内电场外电场外电场e外加外加正偏电压正偏电压 产生的外电场与产生的外电场与pn结的内电场方向相反，结的内电场方向相反，内电场被削弱。有利于多子的扩散，形成很大的扩散电内电场被削弱。有利于多子的扩散，形成很大的扩散电流，在外电路形成很大的正向电流流，在外电路形成很大的正向电流if。此时，空间电荷。此时，空间电荷区变窄，呈现低电阻，区变窄，呈现低电阻，pn结导通结导通正向导通电流正向导通电流 p区区n区区142.外加外加反偏电压反偏电压 p区接电

11、源负极区接电源负极,n区接电源正极。区接电源正极。外加反偏电压与外加反偏电压与pn结的内电场方向相同，内电场被加强。不利于结的内电场方向相同，内电场被加强。不利于多子的扩散，有利于少子的漂移，即多子的扩散，有利于少子的漂移，即p区电子向区电子向n区漂移，区漂移，n区空区空穴向穴向p区漂移。漂移电流方向自区漂移。漂移电流方向自n区区p区。但由于少子浓度极低区。但由于少子浓度极低，在外电路形成的反向电流，在外电路形成的反向电流ir很小，很小，ir0。此时，空间电荷区加宽。此时，空间电荷区加宽，pn结呈现高电阻，结呈现高电阻，pn结截止。结截止。pn内电场内电场外电场外电场e漂移电流漂移电流ir0注

12、意：注意：反向电流反向电流ir对温度对温度变化敏感，温度增高变化敏感，温度增高,ir显著加大显著加大15阳极阳极阴极阴极vdp n阳极阳极阴极阴极几种二极管的外形几种二极管的外形塑料封装塑料封装小功率二极管小功率二极管金属封装金属封装大功率二极管大功率二极管16 阳极引线阳极引线阴极引线阴极引线pn结结n型锗片型锗片金属铝触丝金属铝触丝点接触型二极管点接触型二极管特点特点:结面积小结面积小,能够承受的电压较低能够承受的电压较低,只允许通过较只允许通过较小的正向电流小的正向电流工作频率高，可达工作频率高，可达100mhz以上以上二极管按结构分类二极管按结构分类多用于小功率整流、通讯技术中的检波、

13、数字电路多用于小功率整流、通讯技术中的检波、数字电路中的开关元件中的开关元件国产检波二极管国产检波二极管2ap系列和开关二极管系列和开关二极管2ak系列系列17面接触型二极管面接触型二极管底座底座金锑合金金锑合金n型硅片型硅片铝合金小球铝合金小球pn结结阳极引线阳极引线阴极引线阴极引线特点特点:结面积大结面积大,允许通过较大的正向电流允许通过较大的正向电流工作频率低工作频率低 多用于低频整流多用于低频整流国产硅二极管国产硅二极管2cp系列和系列和2cz系列系列国产二极管的型号命名国产二极管的型号命名 p22018i = f（u）流过流过 二极管的电流与其端电压的关系二极管的电流与其端电压的关系

14、(一一)正向特性正向特性死区电压死区电压 硅管硅管 0.40.5v 锗管锗管 0.2v左右左右正常工作时的正偏电压正常工作时的正偏电压硅管硅管 0.60.7v锗管锗管 0.3v左右左右反向特性反向特性ab正向特性正向特性+ u i控制死区控制死区200100300-0.010.30.6-25-50i / mau / v019(二二)反向特性反向特性反向饱和电流反向饱和电流 少子形成少子形成 越小越好越小越好对温度变化十分敏感对温度变化十分敏感反向击穿反向击穿 ab段段造成二极管永久性损坏造成二极管永久性损坏0i / mau / v0.20.4 40 80510150.10.2锗管的伏安特性锗管

15、的伏安特性ab反向特性反向特性2000i / mau / v100300-0.010.30.6-25-50控制死区控制死区 u i 20pnpn结加正偏电压：结加正偏电压：pn结所处的状态称为结所处的状态称为正向导通正向导通特点：特点：pn结正向电流大，结正向电流大，pn结电阻小结电阻小,管压降低管压降低u0相当于开关闭合相当于开关闭合pnpn结加反偏电压：结加反偏电压：pn结所处的结所处的状态称为状态称为反向截止反向截止特点：反向饱和电流极小，近似为特点：反向饱和电流极小，近似为零。零。pn结电阻极大结电阻极大,近似为近似为相当于开关断开相当于开关断开三三.理想二极管理想二极管 pn结的单向

16、导电性结的单向导电性+ +- -u+ +- -uiu0理想二极管理想二极管伏安特性伏安特性211. 最大整流电流最大整流电流if 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过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。二极管的最大正向平均电流。2. 最高反向工作电压最高反向工作电压ur 它是保证二极管不被反向击穿所能承受的反向峰值它是保证二极管不被反向击穿所能承受的反向峰值电压。一般是反向击穿电压的一半左右电压。一般是反向击穿电压的一半左右3. 最大反向电流最大反向电流irm 它是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流它是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值，

17、值，irm越小越小,二极管的单向导电性越好二极管的单向导电性越好表示二极管的特性。是选择和正确使用二极管的依据表示二极管的特性。是选择和正确使用二极管的依据实际使用中实际使用中,工作电流超过最大整流电流工作电流超过最大整流电流if,将使管子将使管子温升过高温升过高,烧坏烧坏pn结。结。22产品举例产品举例2ap8 n型锗材料，普通管（点接触型）型锗材料，普通管（点接触型）if = 35ma ur = 10v 最高工作频率最高工作频率f = 150mhz 主要用于检波和小功率整流主要用于检波和小功率整流2cz53m n型硅材料，整流二极管（面接触型）型硅材料，整流二极管（面接触型）if = 0.

18、3a ur = 100v uf 1v 最高工作频率最高工作频率f = 1khz 选用二极管的原则选用二极管的原则 p22123例题例题 (p221例题例题6-1)u1=12v、u2=4v、r=4k判断二极管导通还是截止判断二极管导通还是截止ivdu1u2r解：判断二极管是否导通的方法解：判断二极管是否导通的方法计算电流计算电流ivd接入后，正向偏置，导通接入后，正向偏置，导通断开二极管断开二极管,分别计算阳极与阴极接线端的电位分别计算阳极与阴极接线端的电位va和和vb 。若。若vavb ，接入二极管后导通。若，接入二极管后导通。若vavb ，则接入，则接入二极管后截止二极管后截止u2u1rba

19、电位电位 vavb以两个电源的公共点作为电位以两个电源的公共点作为电位参考点参考点24vd作为理想二极管处理作为理想二极管处理ma2104412321ruuiu2u1rbai25例题例题 (p222例题例题6-2)b分别计算以下三种情况下的分别计算以下三种情况下的y点电位点电位vy和电流和电流ia、ib、ir。解：解：vda和和vdb均作为理均作为理想二极管处理想二极管处理（1）va = vb = 0vvda和和vdb均承受正偏电压均承受正偏电压导通导通yy= 0vma54. 108. 32121ma08. 3109 . 312rba3riiii电流电流ar=3.9k12viriaibyvda

20、vdb26（2）va = +3v、vb = 0vdvb承受的正偏电压高，率先承受的正偏电压高，率先导通，使得导通，使得vy = 0v体现了二极管的体现了二极管的钳位作用钳位作用从而使从而使dva反偏、截止反偏、截止ma08. 3109 . 3123rb iiia = 0电流电流r=3.9k12vabiriaibyvdavdb3v27（3）va = vb = +3vdva和和dvb承受相同的承受相同的正偏电压同时导通正偏电压同时导通a31. 2109 . 33123rir=3.9k12vabiriaibyvdavdby点电位点电位 vy = +3v电流电流ma16. 131. 22121rbai

21、ii二极管的钳位作用二极管的钳位作用286-3 稳压二极管稳压二极管稳压二极管的作用和特点：利用反向击穿特性实现稳稳压二极管的作用和特点：利用反向击穿特性实现稳定电压的作用定电压的作用u0i伏安特性曲线伏安特性曲线工作在反向击穿状态工作在反向击穿状态 使用时，必须在电路中加入使用时，必须在电路中加入限流限流电阻电阻，使流过稳压二极管的电流数值在允许的范围内使流过稳压二极管的电流数值在允许的范围内 用特殊工艺制作的面接触型硅半导体二极管用特殊工艺制作的面接触型硅半导体二极管特殊二极管特殊二极管 发光二极管、光电二极管等发光二极管、光电二极管等工作在反向击穿状态工作在反向击穿状态阳极阳极阴极阴极v

22、dz+ +- -图形符号图形符号29u0ia一一. 稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数稳压二极管的反向击穿稳压二极管的反向击穿特性十分陡直特性十分陡直,当电流在当电流在大范围内变化大范围内变化(iz),对应对应的电压的电压(uz),变化很小变化很小izuz1. 稳定电压稳定电压uz反向击穿区正常工作范反向击穿区正常工作范围内某一确定点围内某一确定点(如如a点点)所所对应的端电压对应的端电压如如2cw58稳定电压是反向电流为稳定电压是反向电流为5ma时所对应的端电压时所对应的端电压此时此时uz= 9.210.5v同的稳压值同的稳压值, ,同一型号稳压管的稳压值也略有差别同一型号稳压管的稳压

23、值也略有差别不同型号的稳压管具有不不同型号的稳压管具有不2cw21b稳定电压是反向电流为稳定电压是反向电流为30ma时对应的端电压时对应的端电压此时此时uz= 5.66.5v30 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率pzmax和最大稳定电流和最大稳定电流izmax稳压管正常工作时允许消耗的最大功率稳压管正常工作时允许消耗的最大功率pzm=uzizmax pzm由由最大稳定电流最大稳定电流izmax决决定定,使用中不得超过使用中不得超过如如2cw58 izmax =23mapzm=uzizmax=10.50.023=0.24w ( (0.25w) )u0aiuzizmax实际工作时，稳压管消耗的

24、功率实际工作时，稳压管消耗的功率超过超过pzm将使稳压管温升过高，将使稳压管温升过高，造成永久性损坏造成永久性损坏+ +- -uziz313. 动态电阻动态电阻rz衡量稳压管稳压性能优劣的指标之一。衡量稳压管稳压性能优劣的指标之一。rz是稳压管在反向工作区内电压变化量是稳压管在反向工作区内电压变化量 uz与电流与电流变化量变化量 iz的比值，即的比值，即zzziur动态电阻越小，反向伏安特动态电阻越小，反向伏安特性曲线越陡，稳压性能越好性曲线越陡，稳压性能越好稳压管的稳压管的rz都比较小都比较小 2cw58在电流在电流iz=5ma时时,动态电阻动态电阻rz = 25u0aiizuz一般在几欧姆

25、至几十之间欧姆一般在几欧姆至几十之间欧姆32二二. .简单应用举例简单应用举例 引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化电流的变化,下面分析在这两种情况下的稳压作用下面分析在这两种情况下的稳压作用 当交流电源电压增加而使整流输出电压当交流电源电压增加而使整流输出电压ui随着增加时，随着增加时，负载电压负载电压uo也要增加。也要增加。uo即为稳压管两端的反向电压。即为稳压管两端的反向电压。负载电压负载电压uo稍有增加时，稳压管的电流稍有增加时，稳压管的电流iz就显著增加，就显著增加，因此限流电阻因此限流电阻r上的压降增加，以抵偿上的压

26、降增加，以抵偿ui的增加，从而的增加，从而使使uo保持近似不变保持近似不变输出直流电压输出直流电压uo=uiirrlriizvdzil+uo +ui 限流电阻限流电阻i=iz+ilrl不变不变33输出直流电压输出直流电压uo=uiiruiuouziziiruorlriizvdzil+uo +ui i=iz+il当电源电压保持不变，当电源电压保持不变，ui不变不变,而负载电阻而负载电阻rl减小减小,电电流流il增大时，电阻增大时，电阻r上的压降增大，负载电压上的压降增大，负载电压uo因而因而下降。只要下降。只要uo下降一点，稳压管电流下降一点，稳压管电流iz就显著减小，就显著减小，使通过电阻使通

27、过电阻r的电流的电流i和电阻上的压降保持近似不变，和电阻上的压降保持近似不变，因此负载电压因此负载电压uo也就近似稳定不变。也就近似稳定不变。ui不变不变, rl变化变化34rlriizvdzil+uo +ui rliliiruouziziiruo二极管是否具有稳压作用二极管是否具有稳压作用? 若若ui=2.5v uo=?硅二极管正向导通电压硅二极管正向导通电压0.7v uo=0.7+ 0.7=1.4v思考练思考练习习限流电阻的作用限流电阻的作用35稳压二极管稳压二极管vdz的稳定电压的稳定电压uz=6vvd是硅二极管是硅二极管输出电压输出电压uo=?uo=6+0.7=6.7v第第8次作业次作

28、业 2-26 2-29（改错）（改错） 6-136塑料封装塑料封装小功率管小功率管金属封装金属封装小功率管小功率管金属封装金属封装大功率管大功率管电流放大作用电流放大作用根据结构的不同根据结构的不同,晶体管分为两种类型晶体管分为两种类型npn型和型和pnp型型37b集电极集电极c发射极发射极e集电结集电结集电区集电区发射结发射结发射区发射区基区基区基极基极pnn发射极发射极e集电结集电结集电区集电区发射结发射结发射区发射区基区基区基极基极ppn集电极集电极cbnpn型型pnp型型晶体管的结构特点晶体管的结构特点 (1)(2)(3) p22638晶体管的分类晶体管的分类按内部结构的不同按内部结构

29、的不同 npn型和型和pnp 型型 硅管多为硅管多为npn型型 锗管多为锗管多为pnp 型型 becbecnpn型型pnp型型icieibicibie硅管硅管 受温度变化影响小，工作稳定受温度变化影响小，工作稳定按半导体材料的不同按半导体材料的不同 硅管和锗管硅管和锗管 在自动控制设备中广泛应用在自动控制设备中广泛应用图形符号和电流方向图形符号和电流方向39按功率的不同按功率的不同 小功率管和小功率管和 大功率管大功率管功率小于功率小于0.5w的是小功率管的是小功率管,大于大于1w的是大功率管的是大功率管,介介于二者之间的是中功率管于二者之间的是中功率管按工作频率的不同按工作频率的不同 低频管

30、和低频管和 高频管管高频管管工作频率低于工作频率低于3mhz的是低频管，高于的是低频管，高于3mhz的是高频的是高频管管按用途的不同按用途的不同 电压放大管、功率放大管、开关管等电压放大管、功率放大管、开关管等 晶体管型号的命名晶体管型号的命名 p226型号举例型号举例 3ax51、3bx81、3cg14、3dg6、3ad50等等40二二.晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用晶体管实现电流放大作晶体管实现电流放大作用必须具备的外部条件用必须具备的外部条件晶体管的发射结正偏晶体管的发射结正偏 集电结反偏集电结反偏ube 0ucb 0即即 vc vb veueb 0ubc 0即即 ve vb

31、vc+-ube+-ucb-+ueb+ubc-becbecnpn型型pnp型型pppnnn41(一一)实验电路实验电路基极回路基极回路 共发射极电路共发射极电路电源电源uccub使发射结正偏使发射结正偏 集电结反偏集电结反偏（二）实验操作（二）实验操作改变电位器改变电位器rb的阻值的阻值 ube变化变化 ib变化变化 ic变化变化ib变化变化ic和和ie变化变化晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用集电极回路集电极回路 ie变化变化ubbrbrbibaeicucciecmama+42ibma 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10icma0.001 0.74 1.50 2.25

32、3.05 3.85iema0.001 0.76 1.54 2.31 3.13 3.95晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用ubbrbrbibaeicucciecmama43(三三)分析实验数据分析实验数据 结论结论 (1)每一组数据说明三个电极的电流每一组数据说明三个电极的电流符合符合kclibma 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10icma0.001 0.74 1.50 2.25 3.05 3.85iema0.001 0.76 1.54 2.31 3.13 3.95(2)电流电流ie、ic比比ib大得多大得多 以第以第3组数据为例组数据为例5 .3704.05 .1bc

33、iiicie ibie = ib + icbecicieib44（3 3）基极电流的微小变化引起集电极电流的显著变化）基极电流的微小变化引起集电极电流的显著变化晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用放大微弱电信号放大微弱电信号ibma 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10icma0.001 0.74 1.50 2.25 3.05 3.85iema0.001 0.76 1.54 2.31 3.13 3.955 .3702. 075. 004. 006. 05 . 125. 2bcii以第三组数据变化到第四组数据为例以第三组数据变化到第四组数据为例45三三.晶体管的特性曲线晶体管

34、的特性曲线表示各极电流与极间电压表示各极电流与极间电压的关系的关系是了解晶体管特性和分是了解晶体管特性和分析晶体管工作状态的重析晶体管工作状态的重要依据要依据共射极放大电路共射极放大电路（一）共射极组态输入特性曲线（一）共射极组态输入特性曲线npn型硅管输入特性曲线型硅管输入特性曲线正常工作时正常工作时 vcvbveuce1vce)(bebuufi常数常数iba0.40.8ubev206040800uce1v所有的输入特性曲线几乎重合所有的输入特性曲线几乎重合ubbrbrbibaeicucccmama46死区电压死区电压 硅管硅管 0.40.5v 锗管锗管 0.2v线性工作范围线性工作范围 晶

35、体管正常工晶体管正常工作时的正偏电压作时的正偏电压硅管硅管 0.60.7v 锗管锗管 0.20.3vib与与ube之间是非线性关系之间是非线性关系iba0.40.8ubev206040800uce1v控制死区控制死区ubbrbrbibaeicucciecmama(二二)共射极组态输出特性曲线共射极组态输出特性曲线b)(ceciufi常数常数47输出特性曲线族输出特性曲线族4ucevicma132036912100aib = 0 20a40a60a80a每一条曲线的变化规律每一条曲线的变化规律 例如例如: ib=40a该段近似为陡直的直线该段近似为陡直的直线恒流特性段恒流特性段 uce1v 后后

36、，uce增加增加，ic几乎不再增加几乎不再增加 特性曲线近似平行于水平轴特性曲线近似平行于水平轴,表现为恒流特性表现为恒流特性起始段起始段 uce1v ic随随uce增加近似成正比增加近似成正比,线性增加线性增加ic48ib的数值增加的数值增加,曲线上移，组成一组输出特性曲线曲线上移，组成一组输出特性曲线整个输出特性分为三个区整个输出特性分为三个区1.放大区放大区条件条件:发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏截止区截止区ucevicma1320436912100aib= 020a40a60a80a饱和区饱和区放放大大区区iceoebc+ +-0.60.7v+ +-uce1vib49特点特

37、点:电流放大作用电流放大作用要改变要改变ic，只能用改变，只能用改变ib的办法达到的办法达到表现为表现为ib对对ic的控制作用的控制作用即电流放大作用即电流放大作用每一条曲线表现为恒流每一条曲线表现为恒流,即即ic与与uce无关无关ib以等差值规律变化，对应的特性曲线是一组间距基本以等差值规律变化，对应的特性曲线是一组间距基本 相等的平行线，它们之间的间距就体现了基极电流对相等的平行线，它们之间的间距就体现了基极电流对集电极电流的控制和放大作用集电极电流的控制和放大作用例如保持例如保持uce = 6v不变，调节不变，调节ib由由40a增大为增大为60a对对应的应的ic由由1.5ma增大为增大为

38、2.25ma。50ucevicma截止区截止区1320436912100aib= 020a40a60a80a饱和区饱和区放放大大区区1.52.25iceoib=6040=20aic=2.251.5=0.75ma基极电流的微小变化基极电流的微小变化ib引起集电极电流引起集电极电流ic的显著变化的显著变化icib5 .37102075. 03bcii51icmaib= 0ucev截止区截止区1320436912100a20a40a60a80aiceo2.截止区截止区由于由于ib0 表明发射结反偏表明发射结反偏 集电结亦反偏集电结亦反偏穿透电流穿透电流iceo 基极断开（基极断开（ib=0），集），

39、集-射极之间加上射极之间加上一定值的一定值的uce时时,集电极集电极-发射极的电流。发射极的电流。iceo 由少子形由少子形成成，近似为零。近似为零。但但iceo随温度增加而显著增加，使晶体管工作不稳定随温度增加而显著增加，使晶体管工作不稳定特点特点e- -cbube0+ + +- -uce1viceo52晶体管的开关作用晶体管的开关作用ib=0、iceo 0开关断开开关断开icmaib= 0ucev截止区截止区1320436912100a20a40a60a80aiceoe- -cbube0+ + +- -uce1viceo0ib=0ceb53ucevicma1320436912100aib=

40、 020a40a60a80a饱和区饱和区iceo3.饱和区饱和区特点特点发射结正偏发射结正偏,集电结亦为正偏集电结亦为正偏ecbube0.7v+ + +- - -uce0.7v晶体管失去放大作用晶体管失去放大作用晶体管的开关作用晶体管的开关作用 深度饱和时深度饱和时,uces0 等效为开关闭合等效为开关闭合ceb54（一）（一） 电流放大系数电流放大系数 表示表示表示表示bcii利用输出特性曲线利用输出特性曲线可以计算出可以计算出 ucevicma1320436912100aib= 020a40a60a80a放放大大区区1.52.25iceo5 .371040105 . 1635 .37106

41、01025. 26355bciiucevicma1320436912100aib= 020a40a60a80a放放大大区区1.52.25iceo在放大区在放大区约为几十至一百左右约为几十至一百左右利用输出特性曲线，可以利用输出特性曲线，可以计算出计算出5 .3710)4060(10) 5 . 125. 2(6356 （二）集（二）集-射极反向饱和电流射极反向饱和电流iceo （穿透电流）（穿透电流） （三）（三） 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 icm （四）集（四）集-射反向击穿电压射反向击穿电压 u(br)ceo极限参数极限参数使用中不得超过使用中不得超过 （五）（五） 集电极最大允

42、许耗散功率集电极最大允许耗散功率 pcm晶体管工作时，集电极消耗的电功率晶体管工作时，集电极消耗的电功率cceciupbceic-+uceibib=0iceoucc输出特性曲线中输出特性曲线中ib=0(基极开路基极开路)曲曲线所对应的集电极电流即为线所对应的集电极电流即为iceoiceo是失控电流是失控电流, ,越小越好越小越好57+10.75v10v10.3v+0.7v06v例题例题:某放大电路中的晶体管各极电位如图所示某放大电路中的晶体管各极电位如图所示,判断判断管子工作在何种状态管子工作在何种状态.-1.3v-1v- 6v+0.3v0- 6v放大放大饱和饱和放大放大截止截止第第9次作业次

43、作业 6-5 6-658ubbibiciebrbeucccrc例题例题:共射极放大电路和晶体管输出特性如图示共射极放大电路和晶体管输出特性如图示（1）根据输出特性曲线计算）根据输出特性曲线计算值值（2）ubb=2.5v、rb=24k 、 ucc=18v 、 rc=3k 计算计算ib、ic、ie和和uceucevicma3960612160a80a241840a120a200aib=059ib= 0ucevicma3960612160a80a241840a120a200a4解解:(:(1) )取取uce=12v,做图做图5010)80120(10)46(63bcii60(2)估算法估算法a80m

44、a08. 0246 . 05 . 2biieic=ib=500.08=4mav61031041833ccccceriuuierbubibicuccrc4ucevicma3960612160aib= 080a241840a120a200a发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏放大工作状态放大工作状态q静态工作点静态工作点q61五五. .晶体管小信号电路模型晶体管小信号电路模型( (一一) )为什么要建立晶体管小信号电路模型为什么要建立晶体管小信号电路模型线性元件线性元件解析计算解析计算(图解分析图解分析)注意注意:晶体管小信号电路模型只对电流、电压变化量晶体管小信号电路模型只对电流、电压变化量

45、（ ib 、 ic 、 ube 、 uce ）等效）等效非线性元件非线性元件ubibiciebrbeucccrc62icuceib-+ube+-bceeeebibube+-+uce-小信号小信号电路模型电路模型cic（二）可能性（二）可能性对交流变化量（动态）等效对交流变化量（动态）等效特性曲线中都有一段近似为线性段特性曲线中都有一段近似为线性段之间具有线性正比关系之间具有线性正比关系电流、电压电流、电压变化量变化量电信号幅度较小，在该线性段工作，电流电信号幅度较小，在该线性段工作，电流变化变化量量与电压与电压变化量变化量之间就存在确定的线性正比关系之间就存在确定的线性正比关系63ibube0

46、qubeib在输入特性的直线范围，在输入特性的直线范围，rbe是常数，能够用来表示是常数，能够用来表示 ib与与 ube之间的关系。这样，晶体管基极与发射极之间之间的关系。这样，晶体管基极与发射极之间就可以用就可以用rbe等效代替等效代替基基射极间射极间 ib与与ube的关系的关系 beiub常数常数bbebeiur晶体管的输入电阻晶体管的输入电阻q点附近近似直线点附近近似直线,各点斜率相同各点斜率相同64uceic+ +- -ceibbeibuberbe+ +- -ucevicma3960612160a80a241840a120a200a在输出特性的放大区内，在输出特性的放大区内，ic与与u

47、ce无关，只受无关，只受ib控制控制ic=ib因此，集因此，集-射极之间可以用一个电流源等效代替射极之间可以用一个电流源等效代替该电流源受该电流源受ib控制，称为受控电流源控制，称为受控电流源uce与与ic的关系由输出特性曲线决定的关系由输出特性曲线决定其变化量之间的关系其变化量之间的关系65等效的意义等效的意义 对晶体管三个电极对晶体管三个电极以外的电路以外的电路等效等效 对极间电压与电流的对极间电压与电流的变化量变化量之间等效之间等效icuceib-+ube+-bceebeibuberbe+ +- -uceic+ +- -ceib(ma)mv26)1(300ebeir式中式中ie是工作点是

48、工作点q对应的发射极电流对应的发射极电流第第10次作业次作业 6-7 6-8 6-966功能功能: fet），也是一种放大元件），也是一种放大元件, ,用来用来放大微弱电信号放大微弱电信号双极型晶体管是双极型晶体管是ibic=ib 场效应晶体管场效应晶体管其输入端只需要控制电压其输入端只需要控制电压,而不存在控制电流而不存在控制电流双极型晶体管中参与导电的载流子既有多子，又有少双极型晶体管中参与导电的载流子既有多子，又有少子子,即有两种载流子（电子和空穴），故称双极型晶体管即有两种载流子（电子和空穴），故称双极型晶体管（ bjt）场效应晶体管中参与导电的载流子只有多子场效应晶体管中参与导电的载

49、流子只有多子电子或空电子或空穴穴,是一种单极性器件。故又称单极型晶体管是一种单极性器件。故又称单极型晶体管67fet的分类的分类结型场效应管（较少应用结型场效应管（较少应用)(jfet)n沟道沟道p沟道沟道n沟道沟道p沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(mosfet)输入电阻高、温度稳定性好、抗干扰、抗辐射能力强、输入电阻高、温度稳定性好、抗干扰、抗辐射能力强、功耗小、制作工艺简单、适宜大规模集成功耗小、制作工艺简单、适宜大规模集成68一一.绝缘栅场效应晶体管的基本结构和工作原理绝缘栅场效应晶体管的基本结构和工作原理(一一)n沟道增强型绝缘栅场效应晶体管沟道增强型绝缘

50、栅场效应晶体管 应用较广的应用较广的fet 1.基本结构基本结构掺杂浓度低的掺杂浓度低的p型硅衬底型硅衬底两个高掺杂浓度的两个高掺杂浓度的n区区 - 铝电极铝电极- 源极源极s和漏极和漏极d二氧化硅（二氧化硅（sio2）薄层（厚约）薄层（厚约0.1m)nn源极源极s栅极栅极g漏极漏极dp型硅衬底型硅衬底衬底引线衬底引线bsio2薄层薄层绝缘栅极绝缘栅极g (铝电极铝电极)衬底引线衬底引线b绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管(mosfet)692.工作原理工作原理栅栅-源极电压源极电压ugs对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用因为在源因为在源-漏极间存在两个背漏极间存在两个背靠背的靠背的pn结结sd漏极漏极dp型硅衬底型硅衬底源极源极s衬底引线衬底引线b栅极栅极gn+n+栅栅-源极间短路源极间短路, ugs= 0,无论源无论源-漏漏极间加入何种极性的电压极间加入何种极性的电压,漏极电漏极电流流 id = 070漏极漏极dp型硅衬底型硅衬底源极源极s衬底引线衬底引线b栅极栅极gn+n+第二第二.漏漏-源极间加入正向电压源极间加入正向电压(uds0)欲使漏欲使漏-源极间导通，产生漏极电流源极间导通，产生漏极电流id，必须满足两个必须满足两个条件条件第一第一.在栅在栅-源极加入