二极管、三极管（课堂PPT）

1、.1项目一项目一 半导体二极管半导体二极管学习目标：学习目标：一、了解半导体的基本概念；一、了解半导体的基本概念；二、掌握二、掌握PN结的单向导电性；结的单向导电性；三、掌握二极管的基本结构、工作原理、三、掌握二极管的基本结构、工作原理、特性曲线及主要参数；特性曲线及主要参数；四、掌握二极管质量、极性判别的方法。四、掌握二极管质量、极性判别的方法。.2任务导入任务导入 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。.3预习问题：预习问题：1、

2、自然界中根据物质导电能力分为几种？分别是什么？、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？、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？、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？、半导体掺杂特性的含义是什么？5、什么是本征半导体？、什么是本征半导体？6、本征激发的含义是什么？、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、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？载流子是什么？9、P

3、型半导体中掺入的是哪种元素？多数载流子是什么？少数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？载流子是什么？.41.1 PN结的形成和特性结的形成和特性一、PN结的形成P P区和区和N N区交界区交界处形成一特殊处形成一特殊层，叫层，叫PNPN结结。二、PN结的特性PNPN结加正向电压结加正向电压导通，加反向电导通，加反向电压截止，即压截止，即单向单向导电性。导电性。.51.2 半导体二极管半导体二极管 1.2.1二极管的结构、外形与符号二极管的结构、外形与符号二极管：将二极管：将 PN 结封装在塑料、结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，并从玻璃或金属外壳里，并从 P 区和区和

4、 N 区分别焊出两根金属引线做正、负极。区分别焊出两根金属引线做正、负极。外形：外形：符号：符号：二极管是由半导体材料制成，常用的半导体有锗二极管是由半导体材料制成，常用的半导体有锗和硅。和硅。VD阳极阳极（正极）（正极）阴极阴极（负极）（负极）.6二极管的分类二极管的分类 1.2.1二极管的结构、外形与符号二极管的结构、外形与符号半导体二极管又称晶体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。按半导体材料划分：按半导体材料划分：硅二极管、锗二极管等；硅二极管、锗二极管等；按按 PN 结结构划分：结结构划分：点接触型二极管、面接触型二极管、点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管；平面型二极管；

5、按用途划分：按用途划分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开整流二极管、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。关二极管、发光二极管、变容二极管等。 .7 1.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性1正向特性（正向偏置或导通状态）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，如图中时，正向电流很小，如图中 0A 段。段。这个范围称为这个范围称为死区死区，相应的电压叫，相应的电压叫死死区电压区电压。硅二极管的死区电压为。硅二极管的死区电压为 0.5 V 左右，左右，锗二极管的死区电压约为锗二极管的死区电压约

6、为 0.1 0.2 V。外加电压超过死区电压以后，正向电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流迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图态，如图中中 AB 段所示。段所示。导通后管子两端电压几乎恒定，硅管导通后管子两端电压几乎恒定，硅管约为约为 0.6 0.7 V，锗管约为，锗管约为 0.2 0.3 V。正偏导通正偏导通.8 1.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性当给二极管加反向电压时，所形成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，即内基本不随反向电压的变化而变化，即保

7、持恒定。保持恒定。当反向电压大到一定数值时，反向当反向电压大到一定数值时，反向电流会突然增大，如图中电流会突然增大，如图中 CD 段，这种段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫反向现象称为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。正常使用二极管时，是不允击穿电压。正常使用二极管时，是不允许出现这种现象的。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）反向特性（反向偏置或截止状态）.9结论：结论：二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，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

8、阻，如同开关断开。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。以二极管属于非线性器件。.10应用应用1 1、如下图所示，哪个导通？哪个截止？、如下图所示，哪个导通？哪个截止？+ +- -U(1)- -+ +U(2)2 2、如下图所示，灯泡是否发光？、如下图所示，灯泡是否发光？- -+ +EELVD动画动画.11 1.2.3二极管的主要参数二极管的主要参数1最大整流电流最大整流电流 IFM二极管长时间工作时允

9、许通过的最大正向电流的平二极管长时间工作时允许通过的最大正向电流的平均值。均值。二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。2最高反向工作电压最高反向工作电压 URM 3最大反向电流最大反向电流 IR二极管加最大反向电压时的反向电流。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。愈小，单向导电性愈好。.12拓展：1、怎样用万用表判别二极管的正、负极？、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、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？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

10、正向电阻和、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？反向电阻都很小，说明什么问题？.13任务二任务二 半导体三极管半导体三极管 学习目标：学习目标： 一、掌握三极管的结构及其三种工作状态；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二、理解半导体三极管的伏安特性及各工作状态的特点；作状态的特点； 三、能用万用表判别三极管的好坏、类型三、能用万用表判别三极管的好坏、类型和管脚极性。和管脚极性。.14 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。2.1 BJT的结构

11、简介的结构简介(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号.152.1 BJT的结构简介的结构简介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管按照所用的半导体材料分：硅管、锗管；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；按照工作频率分：低频管、高频管；按照功率分：小、中、大功率管。按照功率分：小、中、大功率管。.16 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载三极管的放大作用是在一定的外部条

12、件控制下，通过载流子传输体现出来的。流子传输体现出来的。2.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPNNPN为例）为例） 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子( (自自由电子和空穴由电子和空穴) )参与导电，故称为双参与导电，故称为双极型三极管或极型三极管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的

13、传输过程外部条件：外部条件： 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏.17放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程发射结正偏发射结正偏多子扩散多子扩散IE=IEN+ IEP很多电很多电子扩散子扩散到基区到基区IEIEN发射极电流发射极电流IE.18放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程基极复合电流基极复合电流IBN 扩散到基区的电子与基区的多子（空穴）扩散到基区的电子与基区的多子（空穴）复合，形成复合电流复合，形成复合电流IBN IB= IBN-ICBO.19放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程集电极

14、电流集电极电流IC集电结反偏集电结反偏漂移增强漂移增强载流子被集载流子被集电极收集形电极收集形成电流成电流ICN加上集电极和加上集电极和基极间的反相基极间的反相饱和电流饱和电流集电极电流集电极电流 IC= ICN+ ICBO.202. 电流分配关系电流分配关系根据传输过程可知根据传输过程可知IEN=ICN+ IBN=IC- ICB0+IB+ICB0=IC+IB=IEIC=IB 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射综上所述，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。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：实

15、现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。.212.32.3三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极。，集电极作为公共电极。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极；，基极作为公共电极；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极；，发射极作为公共电极；BJT的三种组态的三种组态.222.4 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲

16、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令令UBB从从0开始增加开始增加IBIE=IBUBE令令UCC为为0UCE=0时的输时的输入特性曲线入特性曲线UCE为为0时时.23UCE =0.5VUCE=0VUBE /VIB / A0UBBUCCRC+RB令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加IBICUBE增大增大UCC让让UCE=0.5VUCE =1VUCE=0.5VUCE=0.5V的的特性曲线特性曲线继续增继续增大大UCC让让UCE=1V令令UBB重重新从新从0开开始增加始增

17、加UCE=1VUCE=1V的的特性曲线特性曲线 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。UCE1V的的特性曲线特性曲线.242.输出特性曲线先把先把IB调到调到某一固定值某一固定值保持不变。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。然后调节然后调节UCC使使UCE从从0增增大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC的变的变化

18、并记录下来。化并记录下来。UCEUBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE 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 /mA02.4 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线.25UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE再调节再调节IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不变。持不变。仍然调节仍然调节UCC使使UCE从从0增增大，继续观察毫安表中大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。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

19、/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输出曲线开始部分很陡，说明陡，说明IC随随UCE的增的增加而急剧增大。加而急剧增大。当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(一般小于一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明，输出特性曲线变得平坦，表明IC基基本上不再随本上不再随UCE而变化。而变化。.26 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

20、有恒流特性。UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3 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。IB=40 A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IC=1.3mA；IC于是我们可得到三极管的电流放大倍数：.27UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区饱和区。当。当发

21、射结和发射结和集电结均为正向偏置集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和时，三极管处于饱和状态。此时集电极电状态。此时集电极电流流IC与基极电流与基极电流IB之之间不再成比例关系，间不再成比例关系，IB的变化对的变化对IC的影响的影响很小。很小。截止区截止区。当基极电。当基极电流流IB等于等于0时，晶体时，晶体管处于截止状态。管处于截止状态。实际上当发射结电实际上当发射结电压处在正向死区范压处在正向死区范围时，晶体管就已围时，晶体管就已经截止，为让其可经截止，为让其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。 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

22、极电流之间成倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。.281. 电流放大系数电流放大系数 2.5 BJT的主要参数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. 极间反向电流极间反向电流 （1） 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。I ICBOCBO越小越好。越小越好。 .29（2） 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO 2.5 BJT的主要参数的主要参数.30（1） 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM（2） 集电极最大允许功率损耗集电极最

23、大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数极限参数2.5 BJT的主要参数的主要参数.31（3） 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压。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。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。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几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO.322.6 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测试三极管的

24、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。.33 2三极管的结构、管脚的判别三极管的结构、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.34 将万用表欧姆挡置于“R100”或“R1 k”的位置（注意万用表红表笔接内置电池负极，黑表笔接内置电池正极）。 先假设三极管的某引脚为“基极”