第2章 半导体器件基础(模拟电子课件)

1、第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.1 2.1 半导体基础与半导体基础与PNPN结结 2.1.1 2.1.1 半导体基础及其特性半导体基础及其特性 电阻率为电阻率为10-910-6cm电阻率为电阻率为10-3109cm电阻率为电阻率为10101020cm第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体半导体的特性的特性热敏性：对温度敏热敏性：对温度敏感，如热敏电阻感，如热敏电阻光敏性：对

2、光照敏感，光敏性：对光照敏感，如光电管、光敏电阻、如光电管、光敏电阻、光电池光电池杂敏性：对杂杂敏性：对杂质敏感，如半质敏感，如半导体器件导体器件光敏光敏电阻电阻光敏二光敏二极管极管第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.1.2 2.1.2 本征半导体本征半导体 具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。晶体通常具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。晶体通常具有规则的几何形状，在空间中按点阵具有规则的几何形状，在空间中按点阵(晶格晶格)排列。排列。硅（硅（Si）锗（锗（Ge）本征半导体原子的空间排列本征半导体原子的空间排列第第2 2章章 半导体器件基

3、础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 本征半导体原子平面结构示意图本征半导体原子平面结构示意图第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 共价键失去电子后留下的空位称为共价键失去电子后留下的空位称为空穴空穴，显然具有空穴的原，显然具有空穴的原子带正电。本征半导体产生热激发时，电子和空穴成对出现。子带正电。本征半导体产生热激发时，电子和空穴成对出现。 热激发、空穴与自由电子热激发、空穴与自由电子光照光照自由电子自由电子空穴空穴第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 自由电子和空穴的自由电子和空穴的复合、动态

4、平衡复合、动态平衡在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，同时又不在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合，故在一定温度下，载流子的热激发和复合达到动态断复合，故在一定温度下，载流子的热激发和复合达到动态平衡，载流子的数目维持在一定的数目。平衡，载流子的数目维持在一定的数目。 填补填补新的新的空穴空穴光照光照第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.1.3 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体1. N型半导体型半导体 在硅或锗的本征半导体中掺入微量的在硅或锗的本征半导体中掺入微量的5价磷（价磷（P）元素，）元素，则形成则形成N

5、型半导体。型半导体。掺入掺入自由电子自由电子自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子，故，故N型半导体也型半导体也称为称为电子型半导体电子型半导体，磷原子也称为，磷原子也称为施主杂质。施主杂质。 在掺入磷原子在掺入磷原子的本征半导体中，的本征半导体中，自由电子数目远自由电子数目远远大于空穴数目。远大于空穴数目。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2 2P P型半导体型半导体 如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的3价硼（价硼（B）元）元素，则形成素，则形成P型半导体。型半导体。掺入

6、掺入填补填补 在掺入硼原子在掺入硼原子的本征半导体中，的本征半导体中，空穴数目远远大空穴数目远远大于自由电子数目。于自由电子数目。空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，故，故P型半导体也型半导体也称为称为空穴型半导体空穴型半导体，硼原子也称为，硼原子也称为受主杂质。受主杂质。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.1.4 PN2.1.4 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1 .PN1 .PN结的形成结的形成 利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）上，一边

7、掺杂成上，一边掺杂成N型半导体，一边形成型半导体，一边形成P型半导体，在扩散运型半导体，在扩散运动和漂移运动的作用下，在两种半导体的交界面就会形成一动和漂移运动的作用下，在两种半导体的交界面就会形成一个厚度稳定的空间电荷区，这就是个厚度稳定的空间电荷区，这就是PN结。结。a.扩散运动扩散运动 由于浓度的差异由于浓度的差异形成的载流子运动称形成的载流子运动称为扩散运动。扩散运为扩散运动。扩散运动是动是多子多子的运动。的运动。硼负离子硼负离子磷正离子磷正离子扩散运动扩散运动第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 b.b.内电场的形成内电场的形成 多子扩散到交

8、界面附近多子扩散到交界面附近时，自由电子和空穴复合，时，自由电子和空穴复合，留下不能移动的带电离子，留下不能移动的带电离子，带正、负电的离子形成了空带正、负电的离子形成了空间电荷区的内电场。间电荷区的内电场。内电场的形成内电场的形成c. c.漂移运动漂移运动 在内电场的作用下向，在内电场的作用下向，P区的少子（电子）向区的少子（电子）向N区漂移，区漂移，N区的少子（空穴）向区的少子（空穴）向P区漂移，形成漂移电流。当扩散运动区漂移，形成漂移电流。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，就形成了稳定的空间电荷区和漂移运动达到动态平衡时，就形成了稳定的空间电荷区-PN结。结。第第2 2章章 半导体器件

9、基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2 PN2 PN结的单向导电性结的单向导电性a aPNPN结外加正向电压结外加正向电压: :P区接电源的正极，区接电源的正极，N区接电源的负极区接电源的负极扩散运动扩散运动漂移运动，形漂移运动，形成较大的扩散电流，其成较大的扩散电流，其方向是由方向是由P区流向区流向N区，区， PN结变窄。随着外加电结变窄。随着外加电压的增大正向电流也增压的增大正向电流也增大，大，PN结的正向导通。结的正向导通。正向电流包括两部分：空穴电流和自由电子电流。虽然两种正向电流包括两部分：空穴电流和自由电子电流。虽然两种不同极性的电荷运动方向相反，但所形成的电流方

10、向是一致的不同极性的电荷运动方向相反，但所形成的电流方向是一致的PN结外加正向电压结外加正向电压第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 b.PN结外加反向电压结外加反向电压: P区接电源的负极、区接电源的负极、N区接电源的正极区接电源的正极图 2-10 PN结加反向电压N型半导体P型半导体PN 结内电场方向外电场方向RURI漂移运动漂移运动扩散运动，外电扩散运动，外电场使得场使得P区的空穴和区的空穴和N区的区的自由电子从空间电荷区边自由电子从空间电荷区边缘移开，使空间电荷区变缘移开，使空间电荷区变宽，这有利于少子的形成宽，这有利于少子的形成反向电流，此时

11、反向电流，此时PN结反向结反向截止，呈高阻态。截止，呈高阻态。PN结外加反向电压结外加反向电压 总结：总结：PN结外加正向电压时，结外加正向电压时，PN结电阻很小，正向电结电阻很小，正向电流很大，流很大，PN结正向导通，电流方向从结正向导通，电流方向从P型区流向型区流向N型区；型区；PN结结外加反向电压时，外加反向电压时，PN结电阻很大，反向电流很小，近似为零，结电阻很大，反向电流很小，近似为零，PN结反向截止。结反向截止。PN结的这种特性称为单向导电性结的这种特性称为单向导电性。 反向饱反向饱和电流和电流第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.2

12、2.2 半导体二极管半导体二极管 2.2.1 2.2.1 二极管的结构、类型及符号二极管的结构、类型及符号 将一个将一个PN结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极管，也称晶体二极管。管，也称晶体二极管。整流二极管整流二极管发光二极管发光二极管稳压二极管稳压二极管开关二极管开关二极管第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 二极管符号二极管符号几种二极管外形示意图几种二极管外形示意图PN普通二极管普通二极管整流二极管整流二极管大功率整流二极管大功率整流二极管第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技

13、术基础模拟电子技术基础 用于高频检波用于高频检波和开关电路和开关电路用于整流电路用于整流电路用于高频、开用于高频、开关、脉冲关、脉冲二极管的结构有三种：点接触型、面接触型、平面型二极管的结构有三种：点接触型、面接触型、平面型点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体的二极管型号说明：半导体的二极管型号说明：举例举例第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 1. 1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 2.2.22.2.2二极管的伏安特性及主要性能参数二极管的伏安特性及主要

14、性能参数 二极管的伏安特性二极管的伏安特性a a正向特性正向特性 正向正向特性特性（1 1）死区及死区电压）死区及死区电压 开启开启电压电压硅管：硅管：0.5V锗管：锗管：0.1V 当外加正向电压较小时，当外加正向电压较小时，外电场克服不了内电场的作用，外电场克服不了内电场的作用，正向电流几乎为零，此区域称正向电流几乎为零，此区域称为死区，对应的电压称为死区为死区，对应的电压称为死区电压或开启电压电压或开启电压Uth（阈值电（阈值电压、门坎电压）压、门坎电压）第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 ) 1(T/SDUueIi 正向特性也可以用下式近正向特

15、性也可以用下式近似表示似表示其中：其中：Is为反向饱和电流，为反向饱和电流，UT为温度电压当量，室温下为温度电压当量，室温下UT=26mV。（2 2）正向导通及导通电压）正向导通及导通电压 当外加正向电压大于开启当外加正向电压大于开启电压后，正向电流增长很快，电压后，正向电流增长很快，二极管正向导通，对应电压二极管正向导通，对应电压为正向导通电压为正向导通电压UF。导通导通电压电压硅管：硅管：0.60.7V（0.7V）锗管：锗管：0.20.3V（0.2V）第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 b b反向特性反向特性 反向反向截止截止 当二极管加反向电压

16、并当二极管加反向电压并小于某电压（击穿电压）时，小于某电压（击穿电压）时，由少数载流子的漂移运动形由少数载流子的漂移运动形成很小的反向电流，硅管为成很小的反向电流，硅管为nAnA级，锗管为级，锗管为AA级，故二级，故二极管反向截止。极管反向截止。（1 1）反向截止区）反向截止区 一、它随温度的升高增长很快；一、它随温度的升高增长很快；注意：反向电流的特点注意：反向电流的特点二、反向电流与反向电压的大小无关，基本不变称它为二、反向电流与反向电压的大小无关，基本不变称它为反反向饱和电流。向饱和电流。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 注意：注意：硅管的反

17、向电流要比硅管的反向电流要比锗管小得多，小功率硅管的锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流一般小于反向饱和电流一般小于0.1A0.1A，锗管约为几个微安，锗管约为几个微安（2 2）反向击穿区）反向击穿区 当反向电压增加到击穿当反向电压增加到击穿电压时，反向电流将突然增电压时，反向电流将突然增大，二极管的单向导电性被大，二极管的单向导电性被破坏，二极管反向导通，造破坏，二极管反向导通，造成不可恢复的损坏。成不可恢复的损坏。 反向反向击穿击穿温度的影响：温度的影响：温度升高时，正向特性左移，温度升高时，正向特性左移，UBE下降；下降；反向特性下移，反向饱和电流增大。反向特性下移，反向饱和电流增大。第

18、第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2. 2. 主要性能参数（低频参数）主要性能参数（低频参数） (1)额定整流电流额定整流电流IF 指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流值，指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流值，它是由它是由PN结的面积和散热条件决定。使用中若超过此值，结的面积和散热条件决定。使用中若超过此值，PN结由于过热发生热击穿。结由于过热发生热击穿。（2）最高反向工作电压）最高反向工作电压URM 指保证二极管反向使用时，指保证二极管反向使用时，不被击穿而允许加上的最高反向不被击穿而允许加上的最高反向电压。一般取（电压。一般

19、取（1/22/3)UBR。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （3）反向饱和漏电流）反向饱和漏电流Is和最大反向电流和最大反向电流IRM 反向饱和电流反向饱和电流Is指二极管加反向电压时流过的电流。最大指二极管加反向电压时流过的电流。最大反向电流反向电流IRM指二极管工作在最高反向工作电压时的电流。指二极管工作在最高反向工作电压时的电流。反向电流越大，说明管子的温度稳定性越反向电流越大，说明管子的温度稳定性越差，其单向导电性不好。常温下硅管的反向差，其单向导电性不好。常温下硅管的反向饱和电流为饱和电流为1010-9-9A A，而锗管为，而锗管为10-

20、6A 。故在选。故在选择二极管时，首选硅管，其具有反向耐压管、择二极管时，首选硅管，其具有反向耐压管、反向电流小、温度稳定好等特定。反向电流小、温度稳定好等特定。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 DDDIUR V/uOmA/ i(a) 直流电阻的几何意义1Q2Q1DI1DU2DU2DI（4）直流电阻）直流电阻RD 二极管工作时对应的电压和二极管工作时对应的电压和电流，称为电流，称为静态工作点静态工作点，如，如Q1和和Q2，其直流电阻就是静态工作点，其直流电阻就是静态工作点对应的电压和电流的比值。即对应的电压和电流的比值。即注意：注意：二极管正向导通

21、时，电流越二极管正向导通时，电流越大，其值越小。反向截止时，由于大，其值越小。反向截止时，由于电流很小，故反向直流电阻很大。电流很小，故反向直流电阻很大。正反向电阻反差越大，说明二极管正反向电阻反差越大，说明二极管的单向导电性越好。的单向导电性越好。直流电阻的几何意义直流电阻的几何意义第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 QDDQDDdddiuiur（5）交流电阻）交流电阻rd 指在静态工作点附近电压变化指在静态工作点附近电压变化量和电流变化量的比值，即量和电流变化量的比值，即 当二极管两端电压比较高时，交当二极管两端电压比较高时，交流电阻可近似为流电

22、阻可近似为QQd26QQTIIUr注意：注意： rd即为即为Q点的切线斜率，一般在几十欧至几百欧。点的切线斜率，一般在几十欧至几百欧。交流电阻的几何意义交流电阻的几何意义) 1(T/SDUueIi第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （6）PN结电容结电容 PN结上电压变化时，结上电压变化时，PN结内存储的电荷量也会发生变结内存储的电荷量也会发生变化，说明化，说明PN结具有电容效应。其等效电容包含势垒电容结具有电容效应。其等效电容包含势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容势垒电容CB：是：是PN结内空间电荷量随外加电压变化形成的，结内空间电荷量

23、随外加电压变化形成的，是非线性的。是非线性的。扩散电容扩散电容CD：是多数载流子在扩散过程中随外加电压变：是多数载流子在扩散过程中随外加电压变化形成的。化形成的。注意：注意： PN结反向偏置时电阻大，电容小，主要为势垒电容；结反向偏置时电阻大，电容小，主要为势垒电容；正向偏置时，正向偏置时，PN结电阻小，电容大，取决于扩散电容。一结电阻小，电容大，取决于扩散电容。一般结电容为几皮法到几十皮法，高频时结电容影响不可忽般结电容为几皮法到几十皮法，高频时结电容影响不可忽略。低频时可忽略。略。低频时可忽略。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （7）最高工作频

24、率）最高工作频率fmax 二极管最高工作频率为是指二极管正常工作时，允许通二极管最高工作频率为是指二极管正常工作时，允许通过交流信号的最高频率。超过此频率，因为结电容的影响，过交流信号的最高频率。超过此频率，因为结电容的影响，二极管的单向导电性变差。二极管的单向导电性变差。（8）反向恢复时间）反向恢复时间trr 指二极管由导通突然反向时，电流由很大衰减到接近反指二极管由导通突然反向时，电流由很大衰减到接近反向饱和电流向饱和电流IS时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，反向恢复时间是二极管的一项重要指标。关状态时，反向恢复时间是二极管的一项重要

25、指标。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 3.3.二极管的测试二极管的测试 在使用二极管前，应先判断二极管的好坏，可用指针式在使用二极管前，应先判断二极管的好坏，可用指针式万用表欧姆档的万用表欧姆档的R1k (或或R100)档位（注意不要用档位（注意不要用R1(或或R10k)档位，以免电流过大烧坏二极管）。首先将万用表拨档位，以免电流过大烧坏二极管）。首先将万用表拨到欧姆到欧姆R1k档位，将两个表笔短接，进行调零档位，将两个表笔短接，进行调零（1）正向特性的测定）正向特性的测定 将指针式万用表的黑表笔（指针式万用表黑表笔接表内将指针式万用表的黑表笔（

26、指针式万用表黑表笔接表内电池的正极）接到二极管的阳极，万用表的红表笔（指针式电池的正极）接到二极管的阳极，万用表的红表笔（指针式万用表红表笔接表内电池的负极）接到二极管的阴极。如果万用表红表笔接表内电池的负极）接到二极管的阴极。如果指针摆至量程的中间某位置，所测电阻为二极管的正向电阻，指针摆至量程的中间某位置，所测电阻为二极管的正向电阻，一般正向电阻为几百欧几千欧。如果正向电阻很小甚至为一般正向电阻为几百欧几千欧。如果正向电阻很小甚至为零，则说明二极管内部短路；如果正向电阻为无穷大，则说零，则说明二极管内部短路；如果正向电阻为无穷大，则说明二极管内部断路。明二极管内部断路。第第2 2章章 半导

27、体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （2）反向特性的测定）反向特性的测定 将指针式万用表的黑表笔接到二极管的阴极，红表笔接将指针式万用表的黑表笔接到二极管的阴极，红表笔接到二极管的阳极。如果指针摆至量程的较大或接近无穷大，到二极管的阳极。如果指针摆至量程的较大或接近无穷大，所测电阻为二极管的反向电阻。一般反向电阻为几十千欧所测电阻为二极管的反向电阻。一般反向电阻为几十千欧几百千欧。如果反向电阻很小甚至为零，则说明二极管反向几百千欧。如果反向电阻很小甚至为零，则说明二极管反向击穿而损坏。击穿而损坏。4 .4 .二极管的选用原则二极管的选用原则极限参数（最大反向电压）应大于

28、器件在实际使用中可能遇到的值，一般取极限参数（最大反向电压）应大于器件在实际使用中可能遇到的值，一般取实际值的实际值的1.52倍；倍；选用反向电流小的二极管；选用反向电流小的二极管；硅管的反向耐压高、反向电流小、耐温性能好，应作为首选。如果要求阈值电硅管的反向耐压高、反向电流小、耐温性能好，应作为首选。如果要求阈值电压和正向导通电压小时，应选用锗二极管；压和正向导通电压小时，应选用锗二极管；导通电流较大时，选用面接触型二极管；工作频率较高时选用点接触型二极导通电流较大时，选用面接触型二极管；工作频率较高时选用点接触型二极管。管。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟

29、电子技术基础 5 .5 .二极管的型号（国标二极管的型号（国标GB249-74GB249-74）国产半导体器件的型号由五部分组成：国产半导体器件的型号由五部分组成：2 A P 8 B第一部分：用阿拉伯数码表示电极的数目，第一部分：用阿拉伯数码表示电极的数目，2-二极管，二极管，3-三极管三极管第二部分：用汉语拼音表示器件的材料和极性，第二部分：用汉语拼音表示器件的材料和极性，A-N型锗材料；型锗材料；B-P型型锗材料；锗材料；C-N型硅材料；型硅材料；D-P型硅材料型硅材料第三部分：用汉语拼音表示器件的类型用途，第三部分：用汉语拼音表示器件的类型用途，P-普通管；普通管；V-微波管；微波管；W

30、-稳压管；稳压管；Z-整流管；整流管；U-光电管；光电管；K-开关管开关管;第四部分：用数码表示序号，同一系列参数的分档第四部分：用数码表示序号，同一系列参数的分档;第五部分：用汉语拼音表示同一系列元件参数的细分。第五部分：用汉语拼音表示同一系列元件参数的细分。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 请回答请回答问题说明下列型号的材料和作问题说明下列型号的材料和作用？用？1. 2CZ54A?2. 2AP22?3. 2DW90?4. 2BU2A?第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.2.3 2.2.3 二极管的

31、等效模型及其应用二极管的等效模型及其应用 小信号时可认为二极管的小信号时可认为二极管的电压和电流在伏安特性曲线上电压和电流在伏安特性曲线上Q点附近小范围变化，近似认点附近小范围变化，近似认为特性曲线是线性的，故用过为特性曲线是线性的，故用过Q点的切线代替微小变化的曲点的切线代替微小变化的曲线，此时的二极管等效成一个线，此时的二极管等效成一个动态电阻，即动态电阻，即QDDdiurV/uOmA/ iQDiDuDIDUDuDidr代表符号(a) 小信号模型等效模型等效模型1. 1.小信号模型小信号模型二极管的小信号模型二极管的小信号模型第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模

32、拟电子技术基础 2.2.大信号模型大信号模型 (1) 折线模型折线模型 二极管一般都工作在大信号条件下二极管一般都工作在大信号条件下(如整流二极管、开关如整流二极管、开关二极管等二极管等)。此时根据不同的精度要求，二极管可用折线模型、。此时根据不同的精度要求，二极管可用折线模型、恒压模型和理想模型表示。恒压模型和理想模型表示。 考虑了二极管的开启电压考虑了二极管的开启电压Uth，没有忽略。没有忽略。意义为：二极管加反向电压意义为：二极管加反向电压时，时，i=0；加正向电压时，当；加正向电压时，当uUth, i=0;当当uUth, 曲线用斜率曲线用斜率为为1/rd的直线代替。的直线代替。二极管的

33、折线模型二极管的折线模型第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (2) (2) 恒压降模型恒压降模型 当二极管的正向导通压降与外加电压相比不能忽略时，当二极管的正向导通压降与外加电压相比不能忽略时，二极管正向导通可看成是恒压源，其电压为二极管导通时的二极管正向导通可看成是恒压源，其电压为二极管导通时的正向压降正向压降UF（硅管典型值为（硅管典型值为0.7V，锗管典型值为，锗管典型值为0.2V），且），且不随电流变化而变化；截止时反向电流为零，做开路处理。不随电流变化而变化；截止时反向电流为零，做开路处理。 二极管的恒压降模型二极管的恒压降模型第第2 2章

34、章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 在二极管的工作电压幅度较大时，认为可以忽略二极在二极管的工作电压幅度较大时，认为可以忽略二极管的正向导通压降和反向饱和电流。管的正向导通压降和反向饱和电流。 反偏压时二极管截反偏压时二极管截止电流为零止电流为零正偏时二极管正偏时二极管导通电压为零导通电压为零(3) 理想模型理想模型 二极管的理想模型二极管的理想模型第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 解：若要判断二极管是导通还是截止，则可先假设二极管移开，解：若要判断二极管是导通还是截止，则可先假设二极管移开，计算二极管的阳极和阴极之

35、间的电位差。若该电位差大于零，计算二极管的阳极和阴极之间的电位差。若该电位差大于零，则表明二极管导通；若该电位差小于或等于零，则二极管截止。则表明二极管导通；若该电位差小于或等于零，则二极管截止。【例例2-1】 电路如图所示，设二极管是理想的电路如图所示，设二极管是理想的,试判断二极管试判断二极管是导通还是截止？并求输出电压是导通还是截止？并求输出电压UAO 。移去二极管移去二极管后的电路后的电路第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 由可得两个二极管的阳极和阴极之间的电位差分别为由可得两个二极管的阳极和阴极之间的电位差分别为 0V 9V 9)(0D1U

36、0V3)9(12D2U 故二极管故二极管D1导通，导通，D2截止。由于二极管为理想二极管，截止。由于二极管为理想二极管，所以所以D1做短路处理，做短路处理，D2做开路处理做开路处理二极管等二极管等效电路效电路输出电压输出电压V0AOU第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 【例例2-2】 如图所示电路中的二极管是硅管，若二极管为理如图所示电路中的二极管是硅管，若二极管为理想二极管，则流过二极管中的电流是多少？如果二极管正想二极管，则流过二极管中的电流是多少？如果二极管正向导通压降为向导通压降为0.7V，则流过二极管中的电流又是多少？若，则流过二极管中的电

37、流又是多少？若U20V，且二极管正向导通压降为，且二极管正向导通压降为0.7V，则流过二极管中的电，则流过二极管中的电流又是多少？流又是多少？解：解：(1)若二极管为理想二极管，二极管若二极管为理想二极管，二极管D承受正向电压而导承受正向电压而导通，通，UD0V，相当于短路。，相当于短路。理想二极管理想二极管等效电路等效电路第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (2) 如果二极管正向导通压降为如果二极管正向导通压降为0.7V，先判断二极管是导通还，先判断二极管是导通还是截止。假设将二极管移开，即是截止。假设将二极管移开，即二极管中的电流为二极管中的电流

38、为mA7 . 1107 . 4831DRUI移开二极管移开二极管的等效电路的等效电路第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 则则R2两端的电压为两端的电压为VURRRU48. 083 . 07 . 43 . 0212D由于硅二极管的死区电压为由于硅二极管的死区电压为0.5V，故，故二极管截止，二极管截止，ID0(3) 如例如例2-2图图b所示电路，若所示电路，若U20V，且二极管正向导通压降，且二极管正向导通压降为为0.7V，则假设移开二极管，即，则假设移开二极管，即移开二极管移开二极管的等效电路的等效电路第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模

39、拟电子技术基础模拟电子技术基础 V2 . 1203 . 07 . 43 . 0212DURRRU则则R2两端的电压为两端的电压为 由于二极管两端电压大于死区电压，故由于二极管两端电压大于死区电压，故D导通，二极管导通，二极管用恒压源代替，恒压源两端电压为用恒压源代替，恒压源两端电压为UD0.7V ，即，即二极管导通二极管导通的等效电路的等效电路第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 mA16. 23 . 07 . 07 . 47 . 0202D1DDRURUUI 二极管的应用范围很广泛，主要是由于二极管的应用范围很广泛，主要是由于二极管具有单向导电性，所

40、以利用二极管可二极管具有单向导电性，所以利用二极管可以进行整流、限幅、保护、检波、钳位及开以进行整流、限幅、保护、检波、钳位及开关电路等。关电路等。 则二极管中的电流为则二极管中的电流为第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.3 2.3 特殊半导体二极管特殊半导体二极管 稳压管是一种由特殊工艺制成的面接触型硅二极管，与稳压管是一种由特殊工艺制成的面接触型硅二极管，与普通二极管相比，其正向特性相似，而反向特性比较陡。普通二极管相比，其正向特性相似，而反向特性比较陡。稳压管的符号稳压管的符号2.3.1 稳压管及其应用稳压管及其应用稳压管的伏安特性稳压管的

41、伏安特性稳压管的外形图稳压管的外形图也叫齐纳二极管，型也叫齐纳二极管，型号号2CW 、1N5221等等1. 1.稳压管稳压管第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2.2.稳压管的主要参数稳压管的主要参数 （1）稳定电压）稳定电压UZ （2）稳定电流稳定电流IZ（3）最大稳定电流最大稳定电流IZmax 稳压管正常工作时的反向击穿电压。稳压管正常工作时的反向击穿电压。 稳压管反向稳压时的最小工作电流，当稳压管反向稳压时的最小工作电流，当实际电流小于此值时，稳压效果下降。实际电流小于此值时，稳压效果下降。 稳压管反向稳压时的最大工作电流，当实际电流大于此值时

42、，稳压管反向稳压时的最大工作电流，当实际电流大于此值时，PN结结会由于热击穿而损坏。会由于热击穿而损坏。（4）最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZM 指稳压管的指稳压管的PN结不会由于热击穿而损坏的最大功率损耗，它等于结不会由于热击穿而损坏的最大功率损耗，它等于稳定电压和最大稳定电流的乘积。稳定电压和最大稳定电流的乘积。稳定稳定电压电压稳定稳定电流电流最大稳最大稳定电流定电流第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 ZZIUrZZZuUUT1（5）动态电阻动态电阻rZ（6）电压温度系数电压温度系数u 指稳压管正常工作区域内，两端电压的指稳压管正常工作区域内

43、，两端电压的变化量与电流变化量的比值，即变化量与电流变化量的比值，即 注：注：动态电阻越小，反向特动态电阻越小，反向特性越陡，稳压性能越好性越陡，稳压性能越好指当温度变化指当温度变化1oC，稳压管的稳定电压相对变化量，即，稳压管的稳定电压相对变化量，即电压温度系数表示稳压管受温度影响的程度，这是由电压温度系数表示稳压管受温度影响的程度，这是由于稳压管是工作在反向区域。于稳压管是工作在反向区域。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 在负载变化不大的场合，稳在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称

44、为并联稳载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用。和电阻相配合使用。3.3.稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路a.稳压原理稳压原理设电源电压波动（负载不变）设电源电压波动（负载不变）设负载变化（电源电压不变）设负载变化（电源电压不变）UIUo（UZ）IZ IRURRLUo（UZ）IZ IRURUoUo第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 稳压管的稳压管的选择选择b.参数的选择参数的选择ZoZmaxomIo(1.5 3)(2 3)UUIIUU电阻电阻R的选择的选择IZZRo

45、L=ZUUUIIIRR根据根据minZmaxZZIIIIZZminZmaxLZUUUIIRRIZIZZZZmaxZminLLUUUURUUIIRR第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 【例例2-3】如图所示稳压电路中，已知稳压管的稳定电压如图所示稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ6V，最小稳定电流，最小稳定电流IZmin5mA，最大稳定电流，最大稳定电流IZmax25mA。R =1kW W，RL = 500W W。分别计算分别计算UI为为10V、15V、35V三种情三种情况下输出电压况下输出电压Uo 的值；的值；若若UI35V时负载开路，则会出现什时

46、负载开路，则会出现什么现象么现象?为什么？为什么？解解: 当当UI10V 时时IZR=4mAUUIR由于由于IR IZmin，故稳压管不能反，故稳压管不能反向击穿，工作在反向截止状态，向击穿，工作在反向截止状态，输出电压为输出电压为LoIL=3.33V+RRUUR第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 当当UI15V 时时ZoL6=12mA500UIRIZR=9mAUUIR由于由于IR IZmax，稳压管，稳压管因功耗过大损坏。因功耗过大损坏。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (1) 由电路可知，V6ZoUU

47、 mA 06100612ZIRRUUImA 041506LooRUI 【例例2-4】 如图所示电路中如图所示电路中UI12V ，稳压管，稳压管UZ6V，IZ10mA，电阻，电阻R100，RL150 。(1)求求Uo、IR和稳压管实际和稳压管实际工作电流工作电流 IZ；(2)若稳压管若稳压管IZmax =50mA，试问，试问UI允许波动的范允许波动的范围是多少？围是多少？(3)若若UI =12V，UZ=6V,稳压管稳定电流稳压管稳定电流IZ10mA，最大稳定电流最大稳定电流IZM =50mA，问负载电阻，问负载电阻RL允许变化的范围是多允许变化的范围是多少？少？（1）由电路可知）由电路可知则稳压

48、管的实际工作电流为则稳压管的实际工作电流为 mA 024060oRZIII 解解：第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （2）若稳压管）若稳压管10mIZ50mAZoZZRIURIIURIU）（由于由于当当IZ= 10mA时时-3Imin10401006=11VU（） 10当当IZ= 50mA时时-3Imax50401006=15VU（） 10故故UI允许波动的范围为允许波动的范围为1115V。第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (3)若若UI =12V， 10mA IZVB VE+VCVB VE第第2 2章

49、章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2. 2. 内部载流子运动过程内部载流子运动过程 （1）发射区的电子向基区运动）发射区的电子向基区运动发射结外加发射结外加正向电压正向电压多子的扩散多子的扩散运动增强运动增强形成发形成发射区电射区电流流IEN电源向发射电源向发射区补充电子区补充电子形成了形成了IE基区的多子基区的多子空穴空穴也会向发射区扩散，也会向发射区扩散，形成空穴电流形成空穴电流IEP( 很小，忽略）很小，忽略）故故IEIENBJT内部载流子运动示意图内部载流子运动示意图第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （2）

50、 发射区注入到基区的电子在基区发射区注入到基区的电子在基区的扩散与复合的扩散与复合发射区的大发射区的大部分电子很部分电子很快扩散运动快扩散运动到集电结到集电结一小部分电一小部分电子与基区的子与基区的空穴复合空穴复合形成基区形成基区电流电流IBN电源电源UBB向向基区补充空基区补充空穴，形成基穴，形成基区电流区电流IB由于基区掺杂浓度低且薄，故复由于基区掺杂浓度低且薄，故复合的电子很少，合的电子很少，IBN 亦即很小。亦即很小。 第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （3） 集电区收集发射区扩散过来的电子集电区收集发射区扩散过来的电子基区中电基区中电子漂

51、移运子漂移运动通过集动通过集电结电结集电结集电结反偏反偏形成形成集电集电区电区电流流ICN集电区少子集电区少子（空穴）漂移（空穴）漂移运动，形成反运动，形成反向饱和电流向饱和电流ICBO故故ICICN很小，很小，可忽略可忽略集电极反向集电极反向饱和电流饱和电流第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 3. 3. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系CBCBOCCBOBE)()(IIIIIIICBOBNBIIICBOCNCIIICNBNENEIIII第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 4.4.三极管的组态三极管

52、的组态 三极管有三个电极，可视为一个二端口网络，其中两个电三极管有三个电极，可视为一个二端口网络，其中两个电极构成输入端口、两个电极构成输出端口，输入、输出端口公极构成输入端口、两个电极构成输出端口，输入、输出端口公用某一个电极。根据公共电极的不同，三极管有三种组态，即用某一个电极。根据公共电极的不同，三极管有三种组态，即共基极、共发射极和共集电极。共基极、共发射极和共集电极。共基极共基极共射极共射极共集电极共集电极第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 5.5.对应三种组态可对应有三个电流系数对应三种组态可对应有三个电流系数（1 1）共基极直流电流放大

53、系数）共基极直流电流放大系数ECII集电极电流与发射极电流之比，即集电极电流与发射极电流之比，即（2）共发射极直流电流放大系数）共发射极直流电流放大系数集电极电流与基极电流之比，即集电极电流与基极电流之比，即BCII（3）共集电极极直流电流放大系数）共集电极极直流电流放大系数 发射极电流与基极电流之比，即发射极电流与基极电流之比，即BEII共基极共基极共射极共射极共集电极共集电极小于小于1但接近于但接近于1远大于远大于1，在，在10300之间之间远大于远大于1，在，在10300之间之间第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 注意：注意：EBCB= 1+I

54、III（）BCII若考虑若考虑ICBO的影响，即的影响，即CBOBNBIIICBOCNCIIICNBNII实际上实际上CCNCBOBNCBOBCBOCBOBCBOBCEO=+=+=+1+=+IIIIIIIIIIII（）（）CEOCBO=1+II（）集射极反向穿透电流，三极管的重要集射极反向穿透电流，三极管的重要参数，说明受温度的影响。参数，说明受温度的影响。推导出推导出第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 晶体三极管的特性曲线是指其各电极间电压和电流之间晶体三极管的特性曲线是指其各电极间电压和电流之间的关系曲线，包括输入特性曲线和输出特性曲线。的关系曲

55、线，包括输入特性曲线和输出特性曲线。2.5.3 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线1. 1.输入特性输入特性 是指在共发射极放大电是指在共发射极放大电路中，集射极电压路中，集射极电压uCE为一定为一定值时，输入基极电流值时，输入基极电流iB与输入与输入基射极电压基射极电压uBE之间的关系曲之间的关系曲线，即线，即常数CE)(BEBuufi晶体管特性测试电路晶体管特性测试电路第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 特点：特点： UCE1曲线重合；曲线重合； 当当UBE小于开启电压时，小于开启电压时，IB=0，三极管截止；当，三极管截止；当UBE大于大于开启电

56、压时，三极管导通，开启电压时，三极管导通，IB随随UBE快速增大。发射结导通快速增大。发射结导通电压为电压为BE0.60.7VU（硅管）:BE0.20.3VU（锗管）:输入特性曲线输入特性曲线第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2. 2. 输出特性输出特性 对于共发射极放大电路，三极管输出特性是指当对于共发射极放大电路，三极管输出特性是指当iB为定为定值时，集电极电流值时，集电极电流iC（输出电流）与集射极之间电压（输出电流）与集射极之间电压uCE的关的关系曲线，即系曲线，即晶体管特性测试电路晶体管特性测试电路常数B)(CECiufi晶体管输出特性曲

57、线晶体管输出特性曲线第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 特点：特点： 当当IB一定时，在一定时，在UCE = 01V区间，随着区间，随着UCE的的增大，增大，IC线性增加。当线性增加。当 UCE超过超过1V后，当后，当UCE增增高时，高时，IC几乎不变，即具几乎不变，即具有恒流特性；有恒流特性； 输出特性为一簇曲线，当输出特性为一簇曲线，当IB增大时，增大时，IC线性增大，远线性增大，远大于大于IB，且，且IC受受IB控制，这控制，这就是晶体管的电流放大作用就是晶体管的电流放大作用的表现。的表现。晶体管输出特性曲线晶体管输出特性曲线第第2 2章章 半

58、导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 注意：晶体管输出特性分成三个区：注意：晶体管输出特性分成三个区：放放大大区区饱饱 和和 区区截截 止止 区区第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （1）放大区）放大区 三极管工作在放大区时，三极管工作在放大区时，其其发射结正向偏置，集电结处发射结正向偏置，集电结处于反向偏置于反向偏置，其具有：，其具有：放大性：放大性：小的基极电流，小的基极电流，可以得到较大的集电极电流可以得到较大的集电极电流iC=iB，放大区也称线性，放大区也称线性区；区；恒流性：恒流性：集电极电流基本不随集电极电流基本不

59、随集射结之间的电压而变化；集射结之间的电压而变化；可控性：可控性：集电极电流受基极电流的控制。集电极电流受基极电流的控制。BCii放放大大区区第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 管子进管子进入饱和入饱和区后区后（2 2）饱和区）饱和区 三极管工作在饱和区时，三极管工作在饱和区时，发射结正偏，集电结正偏或者发射结正偏，集电结正偏或者反偏电压很小。反偏电压很小。BCiiCES0.3VU（硅管）CES0.1VU（锗管）UCE很小，小于很小，小于1V饱饱 和和 区区饱和电压：饱和电压：第第2 2章章 半导体器件基础半导体器件基础 模拟电子技术基础模拟电子技术

60、基础 （3）截止区）截止区 当发射结电压小于死区电当发射结电压小于死区电压时，三极管工作在截止区。压时，三极管工作在截止区。为使三极管可靠截止，为使三极管可靠截止，常使发常使发射结处于反偏状态。射结处于反偏状态。三极管三极管工作在工作在截止区截止区发射结和集电发射结和集电结均反偏结均反偏BCCEO0iiI，截截 止止 区区注意：注意： 在放大电路中，晶体管只能工作在放大区，避免工作在饱在放大电路中，晶体管只能工作在放大区，避免工作在饱和区和截止区；而在数字电路中，晶体管工作在饱和区和截和区和截止区；而在数字电路中，晶体管工作在饱和区和截止区，放大区是过渡区。止区，放大区是过渡区。第第2 2章章