第14章二极管和晶体管(2)

1、电电 子子 技技 术术 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学( (威海威海) ) 信息科学与工程学院信息科学与工程学院工工 业业 控控 制制电机控制电机控制机床控制机床控制生产过程自动化控制生产过程自动化控制楼宇电梯控制楼宇电梯控制2. 电子技术的应用电子技术的应用信信 号号 检检 测测 压力、温度、水位、压力、温度、水位、流量等的测量与调节流量等的测量与调节 电子仪器电子仪器 医疗仪器医疗仪器2. 电子技术的应用电子技术的应用家家 用用 电电 器器 电灯、电话电灯、电话 广播、电视广播、电视 冰箱、洗衣机冰箱、洗衣机2. 电子技术的应用电子技术的应用汽车电子汽车电子汽汽 车车 电电 子子电源电源发动

2、机控制发动机控制行驶装置行驶装置报警与安全装置报警与安全装置旅居性旅居性仪表仪表娱乐通讯娱乐通讯收音机、汽车电话、业余电台收音机、汽车电话、业余电台点火装置、燃油喷射控制、点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间歇刮水、车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁.安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊.空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表.网吧网吧ICIC卡控制器卡控制器天然气加气机控制器天然气加气机控制器 第第1414章章 二极管和晶体管二极

3、管和晶体管晶体管的诞生晶体管的诞生 1947年年12月月16日日 威廉威廉邵克雷（邵克雷（WilliamShockley） 约翰约翰巴顿（巴顿（JohnBardeen） 沃特沃特布拉顿（布拉顿（WalterBrattain） 成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管，成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管，开辟了电子技术的新纪元开辟了电子技术的新纪元;1950年，威廉年，威廉邵克雷邵克雷开发出双极晶体管开发出双极晶体管(BipolarJunctionTransistor)，就是现在通用的标准的晶体管。就是现在通用的标准的晶体管。 晶体管的作用晶体管的作用 晶体管是当今数字世界的构建模块，被认晶体管是

4、当今数字世界的构建模块，被认为是为是20世纪最伟大最重要的发明之一。从最早世纪最伟大最重要的发明之一。从最早被人们熟知的半导体，到如今随处可见的手机、被人们熟知的半导体，到如今随处可见的手机、随身听、随身听、DVD、各种便携式存储器、电视、电、各种便携式存储器、电视、电脑等。只要您能想得到的电子产品，几乎都运脑等。只要您能想得到的电子产品，几乎都运用了晶体管技术。用了晶体管技术。 英特尔公司董事长贝瑞特博士在庆祝晶体英特尔公司董事长贝瑞特博士在庆祝晶体管诞生管诞生60周年时表示。周年时表示。“晶体管太有魅力了！晶体管太有魅力了！它改变了世界，改变了我们每个人的生活、学它改变了世界，改变了我们每

5、个人的生活、学习和工作方式。在人类发展的路程上，晶体管习和工作方式。在人类发展的路程上，晶体管是我们是我们最好的朋友最好的朋友。”目目 录录14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间的间的 物质。物质。半导体的导电特性：热敏特性半导体的导电特性：热敏特性 光敏特性光敏特性 掺杂特性掺杂特性 应用最多的本征应用最多的本征半导体为锗和硅，它半导体为锗和硅，它们各有四个价电子，们各有四个价电子，都是四价元素都是四价元素.硅的原子结构硅的原子结构14.1.114.1.1 本征半导体本征半导体共价健共价健 Si Si

6、Si Si价电子价电子SiSiSiSi自由电子空穴热激发与复合达到动态平衡热激发与复合达到动态平衡 由于受热或由于受热或光照产生自由电光照产生自由电子和空穴的现象。子和空穴的现象。 热激发热激发14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体 自由电子自由电子在运动中遇到在运动中遇到空穴后，两者空穴后，两者同时消失，称同时消失，称为复合现象。为复合现象。半导体导电方式半导体导电方式载流子载流子自由电子和空穴自由电子和空穴温度对半导体器件性温度对半导体器件性能的影响很大。能的影响很大。14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体SiSiSiSi价电子空穴 当半导体两端当半导体两端加上外电压时

7、，自加上外电压时，自由电子作定向运动由电子作定向运动形成电子电流；而形成电子电流；而空穴的运动相当于空穴的运动相当于正电荷的运动正电荷的运动 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体 注意：注意：不论不论N型半导体还是型半导体还是P型半导体，虽然它们都有一种型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但是整个晶体仍载流子占多数，但是整个晶体仍然是然是不带电不带电的的。多子的扩

8、散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+ 内电场被内电场被加强，少子的加强，少子的漂移加强，由漂移加强，由于少子数量很于少子数量很少，形成很小少，形成很小的反向电流。的反向电流。IR+ PNPN结呈现高阻状态，通过结呈现高阻状态，通过PNPN结的电流是少子的漂移电流结的电流是少子的漂移电流 -反向电流反向电流特点特点: : 受温度影响大受温度影响大原因原因

9、: : 反向电流是靠热激发产生的少子形成的反向电流是靠热激发产生的少子形成的14.2.1 PN14.2.1 PN结的形成结的形成扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散强扩散强漂移运动增强漂移运动增强内电场增强内电场增强两者平衡两者平衡PNPN结宽度基本稳定结宽度基本稳定外加外加电压电压平衡平衡破坏破坏扩散强扩散强漂移强漂移强PNPN结导通结导通PNPN结截止结截止14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性结结 论论 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1） PN结加正向电压时，处在导通状态，结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。结电阻很低，正向电

10、流较大。（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。结电阻很高，反向电流很小。阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型触丝触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN

11、+14.3.3 伏安特性的折线化USI0UI0U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：D6V12V3k BAUAB+14.3.5 14.3.5 应用举例应用举例14.3.5 14.3.5 应用举例应用举例 例例2: 图中电路，输入端图中电路，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。电阻。电阻R接负电源接负电源-12V。VY=+2.7V解：解：DA优先导通，优先导通， DA导通后，导通后， DB上加的是反向电压，上加的是反向电压，因而截止。因而截止。DA起

12、钳位作用，起钳位作用， DB起隔离作用。起隔离作用。-12VAB+3V0VDBDAYV sin18itu t _+ UZUZIZIZM IZUIO 一种特殊的一种特殊的面接触型面接触型半导体硅二极管。它在电路中半导体硅二极管。它在电路中与适当数值的电阻相配合能起稳定电压的作用。与适当数值的电阻相配合能起稳定电压的作用。 ZZ ZIUr例题：例题：UO+_UUZR稳压管的稳压作用稳压管的稳压作用当当UUZ时时,稳压管击穿稳压管击穿RUUIZZ此时此时选选R，使，使IZIZM14.5 14.5 晶体管晶体管14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电

13、流分配和放大原理14.5.3 14.5.3 特性曲线特性曲线14.5.4 14.5.4 主要参数主要参数结构结构平面型平面型 合金型合金型 NPN PNP14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构发射结集电结BNNP发射区基区 集电区ECNNPBECCEB发射结集电结BPPN发射区基区 集电区ECPPNBECCEB14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构EEBRBRCICECAmAmAIBIERB+_EBBCE3DG6共发射极接法（1） IE = IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。符合基尔霍夫电流定律。（2） IE和和IC比比IB 大的多。大的多。（3）当）当IB = 0（将基极开路）时

14、，（将基极开路）时， IE = ICEO， ICEO0.001mABECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线IC共

15、发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路EBmA AVUCEUBERBIBECV+常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区O BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICEO=IC|IB=0穿透电流穿透电流ICEO与与ICBO的关系：的关系：BCECCBOCEOCBO0BEBCBOCBOCEOCBOC

16、BOCBOCBCBOCBOBCEO|(1)()IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIICBO愈大，愈大，愈高的管子，稳定性愈差。因此，在选管子愈高的管子，稳定性愈差。因此，在选管子时，要求时，要求ICBO尽可能小些，而尽可能小些，而以不超过以不超过100100为宜。为宜。ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO稳压管正偏变普通，稳压管正偏变普通，反偏才是工作态，反偏才是工作态，工作端电压不变，工作端电压不变，限流电阻需配合。限流电阻需配合。晶体管三个工作区，晶体管三个工作区，放大截止与饱和。放大截止与饱和。平行一簇放大区，平行一簇放大区，发射结正偏集电极结反，发射结正偏集电极结反，集电基极成正比。集电基极成正比。IB 近零截止区，近零截止区，发射结反偏集电极结反，发射结反偏集电极结反，基集电流近似零。基集电流近似零。起始一段饱和区，起始一段饱和区，发射结正偏集电结正，