第一章半导体器件

1、Q12N3390返回目录返回目录1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2半导体半导体二极管二极管1.3 双极型三极管双极型三极管1.4 场效应管场效应管返回返回首页首页1.1 半导体基半导体基础知识础知识1.1.1 1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.1.2 1.1.2 半导体的种类及其内部结构半导体的种类及其内部结构返回返回1.1.3 PN1.1.3 PN结结3 3、掺杂特性掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，其导电能力大大增强。杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几（可增加几十万至几百万倍）百万倍）1.1.1 半导体的导电特性半

2、导体的导电特性1、热敏性热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。：半导体受热时，其导电能力增强。利用利用这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成热电传感器热电传感器2、光敏性光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。：半导体光照时，其导电能力增强。利用利用这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光敏元件。敏元件。 返回返回1.1.2 半导体的种类及其内部结构：半导体的种类及其内部结构：1. 种类种类半导体半导体P型半导体型半导体(空穴型）空穴型）杂质半导体杂质半导体N型半导体（电子型）型半导体（电子

3、型）本征半导体本征半导体价电子价电子：最外层的电子受原子核的束缚最最外层的电子受原子核的束缚最小，最为活跃，故称之为价电子。小，最为活跃，故称之为价电子。 最外层有几个价电子就叫几价元素，最外层有几个价电子就叫几价元素，半导体材料硅和锗都是半导体材料硅和锗都是四价元素四价元素。 Si+14 2 8 4 Ge+32 2 8 18 4 常用半导体材料硅和锗的原子结构常用半导体材料硅和锗的原子结构本征半导体本征半导体对半导体提纯，使之成为单对半导体提纯，使之成为单晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体管就是由此而来的。晶体管就是由此而来的。2. 半导体的内部

4、结构及导电方式半导体的内部结构及导电方式：SiSiSiSiSiSi共价键结构共价键结构每个价电子为每个价电子为两个相邻原子两个相邻原子核所共有。核所共有。l l 内部结构：内部结构：本征激发本征激发价电子获得一定的能价电子获得一定的能量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现象叫本征激发。象叫本征激发。SiSiSiSiSiSi自由电子自由电子当当温度升高时，一温度升高时，一些价电子获得一些价电子获得一定的能量后，挣定的能量后，挣脱共价键的束缚，脱共价键的束缚，成为自由电子。成为自由电子。空穴空穴:留下的空位留下的空位自由电子数自由电子数=空穴数空穴数自由电子和空穴

5、统称为载流子自由电子和空穴统称为载流子本征半导体的特点本征半导体的特点 l 导电方式导电方式SiSiSiSiSiSi电子电流电子电流空穴电流空穴电流共价健中的价共价健中的价电子在外电场电子在外电场的力的作用下的力的作用下挣脱共价键的挣脱共价键的束缚，沿与外束缚，沿与外电场方向相反电场方向相反方向填补空穴，方向填补空穴，就好像空穴沿就好像空穴沿与外电场方向与外电场方向相同的方向作相同的方向作定向运动，形定向运动，形成电流，这个成电流，这个电流称为空穴电流称为空穴电流。电流。外电场外电场所以，所以， 本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，他们的方向

6、一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。在半导体上加电场时在半导体上加电场时 本征半导体中电流的大小取本征半导体中电流的大小取决于决于自由电子和空穴的数量自由电子和空穴的数量，数，数量越多，电流越大。即本征半导量越多，电流越大。即本征半导体的导电能力与载流子的数量有体的导电能力与载流子的数量有关，而当光照和加热时，载流子关，而当光照和加热时，载流子的数量都会增加，这就说明了光的数量都会增加，这就说明了光敏性和热敏性。敏性和热敏性。动画动画1-1本征半导体中的自由电子和空穴本征半导体中的自由电子和空穴动画动画1-2空穴的运动空穴的运动在在本征半导体中

7、掺入五价杂质元素，本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成例如磷，可形成 N N型半导体型半导体, ,也称也称电子电子型半导体型半导体。3 3 杂质半导体：杂质半导体：N N型半导体（电子型半导体）型半导体（电子型半导体）SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiP热激发产生热激发产生的自由电子的自由电子掺杂磷产生掺杂磷产生的自由电子的自由电子掺杂磷产生的自由电子数掺杂磷产生的自由电子数 热激发产生的自由电子数热激发产生的自由电子数N型半导体中自由电子数型半导体中自由电子数 空穴数空穴数自由电子自由电子为为 N型半导体的型半导体的多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子），空穴空穴为为

8、N型型半导体的半导体的少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）因五价杂质原子中四因五价杂质原子中四个价电子与周围四个个价电子与周围四个半导体原子中的价电半导体原子中的价电子形成共价键，多余子形成共价键，多余的一个价电子因无共的一个价电子因无共价键束缚而很容易形价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。N N型半导体简化图型半导体简化图SiSiSiSiSiP空空间间电电荷荷多多子子SiSiSiSiSiBlP P型半导体：型半导体：往本征半导体中掺杂往本征半导体中掺杂三价杂质三价杂质硼形成的杂质半导体硼形成的杂质半导体, , P P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，主要由掺

9、杂形成；主要由掺杂形成；电电子是少数载流子，子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为子，使杂质原子成为负离子负离子。因而也称为。因而也称为受主杂质受主杂质。SiSiSiSiSiB热激发产生热激发产生的空穴的空穴掺杂磷产生的掺杂磷产生的空穴空穴自由电子为自由电子为P P型半导体的少数载流子，空穴为型半导体的少数载流子，空穴为P P型半导型半导体的多数载流子体的多数载流子掺杂硼产生的空穴数掺杂硼产生的空穴数热激发产生的空穴数热激发产生的空穴数P P型半导体中空穴数型半导体中空穴数自由电子数自由电子数P型半导体简化图型半导体简化图SiSiSiSi

10、SiB掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。一些典型的数据如下: T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.41010/cm3掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n= 51016/cm3本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm34 杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响 返回返回 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质质, ,分别形成分别形成N N型半导体和型半导体和P P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N N型半导体和型半导

11、体和P P型半导体的结合面上形成如下物理过型半导体的结合面上形成如下物理过程程: :PN+ +内电场PN+ +1.1.3 PN1.1.3 PN结结1 PN1 PN结的形成结的形成因因浓浓度度差差多子产多子产生扩散生扩散运动运动(PN)形成空形成空间电荷间电荷区区(N(NP)P)形成内形成内电场电场(N(NP)P) 阻止多阻止多子扩散子扩散促使少子漂移促使少子漂移（ N NP P）动态动态平衡平衡 动画1-3 PN节的形成 PNPN结的特性结的特性单向导电性单向导电性当外加电压时，当外加电压时，PNPN结就会显示单向导电性结就会显示单向导电性单向导电性单向导电性：PNPN结加结加反向反向电压时，

12、电压时，截止截止。规定规定：P P区接电源正，区接电源正，N N区接电源负为区接电源负为PNPN结加结加正向正向电压电压N N区接电源正，区接电源正，P P区接电源负为区接电源负为PNPN结加结加反向反向电压电压PNPN结加结加正向正向电压时，电压时，导通导通。PN+ + (1)PN(1)PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 PNPN结加正向电压时结加正向电压时，外加的正向电压有一，外加的正向电压有一部分降落在部分降落在PNPN结区，方结区，方向与向与PNPN结内电场方向相结内电场方向相反，削弱了内电场。于反，削弱了内电场。于是是, ,内电场对多子扩散运内电场对多子扩散运动的阻

13、碍减弱，扩散电动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，移电流的影响，PNPN结呈结呈现低阻性。其理想模型现低阻性。其理想模型：开关闭合：开关闭合内电场内电场外电场外电场 动画动画1-4 PN结结正偏正偏 (2) PN(2) PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在外加的反向电压有一部分降落在PNPN结区，方向与结区，方向与PNPN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时扩

14、散电流大大减小。此时PNPN结区的少子在内电场的结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散于扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流是少子电流，由于漂移电流是少子形成的电流，故反向电流形成的电流，故反向电流非常小，非常小，PNPN结呈现高阻性。结呈现高阻性。 PNPN结加反向电压时结加反向电压时内电场内电场外电场外电场 动画1-5 PN结反偏 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无是恒定的，基本上与所加反向

15、电压的大小无关关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。 PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 PN PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。漂移电流。PN结加反向电压时的导电情况图01.07 PN结加正向电压时的导电情况 PN PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；扩散电流；由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。3 PN结的电容效应 PN PN结具有一定的电容效应，结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定

16、。它由两方面的因素决定。 一是势垒电容一是势垒电容CB 二是扩散电容二是扩散电容CD (1) (1) 势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使。当外加电压使PNPN结上压降发生变化时，离子薄结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当层的厚度也相应地随之改变，这相当PNPN结中存储结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。图 01.09 势垒电容示意图 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PNPN结的另一结的另一侧面积累而形成的。因侧面积累而形成的。因

17、PNPN结正偏时，由结正偏时，由N N区扩散区扩散到到P P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在过来的电子就堆积在P P 区内紧靠区内紧靠PNPN结的附近，结的附近，形成一定的多子浓度形成一定的多子浓度梯度。梯度。(2) 扩散电容扩散电容CD 反之，由反之，由P P区扩散区扩散到到N N区的空穴，在区的空穴，在N N区区内也形成类似的浓度梯内也形成类似的浓度梯度分布曲线。度分布曲线。扩散电容示意图 当外加正向电压当外加正向电压不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不

18、同。所以就不同。所以PNPN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的充放电就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电散电容均是非线性电容。容。返回返回1.2 半导体二极管1.2.1半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型1.2.2半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线1.2.3 半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数1.2.4半导体二极管的温度特性半导体二极管的温度特性1.2.5半导体二极管的型号半导体二极管的型号1.2.6二极管的等效模型和例题二极管的等效模型和例题1.2.8特殊二极管特

19、殊二极管-稳压二极管稳压二极管1.2.7其他类型二极管其他类型二极管1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。它们三大类。它们的结构示意图如图所示。的结构示意图如图所示。(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(a)(a)点接触型结构图点接触型结构图 (c)平面型结构图结构图 (3) 平面型二极管

20、平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)面接触型结构图结构图返回返回1.2.2 半导体二极管的伏安特性曲线 半导体二极管的伏安特性曲线如图半导体二极管的伏安特性曲线如图01.1201.12所所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。三象限的是反向伏安特性曲线。U/V 式中式中

21、I IS S 为反向饱和电流，为反向饱和电流，U U 为二极管两端的电压为二极管两端的电压降，降，U UT T = =kTkT/q/q 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，k k为玻耳兹曼常为玻耳兹曼常数，数，q q 为电子电荷量，为电子电荷量，T T 为热力学温度。对于室温（为热力学温度。对于室温（相当相当T T=300 K=300 K），则有），则有U UT T=26 mV=26 mV。) 1(eTSUUII根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示U/V(1) (1) 正向特性正向特性硅硅二极管的死区电压约为：二极管的死区电压约为：

22、Uth=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为：Uth=0.1 V左右。左右。 当当0UUth时，正向电流为零，时，正向电流为零，U Uthth称为死区称为死区电压或开启电压，管子截止。电压或开启电压，管子截止。 当当U U0 0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：即处于正向特性区域。正向区又分为两段： 当当UUth时，开始出现正向电流，并按指数时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。管子导通。规律增长。管子导通。U/VU(2) (2) 反向特性反向特性当当U0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： 当当UBRU0

23、时，时，反向电流很小，且基本不随反向反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电反向饱和电流流IS ， IS 0。管子截止。管子截止。 当当UUBR时，反向时，反向电流急剧增加，管子击电流急剧增加，管子击穿穿。UBR称为称为反向击穿反向击穿电压电压 。U/VUBR 从击穿的机理上看，硅二极管若从击穿的机理上看，硅二极管若| |VBR|7V|7V时时, ,主要是雪崩击穿；若主要是雪崩击穿；若|UBR|4V时时, , 则主要则主要是齐纳击穿。当在是齐纳击穿。当在4V4V7V7V之间两种击穿之间两种击穿都有，有可能获得零都有，有可能获

24、得零温度系数点。温度系数点。 在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。 硅二极管硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；流也很小；锗二极管锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。圆滑，反向饱和电流较大。 返回返回UBR1.2.3 半导体二极管的主要参数主要参数主要参数极限参数极限参数：使器件损坏的参数：使器件损坏的参数特征参数特征参数：使器件的某个特性：使器件的某个特性消失的参数消失的参数（1）.最大整流电流最大整流电流IF 在测试温度下

25、，二极管允许通过在测试温度下，二极管允许通过的最大平均电流的最大平均电流（2 2）. .最高反向工作电压最高反向工作电压UR二极管允许承受的最大反向电压二极管允许承受的最大反向电压（3 3）. .反向电流反向电流IR在室温下，二极管未击穿时的反向电流在室温下，二极管未击穿时的反向电流（4 4）. .最高工作频率最高工作频率fM 二极管工作的上限频率二极管工作的上限频率返回返回1.2.4 1.2.4 半导体二极管的温度特性半导体二极管的温度特性 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加反向电流将呈指数规

26、律增加，如硅二极管温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加22，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。 另外，温度升高时，二另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每极管的正向压降将减小，每增加增加11，正向压降，正向压降U UF F( (U UD D) )大大约减小约减小2mV2mV，即具有负的温，即具有负的温度系数。这些可以从图度系数。这些可以从图01.1301.13所示二极管的伏安特所示二极管的伏安特性曲线上看出性曲线上看出。返回uD1.2.5 1.2.5 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

27、名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片返回返回1.2.6 1.2.6 二极管的等效模型和例题二极管的等效模型和例题（1 1）二极管的等效模型）二极管的等效模型 理想二极管的等效模型理想二极管的等效模型 考虑导通电压考虑导通电压Uon的等效模型的等效模型 考虑导通内阻的等效模型考虑导通内阻的等效模型 二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。n例例1 1：设二极管得导通电压为

28、：设二极管得导通电压为0.6V0.6V，求，求UO-6V-12V解：解：D D导通，导通， UO = = - - 6.6V（2 2）二极管的例题）二极管的例题例例2 2：设二极管的导通电压忽略，已知：设二极管的导通电压忽略，已知ui=Asinwt(V)，画出画出uO的波形。的波形。tuituo例3：设二极管的导通电压忽略，已知设二极管的导通电压忽略，已知ui=10sinwt(V)，E=5V，画画uo的波形的波形。tui10v5vtuo5v 例例4 4：电路如下图，已知：电路如下图，已知u=10sin( t)(V V)，E=5V=5V，试画出，试画出uo的波形的波形解：uuot u uot 例例

29、5 5：UA=3V, UB=0V，求求UF (二极管的导二极管的导通电压忽略通电压忽略)返回1.2.7 特殊的二极管特殊的二极管稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是应稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如符号和典型应用电路如图所示。图所示。一、稳压二极管的伏安特一、稳压二极管的伏安特性曲线及稳压原理：性曲线及稳压原理：(a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路(

30、c)(a)(b)U/VUZ从稳压二极管的伏安特性曲线从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数上可以确定稳压二极管的参数 (1) 稳定电压稳定电压UZ 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流I IZ Z下，所对应的反向下，所对应的反向工作电压。工作电压。二、主要参数二、主要参数 (2)(2)最大稳定电流最大稳定电流 I IZmaxZmax 和和最小稳定电流最小稳定电流I IZ Z 稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax 。 若若IDZIZmin则不能稳压。则不能稳压。UZUZU (3) (

31、3) 额定功耗额定功耗 P PZMZM 稳压管的最大功率损耗稳压管的最大功率损耗取决于取决于PNPN结的面积和散热等结的面积和散热等条件。反向工作时条件。反向工作时PNPN结的功结的功率损耗为率损耗为 PZ= UZ IZ，由由 PZM和和UZ可以决定可以决定IZmax。(4)(4) 动态电阻动态电阻r rZ Z_-_- 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ = UZ / IZUZ(5)

32、(5) 温度系数温度系数 温度的变化将使温度的变化将使V VZ Z改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 UZ 7 V时，时，UZ具有正温度系数，反向击穿具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。是雪崩击穿。 当当 UZ 4 V时，时，UZ具有负温度系数，具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。反向击穿是齐纳击穿。 当当4 V UZ 7 V时，稳压管可以获得时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。为标准稳压管使用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护

33、稳压管；其次电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。起到稳压作用。三、应用三、应用n例例1 1：电路如图，求流过稳压管的电流：电路如图，求流过稳压管的电流IZ，R是是否合适？否合适？ 解：解：mAImARUIZZZ18520故，故，R是合适的。是合适的。例例2 2：电路如图，：电路如图，IZmax=50mA，R=0.15K, , UI =24V, IZ=5mA, , UZ=12V，问当，

34、问当 RL = 0.2K 时，时，电路能否稳定，为什么？当电路能否稳定，为什么？当 RL = 0.8K 时，电时，电路能否稳定，为什么？路能否稳定，为什么？解：解：不能稳定时，可以稳定时，;608 . 0;202 . 0mAIKRmAIKRRURUUIDZLDZLLZZIDZ例例3 3、电路如图，、电路如图，UI =12V ，UZ=6V ，R=0.15K ，IZ=5mA，IZMAX=30mA, ,问保证电路正常工作时问保证电路正常工作时RL 的取值范围的取值范围ZMAXDZZIII解：解：ENDLZZIDZRURUUIZMAXZIZLZZIZIRUUURIRUUUKRKL6 . 017. 0例

35、：已知例：已知u=10sin(t)V ,UZ= +6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, , 画出画出uo的波形，并求限流电阻的波形，并求限流电阻R R的的最小值。最小值。133maxZZimminIUURiuRouZDiutV6V10V10V6ouV6V6t1.2.8 其它类型二极管发光二极管光电二极管发光二极管 当发光二极管外当发光二极管外加正向电压，且正向加正向电压，且正向电流足够大时，发光电流足够大时，发光二极管发光。二极管发光。 正向电流越大亮正向电流越大亮度越大。度越大。 发光二极管的外形结构和符号发光二极管的外形结构和符号光电二极管光电二极管的外形和符号光电二极管的外

36、形和符号 光电二极管是远红外线接受管，它是利用光电二极管是远红外线接受管，它是利用PN结的光敏特结的光敏特性制成的将光能转换为电能的器件性制成的将光能转换为电能的器件返回返回光电二极管的伏安特性 光电二极管加反光电二极管加反向偏置时，光线对反向偏置时，光线对反向电流的影响较大，向电流的影响较大，照度越大光电流越大。照度越大光电流越大。 光电二极管加正向光电二极管加正向偏置时，光线对正向电偏置时，光线对正向电流的影响较小。流的影响较小。 光电二极管的这种特性广泛用于遥控、光电二极管的这种特性广泛用于遥控、报警、光电传感器中。报警、光电传感器中。返回返回2022-6-62022-6-6END半导体

37、三极管是由两种载流子参半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个与导电的半导体器件，它由两个 PN PN 结组合而成，是一种结组合而成，是一种电流控制电流控制电流电流器件。器件。1 1） 晶体管的结构晶体管的结构1.3.1 1.3.1 2022-6-6 双极型半导体三极管有两种类型双极型半导体三极管有两种类型: NPN型和型和PNP型。其结型。其结构示意图如下图所示。构示意图如下图所示。e-b间的间的PN结称为结称为发射结发射结(Je) c-b间的间的PN结称为结称为集电结集电结(Jc) 中间部分称为基区，连上电极称为中间部分称为基区，连上电极称为基极基极，用用B或或b表示（表示

38、（Base）；）； 一侧称为发射区，电极称为一侧称为发射区，电极称为发射极发射极，用用E或或e表示（表示（Emitter）；）； 另一侧称为集电区和另一侧称为集电区和集电极集电极，用用C或或c表示（表示（Collector）。）。 双极型三极管的符号在图的下方给出，发双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 从外表上看两个从外表上看两个N N区区,(,(或两个或两个P P区区) )是对称的，是对称的，实际上实际上发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度集电区掺杂浓度低低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其，且集电

39、结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。厚度一般在几个微米至几十个微米。返回2022-6-61.3.2 1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用半导体三极管工作在半导体三极管工作在放大工作状态放大工作状态时一定要时一定要加上适当的直流偏置电压加上适当的直流偏置电压：发射结发射结加正向加正向电压电压集电结集电结加反向加反向电压电压 发射结加正偏时，从发发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向射区将有大量的电子向基区扩散，进入基区的基区扩散，进入基区的电子流因基区的空穴浓电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在少。又因基区很

40、薄，在集电结反偏电压的作用集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成被集电极所收集，形成集电极电流集电极电流I ICECE。 从基区向发射区也有空从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为量小，形成的电流为I IBEBE。这是因为发射区的掺杂这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。浓度。基区和集电区的少子在集电结的作用基区和集电区的少子在集电结的作用下，产生漂移运动，形成电

41、流下，产生漂移运动，形成电流I ICBOCBO EB ECNNPECB ICE ICBO IBE以以 NPN型三极管的放大状态为例来说明三极管内部的电流关系型三极管的放大状态为例来说明三极管内部的电流关系 EB ECNNPECB ICE ICBO IBE IB IE ICBECEIICECBOCIIICBOBEBIIIBECEEIII(1)(2)(3)(4)(2)+(3):CBEIII由由(1)得得:BECEII上式代入（上式代入（2）式：）式：BECBOCIII由由(3)得得:CBOBBEIII代入上式：代入上式：CBOBCIII)1 (CBOBII BCII动画动画 由以上分析可知，由以上

42、分析可知，发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高，基区很薄基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个的关键。若两个PNPN结对接，相当基区很厚，结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个个PNPN结演变为三极管，这是量变引起质变的结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。又一个实例。问题问题1：除了从三极管的电流分配关系可以：除了从三极管的电流分配关系可以 证明证明 IE=IC+IB 。还可以通过什么方。还可以通过什么方 法加以说明？法加以说明？返回返回2022-6-61.3.3 1.3.3 晶体管

43、的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线iB是输入电流是输入电流，uBE是输入电压是输入电压。iC是输出电流是输出电流，uCE是输出电压。是输出电压。 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论曲线，现讨论iB和和uBE之间的函数关系。因为有集电结之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的电压的影响，它与一个单独的PNPN结

44、的伏安特性曲线不同。结的伏安特性曲线不同。为了排除为了排除uCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使的影响，在讨论输入特性曲线时，应使uCE=const( (常数常数) )。(1) (1) 输入特性曲线输入特性曲线UBE/VUCE=0 共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中uCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当uCE1V时，时，uCB= uCE- uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，子，且基区复合减少，IC / IB 增大，特性曲线将向右稍增大，特性

45、曲线将向右稍微移动一些。但微移动一些。但uCE再增加时，曲线右移很不明显。曲再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部反馈很小。输入特性曲线的分区：反馈很小。输入特性曲线的分区： 死区死区非线非线性区性区 线性区线性区UCE=0(2)(2)输出特性曲线输出特性曲线 共发射极接法的输出特性曲线如图所示，它是以共发射极接法的输出特性曲线如图所示，它是以iB为为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作

46、用，iC=0。当。当uCE稍稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如但集电结反偏电压很小，如 uCE 1 V uBE=0.7 V uCB= uCE- - uBE= 0.7 V集电区收集电子的能力集电区收集电子的能力很弱很弱，iC主要由主要由uCE决定。决定。 动画1-7三极管输出特性UCE/V 当当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如增加到使集电结反偏电压较大时，如 uCE 1 V uBE 0.7 V运动到集电结的电子运动到集电结的电子基本上都可以被集电基本上都可以被集电区收集，此后区收集，此后uCE再增再增加，电流也没有明显加，电流也没

47、有明显的增加，特性曲线进的增加，特性曲线进入与入与uCE轴基本平行的轴基本平行的区域区域 ( (这与输入特性曲这与输入特性曲线随线随uCE增大而右移的增大而右移的 图图02.06 02.06 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线原因是一致的原因是一致的) ) 。 UCE/VUCE/V 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域: :饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE的的 数值较数值较小，一般小，一般uCE0.7 V(硅管硅管)。又叫饱和导通，即发射极和极电集。又叫饱和导通，即发射极和极电集近似开关闭合，此时近似开关闭合，此

48、时 发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏或反偏电压很或反偏电压很小小。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。 此时，此时，发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。发射极和极电集近似开关断开。发射极和极电集近似开关断开。放大区放大区iC平行于平行于uCE轴的区域，轴的区域， 曲线基本平行等距。曲线基本平行等距。 此时，此时，发发射结正偏，射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压大于电压大于0.7 V左右左右(硅管硅管) 。例例1 1：测量三极管三个电极对地电位如图：测量三极管三个电极对地电位如图 03.0903.09所示，试判断三极

49、管的工作状。所示，试判断三极管的工作状。 图 03.09 三极管工作状态判断 放大截止饱和例2：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。图03.10 例3.2电路图返回返回1.3.4 1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、直流参数一、直流参数 1 1 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 BCBOCIII 在放大区基本不变。在共发射极输出特性在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于曲线上，通过垂直于X X轴的直线轴的直线( (U UCECE=const)=const)来求来求取取I IC C /

50、/ I IB B ，如图，如图02.0702.07所示所示。在。在I IC C较小时和较小时和I IC C较大较大时，时， 会有所减小，这一关系见图会有所减小，这一关系见图02.0802.08。图图02.08 02.08 值与值与I IC C的关系的关系图图 02.07 02.07 在输出特性在输出特性曲线上决定曲线上决定UCE=7V2 2 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数ECII3 3 极间反向电流极间反向电流ICBO 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 ICBO的下标的下标CB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O是是Open的字头，代表第的字头，代表第三

51、个电极三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。开路。它相当于集电结的反向饱和电流。 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 ICEO和和ICBO的关系的关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线I IB B=0=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值。坐标的数值。图图02.09 ICEO在输在输出特性曲线上的位置出特性曲线上的位置UCE/V二、交流参数二、交流参数(1)(1)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ I

52、B uCE=const 在放大区在放大区 值基本不变，可在共射接法输出值基本不变，可在共射接法输出 特性曲线上，通过垂特性曲线上，通过垂 直于直于X 轴的直线求取轴的直线求取 IC/ IB得到得到 。具体方具体方 法如图所示。法如图所示。 UCE/VUCE在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时很小时(3) (3) 特征频率特征频率f fT T 三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的增加时，三极管的 将会下降。将会

53、下降。当当 下降到下降到1 1时所对时所对应的频率称为特征频率，用应的频率称为特征频率，用fT表示。表示。(2) (2) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数=IC/IE UCB=const 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 ICEO和和ICBO有如下关系有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线饱和电流，即输出特性曲线I IB B=0=0那条曲线所对应那条曲线所对应的的Y Y坐标的数值。坐标的数值。 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I

54、 ICBOCBO ICBO的下标的下标CBCB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O O是是OpenOpen的字头，的字头，代表第三个电极代表第三个电极E E开路。它相当于集电结的反向饱开路。它相当于集电结的反向饱和电流。和电流。 5 5 极间反向电流极间反向电流三、三、极限参数极限参数 最大集电极电流最大集电极电流I ICMCM 如图所示，当集电极电流增加时，如图所示，当集电极电流增加时， 就就要下降，当要下降，当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的70703030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流流I ICMCM。至于。至于

55、值值下降多少，不同型号的三极管，下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有不同的厂家的规定有所差别。可见，当所差别。可见，当ICICM时，并不表时，并不表示三极管会损坏。示三极管会损坏。 最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率P PCMCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICUCBICUCE，因发射结正偏，呈低，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用时往往用UCE取代取代UCB。V(BR)CEO基极开路时的集电极穿透电压。基极开路时的集电极穿透电压。 由由PCM、 ICM和和U

56、(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图UCE/VPCM=IcUCEU(BR)CEO2022-6-6半导体三极管的型号半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下: :3 D G 110 B 第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、 G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表

57、示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管2022-6-6 表02.01 三极管的参数 参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5A 5A 300 25

58、042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f 半导体三极管图片半导体三极管图片半导体三极管图片半导体三极管图片返回返回例例 电路如图所示，已知电路如图所示，已知U UCCCC=6=6V V， U UBEBE=0.6=0.6V, V, R RC C=3=3k k, , R RB B= =10k10k, , 当当U UI I= = 3V3V，1V1V，-1V-1V时，晶体管处于何种工时，晶体管处于何种工作区？设三极管饱和时的管压降作区？设三极管饱和时的管压降U UCESCES=0=0V, V, =25=

59、25 。2CCCCCESCCsatCRURUUImA080.IICsatBVUI3mA080mA240.RUUIBBEIBVUI1mA080mA040.RUUIBBEIB1IU 先求出三极管饱和时的集电极电流：先求出三极管饱和时的集电极电流：利用三极管饱和时集电极和发射极之间的电压利用三极管饱和时集电极和发射极之间的电压U UCESCES= =0 0V，有：，有：求出临界饱和时的基极电流为求出临界饱和时的基极电流为三极管工作在饱和区三极管工作在饱和区三极管工作在放大区三极管工作在放大区三极管工作在截止区。三极管工作在截止区。一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响 温度每升高温度每升高10度，

60、度， ICBO约增加一倍。当约增加一倍。当温度降低时温度降低时ICBO减小。减小。二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响三、温度对输出特性的影响三、温度对输出特性的影响1.3.6 光电三极管光电三极管光电三极管的集电极电流的大小与关照强度成比例光电三极管的集电极电流的大小与关照强度成比例光电三极管的等效电路光电三极管的等效电路光电三极管的符号光电三极管的符号返回场效应管的特点场效应管的特点 1.4.1 场效应管的特点及分类场效应管的特点及分类1）压控器件：输入电压控制输出电流的半导体器件。）压控器件：输入电压控制输出电流的半导体器件。3）抗辐射能力强：因为是单极型器件（由一种载流子参