第09章-二极管和晶体管

1、六、六、(14分分)已知：已知：us=5cos(4t-900)，is=3cos(4t+30)，R1= R2=1。 求：求：（1 1）应用叠加定理求电容电压）应用叠加定理求电容电压u uC C ；（用相量分析法做）；（用相量分析法做）（2 2）电阻）电阻R R1 1得到的有功功率。得到的有功功率。已知已知: us=5sin(4t -90)， is =3sin(4t +30)，R1= R2=1。 求：求：（1）电容电压）电容电压uC ,（2）电阻）电阻R1得到的有功功率。得到的有功功率。课堂练习课堂练习答案：答案：(1)uc=2.3cos(4t-1490)V (2)P1=8.8W 电子技术电子技术

2、是把是把电子元器电子元器件组成的电子件组成的电子电路应用到科学、技术、生产、生活各领电路应用到科学、技术、生产、生活各领域的域的应用技术应用技术，电子电路是，电子电路是信息社会信息社会产生、产生、传送、处理信号的传送、处理信号的硬件载体硬件载体。IC Technology RevolutionvInvention of the Transistor1947: first point contact transistor at Bell LabsThe First Integrated Circuitv1966: ECL 3-Input gate at MotorolaHigh Performa

3、nce Processorsv2001: Intel Pentium Microprocessor42 M transistors, 1.5 GHz operationCMOS, Low power2010年世界最小晶体管问世：仅由年世界最小晶体管问世：仅由7个原子构成，嵌于个原子构成，嵌于单晶硅上，大小为一米的单晶硅上，大小为一米的40亿分之一亿分之一 。模块化便携式模块化便携式SOPC教学实验开发板教学实验开发板半导体基础知识半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘

4、体，绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。9.1.1 本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si本征半导体：完全纯净的、本征半导体：完全纯净的、晶体结构的半导体。晶体结构的半导体。9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性在热力学温度零度在热力学温度零度和没有外界激发时和没有

5、外界激发时,本征半导体不导电。本征半导体不导电。共价键结构共价键结构 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构硅原子硅原子价电子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空空穴穴本征激发本征激发复合复合在在常常温温下下自自由由电电子子和和空空穴穴的的形形成成成对出现成对出现成对消失成对消失+4+4+4+4+4+4+4+41 .N型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中掺入少量掺入少量五价五价元素元素磷原子磷原子+4+5多余价电子多余价电子正离子正离子N 型半导体中的载流子型半导体中的载流子: :1 1、自由电子、自由电子2 2、空

6、穴、空穴多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子 N半导体和半导体和P型半导体型半导体 N 型半导体结构示意图型半导体结构示意图空穴是少数空穴是少数载流子载流子电子是多数电子是多数载流子载流子正离子正离子+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴2. P型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中 掺入少量的掺入少量的三价三价元元 素素, 形成形成P 型半导体型半导体 +4+4硼原子硼原子填补空位填补空位+3负离子负离子P 型半导体中型半导体中的载流子是的载流子是: :1 1、自由电子、自由电子2 2、空穴、空穴多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子 P 型半导体结构示意图型半导体结构示意图电

7、子是少数载流子电子是少数载流子负离子负离子空穴是多数载流子空穴是多数载流子半导体具有不同于其它物质的特点。例如：半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，导电能力当受外界热和光作用时，导电能力明显变化明显变化, ,半导体对温度敏感半导体对温度敏感 。往纯净的半导体中掺入某些杂质，往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。导电能力明显改变。半导体的导电特性半导体的导电特性（三）（三）PN结结1、PN结的形成结的形成flash1多子的浓度差多子的浓度差多子的扩散多子的扩散空间电荷区空间电荷区少子的漂移少子的漂移扩散扩散=飘移飘移形成稳定的形成稳定的PN结结注：注：PNPN结

8、的结电容很小结的结电容很小2、PN结的特性结的特性 （1）PN结外加结外加正向电压正向电压flash2PN结正偏结正偏PN结正向导通结正向导通外电场与内电场方向相反外电场与内电场方向相反有利于扩散进行有利于扩散进行扩散扩散飘移飘移PN结变窄结变窄外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流产生较大的扩散电流I正正2、PN结的特性结的特性 （2）PN结外加结外加反向电压反向电压flash3PN结反偏结反偏PN结反向截止结反向截止外电场与内电场方向相同外电场与内电场方向相同有利于漂移进行有利于漂移进行飘移飘移扩散扩散PN结变厚结变厚外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较小的反

9、向电流产生较小的反向电流I反反 （3）PN结的特性：结的特性：加正向电压加正向电压导通导通加反向电压加反向电压截止截止单方向导电性单方向导电性+ -正向电压正向电压 半导体二极管半导体二极管反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性PN+PN+理想二极管：理想二极管：导通压降导通压降=0iDuDUI0(mA)(A)1. 最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管长期使用时，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二极管工作是允许外加的最大反向电压值。超过此值二极管工作是允许外加的最大反向电压值。超过此值时，

10、二极管有可能因反向击穿而损坏。手册上给出的时，二极管有可能因反向击穿而损坏。手册上给出的最高反向工作电压最高反向工作电压UR一般是击穿电压一般是击穿电压U（BR）的一半。的一半。PN二极管符号：二极管符号：+ U -3. 反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几

11、百倍。锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。4、微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：DDDiur工作点工作点Q处的直流电阻：处的直流电阻：R=UD/ID ：下图中，已知：下图中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB为锗管，求输出端为锗管，求输出端Y的电位并说明的电位并说明二极管的二极管的作用。作用。 解：解： DA优先导通，则优先导通，则VY=30.3=2.7VDA导通后导通后, DB因反偏而截止因反偏而截止,起隔离作用起隔离作用, DA起钳位作用起

12、钳位作用,将将Y端的电位钳制在端的电位钳制在+2.7V。 DA 12VYABDBR3V0V-0.3V2.7VDE3VRuiuouRuD：下图是：下图是二极管二极管限幅电路，限幅电路，D为理想二极管，为理想二极管，ui = 6 sin t V, E= 3V,试画出试画出 uo波形波形 。 t t ui / V Vuo /V63300 2 2 6VLVRiu)0 ()0 (V1000010500102033注意注意:实际使用中要加保护措施实际使用中要加保护措施KULRiLKULVRiLuV：保护电路保护电路 DUZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUr+U0RL+C+UiDzIzIoIR当

13、电源波动或负载电流的变化引起当电源波动或负载电流的变化引起Uo变化时变化时Uo Uz Iz I =(Iz+Io ) UR Uo =UiURUZIZIZM UZ IZ_+UIO例例9.3.1 求通过稳压二极管求通过稳压二极管的电流的电流IZ？R是限流电阻，是限流电阻，其阻值合适否？其阻值合适否？IZDZR=1.6k+20VUZ =12VIZM =18mAmA5106 . 112203AIz解解:IZ 0 UBE 0即即 VC VB VE对于对于PNP型三极管应满足型三极管应满足: UEB 0 UBC 0即即 VC VB IC，UCE 0.3V称为称为饱和区饱和区。 IBIC(mA )1234UC

14、E(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电死区电压，称为压，称为截截止区止区。T工作在放大区条件：工作在放大区条件：发射结正偏，集电结反偏；发射结正偏，集电结反偏；T工作在饱和区条件：工作在饱和区条件：发射结正偏，集电结正偏；发射结正偏，集电结正偏；T工作在截止区条件：工作在截止区条件：发射结反偏，集电结反偏；发射结反偏，集电结反偏；输入特性输入特性输出特性输出特性BCII_例：已知晶体管导通时例：已知晶体管导通时UBE0.7V，=50。试分析试分析uI为为0V、1V、5V三种情况下三种情况下T的工的工作状

15、态及输出电压作状态及输出电压uO、IC的值。的值。60bBEQBBBQRUVIV9mA3 CCQCCOBQCQRIVuII 解：解：（1）当VBB0时，T截止，uO12V。 IC =0 （2）当VBB1V时，因为 A 所以T处于放大状态。 （3）当VBB5V时，因为860bBEQBBBQRUVIA所以T处于饱和状态。 所以 uO0V，IC 12mA0mA43 CCQOBQCQRIVuIICC若：若：则：则：工作于动态的三极管，工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直真正的信号是叠加在直流上的交流信号。流上的交流信号。交流交流电流放大倍数电流放大倍数为：为：BIIC共射共射直流电流放大倍数直流电

16、流放大倍数：BCII_1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =9.4.4 9.4.4 主要参数主要参数53704051BC.II 400400605132BC .II 2.集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度变化的度变化的影响大。影响大。BECNNP3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升时，大，当温度上升时，ICEO增加很快，所增加很快，所以以

17、IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性三极管的温度特性较差较差。(穿透电流穿透电流)4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC超过一定值时，三极管的超过一定值时，三极管的 值要值要下降，当下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为电极电流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC流过流过三极管，所发出的焦三极管，所发出的焦耳热为：耳热为： PC =ICUCE 必定导致结温上升，必定导致结温上升，所以所以PC有限制。有限制。 PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所