模拟电子技术基础第章常用半导体器件

第1章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管作业1.2（一个二极管的计算，二极管的直流模型）1.3（一个二极管的计算，二极管的直流模型）1.4（二极管的交流模型）1.6（稳压管的计算）1.1半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结的形成及其单向导电性五、PN结的电容效应四、PN结的电流方程和伏安特性一、本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。无杂质稳定的结构本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？

导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。

绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。

半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴

自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。束缚电子外加电场方向空穴直接描述束缚电子的运动不太方便用我们假想的（自然界不存在的）、带正电的、与束缚电子反方向运动的那么一种粒子来描述束缚电子的运动比较方便，这种粒子起名叫做“空穴”载流子

外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。半导体导电的两个方面自由电子的运动束缚电子的运动与金属导电相比，金属导电只有自由电子的运动，因为金属没有共价键，而半导体有共价键,所以有两个方面半导体中的载流子自由电子空穴本征半导体中的自由电子和空穴成对出现本征半导体的特性：（1）热敏特性（2）光敏特性（3）搀杂特性三种方式都可使本征半导体中的载流子数目增加，导电能力增强，但是并不是当做导体来使用，因为与导体相比，导电能力还差得远。二、杂质半导体

1、N型半导体磷（P）

杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？自由电子是多子，空穴是少子

2、P型半半导体体硼（B）多数载载流子子P型半半导体体主要要靠空空穴导导电，，掺入入杂质质越多多，空空穴浓浓度越越高，，导电电性越越强，，在杂质质半导导体中中，温温度变变化时时，载载流子子的数数目变变化吗吗？少少子与与多子子变化化的数数目相相同吗吗？少少子与与多子子浓度度的变变化相相同吗吗？空穴是是多子子，自自由电电子是是少子子杂质半半导体体虽然然比本本征半半导体体中的的载流流子数数目要要多得得多，，导电电能力力增强强，但但是也也并不不能象象导体体那样样被用用来传传导电电能，，而是是用来来形成成PN结电流的的参考考方向向的定定义电流的的真实实方向向的定定义P区N区P区N区载流子子由于于浓度度的差差别而而产生生的运运动称称为扩散运运动。在扩散散的过过程中中，在在交界界面处处自由由电子子和空空穴复合。。自由电电子和和空穴穴复合出现内内电场场。。三、PN结结的形形成及及其单单向导导电性性P区N区P区N区P区N区P区P区N区P区N区扩散运运动=漂移移运动动时达到动态平平衡1.交交界界面出出现自自由电电子、、空穴穴的浓浓度差差别P区N区空穴多多自由电电子少少空穴少少自由电电子多多P区空空穴（（多子子）向向N区区扩散散N区自自由电电子（（多子子）向向P区区扩散散同时进进行2.扩扩散的的过程程中自自由电电子和和空穴穴复合合，留留下不不能移移动的的杂质质离子子，形形成内内电场场3.内内电电场的的出现现使少少数载载流子子向对对方漂漂移N区空空穴（（少子子）向向P区区漂移移P区自自由电电子（（少子子）向向N区区漂移移同时进进行4.刚刚开开始,扩散散运动动大于于漂移移运动动,最后,扩散散运动动等于于漂移移运动动,达达到动动态平平衡扩散运运动多子从从浓度度大向向浓度度小的的区域域扩散散,称称扩散散运动动扩散运运动产产生扩扩散电电流。。扩散散电流流的真实实方向向是从从P区区指向向N区区的。漂移运运动少子在在电场场的作作用下下向对对方漂漂移,称漂漂移运运动。。漂移运运动产产生漂漂移电电流。。漂移移电流流的真实实方向向是从从N区区指向向P区区的的。动态平平衡扩散电电流=漂移移电流流，PN结结内总总电流流=0。PN结稳定的的空间间电荷荷区又称高高阻区区也称耗耗尽层层载流子子从浓浓度大大向浓浓度小小的区区域扩扩散,称扩扩散运运动。。形成成的电电流称称为扩扩散电电流。。扩散电电流的的真实实方向向：P指向向N电流的的参考考方向向的定定义电流的的真实实方向向的定定义少子在在内电电场的的作用用下产产生的的运动动称为为漂移移运动动。形形成的的电流流称为为漂移移电流流。漂移电电流的的真实实方向向：N指指向PP区的的电位位高于于N区区的电电位，，称为为加正正向电电压，，简称称正偏偏；P区的电电位低低于N区的电电位，，称为为加反反向电电压，，简称反反偏；；PN结结正偏偏、反反偏的的定义义PN结加正正向电电压导导通：：耗尽层层变窄窄，扩扩散运运动加加剧，，由于于外电电源的的作用用，形形成扩扩散电电流，，PN结处处于导导通状状态。。PN结加反反向电电压截截止：：耗尽层层变宽宽，阻阻止扩扩散运运动，，有利利于漂漂移运运动，，形成成漂移移电流流。由由于电电流很很小，，故可可近似似认为为其截截止。。PN结结具有单向导导电性性线性电电阻具具有双双向导导电性性四、PN结结的电电流方方程和和伏安安特性性PN结结两端端的电电压与与流过过PN结电电流的的关系系式五、PN结的电电容效效应1.势势垒电电容PN结结外加加电压压变化化时，，空间间电荷荷区的的宽度度将发发生变变化，，有电电荷的的积累累和释释放的的过程程，与与电容容的充充放电电相同同，其其等效效电容容称为为势垒垒电容容Cb。2.扩扩散电电容PN结结外加加的正正向电电压变变化时时，在在扩散散路程程中载载流子子的浓浓度及及其梯梯度均均有变变化，，也有有电荷荷的积积累和和释放放的过过程，，其等等效电电容称称为扩扩散电电容Cd。结电容容：结电容容不是是常量量！若若PN结外外加电电压频频率高高到一一定程程度，，则失失去单单向导导电性性！1.2半半导导体二二极管管一、二二极管管的结结构二、二二极管管的伏伏安特特性及及电流流方程程三、二二极管管的等等效电电路四、二二极管管的主主要参参数五、稳稳压二二极管管一、二二极管管的结结构将PN结封封装，，引出出两个个电极极，就就构成成了二二极管管。点接触触型：：结面积积小，，结电电容小小故结允允许的的电流流小最高工工作频频率高高面接触触型：：结面积积大，，结电电容大大故结允允许的的电流流大最高工工作频频率低低平面型型：结面积积可小小、可可大小的工工作频频率高高大的结结允许许的电电流大大规定二二极管管的端端电压压uD的参考考方向向和二二极管管的电电流iD的参考考方向向二、二二极管管的伏伏安特特性及及电流流方程程参考方方向的的选取取共有有四种种可能能，本本教材材中选选择其其中的的一种种。线性电电阻参参考方方向的的选取取只有有两种种可能能：关关联、、非关关联。。因为双双向导导电（a））硅二二极管管2CP10的的伏安安特性性曲线线（（b）锗锗二极极管2AP15的伏伏安特特性曲曲线二极管的伏伏安特性及及电流方程程二极管的电电流与其端端电压的关关系称为伏伏安特性死区电压Uth硅二极管的的死区电压压一般为0.5V，，锗二极管管的死区电电压一般为为0.1V。硅二极管正正向导通电电压约为0.7V，，锗二极管管正向导通通电压约为为0.2V。反向击穿电电压UBR。温度对二极极管的伏安安特性的影影响当温度升高高时，二极极管的伏安安特性曲线线左移。当当温度降低低时，二极极管的伏安安特性曲线线右移。二极管的电电阻（一）二极极管的直流流电阻rD二极管两端端的直流电电压UD与直流电流流ID之比就是二二极管的直直流电阻rD。非线性电阻阻Q点处的直直流电阻rD是连接Q点点与坐标原原点的直线线的斜率的的倒数。（二）二极极管的交流流电阻rd在工作点Q附近，二二极管两端端电压的变变化量和与与之对应的的电流变化化量之比就就是二极管管的交流电电阻rd。非线性电阻阻非线性电阻阻的直流电电阻和交流流电阻不同同线性电阻的的直流电阻阻和交流电电阻相同交流电阻rd的大小也是是随工作点点Q的变化化而变化的的，工作点点的电流越越大，rd就越小。rd=26mv/ID(mA)五、二极管管的主要参参数(一)最最大整流电电流IF二极管长期期连续工作作时，允许许通过的最最大正向平平均电流。。(二)反反向击穿电电压UBR二极管反向向电流急剧剧增加时对对应的反向向电压值称称为反向击击穿电压UBR。(三)最大大反向工作作电压URM指管子允许许施加的反反向电压最最大值。UBR=2URM(四)反向向电流IR在室温下，，在规定的的反向电压压下的反向向电流值。。硅二极管管的反向电电流一般在在纳安(nA)级；；锗二极管管在微安(A)级。三、二极管管的等效电电路（一）二极极管的直流流电阻rD二极管两端端的直流电电压UD与直流电流流ID之比就是二二极管的直直流电阻rD。非线性电阻阻Q点处的直直流电阻rD是连接Q点点与坐标原原点的直线线的斜率的的倒数。二极管（非非线性）的的电阻的定定义（二）二极极管的交流流电阻（动动态电阻））rd在工作点Q附近，二二极管两端端电压的变变化量和与与之对应的的电流变化化量之比就就是二极管管的交流电电阻rd。非线性电阻阻非线性电阻阻的直流电电阻和交流流电阻不同同线性电阻的的直流电阻阻和交流电电阻相同交流电阻rd的大小也是是随工作点点Q的变化化而变化的的，工作点点的电流越越大，rd就越小。rd=26mv/ID(mA)二极管的模模型（等效效电路）（一）直流流模型（1）直直流理想模模型（2）直直流恒压降降模型（3）直流流折线模型型（4）直直流指数模模型（二）交流流小信号模模型（1）直流流理想模型型（2）直流流恒压降模模型（3）直流流折线模型型（4）直流流指数模型型模型越来越越准确，但但是计算越越来越复杂杂直流模型用用在直流电电源作用的的电路中（一）直流流模型（1）直流流理想模型型正偏时导通通，管压降降为0V，，电流决定定于外电路路。反偏时时截止，电电流为0，，两端电压压决定于外外电路（2）直直流恒压降降模型管子导通后后,管压降降认为是恒恒定的,典典型值为0.7V。。（硅二极管管）（锗二极管管将0.7V变为0.2V））（3）直流流折线模型型管压降不是是恒定的,而是随电电流的增加加而增加。。（硅二极管管）0.5V是二极管的的死区电压压（锗二极管管将0.5V变为0.1V））（4）直直流指数模模型（二）交流流小信号模模型（小信号模型））注意：二极极管的交流模型用用在交流小小信号电源源作用的电电路中小：能够把曲曲线看成直直线，而误误差能够忍忍受应用举例一、用二极极管直流模模型来分析析电路二、用二极极管交流模模型来分析析电路二极管在某某个电路中中可以这样样来使用：：1、当作非非线性电阻阻来使用，，即所有时时间内全部部在正向导导通区2、当作开开关来使用用，即某段段时间内导导通，某段段时间内截截止3、当作开开关来使用用，即在所所有时间内内均导通4、当作开开关来使用用，即在所所有时间内内均截止5、当作小小电压稳压压器件来使使用，即所所有时间内内全部在正正向导通区区6、当作大大电压稳压压器件来使使用，即所所有时间内内全部在反反向击穿区区（一）用二二极管直流流模型来分分析电路例1求求电路的ID和UD，已已知R=10K在两种情况况下计算:（1）UDD=10V（2）UDD=1V解:二极管使用用直流理想想模型（1）UDD=10V时首先：将原始电路路中的二极极管用它的的理想模型型代替，得得到右侧的的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止；；在本题目中中理想二极极管正向导导通，用理理想的导线线代替二极极管因为只有直直流电压源源作用，所所以使用直直流模型。。（硅二极管典型值）2）二极管管使用直流流恒压降模模型首先：将原始电路路中的二极极管用它的的直流恒压降降模型代替，，得到右侧侧的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止在本题目中中理想二极极管正向导导通，用理理想的导线线代替二极极管（硅二极管典型值）设二极管使用用直流折线线模型首先：将原始电路路中的二极极管用它的的直流折线模型代替，，得到右侧侧的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止在本题目中中理想二极极管正向导导通，用理理想的导线线代替二极极管二极管使用用直流理想想模型理想想模型（2）VDD=1V时首先：将原始电路路中的二极极管用它的的理想模型型代替，得得到右侧的的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止在本题目中中理想二极极管正向导导通，用理理想的导线线代替二极极管（硅二极管典型值）2）二极管管使用直流流恒压降模模型首先：将原始电路路中的二极极管用它的的直流恒压降降模型代替，，得到右侧侧的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止在本题目中中理想二极极管正向导导通，用理理想的导线线代替二极极管（硅二极管典型值）设二极管使用用直流折线线模型首先：将原始电路路中的二极极管用它的的直流折线模型代替，，得到右侧侧的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止在本题目中中理想二极极管正向导导通，用理理想的导线线代替二极极管VDD=10V时时VDD=1V时时二极管使用用直流理想想模型理想想模型2）二极管管使用直流流恒压降模模型VDD=10V时时VDD=1V时时（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）二极管使用用直流折线线模型VDD=10V时时VDD=1V时时当电源电压压远大于二二极管管压压降的情况况下，恒压压降模型就就可以取得得比较合理理的结果当电源电压压较低时，，就必须使使用折线模模型才可以以取得比较较合理的结结果理想模型计计算最简单单，但是误误差最大本题目中，，二极管当当作开关来来使用，即在所有时时间内均导导通(一)用二二极管直流流模型来分分析电路例2限幅幅电路电路如图：：输入正弦弦波，分析析输出信号号波形。R=1K，VREF=3V求（1）当当=0V、4V、6V时，求输输出电压值值（2）当时时输输出电压的的波形解：（1）当=0V、4V、6V时，求输输出电压值值首先：考虑虑选用何种种二极管的的模型？因为只有直直流电压源源作用，所所以使用直直流模型。。考虑到输输入电压不不高，且有有VREF=3V，因此作用于于二极管两两端的电压压不高，所所以要选用用折线模型型才能满足足题目的精精度要求将原始电路路中的二极极管用它的的直流折线模型代替，，得到右侧侧的电路然后：判断理想二极管管的状态（导导通或截止止）。方法：将理理想二极管管断开，求求阳极和阴阴极的电位位差，若>0,则理理想二极管管正向导通通；若<0，则理想想二极管反反向截止1）当=0V时，，求输出电电压值理想二极管管截止，支支路断开2）当=4V时，，求输出电电压值理想二极管管导通，用用理想导线线代替3）当=6V时，，求输出电电压值理想二极管管导通，用用理想导线线代替（2）当时时输输出电压的的波形虽然是是一个交流流电压源，，但是对二二极管来说说，并不是是小信号，，所以二极极管仍然采采用直流模模型，交流流电压源可可以看成为为某个瞬时时值的直流流电压源理想二极管管被反偏，，处于截止止状态理想二极管管导通，理理想导线代代替本题目中二二极管当作作开关来使使用，即某某段时间内内导通，某某段时间内内截止若输入为正正弦信号，，二极管采采用理想模模型，画输入信号号和输出信信号的波形形如图所示示。例3电路如图所所示，已知知R=10k，，VREF=10V，，求当输入入电压ui为正弦波时时电阻两端端电压的波波形，二极极管两端电电压的波形形。例4低低电电压稳压电电路直流电压源源UI的正常值为为10V，，R=10K，，若UI变化±1V时，问相应应的硅二极极管电压（（即输出电电压）的变变化如何？？解（1）求静态工作作点，画出出直流通路路，二极管管采用直流流模型（2）画交交流通路，，二极管采采用交流模模型（这时时的信号是是小信号））△讨论1.V＝2V、5V、10V时二极极管中的直直流电流各各为多少？？2.若若输入电压压的有效值值为5mV，则上述述各种情况况下二极管管中的交流流电流各为为多少？V较小时应实实测伏安特特性，用图图解法求ID。QIDV＝5V时时，，V=10V时时，，uD=V-iR讨论论V＝2V，，ID≈2.6mAV＝5V，ID≈21.5mAV＝10V，ID≈50mA在伏伏安安特特性性上上，，Q点越越高高，，二二极极管管的的动动态态电电阻阻越越小小！！例5有有两两个个二二极极管管的的开开关关电电路路本题题目目中中，，二二极极管管当当作作开开关关来来使使用用，，即在在所所有有时时间间内内均均导导通通，，或或者者在在所所有有时时间间内内均均截截止止设二二极极管管是是理理想想的的，，判判断断两两个个二二极极管管的的状状态态，，并并求求输输出出电电压压Uo解题题思思路路1、、将将二二极极管管从从电电路路中中拿拿走走，，在在此此电电路路的的基基础础上上求求两两个个二二极极管管的的阳阳极极和和阴阴极极之之间间的的电电位位差差2、、两两个个二二极极管管的的阳阳极极和和阴阴极极之之间间的的电电位位差差共共有有三三种种情情况况：：1））均均小小于于02））均均大大于于03））一一个个为为正正，，另另一一个个为为负负3、、根根据据不不同同的的情情况况做做出出判判断断：：1））均均小小于于0：：立立即即得得出出结结论论，，两两个个二二极极管管均均截截止止2））均均大大于于0：：这这其其中中会会有有一一大大一一小小，，可可以以得得出出结结论论，，大大的的那那个个二二极极管管一一定定导导通通，，小小的的那那个个状状态态不不定定，，需需要要做做进进一一步步的的判判断断。。大大的的那那个个二二极极管管导导通通后后用用理理想想的的导导线线代代替替，，这这时时整整个个电电路路就就转转化化成成了了只只有有一一个个二二极极管管的的电电路路，，按按照照例例3的的方方法法继继续续判判断断，，从从而而得得出出最最后后的的结结论论。。3））一一个个为为正正，，另另一一个个为为负负：：正正的的那那个个二二极极管管一一定定导导通通，，负负的的那那个个状状态态不不定定，，需需要要做做进进一一步步的的判判断断。。正正的的那那个个二二极极管管导导通通后后用用理理想想的的导导线线代代替替，，这这时时整整个个电电路路就就转转化化成成了了只只有有一一个个二二极极管管的的电电路路，，按按照照例例3的的方方法法继继续续判判断断，，从从而而得得出出最最后后的的结结论论。。UO=5V例1-6单相相半半波波整整流流电电路路例1-7单相相全全波波整整流流电电路路例1-8单相相桥桥式式整整流流电电路路四、、二二极极管管的的主主要要参参数数最大大整整流流电电流流IF：最最大大平平均均值值最大大反反向向工工作作电电压压UR：最最大大瞬瞬时时值值反向向电电流流IR：即即IS最高高工工作作频频率率fM：因因PN结结有有电电容容效效应应结电电容容为为扩散散电电容容（（Cd）与势垒垒电电容容（（Cb）之和和。。扩散散路路程程中中电电荷荷的的积积累累与与释释放放空间间电电荷荷区区宽宽窄窄的的变变化化有有电电荷荷的的积积累累与与释释放放五、、稳稳压压二二极极管管1.伏伏安安特特性性进入入稳稳压压区区的的最最小小电电流流不至至于于损损坏坏的的最最大大电电流流由一一个个PN结结组组成成，，反反向向击击穿穿后后在在一一定定的的电电流流范范围围内内端端电电压压基基本本不不变变，，为为稳稳定定电电压压。。2.主主要要参参数数稳定定电电压压UZ、稳稳定定电电流流IZ最大大功功耗耗PZM＝IZMUZ动态态电电阻阻rz＝ΔΔUZ/ΔΔIZ稳压压原原理理：在在反反向向击击穿穿时时，，电电流流在在很很大大范范围围内内变变化化时时，，只只引引起起很很小小的的电电压压变变化化。。正向部分分与普通通二极管管相同稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。当反向电电压加到到一定值值时，反反向电流流急剧增增加，产产生反向向击穿。。(1)稳稳定电电压UZ：在规定定的稳压压管反向向工作电电流IZ下，所对对应的反反向工作作电压。。(2)动动态电电阻rZ：rZ=UZ/IZ，rZ愈小，反反映稳压压管的击击穿特性性愈陡。。(3)最最小稳稳定工作作电流Izmin：保证稳稳压管击击穿所对对应的电电流，若若IZ＜Izmin则不能稳稳压。(4)最最大稳稳定工作作电流Izmax：电流超超过Izmax稳压管会会因功耗耗过大而而烧坏。。稳压二极极管的主主要参数数（5）额额定功耗耗PZM：PZM等于稳压压二极管管的稳定定电压UZ与最大稳稳定工作作电流Izmax的乘积。。稳压二二极管的的功耗超超过此值值时，会会因PN结的温温度过高高而损坏坏。对于于一只具具体的稳稳压二极极管，可可以通过过其PZM的值，求求出Izmax的值。已知例图图所示电电路中稳稳压管的的稳定电电压UZ＝6V，，最小稳稳定电流流IZmin＝5mA，最大大稳定电电流IZmax＝25mA。。（1）分分别计算算UI为10V、15V、35V三三种情况况下输出出电压UO的值；（2）若若UI＝35V时负载载开路，，则会出出现什么么现象?为什么么？稳压管的的计算例10已知稳压压二极管管稳压电电路中，，输入电电压Ui为13V，最小小稳定工工作电流流Izmin=5mA，额定定功耗PZM=200mW，，稳定电电压UZ=5V；；负载电电阻RL=250Ω，计计算限流流电阻R的取值范范围。解：答案案中详细细的步骤骤对RL应用欧姆姆定律，，端电压压与电流流的参考考方向为为关联的的，所以以最大稳定定工作电电流对结点A应用KCL定定律，有有限流电阻阻R的最小值值限流电阻阻R的最大值值。限流电阻阻的取值值＜R＜例11在在例10中中，输入电压Ui为12—14V，其其余参数完完全相同，，计算限流流电阻R的取值范围围。解：＜R＜例12在例11中中，若负载载电阻RL在200ΩΩ～300Ω之间变变化，其它它参数一样样，要求电电路提供给给负载电阻阻的电压仍仍为5V，，再求限流流电阻的值值。解：＜R＜光电二极管管是有光照照射时会产产生电流的的二极管。。其结构和普普通的二极极管基本相相同它利用光电电导效应工工作，PN结工作在在反偏状态态，当光照照射在PN结上时，，束缚电子子获得光能能变成自由由电子，产产生电子——空穴对，，在外电场场的作用下下形成光电电流。D应在反压状状态工作发光二极管管是将电能转换换成光能的的特殊半导导体器件，，它只有在加正正向电压时时才发光。光电二二极管管发光二二极管管LED显示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共阳极电路路共阴极电路路控制端为高高电平对应二极管管发光控制端为低低电平对应二极管管发光e半导体二极极管图片半导体二极极管图片半导体二极极管图片第1章常常用半半导体器件件1.3晶晶体三极管管（双极型型三极管））作业1.91.101.121.131.3双双极型三三极管一、双极型型三极管的的结构简介介二、放大状状态下BJT的电流流分配与控控制关系三、BJT的特性曲曲线四、BJT在三个状状态下的特特点五、判断BJT工作作状态的解解题思路六、BJT的主要参参数一、双极型型三极管的的结构简介介1个PN结结:二极管,单单向导电性性,开关作作用,非非线性电电阻2个PN结结:三三极管管,电流控控制作用,开关作用用3个PN结结:晶闸管,可可控整流BJT是通通过一定的的工艺，将将两个PN结结合在在一起的器器件。由于于两个PN结之间的的相互影响响，使BJT表现出出不同于单单个PN结结的特性而而具有电流流放大作用用，从而使使PN结的的应用发生生了质的飞飞跃。BJT的应应用:(1)在模模拟电路中中作为放大大元件(2)在数数字电路中中作为开关关元件一、晶体管管的结构和和符号小功率管中功率管大功率管为什么有孔？半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结(Je)集电结(Jc)基极，用B或b表表示（Base）发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极，用C或c表示（Collector））。发射区集电区基区三极管符号号结构特点(对NPNPNP型均适适用)发射区的掺掺杂浓度最最高；集电区掺杂杂浓度低于于发射区，，且面积大大；基区很薄，，一般在几几个微米至至几十个微微米，且掺掺杂杂浓度最低低。两个PN结结,每个有有正偏和反反偏两种状状态,组合合起来,共共有4种状状态:发射结正偏偏,集电结结反偏:放大区，在模拟放大大电路中使使用发射结正偏偏,集电结结正偏:饱和区发射结反偏偏,集电结结反偏:截止区发射结反偏偏,集电结结正偏:倒倒置状态态,基本上没有有什么用处处在数字电路路中使用二、放大状状态下BJT的电流流分配与控控制关系1、要使三三极管具有有电流放大大作用所必必须提供的的条件：外部条件：：外加直流流电压源保保证发射结正偏偏，集电结结反偏。内部条件:发射区的掺掺杂浓度最最高；集电区掺杂杂浓度低于于发射区，，且面积大大；基区很薄，，一般在几几个微米至至几十个微微米，且掺掺杂浓度最低低。2、三极管管具有电流流放大作用用时在三极极管内部载载流子的传传输过程（以NPN管为例介介绍）（1）发射射区向基区区注入自由由电子（对NPN管子为自自由电子，，对PNP管子为空空穴）发射结正偏偏发射区多子子向基区扩扩散，形成成发射极电电子电流InE基区多子向向发射区扩扩散,小，，可忽略漂移运动很很弱，可忽忽略发射极电流流IE=InE（2）自由由电子在基基区扩散与与复合（对NPN管子为自自由电子，，对PNP管子为空空穴）在基区内自自由电子继继续向集电电结方向扩扩散一部分与基基区空穴复复合，形成成基极复合电电流IB'绝大部分扩扩散到集电电结边缘三极管制成成后二者分分配比例就就已经确定定（3）集电电区收集从从发射区扩扩散过来的的载流子（对NPN管子为自自由电子，，对PNP管子为空空穴）集电结反偏偏发射区扩散散过来的自自由电子向向集电区漂漂移集电区自身身的少子向向基区漂移移基区自身的的少子向集集电区漂移移扩散运动难难以进行形成集电极电子子电流Inc形成反向饱饱和电流ICBO集电极电流流IC=Inc+ICBO基极电流IB=IB'-ICBO以上看出，，三极管内内有两种载载流子(自自由电子和和空穴)参参与导电，，故称为双双极型三极极管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。3、电流流分配关系系根据传输过过程可知IC=InC+ICBOIB=IB'-ICBO通常IC>>ICBOIE=IB+IC(1)共基基极直流电电流放大系系数(2)共射射极直流电电流放大系系数综上所述，，三极管的的放大作用用，主要是是依靠它的的发射极电电流能够通通过基区传传输，然后后到达集电电极而实现现的。实现这一传传输过程的的两个条件件是：（1）内部条件：：发射区杂质质浓度远大大于基区杂杂质浓度，，且基区很很薄。（2）外部条件：：发射结正向向偏置，集集电结反向向偏置。BJT的电流分配配与放大(称为控制更合适)原原理小结：半导体三极极管的型号号第二位：A锗PNP管管、B锗NPN管管、C硅PNP管管、D硅NPN管管第三位：X低频小功率率管、D低频大功率率管、G高频小功率率管、A高频大功率率管、K开关管用字母表示材料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字母表示同一型号中的不同规格三极管国家标准对对半导体器器件型号的的命名举例例如下：3DG110B12/18/2022三、BJT的特性曲曲线BJT非线线性器件，，所以电压压、电流之之间的关系系只能用曲曲线才能描描述清楚从使用三极极管的角度度看，了解解特性曲线线比了解内内部载流子子的运动更更重要，所所以我们现现在作为使使用者，而而不是制造造者，我们们要对特性性曲线进行行更深入的的分析，而而内部载流流子的运动动规律可以以帮助我们们解释为什什么特性曲曲线是这样样。特性曲线的的分类输入特性曲曲线输出特性曲曲线共射接法特特性曲线共基接法特特性曲线共集接法特特性曲线NPN管特特性曲线PNP管特特性曲线我们只研究究NPN共共射特性性曲线（输输入、输出出）规定电压和和电流的参参考方向如如图所示：：注意电压变变量、电流流变量的写写法：小写写的字母，，大写的下下标iB=f(uBE)uCE=constiC=f(uCE)iB=constiB=f(uBE)uCE=const(2)当uCE≥1V时，，uCB=uCE-uBE>0，集电电结已进入入反偏状态态，开始收收集电子，，基区复合合减少，同同样的uBE下iB减小，特性性曲线右移移。(1)当uCE=0V时，，相当于发发射结的正正向伏安特特性曲线。。（饱和区区）1、NPN共射输输入特性曲曲线NPN共射射输入特性性曲线的特点描述述（1）当uCE=0V时，，相当于正正向偏置的的两个二极极管并联，，所以与PN结的正正向特性相相似（2）uCE≥1V的特特性曲线比比uCE=0V的右右移。原因因：uCE≥1V时集集电结反偏偏，集电结结吸引自由由电子的能能力增强，，从发射区区注入的自自由电子更更多地流向向集电区，，对应于相相同的uBE（即发射区区发射的自自由电子数数一定），流向基极极的电流减减小，曲线线右移（3）uCE>1V与uCE=1V的曲曲线非常接接近，可以以近似认为为重合（4）有一一段死区（5）非线线性特性（6）温度度上升，曲曲线左移（7）陡峭峭上升部分分可以近似似认为是直直线，即iB与uBE成正比，线线性区（8）放大大状态时，，NPN的的uBE=0.7V,PNP的uBE=-0.2V为什么UCE增大曲线右右移？对于小功率率晶体管，，UCE大于1V的的一条输入入特性曲线线可以取代代UCE大于1V的的所有输入入特性曲线线。为什么像PN结的伏伏安特性？？为什么UCE增大到一定定值曲线右右移就不明明显了？输入特性饱和区：iC明显受uCE控制的区域域，该区域域内，一般般uCE＜0.3V(硅管)。此时，，发射结正正偏，集电电结正偏或或反偏电压压很小。iC=f(uCE)iB=const2、NPN共射射输出特性曲曲线截止区：iC接近零的区区域，相当当iB=0的曲线线的下方。。此时，uBE小于死区电电压。放大区：iC平行于uCE轴的区域，，曲线基本本平行等距距。此时，，发射结正正偏，集电电结反偏。。输出出特特性性β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?对应应于于一一个个IB就有有一一条条iC随uCE变化化的的曲曲线线。。为什什么么uCE较小小时时iC随uCE变化很大？为为什么进入放放大状态曲线线几乎是横轴轴的平行线？？饱和区放大区截止区NPN共射输输出特性曲线线的特点描述截止区:的的区域:三个个电极上的电电流为0,发发射结和集电电结均反偏,相当于开关关打开,在数数字电路中作作为开关元件件的一个状态态。饱和区：直线线上升和弯曲曲的部分，发射结电压0.7V(硅硅管)或0.2V(锗管管)；发射结和集电电结均正偏,相当于开关关闭合,在数数字电路中作作为开关元件件的一个状态态。放大区：曲线近似水平平的区域，曲曲线随uCE增加略有上翘翘，基区宽度度调制效应，，发射结正正偏,集电结结反偏。集电电极电流主要要决定于基极极电流。四、BJT在在三个状态下下的特点截止区:三三极管的的三个电极所所在的支路中中的电流为0,任意两个个极之间的电电压是多少，，决定于外电电路，满足电电路方程。饱和区：NPN的uBE=0.7V,PNP的的uBE=-0.2V，没有ß，三极管的三个个电极所在的的支路中的电电流决定于外外电路，满足足电路方程。。放大区：NPN的uBE=0.7V,PNP的的uBE=-0.2V，有ß，三极管的三个个电极所在的的支路中的电电流决定于外外电路，满足足电路方程。。方法一方法二五、判断BJT工作状态态的解题思路路饱和区:发射结正偏，，集电结正偏偏截止区：发射结反偏，，集电结反偏偏或：UBE0.5V（（Si)|UBE|0.2V（（Ge)放大区:发射结正偏，，集电结反偏偏但是用这种判判据不方便方法一方法二：1、把三极管管从电路中拿拿走，在此电电路拓扑结构构下求三极管管的发射结电电压：若发射结反偏偏或零偏或小小于死区电压压值：则三极极管截止.若发射结正偏偏：则三极管管可能处于放放大状态或处处于饱和状态态，需要进一一步判断。进进入步骤22、把三极管管放入电路中中，电路的拓拓扑结构回到到从前；假设设三极管处于于临界饱和状态态（三极管既既可以认为是是处于饱和状状态也可以认认为是处于放放大状态，在在放大区和饱饱和区的交界界区域，此时时三极管既有有饱和时的特特征UCES=0.3V又有放大的特特征IC=ßIB）,求此时三极管管的集电极临临界饱和电流流ICS，进而求出基基极临界饱和和电流IBS。ICS是三极管的集电电极可能流过过的最大电流流（在三极管管状态改变的的前提下，VCC和RC保持不变）3、在原始电电路拓扑结构构基础上，求求出三极管的的基极支路中中实际流动的的电流iB4、比较iB和IBS的大小:若iB>IBS，则三极管处处于饱和状态态;或或者ßIB>ICS若iB<IBS，则三极管处处于放大状态态；或或者ßIB<ICS例题:判断下下面电路中三三极管的状态态例题1Rb=2k,RC=2K,VCC=12V例题2R