半导体二极管和晶体管

1第一章半导体二极管和晶体管1.1半导体的基本知识1.2PN结1.3半导体二极管1.4半导体二极管的应用1.5稳压二极管1.6双极型晶体管21.6双极型晶体管（BJT）晶体管又称半导体三极管晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。3半导体三极管有两大类型：一是双极型半导体三极管二是场效应半导体三极管*

双极型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PN结组合而成，是一种CCCS器件。

场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。4双极型晶体管的结构1.NPN型晶体管结构示意图和符号(2)

根据使用的半导体材料分为:硅管和锗管(1)

根据结构分为:NPN型和PNP型晶体管的主要类型5NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结JE集电结JC基极B(b)NPN型晶体管结构示意图6NPN型晶体管符号B(b)E(e)TC(c)NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结JE集电结JC基极B(b)72.PNP型晶体管结构示意图和符号符号B(b)E(e)TC(c)E(e)发射区集电区基区PPNC(c)B(b)JEJC结构示意图8集电区EBC发射区基区(1)发射区面积小，掺杂浓度高。3.晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）平面型晶体管的结构示意图9(2)集电区面积大，掺杂浓度低。(3)基区掺杂浓度很低，且很薄。集电区EBC发射区基区10晶体管的工作原理（以NPN型管为例）依据两个PN结的偏置情况放大状态饱和状态截止状态倒置状态晶体管的工作状态111．发射结正向偏置、集电结反向偏置——放大状态原理图电路图+–+–12

(1)

电流关系a.

发射区向基区扩散电子形成发射极电流IE发射区向基区扩散电子称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子+–+–13b.基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子形成空穴电流+–+–14+–+–因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子15+–+–c.基区电子的扩散和复合非平衡少子在基区复合，形成基极电流IBIB非平衡少子向集电结扩散16+–+–IBIC非平衡少子到达集电区d.集电区收集从发射区扩散过来的电子形成集电极电流IC17+–+–IBICICBO少子漂移形成反向饱和电流ICBOe.集电区、基区少子相互漂移集电区少子空穴向基区漂移基区少子电子向集电区漂移18晶体管的电流分配关系动画演示19发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。输入回路输出回路20定义称为共基极直流电流放大系数，反映了发射区注入基区的电子被集电区收集的能力ICBOICIB21ICBOICIB各电极电流之间的关系

IE=IC+IB

22IBICICBO晶体管共射极接法原理图电路图23定义为共射极直流电流放大系数当UCE>UBE时，发射结正偏，集电结反偏，晶体管仍工作于放大状态。IBICICBO24各电极电流之间的关系ICEO称为穿透电流IBICICBO25或的关系由一般情况26

如果

△UBE

>0，那么△IB>0，△IC>0，△IE>0

当输入回路电压U

'BE=UBE+△UBE那么I

'B=IB+△IBI

'C=IC+△ICI

'E=IE+△IE

如果△UBE

<0，那么△IB<0，△IC<0，△IE<0

IBICICBO27为共基极交流电流放大系数

为共射极交流电流放大系数定义α与β的关系一般可以认为28uBE=

ube+UBE(2)放大原理设输入信号ui=Uimsinωt

V那么iB=

ib+IBiC=

ic+ICuCE=

uce+

UCEuce=

–icRC其中UCE=

VCC

–ICRC放大电路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE29a.在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。uce=

–

icRCuCE=

uce+

UCE由可知ui→ib→ic→icRcb.

交流信号的传递过程为TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE302．发射结正向偏置、集电结正向偏置——饱和状态(2)IC

bIB，IB失去了对IC的控制。(1)UCE≤UBE，集电结正向偏。饱和状态的特点(3)

集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为0.3~0.5V。(4)饱和时集电极电流31(2)IC=ICBO3．发射结反向偏置、集电结反向偏置——截止状态截止状态的特点(1)发射结反偏(3)IB=－ICBO324．发射结反向偏置、集电结正向偏置——倒置状态(1)集电区扩散到基区的多子较少倒置状态的特点(2)发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小(3)管子的电流放大系数很小33晶体管工作状态的特点总结:放大状态：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且IC=

IB(2)饱和状态：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止状态：发射结反偏，集电结反偏。

UBE<死区电压，IB0，IC0

34

双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，见下图。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；晶体管的三种组态35晶体管共射极接法的伏安特性曲线1．共射极输入特性

共射极输入特性三极管共射极接法uCE=0VuCE≥1V36(1)

输入特性是非线性的，有死区。(2)

当uBE不变，uCE从零增大

时，iB将减小。输入特性的特点(3)

当uCE≥1V，输入特性曲线几乎重合在一起，

即uCE对输入特性几乎无影响。uCE=0VuCE≥1V372．共射极输出特性

输出特性曲线饱和区截止区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V38各区的特点(1)饱和区a.UCE≤UBEb.IC＜βIBc.UCE增大，IC增大饱和区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V39(3)截止区a.IB≈0b.IC≈0(2)

放大区a.UCE>UBEb.IC=βIBc.IC与UCE无关饱和区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V截止区40NPN管与PNP管的区别iB、uBE、iC、iE

、uCE的极性二者相反。PNP管电路NPN管电路41硅管与锗管的主要区别(3)

锗管的ICBO比硅管大(1)

死区电压约为硅管0.5V锗管0.1V(2)

导通压降|uBE|约为锗管0.3V硅管0.7V42晶体管的主要参数1.直流参数(3)集电极——基极间反向饱和电流ICBO

(1)共基极直流电流放大系数(2)共射极直流电流放大系数(4)集电极——发射极间穿透电流ICEO

432.交流参数

(1)共基极交流电流放大系数α

(2)共射极交流电流放大系数β

1.β值受温度影响，随温度升高而增大。2.近似计算时，通常认、，即对交、直流电流放大系数不加区分。注：443.

极限参数(4)

集电极最大允许电流ICM(1)集电极开路时发射极——基极间反向击穿电压U(BR)EBO

(2)

发射极开路时集电极——基极间反向击穿电压U(BR)CBO

(3)

基极开路时集电极——发射极间反向击穿电压U(BR)CEO

45(5)

集电极最大允许功耗PCM

集电极电流iC流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=iCuCE

必定导致结温上升，所以PC有限制。PCPCMiCuCE等功耗线PCM=

iCuCEICMU(BR)CEO安全工作区46温度对管子参数的影响

1．对β的影响2．对ICBO的影响3．温度升高，管子的死区电压降低。47思考题1.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？2.

晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？3.

晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与其工作在放大区时相同？48例题讲解例1

如图所示各晶体管处于放大工作状态，已知各电极直流电位。试确定晶体管的类型（NPN/PNP、硅/锗），并说明x、y、z

代表的电极。49提示：

（1）晶体管工作于放大状态的条件：NPN管：VC>VB>VE，PNP管：VE>VB>VC；（2）导通电压：硅管|VBE|=0.6~0.7V，硅管|VBE|=0.2~0.3V，50

例2已知NPN型硅管T1~T4各电极的直流电位如表所示，试确定各晶体管的工作状态。晶体管T1T2T3T4VB/V0.71-10VE/V00.3-1.70VC/V50.7015工作状态提示：

NPN管（1）放大状态：VBE>Von,VCE>VBE;

（2）饱和状态：VBE>Von,VCE<VBE;（3）截止状态：VBE<Von放大饱和放大截止51

例3

如图所示电路中