第7章二极管及三极管

（下）第7章半导体二极管和三极管电工技术与电子技术返回第7章半导体二极管和三极管返回后一页7.3半导体二极管7.4稳压二极管7.5半导体三极管7.2PN结7.1半导体的导电特性返回前一页后一页第7章半导体二极管和三极管本章要求：一、了解PN的单向导电性、二极管的特性和主要参数。二、了解稳压管的稳压性能和主要参数。三、了解三极管的电流放大作用、特性和主要参数。四、会根据二极管的单向导电性分析含有二极管的电路。

对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。

对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、RC的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。前一页后一页返回7.1半导体的导电特性半导体的特性：

(可制成温度敏感元件，如热敏电阻)掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显改变。光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。

(可制成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。前一页后一页返回7.1.1本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。硅和锗的晶体结构前一页后一页返回硅和锗的共价键结构共价键共用电子对

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子。+4+4+4+4前一页后一页返回+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子

在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键上留下一个空位，称为空穴（带正电）。

本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。前一页后一页返回本征半导体的导电机理在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子来填补，其结果相当于空穴的迁移。空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。

因常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子和空穴很少，所以本征半导体的导电能力很弱。

当半导体外加电压时，在电场的作用下将出现两部分电流：

1）自由电子作定向移动电子电流

2）价电子递补空穴空穴电流+4+4+4+4前一页后一页返回本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。

温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。跳转前一页后一页返回7.1.2N型半导体和P型半导体N型半导体

掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。+4+4+4+4+5多余电子磷原子掺入五价元素在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子返回前一页后一页前一页后一页P型半导体

掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。空穴称为多数载流子（多子），自由电子称为少数载流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴掺入三价元素接受一个电子变为负离子返回杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体前一页后一页无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。返回

1.在杂质半导体中多子的数量与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。

2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。

3.当温度升高时，少子的数量

（a.减少、b.不变、c.增多）。abc

4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是（a.电子电流、b.空穴电流）ba前一页后一页返回7.2PN结7.2.1PN结的形成多子的扩散运动内电场E少子的漂移运动浓度差－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体空间电荷区内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。空间电荷区也称PN结前一页后一页返回前一页后一页二、

PN结的单相导电性

1.PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄

P接正、N接负－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++U内电场外电场PNIF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。返回2.PN结加反向电压（反向偏置）－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++U内电场外电场PN内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRPN结变宽

P接负、N接正

PN结反向电阻较大，反向电流很小，PN结处于截止状态。温度越高少子的数量越多，反向电流将随温度增加前一页后一页返回PN结的单向导电性1、PN结加正向电压（正向偏置，P接正、N

接负）时，PN结处于正向导通状态，PN

结正向电阻较小，正向电流较大。2、PN结加反向电压（反向偏置，P接负、N

接正）时，PN结处于反向截止状态，PN

结反向电阻较大，反向电流很小。前一页后一页返回7.3半导体二极管7.3.1基本结构（a）点接触型1.结构：按结构可分三类(b)面接触型结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。前一页后一页(c)平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。返回7.3半导体二极管二极管的结构示意图2.符号：PN阳极阴极VD前一页后一页返回7.3.1伏安特性前一页后一页PN+–UI硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性PN+–反向特性非线性反向电流在一定电压范围内保持常数。硅0.6~0.8V,锗0.2~0.3V。返回7.3.3主要参数1、最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2、反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压U(BR)的一半或三分之一。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3、反向峰值电流IRM指二极管加最高反向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，IRM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，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。前一页后一页返回二极管的单向导电性前一页后一页

1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。

2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。

3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。

4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。返回二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V

分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正，二极管导通（正向偏置）若V阳

<V阴或UD为负，二极管截止（反向偏置）前一页后一页

反向截止时二极管相当于断开。若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，返回电路如图，求：UABV阳=－6VV阴=－12VV阳

>V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V否则，UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例1：后一页取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。跳转D6V12V3kBAUAB+–返回两个二极管的阴极接在一起求：UAB取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴=

－12VUD1=6V，UD2=12V∵

UD2>UD1∴VD2

优先导通，VD1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0VVD１6V12V3kBAVD2VD1承受反向电压为－6V流过VD2的电流为例2:前一页后一页UAB+–返回ui>8V

二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V

二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。u218V参考点8V例3二极管的用途：

整流、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、温度补偿等。前一页后一页D8VRuoui++––返回7.4稳压二极管前一页后一页1.符号UZIZIZMUZ

IZUI2.伏安特性稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻

+–稳压管反向击穿后，电流变化很大，但电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。返回3.主要参数前一页后一页(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数ｕ环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZM愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。返回光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加符号前一页后一页返回发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几~几十mA符号前一页后一页返回7.5半导体三极管7.5基本结构BECNNP基极发射极集电极PNP集电极基极发射极BCENPN型PNP型后一页前一页返回BECNNP基极发射极集电极后一页前一页集电区：面积最大基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结返回符号：BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管型号：3A、3C是PNP3B、3D是NPN3A、3B是锗管3C、3D是硅管后一页前一页返回7.5.2电流放大原理BECNNPEBRBECRC1.三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏PNP

VB<VE

VC<VB从电位的角度看：

NPN发射结正偏VB>VE

集电结反偏VC>VB后一页前一页返回2.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.503.300.0010.511.021.732.543.35结论1）三电极电流关系IE=IB+IC2）ICIE，IC

IB3）IC

IB把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。跳转后一页前一页返回3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBEC基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。IE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。IBE从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。ICE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBO后一页前一页3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBOICE后一页前一页IB=IBE-ICBOIBE返回ICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数集－射极穿透电流温度ICEO常用公式后一页前一页返回7.5.3特性曲线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，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：

1）直观地分析管子的工作状态

2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线后一页前一页返回

实验线路输入回路输出回路发射极是输入、输出回路的公共端EBICmAAVUCEUBERBIBECV共发射极电路后一页前一页返回1.输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。工作压降：硅UBE0.6~0.7V,锗UBE0.2~0.3V。后一页前一页返回2.输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，即IC=IB。后一页前一页此区域满足IC=IB

称为线性区（放大区），具有恒流特性。返回IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

UCEUBE,集电结正偏，IBIC，称为饱和区。

深度饱和时硅管UCES0.3V此区域中IC受UCE的影响较大后一页前一页返回IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC

=ICEO,UBE

<

死区电压，称为截止区。后一页前一页跳转为可靠截止，常取发射结零偏压或反偏压。返回输出特性可划分为三个区，分别代表晶体管的三种工作状态。1）放大区(线性区，具有恒流特性)放大状态

IC=IB，发射结正偏、集电结反偏。2）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开

IB=0，IC=ICEO0，UBE<死区电压发射结反偏或零偏、集电结反偏。3）饱和区(管子处于饱和导通状态)开关闭合IBIC，

UCEUBE,

发射结正偏，集电结正偏。后一页前一页返回7.5.4主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法。相应地还有共基、共集接法。直流电流放大系数：1.电流放大系数和工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC。交流电流放大系数：一般小功率三极管大功率三极管后一页前一页返回

例：

UCE=4.7V时，IB=30A,IC=1.48mA；