电子电路中常用的元件

10.1半导体的基本知识10.2PN结10.3二极管10.4稳压二极管电子电路中常用的元件第10章第10章小结10.5发光二极管10.6晶体管10.1

半导体的基本知识10.1.1半导体的导电特征10.1.2N型半导体和P型半导体10.1.1半导体的导电特征半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体

—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子—自由运动的带电粒子。+4+4+4+4硅(锗)的原子结构Si284Ge28184简化模型+4原子核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动本征激发：复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动半导体的导电特征IIPINI=IP+IN+–电子和空穴两种载流子参与导电在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流IN

。空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流IP

。

结论:1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外界条件有关。10.1.2N型半导体和P型半导体

本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很弱。如果有控制、有选择地掺入微量的有用杂质（某种元素），将使其导电能力大大增强，成为具有特定导电性能的杂质半导体。一、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷。N型磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数+5+4+4+4+4+4正的磷离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示P型硼原子空穴空穴

—多子电子

—少子载流子数

空穴数二、P型半导体在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼。+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负的硼离子10.2PN结10.2.1PN结的形成10.2.2PN结的单向导电性10.2.1PN结的形成一、载流子的浓度差引起多子的扩散二、复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)空间电荷区特点:无载流子、阻止扩散进行、利于少子的漂移。三、扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流内电场扩散运动：漂移运动：由浓度差引起的载流子运动。载流子在电场力作用下引起的运动。PN一、加正向电压(正向偏置)导通P区N区内电场+

UR外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。I限流电阻多子的扩散运动加强形成正向电流I

。I

=I多子I少子

I多子二、加反向电压(反向偏置)截止P

区N

区

+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。少子的漂移运动加强形成反向电流II

=I少子

010.2.2PN结的单向导电性10.3

二极管10.3.1二极管的结构10.3.2二极管的伏安特性10.3.3二极管的主要参数10.3.4二极管电路的分析10.3.1二极管的结构构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金平面型正极

引线负极

引线集成电路中平面型pNP型支持衬底OuD

/ViD

/mA正向特性Uth死区电压iD

=0Uth

=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)UUthiD

急剧上升0U

Uth

UD(on)

=(0.60.8)V硅管0.7V(0.10.3)V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)

U0iD=IS<0.1A(硅)

几十A

(锗)U<

U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)第1章半导体二极管10.3.2二极管的伏安特性反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。第1章半导体二极管硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020温度对二极管特性的影响T

升高时，UD(on)以(22.5)mV/C下降第1章半导体二极管604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90C1.

IOM—

最大整流电流（最大正向平均电流）2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/2

3.

IRM—

最大反向电流（二极管加最大反向电压时的电流，越小单向导电性越好）10.3.3二极管的主要参数补充：二极管电路的分析一、理想二极管特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0;反偏截止，iD=0二、实际二极管uDiD例10.1

硅二极管，R=2k，求出VDD=2V时IO和UO的值。（忽略二极管正向工作电压）UOVDDIOR解：VDD=2V

IO=VDD/R=2/2

=1(mA)UO=VDD=2VUOVDDIOR硅管

0.7V锗管

0.2V二极管正向工作电压例10.2

ui=2sin

t(V),分析二极管的限幅作用（二极管的正向工作电压0.7V）。D1D2uiuOR

0.7V<

ui<0.7VD1、D2均截止uO=uiuO=0.7Vui0.7VD2导通D１截止ui≤

0.7VD1导通D2截止uO=0.7VOtuO/V0.7Otui

/V20.7解：例10.3二极管构成“门”电路，设D1、D2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UF的值。0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5VFR3kW12VD1D2BAUAUBUFR3kW12VVDDD1D2BAF输入电压理想二极管输出电压UAUBD1D20V0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5V10.4

稳压二极管10.4.1稳压二极管的伏安特性10.4.2稳压二极管的主要参数10.4.1稳压二极管的伏安特性

稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。I/mAUZ/VOUZIZIZM+正向

+反向UZIZ符号工作条件：反向击穿10.4.2稳压二极管的主要参数1.稳定电压

UZ

流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流

IZ

稳压二极管在正常工作情况下的电流。越大稳压效果越好，小于Imin

时不稳压。3.最大工作电流

IZMPZM=UZ

IZM5.动态电阻

rZrZ

=UZ/IZ越小稳压效果越好。4.

最大耗散功率

PZM10.4

发光二极管一、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几mA到几十mA

工作电压(1.53)V2.主要参数发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED符号七段LED每字段是一只发光二极管—低电平驱动二、七段数码管1.共阳极abcdefg—高电平驱动2.共阴极abcdefgaebcfgdcomcom10.6

晶体管10.6.1晶体管的基本结构10.6.2电流分配和电流放大作用10.6.3特性曲线10.6.4主要参数10.6.1晶体管的基本结构晶体管（三极管）是最重要的一种半导体器件。部分三极管的外型一、结构NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型ECB三层半导体材料构成NPN型、PNP型PPNEBCECBPNP型各区主要作用及结构特点：发射区：作用：发射载流子

特点：掺杂浓度高基区：作用：传输载流子特点：薄、掺杂浓度低集电区：作用：接收载流子

特点：面积大按材料分：硅管、锗管按结构分：

NPN、PNP按使用频率分：

低频管、高频管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1W二、分类10.6.2电流分配和电流放大作用一、晶体管放大的条件发射结正偏集电结反偏mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A电路条件:

EC>EB

发射结正偏集电结反偏NPN:VC>VB>VE

PNP:VE>VB>VCECBECBmAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A1.测量结果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/IB5050535558IC/

IB50606070(1)符合KCL定律(2)

IC和IE比IB大得多(3)

IB

很小的变化可以引起

IC很大的变化。

即：基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的放大作用。2.晶体管的电流分配关系(直流电流放大倍数）总结：

1.晶体管在发射结正向偏置、集电结反向偏置的条件下具有电流放大作用。

2.晶体管的电流放大作用，实质上是基极电流对集电极电流的控制作用。ECB10.6.3特性曲线一、输入特性输入回路输出回路RCECiBiERB+uBE+uCEEBCEBiC+++O导通电压UBESi

管:(0.60.8)VGe管:(0.20.3)V取0.7V取0.2VECB二、输出特性输出特性曲线50µA40µA30µA10µAIB=020µAuCE

/VO2468

4321iC

/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6ARCV+uCEECBiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB0

IC0条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：uCE

u

BEVC

VB条件：两个结正偏特点：IC

IB=ICS临界饱和时：深度饱和时：0.3V(硅管)UCES为：0.1V(锗管)放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO输出特性曲线VC

=

VB+RCECiBIERB+uBE+uCEuiCEBiC+iB=0，iC=0，uCE=EC（大）2.ui增加>0.7V，三极管工作于放大区3.Ui继续

增加到一定值，三极管工作于饱和区输入信号的变化，对三极管工作区域的影响

ui

0.7V，三极管工作于截止区iB

↑,↑iC

=βiB

↑

，uCE↓=EC-iCRCiB↑，iC=ICS，uCE=uCES=0.3V一、共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0024684321一般为几十

几百Q二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。10.6.4主要参数1.直流电流放大系数2.交流电流放大系数三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。一般几十V以上2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。一般5V左右U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区小结第10章一、半导体1.两种载流子自由电子空穴N型

(多电子)P型

(多空穴)2.