二极管与三极管详解演示文稿

二极管与三极管详解演(Yan)示文稿第一页，共五十四页。优(You)选二极管与三极管第二页，共五十四页。绪(Xu)论模拟信号：时间连续数值也连续的信号。在时间、数值是平滑地、连续地变化。所以模拟信号在一定范围内的任意(Yi)值必须测量其大小。如：速度、压力、温度等。模拟电路：是工作在模拟信号下的电路。缺点：很难度量；容易受噪声的干扰；难以保存。１、模拟信号及模拟电路tt第三页，共五十四页。(1)定义：在时间上和数值上均是离散的、不连续的。如：电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。数字电路中，数字信号（电压和电流(Liu)）通常是脉冲的。数(Shu)字电路：是工作在数字信号下的电路。2.数字信号及数字电路典型的数字信号第四页，共五十四页。数字信号只有两个取(Qu)值0和1。所以数字信号又叫二值信号或二元信号。(2)数字信号(Hao)的描述方法----二值数字逻辑优点：提高了抗干扰能力。

数字电路中，通常是根据脉冲信号的有无、个数、宽度、和频率来进行工作的，所以抗干扰较强（干扰往往只影响脉冲幅度），准确度较高。第五页，共五十四页。(3).应用：例如测量电机转速的数字系(Xi)统光电转(Zhuan)换脉冲放大整形门电路秒信号发生器计数器显示译码数码显示1s第六页，共五十四页。3、模拟信号和数(Shu)字信号的相互转化（1）A/D转换(Huan)将模拟信号转换为数字信号，相应的电路叫A/D转换器，简称ADC；采样量化（2）D/A转换

将数字信号转换为模拟信号，相应的电路叫D/A转换器，简称DAC。

第七页，共五十四页。第9章(Zhang)半导体二极管和三极管本章要求：一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；二、了解二极管、稳(Wen)压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。第八页，共五十四页。

第9章半导体二极(Ji)管和三极(Ji)管9.1半导(Dao)体的基本知识9.3半导体二极管9.4稳压二极管9.5半导体三极管9.6光电器件9.2PN结及其单向导电性第九页，共五十四页。9.1半(Ban)导体的基本知识

在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝(Jue)缘体和半导体。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。硅原子锗原子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。第十页，共五十四页。9.1半导体的导电特(Te)性半导体的(De)导电特性：(可做成温度敏感元件，如NTC热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化

(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。第十一页，共五十四页。

本征半导体的(De)共价键结构束缚(Fu)电子在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。本征半导体

本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。第十二页，共五十四页。

这一现象称(Cheng)为本征激发，也称热激发。当温(Wen)度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。第十三页，共五十四页。

可见本征激发同时产生电子空穴对。

外加(Jia)能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。

动画(Hua)演示

与本征激发相反的现象——复合在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。常温300K时：电子空穴对的浓度硅：锗：自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴电子空穴对第十四页，共五十四页。自由电子(Zi)带负电荷电子(Zi)流动画演(Yan)示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子E＋－＋总电流载流子空穴带正电荷空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制第十五页，共五十四页。9.1.2杂(Za)质半导体

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生(Sheng)显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。

P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。第十六页，共五十四页。1.N型半导(Dao)体多(Duo)余电子磷原子硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体自由电子电子空穴对第十七页，共五十四页。

在本征半导体中掺入三价杂质(Zhi)元素，如硼、镓等。空(Kong)穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体空穴电子空穴对2.

P型半导体第十八页，共五十四页。3.杂质对半导体导电性(Xing)的影响9.1.2杂(Za)质半导体掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm3

3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm3第十九页，共五十四页。杂质半导(Dao)体的示意图++++++++++++N型半导体多(Duo)子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关第二十页，共五十四页。内电场E因多(Duo)子浓度差形成(Cheng)内电场多子的扩散空间电荷区

阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层9.2.PN结及其单向导电性

1.PN结的形成

第二十一页，共五十四页。

动画演(Yan)示少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层动态(Tai)平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0势垒UO硅0.5V锗0.1V第二十二页，共五十四页。2.PN结的(De)单向导电性(1)加正向电(Dian)压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区

外电场的方向与内电场方向相反。

外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流IF正向电流

第二十三页，共五十四页。(2)加反向电压——电源正极(Ji)接N区，负极(Ji)接P区

外电场(Chang)的方向与内电场(Chang)方向相同。

外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IRPN

在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。

第二十四页，共五十四页。PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈(Cheng)现低电阻，PN结导通；

PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。

由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。第二十五页，共五十四页。4.PN结的(De)反向击穿

当PN结(Jie)的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结(Jie)的反向击穿。热击穿——不可逆

雪崩击穿

齐纳击穿

电击穿——可逆第二十六页，共五十四页。9.3半导体二(Er)极管二极(Ji)管=PN结+管壳+引线NP结构符号阳极+阴极-第二十七页，共五十四页。

二(Er)极管按结构分三大类：(1)点接触(Chu)型二极管

PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。第二十八页，共五十四页。(3)平面型二(Er)极管

用于集成电路制造工艺中。PN结(Jie)面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管

PN结面积大，用于工频大电流整流电路。第二十九页，共五十四页。

一、半导(Dao)体二极管的V—A特性曲线

硅(Gui)：0.5V锗：

0.1V(1)正向特性导通压降反向饱和电流(2)反向特性死区电压击穿电压UBR实验曲线uEiVmAuEiVuA锗硅：0.6~0.7V锗：0.2~0.3V第三十页，共五十四页。二.二极管(Guan)的主要参数

(1)最大整流(Liu)电流(Liu)IF——二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。(2)反向击穿电压UBR———

二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压UBR。

(3)反向电流IR——

在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。第三十一页，共五十四页。三、二极管电(Dian)路定性分析（重点）定性分析：判断(Duan)二极管的工作状态导通截止（2）非理想二极管（恒压降模型），考虑正向管压降：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(正向偏置)，二极管导通若V阳<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止

（1）二极管是理想的（理想模型

），正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。第三十二页，共五十四页。例1：开关(Guan)电路电路(Lu)如图所示，D为理想二极管,求：AO的电压值。解：先断开D，以O为基准电位，即O点为0V。则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。所以，AO的电压值为-6V。2．模型分析法应用举例第三十三页，共五十四页。两个二极管的阴(Yin)极接在一起取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

∴D2优先导通，D1截止。若忽略管压降，二极管可看(Kan)作短路，UAB

=0V例2：D1承受反向电压为－6V流过D2

的电流为求：UAB

在这里，D2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–第三十四页，共五十四页。ui>8V，二极管导(Dao)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。8V例3：限(Xian)幅电路二极管的用途：

整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––第三十五页，共五十四页。例(Li)题4．整流电路模型分析法定性分析二极管的工作情况。（1）理想化模型，（2）恒压降模型。（a）电路图（b）vs和vo的波(Bo)形第三十六页，共五十四页。例题5:限幅(Fu)电路

电路如图，R=1kΩ，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出(Chu)相应的输出(Chu)电压vO的波形。第三十七页，共五十四页。当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流IZ在Izmax和(He)Izmin之间变化时,其两端电压近似为常数稳(Wen)定电压9.4、稳压二极管

稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管正向同二极管反偏电压≥UZ反向击穿＋UZ－限流电阻第三十八页，共五十四页。

稳压二极(Ji)管的主要参数

(1)稳定(Ding)电压UZ——(2)动态电阻rZ——rZ=U/I

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。

rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。

(3)最小稳定工作电流——

IZmin

保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。

(5)最大允许耗散功率——PZMPZM=UZ

IZM

超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。

(4)最大稳定工作电流——IZM第三十九页，共五十四页。9.5半导体三极(Ji)管半导体三极管(Guan)，也叫晶体三极管(Guan)。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor,简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。第四十页，共五十四页。2/15/20239.5.1BJT的(De)结构简介(a)小功(Gong)率管(b)小功(Gong)率管(c)大功(Gong)率管(d)中功(Gong)率管第四十一页，共五十四页。一、BJT的(De)结构NPN型(Xing)PNP型符号:三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。（3)集电区面积最大--NNP发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极--PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极(三极管放大的内部条件)第四十二页，共五十四页。二、三(San)极管的三(San)种组态(3)共集电极接法，集电极作(Zuo)为公共电极。(1)共基极接法，基极作为公共电极；(2)共发射极接法，发射极作为公共电极；BJT的三种组态第四十三页，共五十四页。9.5.2电流分配和(He)放大原理1.三极管放大(Da)的外部条件发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

+UCE－＋UBE－＋UCB－共发射极接法c区b区e区第四十四页，共五十四页。发射极是输入回路、输出(Chu)回路的公共端共发射极电(Dian)路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++2.各电极电流关系及电流放大作用第四十五页，共五十四页。2.各(Ge)电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结(Jie)论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）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，是CCCS器件。第四十六页，共五十四页。

综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输(Shu)，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。第四十七页，共五十四页。9.5.3BJT的特性曲线(Xian)（共发射极接法）(1)输(Shu)入特性曲线

iB=f(uBE)

uCE=const（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。（3）uCE≥1V再增加时，曲线右移很不明显。

（2）当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一uBE电压下，iB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.6～0.7V锗０.２～0.3V第四十八页，共五十四页。(2)输出特(Te)性曲线iC=f(uCE)

iB=const

现以iB=60uA一条加以说(Shuo)明。

（1）当uCE=0

V时，因集电极无收集作用,iC=0。（2）uCE↑→Ic

↑

。（3）当uCE＞1V后，形成iC。所以uCE再增，iC基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。