第五章二极管和晶体管

1二极管和晶体管第五章25.1半导体的特点定义：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料例如：热敏电阻、光敏电阻5.1.1本征半导体定义：完全纯净的、具有晶体结构的半导体常用：硅半导体、锗半导体共价键：在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。3硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子

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，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很少，导电能力很弱。4

在获得一定能量后，少量价电子可脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。载流子

空穴导电：空穴吸引邻近价电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体的导电机理特点:(1)半导体有两种载流子：自由电子和空穴。 (2)自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。 (3)在一定温度下，电子空穴对的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子数目便维持一定。5

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。

如N型半导体，掺入微量的磷（5价）元素：电子浓度增加：+4+4+5+4N型半导体多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么？结论：（1）掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度。 （2）自由电子浓度远大于空穴浓度。 多数载流子（多子）自由电子 少数载流子（少子）空穴。？5.1.2N型半导体和P型半导体6+4+4+3+4空穴P型半导体硼原子特点

（1）P型半导体：本征半导体中掺入三价元素。（2）P型半导体中

多子空穴，

少子电子。

掺入微量的硼（3价）元素7一、PN结的形成5.1.3PN结8二、PN结的单向导电性PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。

I9PN结反向偏置PN结加上反向电压、反向偏置的意思是：P区加负、N区加正电压。结论：

PN结具有单向导电特性105.2.1、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型PN5.2半导体的特点VD11二极管实际结构12UI死区电压硅管0.7V,锗管0.3V。导通压降:硅管0.6~0.8V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压U(BR)PNIU元件的伏安特性：

加在元件两端的电压与流过元件的电流之间的关系5.2.2、伏安特性13①正向特性电流几乎为零的范围称为死区电压UT②反向特性反向电流很小，几乎不随电压变化而变化电压超过UT，处于导通状态，电压降约为UT③

反向击穿反向电压达到一定值时，二极管失去单向导电性，这种现象叫做击穿14①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反向击穿电压U(BR)二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URWM一般是U(BR)的一半。5.2.3、主要参数15

③最大反向电流IRM指二极管加反向峰值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，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。16Ruiuouit5.恨2.付4、二极壁管的阻主要途应用u0t5.本2.锤4.赖1、整智流175.载2.有4.车2、检波5.锡2.剖4.礼3、限幅18钳位节作用FABR-12VABR12VF19例：抢二极栽管在己汽车也上的否应用20万用父表测礼试二端极管215.条2.维6特殊牵稳健压二理极管工作造区域UIUZIZIZmaxUZIZ稳压站误差曲线直越陡环，电富压越论稳定造。+-一、稳压周二极廉管VZ22三、剥稳压遭二极描管的滨参数（1）稳尿定电全压UZ二、口工作金特点毛：（1）在反向萍击穿福区处于辣稳压笋状态方；（2）工旬作在虎其它网区域蓝与一起般二察极管姑相同穴。12且V5V23二、已发光担二极妇管有正趋向电听流流毛过时串，发刻出一犹定波信长范坏围的扣光，版目前肢的发沈光管秆可以烤发出滤从红莲外到词可见料波段柜的光割，它做的电赛特性恳与一绝般二锯极管矛类似肥。正向千导通蒙电压暂：1.拌5~造2.禁3V两端压的电闪压买在5V以下发光花电流溪几十雅至几乏百毫亮安.LE亏D2425三拉光电娃二极迷管反向句电流玩随光士照强径度的辰增加谱而上筑升。IV照度增加2627五、越二极同管的按检测鸣和焊静接方药法1、用扎万用著表检汽测二宅极管董的极景性与兰判断朴好坏一般罩情况寻下，森二极捉管都巨有一谈定的卧标注赖，塑惨料封员装二拨极管扮有标记况环的塑一侧圆是负坦极；娇国产作二极卷管带木色点予的一果端为翼正极绝。无标写记的垦二极乒管，舅或者器要检阅测二肌极管划的好镇坏，漠可以限用万偏用表扰电阻挡渣来判密断二皂极管黑的正或、负责极和市好坏材。根凤据二娘极管随正向喊电阻柱小、古反向电部阻大尤的特纵点，捏将万基用表饭拨到R×匀1秤k挡(不能驰用R×域1和R×很10扫k挡，R×朗l挡电骡流太林大，烤可能国烧坏术二极扶管；R×径10竟k电压今太高次，可蚊能击穿二蛙极管)。用备表笔朋分别穷与二棒极管千的两震极相准接，血测出础两个弦电阻援值。疯在所测怜得阻近值较匠小的号一次桐，与佛黑表爷笔相可接的盐一端蒜为二欣极管温正极协。同理，井在所树测得假电阻层值较棒大的徐一次蚊，与织黑表静笔相颠接的技是二搜极管结负极陈。操作勾：按照音上述废方法鸭，用萄指针维式万秤用表疾判断舍二极帜管的舅正、负极切。讨论疼：上述白内容酬叙述绪的是云使用棕指针回式万钱用表痕的检脸测方醋法，婶如果用数问字万乐用表把，表啄笔情够况正近好相镇反，即在畅所测蒙得阻乡丰值较金小的换一次兼，28与黑袜表笔怕相接笨的一宴端为让二极担管负仿极。梨同理烤，在以所测兴得电旋阻值隙较大萍的一次扶，与延黑表栋笔相房诚接的竞是二栏极管抵正极兄。操作垂：按照廊上述失方法方，用幅指针企式万判用表培判断菊二极远管的饱正、萄负极。讨论狂：上述控内容属叙述生的是阳使用嫁指针镇式万侦用表鸣的检僚测方驰法，似如果用数跪字万附用表骡，表耻笔情衣况正劳好相称反，送即在恩所测竟得阻盯值较猾小的幕一次两，与黑既表笔钥相接耗的一饱端为斗二极贺管负呈极。割同理播，在伴所测钥得电泊阻值抽较大砖的一次概，与典黑表貌笔相没接的万是二艘极管威正极跨。如果承测得轧的正音、反恨向电险阻值徐均很时小，掘说明零二极填管内拣部短砖路；钩若正、遥反向漫电阻杰值均郊很大绘，说支明二眨极管洗内部所开路芒，这经两种玩情况收下，汗二极管墙就不冻能使真用了贞。以上杂是普相通二敏极管缓的检煌测方卧法，吉汽车碗交流奖发电私机上匠的整抗流二阅极管推就可以蛙按照广上述端方法厘进行删检测僻。操作环：用万艺用表站检测作汽车滨交流缴发电巨机整括流板膛上的肌正极久管、临负极管。292、特呈殊二震极管薄的检赵测对于帆特殊姐二极眯管，烘用上猴述方蝴法有夕时不阻是很方恋便，缠下面定给出皂相应衡的检差测方迁法。堪对于雷发光二奏极管峰，在顾用万犯用表逝检测霜时正拦反向讽电阻欠差值很醒小，畏不易睡区分拆，可注以用虫图5-犯17所示夹的方法，笛自制庄一根岛测试狸线，坐连接主到发滋光二驰极管杰上，直接叨检测匀是否蜻发光碌。操作朝：用上逼述方童法，仙按照图5-捧17所示附，检测谢汽车茶仪表灭板上徒的发最光二骨极管窑。3、二独极管岩的焊帅接二极弓管的贿焊接圾与电许子元文件焊劣接类转似，烦但要涛求焊催接时尿间短返。要讽有协助富散热躺措施剑等(如吹洽风)。操作归：用桐电烙每铁将挺汽车园交流陈发电亦机整骑流板堪上的章二极券管拆蚀下，坦检测后茶再焊暑接上味。30三极拦管的庄外形展结构5.偿3晶体芦管31一、汁什么朴是晶铅体三彼极管午。1、三昂极管刺基本影概念半导涛体三值极管候也称落为晶妄体三健极管才。它众是由卵两个湾相距丸很近朱的PN结组成向的，蔑是在秆一块屿半导跑体晶注片上坏制造瓦三个权掺杂永区，短形成兄两个PN结，再引浸出三习个电旗极，蒸用管馆壳封穷装。三极些管由P型和N型材虎料组嫌合的市三层廉材料醋制成田。按旋照两企个PN结的组映合方话式不视同，久三极属管可生分为NP麦N型如图5-耗18践(a膜)、(b感)所示妨和PN礼P型如图5-巾18外(c且)、(d逮)所示会两种栗。32NNP基极ECNP裕N型PN抱P型基极集电奴极ECPPN集电旷极图形升符BECIBIEIC多为硅三极当管多为锗三极篮管文字沿符：VT发射铺极发射寇极BBBECIBIEIC5.作3.猜1晶体反管的恶基本瞒结构主要茂分两赏类：NP歌N型和PN剧P型33基区拉：较休薄，1u悟m以下汇，掺窄杂浓剪度低集电黑区：彻面积转较大发射附区：恳掺杂烈浓度羡较高结构披特点BECNNP基极发射极集电极发射劝结集电定结345.是3.基2晶体拆管的志电流澡分配监和放动大原烂理主要厨分两榨类：NP华N型和PN晕P型35ECNNPEBRBEC发射叛结正斩偏，色发射绢区电泡子不衰断向耗基区垫扩散唇，形松成发粪射极僚电流IE。IE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE进入P区的曲电子啊少部辣分与营基区任的空盒穴复注合，氧形成弯电流IBE，多值数扩持散到秧集电以结。BRC5.模3.帜2晶体丈管的牧电流碑分配羽和放屠大原洪理36BECNNPEBRBECIE集电葱结反鱼偏，淡有少亭子形张成的洒反向罩电流ICB巨O。ICBO从基谨区扩陡散来月的电岁子作坐为集政电结证的少棋子，卵漂移木进入润集电茅结而楼被收玩集，斜形成ICE。IBEICE多子们的运终动少子漆的运补动RCIC=ICE+ICB臣OICE37IB=IBE-ICB窑OIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIBE电流洒放大蹈倍数：ICE与IBE之比RCIC=ICE+ICB动OICE38直流电流喇放大郑倍数RBRCEBEC39输入隆、输阔出回倡路参倍数测酬试实验县线路三极齐管的顺发射腐极是慈输入仪输出市的公效共点专，称罢为共爸射接岔法。ICmAAVVUCEUBERBIBECRCBEBEC输入回路输出回路5.魂3.旱2晶体授管的息特性徐曲线40（1）输膜入特窜性曲愤线IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区讯电压费：硅缴管0.眨5V，锗绳管0.雄2V。工作旨压降咬：硅管UBE0螺.6腔~0做.8脸V,锗管UBE0乒.2周~0低.3犁V。以硅夺三极巨管为想例：41IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A饱和害区：区域帽中UCEUBE,集电抚结正庭偏，IB>IC，UCE0写.3淹V称为光。（2）输铺出特霜性曲显线截止业区：区域鹿中IB=0即,IC=ICE吹O,UBE<死区笼电压著。放大区42前面赤的电筝路中源，三召极管旧的发悬射极道是输杏入输馆出的护公共撒点，着称为停共射钥接法节，相画应地勿还有盼共基酷、共曾集接贞法。共射直流帅电流徐放大掘倍数：①电流园放大快倍数β和弄工作扶在动喇态的筋三极红管，僵真正辽的信色号是路叠加饶在直逗流上燥的交浩流信认号。信基极衡电流粮的变吊化量胶为IB，相杀应的通集电响极电猾流变菜化为祥IC，则交流京电流阔放大赛倍数为：5.草3.基4晶体怎管的寒主要五参数43例：UCE=6缺V时：IB=4布0A武,券IC=1涌.5众mA；IB=6言0困A北,期IC=2山.3搜mA。由上阅例可既知，与挽近似民相等抵，因哨此，在以骗后的界计算腊中，知一般菌作近汁似处竟理：=。44②集-基极纲反向愿饱和豆电流ICB薯OICB祸O越小胡越好缘瑞，硅拥管比告锗管盗小③集-射极守反向渡穿透荒电流ICE溪OAICBOECAICEOECICE迎O=（1+β）ICB素O45BECNNPICBOICEO=IBE+ICBOIBEIBE根据弊放大明关系南，由葱于IBE的存销在，策必有淡电流IBE。ICB或O进入N区，圣形成IBE。集电骨结反愉偏有ICB块O由上煎图可肌知，锅集电轨极电泪流应夕为：IC=IB+ICE宫O，而ICE然O受温恶度影租响很封大，忌当温共度上荐升时松，ICE于O增加本很快忙，所扫以IC也相滑应增踪蝶加。三极桑管的致温度摸特性味较差。46④集电妻极最计大电颤流ICM集电郑极电冷流IC上升宽会导镰致三扰极管亏的值前的下稀降，肚当挪值下醉降到乔正常循值的由三分烈之二驼时的健集电持极电接流即趣为ICM。⑤集-射极睛反向讨击穿幅电压U(B念R)云CE机O当集--功-射极衡之间涨的电品压UCE超过糟一定颈的数编值时户，三洲极管瘦就会扶被击女穿。邀手册就上给韵出的柜数值捎是25C、基极计开路慌时的止击穿修电压U(B例R)刚CE强O。⑥集电柱极最葬大允嚼许功栗耗PCM集电没极电盐流IC流过框三极牌管，厉所发呀出的械焦耳言热为消：PC=ICUCE。必定粱导致朵结温湖上升获，PCM是根固据最奋高结轨温给壁出的昨，所以长对PC有限症制，PCPCM。47三极碎管的别实际倒结构485.至3.慈5晶体捧管管粱型和扔管脚表极性阔的判口别1.目测诵法1）管讽型的西判别标注特的型碧号的芝判别墨，第既一位3表示犹晶体跟管第二把位A、C表示PN蚊P管，B、D表示NP幅N管第三虫位表拆示功子率及要频率岩特性第四插位表脾示序疼列号2）管基型极海性的调判别492.用万仓用表婆判别50一、并三极钟管三啦种工妄作状锅态5.谷4基本道放大捕电路当基串极电远流增书加到贞一定货值时勇，再淋增大么基极钳电流蝇，ce间的父电流割也只壳会维序持在掌一个城最大砍值，帅而不相再增么大了喇。1．截产止b极与e极的侦电位借差小顽于最格低要过求电妻压（NP那N：0.劳7V、PN肾P：0.牛3V）时淘，称卫为基茂极加系了反纽奉向偏柜压，输三极滚管不严导通婚，为洲截止拔状态盼。2．放蒸大当基四极加胶了正恰向偏凳压，矿三极独管导梅通，耀为放填大状雨态。3．饱翅和51输入稠、输福出回粪路参燃数测齿试实验票线路三极威管的换发射旗极是浪输入亿输出抽的公惹共点麦，称皇为共辨射接坏法。ICmAAVVUCEUBERBIBECRCBEBEC输入回路输出回路5.痰3.体2晶体亦管的屑特性利曲线52二、六放大拢的概失念将微莲弱的变化戒信号放大馆成较拐大的毫信号付。电压佳放大主电路答可以奴用有悦输入传口和嫁输出优口的广四端优网络记表示庭，如迷图。uiuoAu53基本粪放大订电路理的分少类：三极痒管放册大电始路有桂三种泉形式共射炭放大雅器共基谷放大河器共集董放大梁器以共贝射放泉大器旱为例舌讲解兼工作秘原理54实现煎放大吃的条则件1、晶芳体管土必须徐偏置邮在放大纳区。发店射结正偏，吗集电哥结反偏。2、正锈确设吉置静拌态工鹊作点肾，使雕整个邻波形餐处于迫放大湖区。3、输蚁入回咸路将愤变化讯的电罗压转幼化成失变化圈的基舱极电绕流。4、输惠出回墨路将京变化昆的集暂电极言电流波转化傻成变普化的冰集电略极电植压，巨经电何容耦片合只觉输出遗交流董信号旁。55放大锦元件iC=iB，工坡作在盆放大工区，裕要保待证集甩电结客反偏期，发鞋射结平正偏迹。输入输出1.共射栏放大孔电路砌组成+UCCEBRCC1C2uiuo？参考点++RBVTiBiCuC56集电尾极电篇源，苗为电丸路提正供能写量。烈并保划证集艘电结弓反偏系。各元期器件鞠的作桌用（1）三桂极管VT是电伸路的鸣放大蹲元件竟，利险用其秆电流渗放大均作用闹，将运基极饮电流廊的较机小变装化放卸大为友集电淡极电绞流的士较大般变化裳。（2）UCC为集蜘电极钱直流德电源棕，它每有两肠个作绩用，姜其一期是给晒三极族管提旺供偏谣置电摩压，盼以满蒸足放趟大条娇件；滩其二尤是作万为放敏大电提路的山能源尿。UCC一般湾为几骨伏到几十进伏。（3）RB为基锋极偏忽置电猜阻。EB经三甩极管夺发射但结正行向偏柱置，论并给汇基极醋提供赏一个蒙大小短适当扁的静拦态电亮流，RB一般溜为几颠十千优欧到趟几百善千欧察。（4）RC为集塌电极脾负载叠电阻唇，其亦作用蔑是将喊集电捏极电跑流iC的变妨化转移换为霸集-射间除电压uC持E的变闪化，狠以实呈现电除压放希大。一般急为几巩千欧毛到十夹几千帜欧。（5）C1、C2为耦体合电击容，娇其作仁用是促“隔直在通交”，镰一般晋为几微例法到罢几十兵微法。基极亲电源遇与基树极电揉阻，戒使发厉射结嘴正偏膀，并屑提供鉴适当舅的静抓态工再作点屈。RB+UCCEBRCC1C2VT++集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。57耦合辜电容左：C1、C2C1、C2隔离输入债输出壶与本扬电路直恨流的阔联系凭，同时隆能使帖信号控顺利输普入输役出。RB+UCCEBRCC1C2VT++58单电围源供堤电可以赌省去RB+UCCEBRCC1C2VT++RB+UCCRCC1C2VT++592.基本幅放大项电路岩的工步作原汪理当ui=0时，炎由于迅电源棒的存蚕在，IB0，则IC0。这熊时各镰直流触量叫辽做静勾态工登作点府。(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)IBQICQUBEQUCEQui=0IC0IB0RB+UCCRCC1C2VT++60放大换电路罩的分牙析方净法放大亮电路挖分析静态烧分析动态晴分析估算僻法图解剥法微变躺等效光电路乒法图解赚法61对直流信号（只有+UCC）例直流释通道1.静态能分析开路开路RB+UCCRCC1C2VT++RB+UCCRCVT62（1）估利算法①根据UBE吸Q≈0况.7颜V估算IBQ②估算UCE仍Q、ICQICQIBQUBEQRB+UCCRCVT偏置电流偏置电阻UCEQ集电极负载电阻63例：浙用估如算法基计算吗静态祸工作御点。已知跑：UCC=1潜2V，RC=4组K，RB=3效00虹K退，=3树7.朗5。解：请注婶意电龙路中IB和IC的数萌量级64(IBQ,UBE仰Q)和(均ICQ,UCE太Q)分别寄对应蜘于输地入、茎输出禽特性翠曲线笛上的暗一个吨点称恋为静态胳工作坊点。ICQUCEQIBQUBEQRB+UCCRCVT（2）图储解法先由UBE络Q与输极入特狡性曲僚线的逢交点Q估算IBQ，然详后在牲输出枯特性除曲线彩上作双出直艳流负等载线咽，与IBQ对应扮的输转出特跑性曲此线与击直流场负载泼线的会交点大就是Q点。输入特性曲线iB(µA)QIBQUBEQUCCuBE(V)0uCE(V)iC(mA)QUCEQICQUCC输出特性曲线0直流猾负载抛线直流侧通道65三、拒交流鸦放大锦原理各点波形uCuiuoC2iC（mA）iB（A）RB+UCCRCC1VTRL++66uCE怎么变化？交流病放大决原理uCE沿直豪流负史载线袍变化壤，并热且uCE与uBE反相！假设uBE有一针微小闷的变叨化，互其他各电姓量随隆之而爆变icuceIC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VuiibQ67（1）交浮流通壳路2.动态膨分析其中：icRBRCRLuiuoVTuce交流激负载岛线的屡作法短路置零RLRB+UCCRCC1C2VT++短路ICUCEUCCQIB交流负载线直流负载线过Q点作始一条忧直线,斜率坏为:说明交流信号是沿着斜率为：的直线变化的。68①电压禁放大压倍数Au②输入包电阻riAuIi~USUi（2）动芹态性委能指虎标③输出晓电阻ro输入视电阻是衡共量放笨大电和路从愧其前涉级取急电流煤大小遮的参漂数。放大填电路叫对其负载而言抄，相其当于前信号充源，挑因此栋，可茧以用杯戴维汽南等擦效电小路来映求解罚该信芳号源暴的内眉阻，休这个界内阻钢就是输出霸电阻。Au~US~ro6