第十章电子电路中常用的元件

24五月2023《电工电子技术》之电子技术24五月2023

半导体二极管和三极管是最常用的半导体器件。它们的基本结构、工作原理、特性和参数是学习电子技术和分析电子线路必不可少的基础，而PN结又是构成各种半导体器件的共同基础。因此，本章从讨论半导体的导电特性和PN结的基本原理（特别是它的单向导电性）开始，然后介绍二极管和三极管，为以后的学习打下基础。第十章电子电路中常用的元件24五月2023第十章电子电路中常用的元件10-1.半导体的基本知识10-2.PN结10-5.半导体三极管10-3.半导体二极管10-4.稳压二极管24五月2023一、什么叫半导（Semiconductors）10-1、半导体的基本知识

导电能力介于导体与绝缘体之间的物体，都是半导体。二、半导体的导电特性：1、温度特性2、光照特性3、电磁特性利用这些特性可做成不同类型的传感器很多半导体的导电能力在不同条件下有很大的差别。

如：硅、锗、硒、砷化镓以及大多数金属氧化物和硫化物等都是半导体。24五月2023三、本征半导体K层L层M层N层

Si1s22s22p63s23p2

Ge1s22s22p63s23p63d104s24p2

用得最多的半导体是锗和硅。Si(14)Ge(32)82184+4都是四价元素。它们的化学性质是一样的，但要注意，Si

和Ge的最外层的4个电子所受到束缚力是不一样的，Si的束缚力大，Ge的束缚力小。+32+1424五月2023

所有物质根据原子的排列形式可分为晶体和非晶体。本征半导体就是完全纯净的，具有晶体结构的半导体。三、本征半导体

我们将半导体提纯以后，所有的原子基本上都是整齐排列在一起，这种结构称为晶体结构。所以我们也常把半导体称为晶体。24五月2023+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴电子空穴对24五月2023+4+4+4+4+4+4+4+4+4RE电子电流空穴电流电子和空穴称为载流子I24五月2023四、N型半导体（电子半导体）（Negative负的字头）+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5多数载流子少数载流子特点：两种载流子导电，导电能力加强。24五月2023五、P型半导体（Positive正)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3多数载流子少数载流子特点：两种载流子导电，导电能力加强。24五月2023§10-2PN结一、PN结的形成PNPN空间电荷区1、浓度差引起载流子的扩散运动2、扩散运动形成PN结阻挡层或耗尽层扩散运动首先在交界面附近进行，由于多子的扩散与复合，就在交界面附近留下了带正电离子（受到晶格的束缚不能参入导电），从而出现了一个带正电和负电的空间电荷区，这一电荷区我们称为PN结，由于PN结中没有导电离子，所以又叫阻挡层或耗尽层。3、动态平衡时PN结中的电流：扩散电流等于漂移电流，PN结中的电流为零。不对称结：浓度高的结窄对称结：24五月2023二、PN结的单向导电特性1、加正向偏置（导通）P+，N-，扩散大于漂移2、加反向偏置（截止）P-，N+，漂移大于扩散反向饱和电流基本不变E31124五月2023三、PN结的击穿1、齐纳击穿：（击穿电压低）4伏以下。浓度高时，PN结窄，在同样电压下，反向电场很强，从而破坏共价键的结构，把电子拉出来。2、雪崩击穿：（击穿电压高）6伏以上。浓度低时，：PN结宽，电子在PN结中被加速，当遇到价电子时，就可以把其撞出来。

4伏~6伏，两种情况都可能电击穿24五月2023§10-3半导体二极管一、基本结构和符号1、点接触型2、面接触型3、符号二、伏安特性二极管的正向偏置和反向偏置与PN结相同，只多了二条引出线。正向扩散电流大，反向漂移电流小。24五月2023三、主要参数1、最大整流电流IOM

最大正向平均电流。2、反向工作峰值电压URWM

保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。一般是U（BR）的一半或三分之二。3、反向峰值电流IRM

二极管反向峰值电压时反向电流值。18情五河月涂20券23四、鼓主要脸应用1、整句流2、限勇幅3、箝猎位4、检育波18碌五顷月仁20尚23二极察管电叮路的宾分析涝方法慰如下①设二厘极管摊支路土为开蜡路即室断开药二极慰管②求旦二极启管两挣端的遇电压U，如U大于徒死区昆电压圣则二矩极管种导通朝，且U=死区特电压众。如U小于割死区东电压梯则二范极管袍截止敏，与展二极焦管串猎联支怒路上拍无电予流。例：P1修3，例15下-1，15嚷-2自已绳看（吹自学号）18捕五散月征20剂23例题例：胀电路秘如图确所示碧，已杆知E=渐5V，ui=1伸0s残inωt旧V，二筒极管补的正辱向压称降可刺忽略察不计延，试扫画出uo的波蓝形RDEu0ui0ωtuiu0解：18表五散月应20号23§简10溜-4岔.稳压游二极戒管稳压芝管是一族种特码殊的锡面接好触型蛋二极蹦管。芦它在肌电路很中常厌用作稳定庆电压的作写用，故称硬为稳争压管。稳压坟管的格图形惧符号蛛：稳压私管的铲伏安桂特性养：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压贯管的煮伏安艇特性念曲线胖与普岁通二救极管塑类似钥，只尺是反炕向曲甲线更全陡一钻些。18赛五深月耗20稠23一、稳压辽管的逢使用稳压真管工冒作于茅反向单击穿棍区，孙常见爷电路荐如下链。UiRUoRLU(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向在电夹路中要稳压浆管是反向妖联接的。服当Ui大于脊稳压就管的午击穿脊电压豪时，稳咱压管肢被击抹穿，犯电流郊将增厉大，匪电阻R两端贫的电河压增膝大，株在一肆定的秩电流寺范围凤内稳帝压观死两端尤的电部压基参本不鼻变，券输出陶电压Ui等于Uz。18跑五贩月迫20眼23二、稳压争管的劝主要点参数1、稳选定电绝压Uz指稳手压管除正常姨工作戚时的驼端电茧压。（扔其数坦值具暴有分斧散性坐）2、稳锣定电型流IZ正常禾工作乳的参肤考电特流值球。低于乏此值逝稳压涝效果分差。飘在不站超过窑额定庙功率哥的前妥提下缴，高陵于此死值稳鸣压效社果好销，即体工作备电流对越大怎稳压钟效果堂越好溜。U(V)0I(mA)反向正向18奇五屑月胁20惧233、动绕态电匪阻rZ稳压税管子怠端电蒜压和化通过活其电篮流的持变化召量之惩比。稳压聚管的丸反向高伏安拖特性问曲线忍越陡均，则煤动态挂电阻事越小晃，稳促压效除果越庄好。4、最疗大允劈燕许耗黑散功露耗PZM保证器稳压洞管不禾发生依热击抹穿的驳最大描功率软损耗拆。其值请为稳龙定电倦压和归允许慌的最庄大电稠流乘沿积U(V)0I(mA)反向正向18伐五版月怨20闯235、电拣压温辩度系断数U说明延稳压岂值受寇温度铜影响强的参枕数。如：衬稳压地管2C凝W1盈8的电构压温次度系挠数为0.饲09貌5%婶/C假如眠在20C时的夺稳压介值为11肾V，当划温度芬升高蚕到50C时的品稳压笼值将杏为特别另说明抱：稳压兼管的铸电压宵温度巧系数绕有正犬负之订别。因此索选用6V左右慕的稳悬压管利，具策有较搅好的寨温度携稳定踏性。18忠五处月称20自23§取10默-5袭.半导爹体三距极管半导通体三极冬管(晶体宴管)是最傲重要耗的一桌种半望导体洞器件页。广蛙泛应混用于啦各种陆电子派电路局中。一.基本忠结构晶体烘管最颠常见耍的结纺构有平面水型和合金片型两种渐。平侄面型岩都是鞋硅管秒、合待金型多主要花是锗锐管。它们窗都具泽有NP游N或PN估P的三层旬两结的结讯构，站因而板又有NP查N和PN差P两类臣晶体正管。其三层分别程称为发射洒区、巧基区和集电艘区，并引裳出发射大极(E科)、基串极(B挤)和集帽电极(C宋)三个收电极奶。三呆层之驶间的震两个PN结分别犁称为发射饿结和集电畅结。本节户介绍笛晶体柴管的泽结构赔、特莫性及阵参数毁的内驳容。E3垄1218拾五欺月砌20炉23N型硅P型N型二氧化硅保护膜CBE平面型结构N型锗铟球铟球P型P型CEB合金型结构NPP发射区集电区基区发射结集电结CBEBECBECNNP发射结集电结集电区基区CBE发射区18券五禁月市20膛23半导卷体三泰极管机有两渔个PN结，收在性租能上出有质然的变围化，晒主要阳表现帜在放大虽作用上。浓下面弃我们倦来一撞组实验萝数据。各区驱的特众点（准放大摘元件协结构猾特点扎）：发射摩区浓耕度高基区插薄而瓶且浓屠度低集电舌区面吵积大18灶五习月评20就23二.电流甜分配笼和放盼大原苹理NP怎N型和PN墓P型晶蜘体管小的工笼作原狡理相肾似，谋本章麦只讨救论前病者。为了坏了解裳晶体兼管的焰放大塞原理搂和其披中电舍流的增分配搁，我婆们先漂做一吐个实毅验，砌实验芒电路曲如图秤所示拔。RBuAmAmAIBIEEBECIC把晶辱体管狼接成梳两个砖电路育：1、基沟极电岔路2、集泄电极磨电路发射胸极是公共序端，因权此这女种接台法称森为晶崖体管皆的共发引射极及接法。18敌五变月监20洋23如果粱用的罢是NP塞N型晶帝体管怪，电英源EB和EC的极布性必呀须照英图中鹊那样午接法处，使发射铃结上加等上正剃向电筋压（正向荡偏置），迈由于EB＜EC，集电本结上加翁的是谊反向匙电压禾（反向搭偏置），消晶体较管才礼能起懒到放止大作度用。二.电流集分配蹦和放放大原纱理RBuAmAmAIBIEEBECIC外部标条件18彻五饲月伸20壶23通过叫实验矿及测魔量结门果，浇得：(1卸).IC(或IE)比IB大得僻多，(如表渗中第栋三、汪四列折数据)<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)00.020.040.060.080.10IB(mA)18副五送月颜20誓23(4铁).要使厕晶体送管起迅放大抓作用塌，发射蕉结必姥须正乎向偏豪置、顽集电求结必锁须反棒向偏帐置——具有宴放大狭作用内的外春部条疯件。这就科是晶暖体管间的电说流放钓大作腾用，IB的微届小变垂化可遥以引识起IC的较菜大变冲化(第三层列与菌第四塘列的盆电流懂增量绝比)。<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)00.020.040.060.080.10IB(mA)(3肯).当IB=0付(基极随开路)时，IC也很摩小(约为1微安着以下)。18亚五贪月挤20板23晶体交管加怒上一误定的袄电压斑为什埋么就纸会有刃放大励作用封呢？刊要了织解这跃个问秩题，夺就要以从晶剂体管逗的内隙部运察动规功律来粪解释编。18转五睁月碍20损231、发射杜区向谨基区午扩散臭电子——内部趋载流饶子运晶动规塔律发射辞结处变于正正向偏米置，权掺杂周浓度岸较高披的发抹射区伯向基苏区进苦行多身子扩脚散。放大拐作用离的内扬部条玻件：基区嫂很薄栏且掺艇杂浓斩度很思低。2、电子然在基饱区的寻扩散览和复渴合基区冠厚度粒很小滩，电畜子在扩基区胞继续倘向集选电结昏扩散啦。（览但有播少部条分与莲空穴株复合些而形枝成IBE岁IB）。（非始平衡核少数别载流浊子的施扩散业）电流标放大项作用卡原理18片五额月沃20宝233、集电子区收龄集扩茄散电慰子集电校结为采反向垦偏置义使内电难场增强撒，对诉从基歉区扩承散进禽入集敞电结慈的电茧子具鹅有加毙速作方用而意把电膝子收铁集到艺集电肥区，暗形成篮集电附极电泳流(ICE艰IC)。由电际流分绘配关近系示宝意图扎可知忙发射匹区向灵基区翁注入喘的电淘子电浓流IE将分耐成两疑部分ICE和IBE，它莫们的判比值臭为它表武示晶松体管响的电犁流放筛大能章力，讨称为篇电流烧放大隔系数驼。18骑五辣月权20听23在晶吗体管罩中，摄不仅IC比IB大很岂多；仗当IB有微且小变漏化时裂还会垄引起IC的较姜大变烤化。根据鸣晶体添管放产大的嫁外部苗条件杂，发联射结脸必须薄正向泛偏置孔，集茅电结夹必须羡反向疤偏置合。则对于NP哄N型晶秩体管且对于PN体P型晶额体管且18补五圈月茫20矛234、集货电极验反向悉电流ICB将O（平窝衡少淡子产葛生）结论事：IE=ICE+IBEIC=ICE+ICB情OIB=IBE-ICB什Oβ=ICE/IBE=(适IC-ICB团O)/窃(IB+ICB梳O)=IC/IB双极拨型晶父体管——因为吹两种罪载流袭子参业加导值电。18遗五哭月保20咸23例：案测得峰工作嫂在放活大电袭路中她几个亦晶体椒管三或个电请极的伞电位U1、U2、U3分别站为：（1）U1=3睛.5元V、U2=2骗.8货V、U3=1予2V（2）U1=3恢V、U2=2齿.8法V、U3=1蚊2V（3）U1=6授V、U2=1凑1.诞3V、U3=1旧2V（4）U1=6甚V、U2=1本1.鸣8V、U3=1壁2V试判停断它管们是NP伙N型还封是PN菌P型？猛是硅匠管还稼是锗并管？计并确股定e、b、c。解：停（1）U1b、U2e、U3c梨N危PN硅（2）U1b、U2e、U3c否NP承N锗（3）U1c、U2b、U3e棕PN趋P硅（4）U1c、U2b、U3e安PN舅P锗18旗五蹄月荒20偿23三.特性揪曲线晶体杂管的菌特性皇曲线萄是表判示一椒只晶鸟体管奥各电团极电燃压与筒电流子之间骗关系惩的曲蓄线。陡是应汁用晶蚂体管扒和分张析放敞大电贩路的挺重要猴依据饭。最常场用的涛是共姜发射细极接晚法的输入呜特性掘曲线和输出仗特性恨曲线些，实验膜测绘青是得增到特棒性曲酬线的亭方法桂之一叫。特腾性曲跑线的繁测量烧电路负见右赌图。用晶用体管恶特性舍图示坡仪也中可直劝接测规量及市显示愈晶体齐管的乐各个特性旧曲线蹄。AVmAVECRBIBUCEUBEICEB18诞五意月从20馆231.输入芒特性煌曲线输入尺特性蛛曲线当UCE为常惧数时禁的IB与UBE之间啦的关猛系曲高线。(参见服右图)对硅暂管来偏说，联当UCE1侄V时，包集电补结已笑经处斯于反合向偏垒置，异发射渔结正橡向偏洒置所挨形成尿电流辉的绝腐大部脚分将厦形成庙集电献极电闭流，捆但IB与UBE的关看系依彻然与PN结的岩正向狠特性栗类似麦。(当UCE更小拼，IB才会引明显仁增加)硅管完的死淡区电赏压为0.项5V，锗尖管的注死区唇电压啊不超垄过0.相2V。放大铜状态售时，仆硅NP漂N管UBE=0染.6奴~0涝.7确V；锗PN肚P管UBE=需–塞0.谢2~陕–谣0.螺3V。3D到G6的输轻入特偶性曲惨线00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V18粮五犬月都20舍232.输出是特性洋曲线输出难特性庆曲线古是在IB为常架数时气，IC与UCE之间托的关划系曲对线。伐在不挂同的钱下，搭可得况到不鲜同的期曲线潮，即旧晶体垮管的泡输出饱特性药曲线浩是一世组曲怠线(见下筒图)。当IB一定敌时，UCE超过道约1V以后突就将冷形成IC，当UCE继续筒增加落时，IC的增顶加将堡不再娃明显孝。这础是晶隐体管横的恒伸流特脏性。当IB增加贼时，域相应骑的IC也增漂加，芹曲线星上移迅，而爱且IC比IB增加谱得更宏明显勇。这辛是晶么体管盒的电偿流放主大作舱用。18培五资月局20奋23通常移将晶朽体管变的输赵出特汁性曲艰线分吗为三椅个工常作区侦：(1拴)放大模区特性蓄曲线盯进于兵水平腊的区猾域。腐在放谨大区也称棍线性甩区。荐此时吵发射旬结正躬向偏误置，地集电姓结反阳向偏丽置。(2庄)截止麻区IB=0曲线求以下队的区匆域。IB=0时IC=蔽ICE拢O。对周于硅傅管当UBE<0济.5射V时即崭开始罗截止洋。为灵了可镰靠截蓬止常惧使UBE0。即摄截止绪时两浇个PN结都输反向触偏置慨。18笛五葱月龄20散23(3烟)饱和烈区当UCE<UBE时，躬集电坑结处兵于正蚂向偏锡置，乞晶体素管工柿作于虾饱和渣状态寸。在螺饱和绘区，IB的变线化对IC影响眠较小拨，失始去放杂大作鸭用。即：恭饱和破时，雾晶体研管的贩发射恼结处杜于正潮偏、来集电朽结也羡处于爆正偏台。正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止18帅五猜月赖20未23工作猜在三猎种状斯态的宝外部案条件椒：1、放盆大区蠢：发射嫁结正滴偏，泛集电砖结反俗偏2、截题止区失：发射额结反除偏，盘集电党结反送偏3、饱疾和区食：发射治结正耳偏，做集电昏结正膀偏18市五售月质20滨23四.主要秋参数晶体悬管的煌特性劈燕不仅压可用扮特性跌曲线赵表示敌，还块可用府一些部数据般进行周说明逆，即晶体击管参妙数。它牵是设静计电缎路和词选用轮器件堵的依蜓据。1.电流作放大誉系数贼、当晶哪体管地接成朗共发单射极颗时，度静态(直流)时的IC与IB的比讲值称微为共多发射随极静态(直流)放大由系数牢：当晶郊体管钉工作猛在动庸态时妄，电确流增蜓量ΔIC与ΔIB的比僻值称贱为动态(交流)放大充系数休：18缝五乘月迅20雀23说明爪：1、静胞态电斤流放历大系耽数和菜动态柏电流片放大龄系数私的意舅义不剥同，必但大脏多数居情况洁下近旅似相针等，问可以床借用诵进行厕定量督估算膝。2、晶娘体管丧的输锁出特尺性曲贡线是贵非线披性的崖，只真有在络曲线鲁的等趟距平炉直部菌分才斤有较祥好的悉线性缠关系绑，IC与IB成正落比，β也可妇认为搞是基形本恒挪定的良。3、由汁于制饭造工鸟艺的歇原因泪，晶与体管子的参就数具馆有一辅定的辜离散挠性，烤即使摔是同另一型缩慧号的耍晶体捎管，调也不赚可能促具有