第十章 电子电路中常用的元件

02七月2023《电工电子技术》之电子技术02七月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02七月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02七月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。02七月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+1402七月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。02七月2023+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴电子空穴对02七月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I02七月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。26侄六腔月臣20忆23五、P型半吧导体趟（Po捎si胁ti蛮ve正)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3多数干载流蕉子少数性载流半子特点德：两晋种载兼流子桥导电支，导电型能力正加强齿。26传六蜓月酸20蛇23§1志0-班2贝PN结一、PN结的极形成PNPN空间信电荷敢区1、浓拍度差篮引起疮载流卸子的百扩散遵运动2、扩邀散运棒动形敏成PN结阻挡盼层或腹耗尽甲层扩散最运动歼首先施在交体界面宣附近匹进行进，由齐于多织子的闯扩散交与复拦合，捞就在这交界淘面附窗近留烈下了造带正凉电离震子（椒受到掏晶格堪的束勤缚不违能参窝入导收电）特，从励而出阵现了踏一个嚷带正叛电和庭负电紧的空存间电秧荷区疑，这顽一电边荷区役我们甜称为PN结，冶由于PN结中坦没有责导电茂离子贫，所龙以又易叫阻泛挡层恳或耗咳尽层旬。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。不对疾称结铸：浓掠度高众的结悲窄对称亩结：26革六课月拒20垃23二、PN结的缴单向炼导电戏特性1、加锣正向火偏置五（导扎通）P+，N-，扩当散大把于漂挤移2、加私反向旦偏置燃（截苏止）P-，N+，漂夕移大迁于扩地散反向站饱和湿电流捧基本努不变E3弟1126矛六授月用20滋23三、PN结的滨击穿1、齐塌纳击挂穿：（狮击穿献电压浓低）4伏以攻下。浓度杠高时劫，PN结窄伤，在电同样妖电压慢下，秆反向杨电场河很强首，从磁而破父坏共赌价键头的结煌构，慌把电型子拉席出来股。2、雪雷崩击拣穿：（年击穿帅电压篇高）6伏以辟上。浓度共低时兰，：PN结宽优，电倍子在PN结中刚被加拔速，舞当遇山到价腊电子具时，驻就可拾以把闸其撞崭出来泊。4伏~6伏，别两种跨情况乖都可沟能电击帖穿26冤六游月炼20全23§10色-3半导泳体二园极管一、衬基本坚结构筐和符哑号1、点驶接触例型2、面趟接触放型3、符李号二、脚伏安但特性二极亿管的蒜正向团偏置真和反玩向偏柏置与PN结相候同，耗只多饼了二主条引锯出线裂。正向劈燕扩散或电流缴大，拘反向批漂移鸟电流宰小。26继六判月被20魂23三、城主要蜡参数1、最仁大整袄流电邮流IOM最大妖正向利平均雹电流昂。2、反抵向工针作峰刊值电趋压URW揉M保证宣二极敲管不倚被击社穿而柳给出忽的反搭向峰趣值电巴压。即一般晌是U（BR）的牢一半伸或三绞分之崇二。3、反齐向峰辰值电绘流IRM二极奔管反旦向峰蠢值电同压时舰反向号电流披值。26榴六富月监20确23四、戏主要弓应用1、整妙流2、限蛛幅3、箝饼位4、检债波26好六竹月岩20墨23二极每管电满路的代分析杯方法俩如下①设二瓶极管健支路领为开辱路即宣断开宾二极毒管②求插二极并管两足端的符电压U，如U大于再死区同电压堵则二康极管宅导通趋，且U=死区伐电压尚。如U小于启死区绢电压信则二让极管丈截止脊，与抽二极冲管串岁联支印路上积无电亮流。例：P1律3，例15校-1，15养-2自已赔看（知自学房诚）26贯六息月唉20茄23例题例：富电路饮如图船所示水，已愿知E=准5V，ui=1元0s大inωt领V，二单极管火的正墓向压垂降可迟忽略织不计蚂，试剑画出uo的波楼形RDEu0ui0ωtuiu0解：26本六以月辨20挠23§挣10吉-4次.稳压夜二极涌管稳压而管是一怒种特谋殊的轰面接谱触型漏二极知管。蜘它在次电路近中常志用作稳定盯电压的作选用，故称充为稳焦压管。稳压虾管的债图形富符号钓：稳压扣管的扣伏安事特性蹈：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压案管的这伏安石特性怜曲线蔽与普陕通二骄极管拢类似拍，只砖是反格向曲边线更恼陡一切些。26站六纪月梢20敬23一、稳压扰管的伞使用稳压灾管工不作于足反向杂击穿枝区，悔常见莫电路腰如下板。UiRUoRLU(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向在电镰路中唉稳压禾管是反向暗联接的。锹当Ui大于缎稳压服管的饮击穿想电压卸时，稳敏压管捧被击吉穿，山电流尿将增原大，倍电阻R两端鄙的电怀压增亭大，中在一曾定的问电流毒范围调内稳绍压观浓两端顾的电撞压基领本不狐变，筹输出毙电压Ui等于Uz。26院六缴月半20娘23二、稳压蛋管的吐主要挽参数1、稳绳定电谢压Uz指稳啦压管划正常赖工作庸时的毫端电雕压。（厨其数疼值具敌有分降散性呢）2、稳暑定电罪流IZ正常斯工作喂的参吊考电缓流值注。低于代此值瓣稳压申效果异差。头在不蚀超过悲额定秆功率退的前虫提下弊，高册于此稀值稳例压效厕果好别，即放工作才电流孕越大洋稳压寇效果支越好毁。U(V)0I(mA)反向正向26击六讯月且20举233、动闭态电奖阻rZ稳压龙管子时端电零压和详通过研其电肾流的准变化算量之绞比。稳压湿管的赢反向复伏安瘦特性展曲线赖越陡崇，则前动态屡电阻陈越小享，稳桂压效述果越矮好。4、最页大允塞许耗喂散功稀耗PZM保证挤稳压爷管不灭发生关热击株穿的允最大亦功率匪损耗稳。其值惜为稳治定电砖压和学允许储的最史大电板流乘榴积U(V)0I(mA)反向正向26联六另月罗20首235、电围压温毒度系洒数U说明兴稳压窑值受则温度卖影响瓦的参夫数。如：扯稳压们管2C常W1栽8的电被压温碎度系像数为0.饶09评5%仿/C假如箭在20C时的邪稳压骑值为11包V，当篇温度赔升高彼到50C时的仅稳压烟值将李为特别纹说明裳：稳压启管的蓄电压躬温度哭系数稍有正盆负之如别。因此刑选用6V左右缺的稳枣压管粮，具宵有较均好的旁温度蔑稳定比性。26奥六矿月之20今23§犁10弯-5福.半导杯体三租极管半导僵体三极燥管(晶体裁管)是最掉重要裂的一器种半妥导体聋器件茶。广春泛应魄用于楚各种德电子谣电路裙中。一.基本锈结构晶体架管最佣常见掠的结辣构有平面般型和合金垒型两种防。平竟面型翼都是悬硅管裹、合杰金型轧主要码是锗幕管。它们吼都具液有NP须N或PN萄P的三层怖两结的结叮构，球因而王又有NP杏N和PN板P两类叛晶体艰管。其三层分别授称为发射些区、聪基区和集电查区，并引恳出发射将极(E魄)、基晶极(B慢)和集棵电极(C红)三个竞电极察。三秆层之健间的宝两个PN结分别净称为发射衣结和集电充结。本节防介绍序晶体重管的攀结构贞、特戴性及育参数予的内言容。E3沙1226肤六阵月葬20旦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26幸六稼月留20焦23半导恭体三缴极管亚有两冬个PN结，丈在性诸能上柜有质怕的变控化，姥主要街表现勒在放大柴作用上。坟下面烛我们裙来一叛组实验畜数据。各区配的特昂点（供放大完元件纷结构是特点冒）：发射薯区浓伸度高基区蠢薄而击且浓窝度低集电士区面思积大26冒六搜月窑20酒23二.电流贷分配称和放圆大原工理NP未N型和PN挡P型晶贞体管刃的工剩作原倘理相素似，寇本章说只讨欢论前野者。为了论了解浇晶体盏管的台放大挡原理财和其派中电填流的横分配由，我痰们先德做一渐个实百验，欺实验宽电路抓如图盐所示顺。RBuAmAmAIBIEEBECIC把晶泊体管踩接成燃两个童电路青：1、基英极电尘路2、集构电极擦电路发射妖极是公共奇端，因得此这蹈种接制法称可为晶袍体管缩慧的共发鲁射极某接法。26皱六宅月诊20野23如果浸用的藏是NP为N型晶寺体管罢，电萝源EB和EC的极孩性必染须照离图中发那样梁接法荷，使发射密结上加真上正屿向电丝式压（正向悄偏置），混由于EB＜EC，集电旬结上加冰的是嘴反向俊电压骄（反向剑偏置），滑晶体雾管才古能起对到放欺大作聚用。二.电流理分配端和放呈大原桨理RBuAmAmAIBIEEBECIC外部器条件26凉六古月茶20偶23通过伟实验烘及测婶量结赵果，吓得：(1树).IC(或IE)比IB大得棚多，(如表拍中第灿三、克四列渴数据)<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)00.020.040.060.080.10IB(mA)26血六袋月速20鞭23(4减).要使惜晶体柴管起抢放大薯作用抚，发射抚结必五须正约向偏劈燕置、粪集电恩结必谦须反弃向偏舍置——具有俗放大恢作用宁的外涝部条裁件。这就筒是晶环体管评的电屑流放饿大作稼用，IB的微忙小变赌化可傻以引乱起IC的较义大变剥化(第三雨列与院第四舞列的常电流匠增量虫比)。<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)00.020.040.060.080.10IB(mA)(3慈).当IB=0愤(基极悄开路)时，IC也很区小(约为1微安犁以下)。26源六芒月默20槐23晶体做管加再上一短定的法电压松为什绪么就匹会有择放大辰作用矩呢？姑要了序解这掌个问筛题，仆就要稀从晶校体管损的内进部运柿动规哈律来奥解释前。26塑六哭月镜20洋231、发射锄区向谋基区闸扩散艰电子——内部宰载流甲子运浴动规雾律发射哪结处哨于正到向偏递置，栋掺杂红浓度园较高脑的发宜射区捞向基雪区进大行多御子扩蜻散。放大纲作用进的内跨部条波件：基区薪很薄幅且掺飞杂浓涂度很益低。2、电子垮在基源区的市扩散顾和复轻合基区辨厚度弟很小云，电洞子在点基区院继续槽向集支电结肌扩散漂。（文但有净少部现分与更空穴督复合镜而形些成IBE壮IB）。（非骄平衡懒少数踢载流蒜子的虚扩散昏）电流床放大价作用脊原理26习六虫月嘱20蠢233、集电匹区收五集扩会散电仙子集电架结为读反向距偏置奋使内电趋场增强创，对吧从基罢区扩脸散进败入集冬电结骆的电乓子具泼有加陵速作献用而晚把电蒜子收论集到衰集电巷区，烟形成背集电艰极电羽流(ICE手IC)。由电男流分缓配关啊系示吸意图乒可知寻发射饮区向手基区保注入你的电臣子电未流IE将分旧成两丧部分ICE和IBE，它扬们的半比值打为它表夕示晶辆体管堵的电影流放尾大能偿力，明称为熊电流栽放大出系数显。26够六剧月功20雾23在晶纪体管披中，何不仅IC比IB大很军多；藏当IB有微秘小变阻化时糠还会搁引起IC的较航大变雀化。根据她晶体批管放列大的号外部罩条件帽，发盒射结夏必须即正向铅偏置悄，集时电结听必须挣反向毕偏置寨。则对于NP童N型晶伶体管且对于PN魔P型晶辣体管且26烦六腿月宏20舍234、集婚电极满反向惑电流ICB忠O（平锐衡少议子产铲生）结论车：IE=ICE+IBEIC=ICE+ICB房诚OIB=IBE-ICB秀Oβ=ICE/IBE=(探IC-ICB咳O)/看(IB+ICB帜O)=IC/IB双极蒜型晶术体管——因为谷两种闹载流貌子参爽加导犁电。26途六臣月洞20福23例：叙测得奋工作梁在放腹大电蛙路中边几个喂晶体恰管三谁个电轮极的来电位U1、U2、U3分别晕为：（1）U1=3荒.5运V、U2=2计.8两V、U3=1睡2V（2）U1=3证V、U2=2揪.8罗V、U3=1扎2V（3）U1=6服V、U2=1挤1.蜓3V、U3=1扰2V（4）U1=6为V、U2=1钻1.理8V、U3=1然2V试判竖断它筒们是NP天N型还怜是PN吐P型？队是硅毙管还搏是锗先管？仙并确遭定e、b、c。解：器（1）U1b、U2e、U3c军N焦PN硅（2）U1b、U2e、U3c态NP站N锗（3）U1c、U2b、U3e档PN阻P硅（4）U1c、U2b、U3e些PN双P锗26侄六哪月秤20拨23三.特性磁曲线晶体首管的咳特性家曲线仰是表炼示一躺只晶甚体管回各电叨极电墨压与馒电流丢之间剩关系晃的曲勇线。炼是应前用晶英体管批和分姨析放帅大电该路的批重要清依据改。最常揪用的姨是共存发射爷极接碎法的输入翠特性赞曲线和输出衫特性贡曲线青，实验产测绘治是得尚到特丛性曲扩线的尾方法裹之一切。特智性曲笋线的劈燕测量做电路贷见右自图。用晶缩慧体管冬特性殖图示训仪也自可直党接测响量及按显示贷晶体傅管的搬各个特性回曲线锻。AVmAVECRBIBUCEUBEICEB26暮六档月匪20富231.输入音特性口曲线输入盖特性砖曲线当UCE为常某数时泳的IB与UBE之间耗的关奥系曲舍线。(参见案右图)对硅娇管来浸说，钩当UCE1淡V时，策集电舞结已低经处岔于反初向偏阀置，阅发射急结正探向偏爆置所辣形成靠电流狡的绝轿大部以分将应形成皆集电自极电两流，居但IB与UBE的关析系依村然与PN结的博正向育特性插类似圆。(当UCE更小恼，IB才会棵明显知增加)硅管家的死袄区电柳压为0.读5V，锗渣管的饲死区铁电压吃不超疼过0.逃2V。放大仔状态缸时，企硅NP迈N管UBE=0游.6俯~0统.7飞V；锗PN颤P管UBE=蜘–樱0.厌2~胞–纪0.锣3V。3D蹲G6的输符入特储性曲昏线00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V26碰六荐月村20政232.输出触特性痕曲线输出樱特性棒曲线查是在IB为常架数时顺，IC与UCE之间剂的关沙系曲纺线。晌在不下同的舌下，手可得宗到不舒同的歌曲线骑，即放晶体参管的补输出亦特性烛曲线走是一化组曲券线(见下极图)。当IB一定师时，UCE超过陪约1V以后欧就将若形成IC，当UCE继续咐增加叶时，IC的增霜加将犯不再弓明显摇。这愈是晶盛体管终的恒忆流特绵性。当IB增加利时，菌相应裕的IC也增狗加，烂曲线绳上移储，而渴且IC比IB增加仆得更骂明显抵。这棉是晶视体管显的电渠流放糖大作飘用。26忘六贸月打20盐23通常贩将晶溜体管注的输桃出特雨性曲业线分踏为三习个工山作区络：(1煤)放大遵区特性滴曲线廉进于助水平工的区统域。积在放娇大区也称布线性柔区。阀此时中发射葵结正淘向偏正置，鸦集电卡结反抱向偏阻置。(2俱)截止援区IB=0曲线辨以下授的区贤域。IB=0时IC=寻ICE鞭O。对制于硅隐管当UBE<0就.5弱V时即头开始朴截止悔。为紧了可持靠截讽止常裹使UBE0。即糟截止户时两讯个PN结都万反向俗偏置执。26弯六搭月砍20裁23(3连)饱和麦区当UCE<UBE时，昌集电永结处寺于正竟向偏民置，励晶体定管工罩作于框饱和柔状态劲。在运饱和酒区，IB的变佩化对IC影响捐较小漂，失赤去放菜大作剂用。即：碍饱和欺时，防晶体城管的冠发射嫂结处井于正伍偏、岩集电疮结也病处于搬正偏改。正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止26芳六依月俗20剧23工作若在三甲种状渣态的倘外部显条件第：1、放饮大区叼：发射桑结正鹿偏，肾集电车结反筑偏2、截击止区隐：发射象结反锹偏，透集电席结反屠偏3、饱孙和区膝：发射尼结正灾偏，除集电碗结正瓣偏26误六茎月唤20号23四.主要广参数晶体斤管的页特性姻不仅夹可用鬼特性绍曲线营表示普，还烛可用糕一些灶数据涉进行冠说明趟，即晶体惧管参亡数。它匆是设唐计电象路和狮选用小器件背的依鹊据。1.电流怖放大甘系数驶、当晶膛体管锋接成按共发鸡射极毫时，铃静态(直流)时的IC与IB的比记值称指为共赚发射乘极静态(直流)放大通系数面：当晶涌体管狭工作朗在动另态时怨，电羡流增节量ΔIC与ΔIB的比兰值称音为动态(交流)放大跟系数吴：26赚六滔月逼20妈23说明障：1、静保态电脏流放慰大系虾数和侦动态钞电流瞎放大烧系数酒的意而义不妨同，位但大冻多数闭情况史下近硬似相什等，兼可以占借用伶进行鞋定量益估算酷。2、晶灰体管违的输起出特齐性曲真线是要非线老性的嚷，只遗有在会曲线民的等舟距平处直部浴分才统有较亲好的收线性乏关系菌，IC与IB成正乖比，β也可盈认为尝是基既本恒乔定的跨。3、由贞于制猪造工缠艺的玻原因货，晶跳体管躲的参