《电子与电工技术》课件第9章

9.1半导体9.2晶体二极管9.3晶体三极管小结习题

第9章常用半导体器件9.1.1本征半导体与掺杂半导体

1.本征半导体

本征半导体是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。如图9-1所示。在电场的作用下，自由电子的运动将形成电子电流，空位的存在而引起的电子填补运动也会形成电流。电子的填补运动可以想像成一个带正电的粒子向相反的方向运动，将这种想像的带正电的粒子称为空穴。9.1半导体图9-1半导体内部结构示意图

2.掺杂半导体

掺杂半导体是在本征半导体中掺入微量有用杂质的半导

这种空穴为多数载流子的半导体叫空穴型半导体，简称P型半导体。

这种自由电子为多数载流子的半导体叫电子型半导体，简称N型半导体。9.1.2PN结

1.PN结的形成

在一块纯净的半导体晶片上，采用特殊的掺杂工艺，在其两侧分别掺入三价元素和五价元素，使一侧形成P型半导体，而另一侧形成N型半导体，如图9-2所示。由于载流子浓度的差别，N区的电子必然向P区扩散，而P区的空穴要向N区扩散。图9-2PN结的形成

2.PN结的单向导电性

PN结被加上正向电压(UP>UN)时，外电场削弱内电场，有利于多数载流子的扩散运动而形成较大的正向电流，PN结导通(称为PN结正偏)；PN结被加上反向电压(UP<UN)时，外电场与内电场相助，有利于少数载流子的漂移运动，但少数载流子的数量小，形成的反向电流很小，PN结截止(称为PN结反偏)。因此PN结具有单向导电性，如图9-3所示。图9-3PN结的单向导电性9.2.1晶体二极管的结构

晶体二极管简称二极管，是由一个PN结加上相应的电极及管壳封装而成的，如图9-4所示。P区引出的电极称为阳极或正极，N区引出的电极称为阴极或负极。因PN结具有单向导电性，所以二极管也具有单向导电性，如图9-5所示。9.2晶体二极管图9-4二极管的结构和符号图9-5二极管单向导电演示电路9.2.2晶体二极管的伏安特性

晶体二极管的伏安特性曲线如图9-6所示。

1.正向特性

当正向电压很小时，二极管基本上处于截止状态；当正向电压超过某一值(称此电压为死区电压)时，二极管处于正向导通状态。图9-6二极管的伏安特性

2.反向截止特性

二极管被加上的反向电压在一定范围内增大时，反向电流极其微小且基本不变，这就是二极管反向截止状态。

3.反向击穿特性

二极管被加上的反向电压超过某一值(称此电压为反向击穿电压)时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，管子在正、反向电压下都导通。除稳压二极管外，二极管会因反向击穿而损坏，使用时一定要注意。9.2.3晶体二极管的主要参数

1.最大整流电流IF

它是指管子长期工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流，超过IF时，二极管的PN结将因过热而烧断。

2.最高反向工作电压URM

它是保证二极管不被反向击穿而规定的反向工作峰值电压，一般为反向击穿电压的1/3~1/2。

3.反向峰值电流IR

它是二极管加上反向工作电压时的反向饱和电流。这个电流愈小，二极管的单向导电性愈好。温度升高时，IR将增大，使用时应注意温度对反向电流的影响。

4.最高工作频率fmax

它主要由PN结电容的大小来决定，超过此值，二极管的单向导电性将变差，甚至会失去单向导电性。9.2.4晶体二极管的简易测试

二极管具有单向导电性，一般带有色环的一端表示负极。二极管是非线性元件，用不同万用表、使用不同挡次测量的结果都不同，用R×100挡测量时，通常小功率锗管正向电阻在200～600Ω之间，硅管在900Ω～2kΩ之间，利用这

一特性可以区别出硅、锗两种二极管。9.2.5特殊二极管

1.稳压二极管的工作特性

稳压二极管简称稳压管，其电路符号如图9-7(a)所示，特性曲线如图9-7(b)所示。图9-7稳压管的图形符号及伏安特性

2.稳压二极管的主要参数

(1)稳定电压UZ。

(2)稳定电流IZ。

(3)动态电阻rZ。

(4)温度系数α。9.3.1晶体三极管的结构和分类

晶体三极管的结构及图形符号如图9-8所示。它有三个区：发射区、基区、集电区，每个区分别引出一个电极，分别为发射极E、基极B、集电极C。发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，基区与集电区之间形成的PN结称为集电结。9.3晶体三极管图9-8晶体三极管结构示意图和符号9.3.2晶体三极管的电流分配和放大作用

三极管加上图9-9(a)所示的条件，使三极管发射结正偏，集电结反偏，则三极管便具有电流放大作用。图9-9电流分配三极管的电流分配如图9-9(b)所示，发射区发射电子形成IE，基区复合电子形成IB，集电区收集电子形成IC。实验中，改变RB的大小可使基极电流IB随之改变，测量IB、IC

及IE的数值如表9-1所示。表9-1晶体管电流测试数据把集电极电流与基极电流之比定义为晶体三极管的直流电流放大系数，其表达式为

把集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比定义为晶体三极管的交流电流放大系数β，其表达式为9.3.3晶体三极管的伏安特性和主要参数

1.伏安特性

(1)输入特性。

输入特性曲线表示UCE一定时，IB与UBE之间的关系，如图9-10(a)所示。硅管导通时发射结压降UBE一般为0.6~0.7V，锗管导通时发射结压降UBE一般为0.2~0.3V。图9-10伏安特性

(2)输出特性。

输出特性曲线表示IB一定时，IC与UCE之间的关系，当改变IB时，可得一组输出特性曲线，如图9-10(b)所示。

①放大区。

条件：发射结正偏，集电结反偏。

②截止区。

条件：两个PN结均反偏。

③饱和区。

条件：两个PN结均正偏。

【例9-1】

在放大电路中，如果测得如图9-11所示各管脚的电压值，问各三极管分别工作在什么状态？

解图(a)：UB＞UE，UB＞UC，两个PN结均正偏，三极管工作在饱和状态。

图(b):UB＞UE，UB＜UC，发射结正偏，集电结反偏，三极管工作在放大状态。

图(c)：UB＜UE，UB＜UC，两个PN结均反偏，三极管工作在截止状态。图9-11例9-1

2.主要参数

参数可以反映三极管的性能，是正确选用三极管的依据。(1)直流电流放大系数和交流电流放大系数β。

(2)穿透电流ICEO。

(3)集电极最大允许电流ICM。

(4)集电极最大允许耗散功率PCM。

(5)反向击穿电压U(BR)CEO。

反向击穿电压U(BR)CEO是指基极开路时，加于集电极与发射极之间的最大允许电压。9.3.4晶体管的简易测试

1.用万用表判断晶体管的管型和电极

(1)找出基极(B极)。用万用表R×100Ω或R×1kΩ电阻挡随意测量晶体管的两极，直到指针摆动较大为止。

(2)C极和E极的判别。根据(1)中测量已确定了B极，且为PN(PNP)，再使用万用表R×1kΩ挡进行测量。

2.晶体管质量判别

通过检测以下三个方面来判断晶体管的质量，只要有一个方面达不到要求，即为坏管。

(1)判断发射结BE和集电结BC是否正常，按普通二极管好坏的判别方法进行。

(2)用测量CE漏电电阻的大小来判断，测量时对于NPN(PNP)型晶体管，万用表的黑(红)表笔接C极，红(黑)表笔接E极，B极悬空，这时的RCE越大越好，一般应大于50kΩ，硅管应大于500kΩ才可使用。

(3)检测晶体管有无放大能力。

(1)半导体有自由电子和空穴两种载流子，有光敏、热敏和掺杂特性。

(2)PN结具有单向导电性：PN结被加上正向电压(UP>UN)而导通，被加上反向电压(UP<UN)而截止。

(3)二极管的两个电极分别是阳极(正极)、阴极(负极)，它的内部就是一个PN结，正向偏置导通，反向偏置截止。

(4)三极管的三个电极分别是发射极、基极、集电极。它内部有二个PN结：发射结、集电结。小结

9-1电路如图9-12所示，已知输入正弦电压为ui(t)=5sinωt，画出输出波形。

9-2试求图9-13所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降。

9-3已知图9-14所示电路中稳压管的稳压值为10V，求输出电压值Uo及流过稳压管的电流IZ。习题图9-12题9-1图图9-13题9-2图图9-14题9-3图

9-4在电路板中测得四个放大三极管电极的电位如图9-15所示，判断这四个三极管的电极名称(E、B、C)，判断它们是PNP型还是NPN型，是硅管还是锗管。

9-5测得三极管两个电极的电流及流动方向如图9-16所示，求另一个电极的电流及流动方向，并判断各电极名称(E、B、C)，判断它们是PNP型还是NPN型。图9-15题9-4图图9-16题9-5图

9-6在电路板中测得五个三极管的各电极电位如图9-17所示，判断各三极管的工作状态。

9-7能否用1.5V的干电池，以正向接法直接加至二极管的两端？试分析这样做会出现什么问题。

9-8图9-18所示电路，VD1、VD2为理想二极管，则a、o端的电压为多少伏？

9-9图9-19所示电路中，硅稳压管VDZ1的稳定电