半导体器件ppt-k8凯发官网

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　　半导体器件半导体器件 1一、半导体的特性一、半导体的特性 1 1、半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅间的物质称为半导体，如硅(Si)(Si)、锗锗(GeGe)硅硅和锗都是和锗都是4 4价元素，原子的最外层轨道上有价元素，原子的最外层轨道上有4 4个个价电子价电子+锗(32)Ge硅(14)Si1 1 半导体的基础知识半导体的基础知识2 2 2、半导体中的两种载流子、半导体中的两种载流子：若把纯净的半导：若把纯净的半导体材料制成单晶体，它们的原子将有序排列体材料制成单晶体，它们的原子将有序排列每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起两个相邻原子共用过共价键紧密结合在一起两个相邻原子共用一对电子一对电子共价键共价键3 在一定温度下，若受光在一定温度下，若受光和热的激发，少数价电子和热的激发，少数价电子将会挣脱共价键的束缚成将会挣脱共价键的束缚成为自由电子，在原来位置为自由电子，在原来位置留下一个空穴原子失去留下一个空穴原子失去电子带正电，相当于空穴电子带正电，相当于空穴带正电。

　　带正电半导体中的半导体中的自由自由电子电子和和空穴空穴都能参与导电，都能参与导电，于是于是半导体中有两种载流半导体中有两种载流子，空穴为带正电荷的载子，空穴为带正电荷的载流子，电子为带负电荷的流子，电子为带负电荷的载流子载流子自由电子自由电子和和空穴空穴同时产生同时产生硅硅原子原子共价键共价键价电子价电子43 3、半导体的导电特性：、半导体的导电特性：掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导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）体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等管、光敏三极管等)热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)5二、二、本征半导体本征半导体纯净的不含杂质、晶体结构排列整齐的半导体，纯净的不含杂质、晶体结构排列整齐的半导体，称为本征半导体。

　　称为本征半导体晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子Si Si Si Si价电子价电子6 Si Si Si Si价电子价电子价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为自自由电子由电子（带负电），同时共价（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）1 1、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发这一现象称为本征激发空穴空穴温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多的自由电子便愈多自由电子自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。

　　7 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流部分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴空穴电流空穴电流注意：注意：(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性半导体的导电性能也就愈好能也就愈好所以，温度对半导体器件性能影响很大所以，温度对半导体器件性能影响很大自由电子和自由电子和空穴都称为载流子空穴都称为载流子自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合空穴成对地产生的同时，又不断复合在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目半导体中载流子便维持一定的数目8三、杂质半导体三、杂质半导体掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或N N（NegativeNegative）型半导体。

　　）型半导体）型半导体）型半导体掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体形成杂质半导体形成杂质半导体形成杂质半导体在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子子子子1、N型半导体型半导体9 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P（PositivePositive）型半导体。

　　）型半导体）型半导体）型半导体掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子流子流子流子B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性型半导体都是中性的，对外不显电性型半导体都是中性的，对外不显电性型半导体都是中性的，对外不显电性2、P型半导体型半导体10 1 1、漂移运动与扩散运动、漂移运动与扩散运动半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式载流子在电场作用下的定向运动称运动方式载流子在电场作用下的定向运动称为为漂移运动漂移运动在半导体中，如果载流子浓度分在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩扩散运动散运动。

　　四、四、PN结及其单向导电性结及其单向导电性11 2 2、PN结的形成结的形成将一块半导体的一侧掺杂成将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成型半导体，另一侧掺杂成N型半导型半导体，当体，当P型半导体和型半导体和N型半导体相互型半导体相互“接触接触”后，由于两类半导体后，由于两类半导体中多子（电子和空穴）浓度差的存在，在它们的交界面附近便出中多子（电子和空穴）浓度差的存在，在它们的交界面附近便出现了电子和空穴的现了电子和空穴的扩散运动扩散运动N区界面附近的多子电子将向区界面附近的多子电子将向P P区区扩散，并与扩散，并与P P区的空穴复合，在区的空穴复合，在N区界面附近剩下了不能移动的施区界面附近剩下了不能移动的施主正离子，形成一个很薄的正电荷层同样主正离子，形成一个很薄的正电荷层同样P P区界面附近的多子空区界面附近的多子空穴将向穴将向N N区扩散，并与区扩散，并与N N区的电子复合，在区的电子复合，在P P区界面附近剩下了不能区界面附近剩下了不能移动的受主负离子，形成一个很薄的负电荷层于是在两种半导移动的受主负离子，形成一个很薄的负电荷层于是在两种半导体的交界面附近便形成了一个空间电荷区，这就是体的交界面附近便形成了一个空间电荷区，这就是PN结结。

　　PN结内不能移动的正负离子称为空间电荷区，在结内不能移动的正负离子称为空间电荷区，在PN结内载流结内载流子的浓度远低于结外的中性区，载流子几乎全部扩散到对方并被子的浓度远低于结外的中性区，载流子几乎全部扩散到对方并被复合掉了，或者说载流子被消耗尽了，故又称为耗尽区复合掉了，或者说载流子被消耗尽了，故又称为耗尽区12多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄电荷区变薄电荷区变薄电荷区变薄扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽空间电荷区变宽空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。

　　度固定不变度固定不变度固定不变+形成空间电荷区形成空间电荷区13 多子扩散形成空间电荷区产生内电场少子漂移促使促使阻止阻止扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结143、PN结的单向导电性结的单向导电性、PNPN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负外电场外电场IF 内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态结处于导通状态结处于导通状态结处于导通状态内电场内电场PN+15PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽、PNPN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。

　　向电流IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，凯发国际首页结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，PNPN结处于截止状态结处于截止状态结处于截止状态结处于截止状态内电场内电场内电场内电场P PN N+162 2 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构及符号一、二极管的结构及符号1 1、点接触型点接触型点接触型点接触型2 2、面接触型、面接触型、面接触型、面接触型结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、正向电流小用于检波正向电流小用于检波正向电流小用于检波正向电流小用于检波和变频等高频电路和变频等高频电路和变频等高频电路和变频等高频电路结面积大、正向电流结面积大、正向电流结面积大、正向电流结面积大、正向电流大、结电容大，用于工大、结电容大，用于工大、结电容大，用于工大、结电容大，用于工频大电流整流电路。

　　频大电流整流电路频大电流整流电路频大电流整流电路3 3、平面型平面型平面型平面型用于集成电路制作工艺中用于集成电路制作工艺中用于集成电路制作工艺中用于集成电路制作工艺中PNPN结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中用于高频整流和开关电路中用于高频整流和开关电路中用于高频整流和开关电路中17阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D18二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0 0.1V.1V反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。

　　电压二极管才能导通电压二极管才能导通电压二极管才能导通外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性失去单向导电性失去单向导电性失去单向导电性正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线V锗锗锗锗0.20.3V0.20.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数常数常数常数19二极管二极管的单向导电性的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负极接负极接负）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。

　　向电阻较小，正向电流较大向电阻较小，正向电流较大向电阻较小，正向电流较大2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正极接正极接正）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小向电阻较大，反向电流很小向电阻较大，反向电流很小向电阻较大，反向电流很小3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性去单向导电性去单向导电性去单向导电性4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大向电流愈大向电流愈大向电流愈大20三、主要参数三、主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IF F2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM3.3.反向电流反向电流反向电流反向电流I IR R4.4.最大工作频率最大工作频率最大工作频率最大工作频率f fMM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

　　二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流是指允许加在二极管两端的反向电压的最大值，其值通常取二是指允许加在二极管两端的反向电压的最大值，其值通常取二是指允许加在二极管两端的反向电压的最大值，其值通常取二是指允许加在二极管两端的反向电压的最大值，其值通常取二极管反向击穿电压的一半或三分之二击穿后单向导电性被破坏，极管反向击穿电压的一半或三分之二击穿后单向导电性被破坏，极管反向击穿电压的一半或三分之二击穿后单向导电性被破坏，极管反向击穿电压的一半或三分之二击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏甚至过热而烧坏甚至过热而烧坏甚至过热而烧坏指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值反向电流大，说指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值反向电流大，说指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值反向电流大，说指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值反向电流大，说明管子的单向导电性差，明管子的单向导电性差，明管子的单向导电性差，明管子的单向导电性差，I IR R受温度的影响，温度越高反向电流越受温度的影响，温度越高反向电流越受温度的影响，温度越高反向电流越受温度的影响，温度越高反向电流越大。

　　硅管的反向电流较小大硅管的反向电流较小大硅管的反向电流较小大硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十锗管的反向电流较大，为硅管的几十锗管的反向电流较大，为硅管的几十锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍到几百倍到几百倍到几百倍指二极管正常工作时的上限频率值它的大小与指二极管正常工作时的上限频率值它的大小与指二极管正常工作时的上限频率值它的大小与指二极管正常工作时的上限频率值它的大小与PNPN结的结电结的结电结的结电结的结电容有关超过此值，二极管的单向导电性能变差容有关超过此值，二极管的单向导电性能变差容有关超过此值，二极管的单向导电性能变差容有关超过此值，二极管的单向导电性能变差211 1、整流：整流：改变信号波形，正弦波变脉动波改变信号波形，正弦波变脉动波改变信号波形，正弦波变脉动波改变信号波形，正弦波变脉动波已知：二极管理想化已知：二极管理想化求：求：uO波形波形ui+-四、二极管应用举例四、二极管应用举例uOtOuO-+uitO+分两个半周分析分两个半周分析分两个半周分析分两个半周分析信号正半周时：信号正半周时：信号正半周时：信号正半周时：D D导通导通导通导通u uOO=u ui i 信号负半周时：信号负半周时：信号负半周时：信号负半周时：D D截止截止截止截止u uOO=0=0RL22t、检波作用：、检波作用：从载波信号中检出音频信号。

　　从载波信号中检出音频信号ui+-uO-+RLC旁路高频信号旁路高频信号载波信号经二极管载波信号经二极管后负半波被削去后负半波被削去检出音频信号检出音频信号tt23、限幅：、限幅：把输出信号的幅度限制在某电平范围内把输出信号的幅度限制在某电平范围内把输出信号的幅度限制在某电平范围内把输出信号的幅度限制在某电平范围内已知：二极管已知：二极管UD0.7V求：求：uO波形波形5uito3.7+-3 3V V+-uiuO-+uOto24 下下图中，已知图中，已知uA=3V，uB=0V，DA、DB为锗管，求输出端为锗管，求输出端F的电位的电位并说明二极管的作用并说明二极管的作用、箝位与隔离箝位与隔离隔离作用隔离作用隔离作用隔离作用二极管二极管二极管二极管D D截止时，相当于断路，阳极与截止时，相当于断路，阳极与截止时，相当于断路，阳极与截止时，相当于断路，阳极与阴极被隔离阴极被隔离阴极被隔离阴极被隔离箝位作用箝位作用箝位作用箝位作用二极管二极管二极管二极管D D导通时，管压降小，强制阳导通时，管压降小，强制阳导通时，管压降小，强制阳导通时，管压降小，强制阳极与阴极电位基本相同极与阴极电位基本相同。

　　极与阴极电位基本相同极与阴极电位基本相同0V3V2.7V-12VRD DA AD DB BuAuBuOFAB DA管的嵌位作用管的嵌位作用：D DA A管优管优管优管优先导通，把先导通，把先导通，把先导通，把u uOO嵌位在嵌位在嵌位在嵌位在3 30.30.32.7V2.7VDB管的隔离作用管的隔离作用：D DB B管加管加管加管加上反向电压而截止，输入端上反向电压而截止，输入端上反向电压而截止，输入端上反向电压而截止，输入端B B和输出端和输出端和输出端和输出端F F隔离开隔离开隔离开隔离开25六、六、特殊用途二极管特殊用途二极管.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时加反向电压加反向电压加反向电压加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两电流变化很大，但其两电流变化很大，但其两电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用端电压变化很小，利用端电压变化很小，利用端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路此特性，稳压管在电路此特性，稳压管在电路此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。

　　中可起稳压作用中可起稳压作用中可起稳压作用_+UIO1.1.稳压管稳压管稳压管稳压管26.主要参数主要参数主要参数主要参数稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压时管子两端的电压时管子两端的电压时管子两端的电压电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z、最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流 I IZMZM 最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线.发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管VL 发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的符号发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的符号发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的符号发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的符号如右下图所示。

　　制作发光二极管的半导体中杂质浓度很高，当对如右下图所示制作发光二极管的半导体中杂质浓度很高，当对如右下图所示制作发光二极管的半导体中杂质浓度很高，当对如右下图所示制作发光二极管的半导体中杂质浓度很高，当对管子加正向电压时，多数载流子的扩散运动加强，大量的电子和管子加正向电压时，多数载流子的扩散运动加强，大量的电子和管子加正向电压时，多数载流子的扩散运动加强，大量的电子和管子加正向电压时，多数载流子的扩散运动加强，大量的电子和空穴在空间电荷区复合时释放出的能量大部分转换为光能，从而空穴在空间电荷区复合时释放出的能量大部分转换为光能，从而空穴在空间电荷区复合时释放出的能量大部分转换为光能，从而空穴在空间电荷区复合时释放出的能量大部分转换为光能，从而使发光二极管发光使发光二极管发光使发光二极管发光使发光二极管发光,并可根据不同化合物材料，并可根据不同化合物材料，并可根据不同化合物材料，并可根据不同化合物材料，发出不同的颜色的光，如磷砷化钾发出红色、发出不同的颜色的光，如磷砷化钾发出红色、发出不同的颜色的光，如磷砷化钾发出红色、发出不同的颜色的光，如磷砷化钾发出红色、磷化鎵发出绿色它常用来作为显示器件。

　　磷化鎵发出绿色它常用来作为显示器件磷化鎵发出绿色它常用来作为显示器件磷化鎵发出绿色它常用来作为显示器件3.3.光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管VL 光电二极管又叫光敏二极管，它的管壳上有一个玻璃窗口，光电二极管又叫光敏二极管，它的管壳上有一个玻璃窗口，光电二极管又叫光敏二极管，它的管壳上有一个玻璃窗口，光电二极管又叫光敏二极管，它的管壳上有一个玻璃窗口，以便接受光照，光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随以便接受光照，光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随以便接受光照，光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随以便接受光照，光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随着光照强度而上升，它的符号如右图所示着光照强度而上升，它的符号如右图所示着光照强度而上升，它的符号如右图所示着光照强度而上升，它的符号如右图所示当有光照时，光电二极管处于导通状态，当当有光照时，光电二极管处于导通状态，当当有光照时，光电二极管处于导通状态，当当有光照时，光电二极管处于导通状态，当没有光照时，光电二极管处于截止状态它没有光照时，光电二极管处于截止状态它没有光照时，光电二极管处于截止状态它没有光照时，光电二极管处于截止状态。

　　它可应用于光的测量可应用于光的测量可应用于光的测量可应用于光的测量28 半导体三极管是由三层半导体材料组成的有三个半导体三极管是由三层半导体材料组成的有三个区域：基区、发射区、集电区有两个区域：基区、发射区、集电区有两个PN结，发射区结，发射区和基区之间的和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结结叫集电结有三个电极：基极有三个电极：基极b、发射极、发射极e和集电极和集电极c两个两个PN结，把半导体分成三个区域这三个区域的结，把半导体分成三个区域这三个区域的排列，可以是排列，可以是N-P-N，也可以是也可以是P-N-P因此，三极管因此，三极管有两种类型：有两种类型：NPNNPN型型型型和和PNPPNP型型型型3 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路一、三极管的结构及符号一、三极管的结构及符号半导体三极管又叫晶体管，主要由于放大电路和开半导体三极管又叫晶体管，主要由于放大电路和开关电路，在电子电路中得到了广泛的应用关电路，在电子电路中得到了广泛的应用29NPN型PNP型箭箭头头方方向向表表示示发发射射结结加加正正向向电电压压时时的的电电流流方方向向30基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度较低掺杂浓度较低掺杂浓度较低掺杂浓度较低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：面积最大，集电区：面积最大，集电区：面积最大，集电区：面积最大，但掺杂浓度最低但掺杂浓度最低但掺杂浓度最低但掺杂浓度最低电流放大作用的内部条件：电流放大作用的内部条件：这些结构上的特点是三这些结构上的特点是三极管具有电流放大作用的内部条件。

　　极管具有电流放大作用的内部条件31二、三极管的电流分配关系和放大作用二、三极管的电流分配关系和放大作用1 1、电流放大作用的外部条件电流放大作用的外部条件从电位的角度看：从电位的角度看：从电位的角度看：从电位的角度看：为了实现三极管的电流放大作用除了上述的内部条件外，还为了实现三极管的电流放大作用除了上述的内部条件外，还必须具有一定的外部条件，即给发射结加上正向电压必须具有一定的外部条件，即给发射结加上正向电压(偏置偏置)，集电结加上反向电压集电结加上反向电压(偏置偏置)如图所示如图所示NPNNPN ：发射结正偏发射结正偏 VBVE 集电结反偏集电结反偏 VCVB 即即即即 VCVB VE 以以NPN管为例来说明半导体三极管各极间电流分配关系及其管为例来说明半导体三极管各极间电流分配关系及其电流放大作用电流放大作用共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输入回路输入回路输出回路输出回路输出回路输出回路 AICmAIBVCC+RCmA IERBVBB 发射极发射极E是输入回路和输出是输入回路和输出回路的公共点，因此称这种接回路的公共点，因此称这种接法为共发射极电路法为共发射极电路322 2、各电极电流关系及电流放大作用、各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA(mA)I IC C(mA(mA)I IE E(mA(mA)0 00.010.010.020.020.030.030.040.040.050.050.010.010.560.561.141.141.741.742.332.332.912.910.010.010.570.571.161.161.771.772.372.372.962.96结论结论:1）三电极电流关系三电极电流关系 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。

　　为晶体管的电流放大作用实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是一个一个电流控制的电流源电流控制的电流源器件器件改变可变电阻改变可变电阻RB，测基极电流，测基极电流IB、集电极电流、集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE，结果如下表所示，结果如下表所示333 3、三极管内部载流子的运动规律、三极管内部载流子的运动规律、三极管内部载流子的运动规律、三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 基区空穴基区空穴向发射区的向发射区的扩散可忽略扩散可忽略发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不断发射区电子不断向基区扩散，形向基区扩散，形成发射极电流成发射极电流I IE E进入进入P P 区的电区的电子少部分与基区子少部分与基区的空穴复合，形的空穴复合，形成电流成电流I IBE BE，多多数扩散到集电结数扩散到集电结从基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成I ICECE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流I ICBOCBO。

　　343 3、三极管内部载流子的运动规律、三极管内部载流子的运动规律、三极管内部载流子的运动规律、三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO IBE I ICE CE 与与与与 I IBE BE 之比称为共之比称为共之比称为共之比称为共发射极电流放大倍数发射极电流放大倍数发射极电流放大倍数发射极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流集射极穿透电流,温度温度温度温度I ICEOCEO (常用公式常用公式常用公式常用公式)若若若若I IB B=0,=0,则则则则 I IC C I ICE0CE035三、三、三极管的伏安特性三极管的伏安特性即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据析放大电路的依据共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路测量三极管特性的电路如下图所示测量三极管特性的电路如下图所示ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+361、输入特性输入特性输入特性如图所示输入特性如图所示硅管：死区电压硅管：死区电压0.50.5V，发射结导通电压约为发射结导通电压约为0.70.7V锗管：死区电压锗管：死区电压0.10.1V，发射结发射结导通电压约为导通电压约为0.30.3V IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO 特点特点：1 1、输入特性也有一个、输入特性也有一个“死区死区”。

　　在死区内，在死区内，UBE虽已大于零，但虽已大于零，但IB仍为零仍为零2、一般情况下，当一般情况下，当UCE1V以以后，输入特性几乎与后，输入特性几乎与UCE1V的特的特性重合，因此常用性重合，因此常用UCE1V的一条的一条曲线来代表所有输入特性曲线曲线来代表所有输入特性曲线、输出特性、输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线如图所示，通常分三个工作区：输出特性曲线如图所示，通常分三个工作区：(1)(1)放大区放大区输出特性曲线V的区域为放大区在这个区域，的区域为放大区在这个区域，发射结正偏、集电结反偏，即发射结正偏、集电结反偏，即VCVBVE放大放大区的特点是区的特点是IC由由IB决定，而决定，而与与UCE关系不大即关系不大即IB固定时，固定时，IC基本不变，具有恒流的特性基本不变，具有恒流的特性改改变变IB，则可以改变，则可以改变IC ，而且，而且IB远小远小于于IC，IC的大小受的大小受IB控制，控制，ICIB，表明表明IC是受是受基极电流基极电流控制控制的受控电流源，有电流放大作用。

　　的受控电流源，有电流放大作用38I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区IB 0 特性曲线以下区域为特性曲线以下区域为截止区，有截止区，有 IC 0 在截止区在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体，晶体管工作于截止状态三极管在电路中犹如一个断开的开关管工作于截止状态三极管在电路中犹如一个断开的开关饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区当当UCEUBE时时，发射结、发射结、集集电结均处于正电结均处于正偏偏，即，即VBVCVE晶体管工作于饱和状态晶体管工作于饱和状态IC随着随着UCE的增大基本成正比例的增大基本成正比例上升关系，管压降很小，上升关系，管压降很小，UCES 称称饱和饱和压降压降深度饱和时，硅深度饱和时，硅管管 UCES 0.3V，锗管锗管UCES 0.1V由于由于深度饱和时深度饱和时UCES约约等于零，等于零，三极管在电路中犹如三极管在电路中犹如一个闭合的开关。

　　一个闭合的开关39四、四、主要参数主要参数 1.1.电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数，直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据注意：注意：注意：注意：和和和和的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且距并且距并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近较小的情况下，两者数值接近较小的情况下，两者数值接近较小的情况下，两者数值接近常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的值在值在值在值在20 20020 200之间。

　　受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.集集集集-射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流)I ICEOCEO AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也也也也相应增加相应增加相应增加相应增加三极管的温三极管的温三极管的温三极管的温度特性较差度特性较差度特性较差度特性较差424.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升太大会导致三极管的上升太大会导致三极管的上升太大会导致三极管的上升太大会导致三极管的值的下值的下值的下值的下降，当降，当降，当降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为流即为流即为 I ICMCM。

　　当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿手册上给出的数值是三极管就会被击穿手册上给出的数值是三极管就会被击穿手册上给出的数值是三极管就会被击穿手册上给出的数值是2525 C C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U U(BR)(BR)CEOCEO6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为150150 C C，锗锗锗锗管约为管约为管约为管约为7070 9090 C C43五、五、共射极放大电路共射极放大电路、共射基本放大共射基本放大电路组成电路组成共射放大电路共射放大电路共射放大电路共射放大电路VCCRBRCC1C2VT+ui+uo+bec 三极管三极管VT：放大元件放大元件,iC=iB。

　　要保证集电结反偏要保证集电结反偏,发射结正偏发射结正偏,使晶使晶体管工作在放大区体管工作在放大区集电极直流电源集电极直流电源VCC：放大电路的放大电路的总能源，同时兼作偏置电源总能源，同时兼作偏置电源基极偏置电阻基极偏置电阻RB：使发射结处于使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流正偏，并提供大小适当的基极电流集电极电阻集电极电阻RC：它与它与VCC配合，配合，使使集电结反偏集电结反偏,保证三极管工作在放保证三极管工作在放大区大区耦合电容耦合电容C1、C2：分别接在放大分别接在放大电路的输入端和输出端，起隔直通交电路的输入端和输出端，起隔直通交的作用的作用由三极管、电阻、电容和直流电源组成由三极管、电阻、电容和直流电源组成由三极管、电阻、电容和直流电源组成由三极管、电阻、电容和直流电源组成44、放大放大电路中各电量的表示方法电路中各电量的表示方法 1、电压、电流的方向规定、电压、电流的方向规定：规定电压都以输入、输出回路的规定电压都以输入、输出回路的公共端为负，其他各点为正；电流方向以三极管各电极电流的实公共端为负，其他各点为正；电流方向以三极管各电极电流的实际方向为参考方向际方向为参考方向。

　　1、电压、电流符号的规定电压、电流符号的规定、直流分量，用大写字母和大写下标表示如直流分量，用大写字母和大写下标表示如IB表示基极的表示基极的直流电流直流电流、交流分量，用小写字母和小写下标表示如交流分量，用小写字母和小写下标表示如ib表示基极的表示基极的交流电流交流电流、交直流分量，表示直流分量和交流分量之和，即交流叠加交直流分量，表示直流分量和交流分量之和，即交流叠加在直流上，用小写字母和大写下标表示如在直流上，用小写字母和大写下标表示如iB表示基极电流总的表示基极电流总的瞬时值，其数值为瞬时值，其数值为iBIBib、交流有效值，用大写字母和小写下标表示如交流有效值，用大写字母和小写下标表示如Ib表示基极表示基极的正弦交流的有效值的正弦交流的有效值、交流最大值，用交流有效值符号再增加小写交流最大值，用交流有效值符号再增加小写m下标表示下标表示如如Ibm表示基极交流电流最大值表示基极交流电流最大值45、共射放大电路的电压放大作用、共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO46ICUCEOIBUBEO结论：结论：(1)(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流:I IB B、U UBEBE和和和和 I IC C、U UCECE 。

　　(I IB B、U UBEBE)和和和和(I IC C、U UCECE)分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点QIBUBEQUCEIC47UBEIB无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时时时 uCE=UCC iC RC uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO48结论：结论：(2)(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量。

　　一个交流量一个交流量一个交流量+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析49结论：结论：(3)(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用即电路具有电压放大作用即电路具有电压放大作用即电路具有电压放大作用(4)(4)输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180，即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用uitOuotO50用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况QuCE/VttiB B/AIBQtiC C/mAICQiB B/AuBE/VtuBE/VUBEQUCEQiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L=由由uo和和ui的峰值（或峰峰值）的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路之比可得放大电路的的电压放大倍数。

　　电压放大倍数514 场效应管场效应管晶体三极管是以很小输入电流控制输出电流的放大元件，在晶体三极管是以很小输入电流控制输出电流的放大元件，在放大状态工作时要有一定的输入电流，称为电流控制元件放大状态工作时要有一定的输入电流，称为电流控制元件场效应管是以很小输入电压控制输出电流的放大元件，在放场效应管是以很小输入电压控制输出电流的放大元件，在放大状态工作时要有一定的输入电压，无输入电流，大状态工作时要有一定的输入电压，无输入电流，称为电压控称为电压控制元件它具有输入电阻高（可。

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