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1、1,第一章半导体二极管和晶体管,1.1 半导体的基本知识1.2 PN结1.3 半导体二极管1.4 半导体二极管的应用1.5 稳压二极管1.6 双极型晶体管,2,1.6 双极型晶体管（BJT）,晶体管又称半导体三极管,晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。,3,半导体三极管有两大类型：一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管*,双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个 PN 结组合而成，是一种CCCS器件。,场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。,4,双极型晶体管的结构,1.NPN型晶体管结构示意图
2、和符号,(2)根据使用的半导体材料分为:硅管和锗管,(1)根据结构分为:NPN型和PNP型,晶体管的主要类型,5,发射区,集电区,基区,发射极E(e),集电极C(c),发射结JE,集电结JC,基极B(b),NPN型晶体管结构示意图,6,NPN型晶体管符号,7,2.PNP型晶体管结构示意图和符号,8,(1)发射区面积小，掺杂浓度高。,3.晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）,平面型晶体管的结构示意图,9,(2)集电区面积大，掺杂浓度低。,(3)基区掺杂浓度很低，且很薄。,10,晶体管的工作原理（以NPN型管为例）,依据两个PN结的偏置情况,放大状态,饱和状态,截止状态,倒置状态,11,
3、1发射结正向偏置、集电结反向偏置放大状态,原理图,电路图,12,(1)电流关系,a.发射区向基区扩散电子,形成发射极电流IE,发射区向基区扩散电子,称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子,+,+,13,b.基区向发射区扩散空穴,基区向发射区扩散空穴,发射区向基区扩散电子,形成空穴电流,+,+,14,+,+,因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。,基区向发射区扩散空穴,发射区向基区扩散电子,15,+,+,c.基区电子的扩散和复合,非平衡少子在基区复合，形成基极电流IB,非平衡少子向集电结扩散,16,+,+,非平衡少子到达集电区,d.集电区收集从发射区扩散过来的电子,形成集电极电流
4、IC,17,+,+,少子漂移形成反向饱和电流ICBO,e.集电区、基区少子相互漂移,集电区少子空穴向基区漂移,基区少子电子向集电区漂移,18,晶体管的电流分配关系动画演示,19,发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。,基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。,输入回路,输出回路,20,定义,称为共基极直流电流放大系数，反映了发射区注入基区的电子被集电区收集的能力,21,各电极电流之间的关系,IE=IC+IB,22,晶体管共射极接法,原理图,电路图,23,定义,为共射极直流电流放大系数,当UCEUBE时，发射结正偏，集电结反偏，晶体管仍工作于放大状态。,24,各电极电流之间的关系,
5、ICEO称为穿透电流,25,或,的关系,由,一般情况,26,如果 UBE 0，那么IB 0，IC 0，IE 0,当输入回路电压,U BE=UBE+UBE,那么,I B=IB+IB,I C=IC+IC,I E=IE+IE,如果 UBE 0，那么IB 0，IC 0，IE 0,27,为共基极交流电流放大系数,为共射极交流电流放大系数,定义,与的关系,一般可以认为,28,uBE=ube+UBE,(2)放大原理,设输入信号ui=Uimsint V,那么,UCE=VCC ICRC,放大电路,29,a.在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。,可知,ui ibicicRc,b.交流信号的传递过程为,30,2
6、发射结正向偏置、集电结正向偏置饱和状态,(2)IC bIB，IB失去了对IC的 控制。,(1)UCEUBE，集电结正向偏。,饱和状态的特点,(3)集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为0.30.5V。,(4)饱和时集电极电流,31,(2)IC=ICBO,3发射结反向偏置、集电结反向偏置截止状态,截止状态的特点,(1)发射结反偏,(3)IB=ICBO,32,4发射结反向偏置、集电结正向偏置倒置状态,(1)集电区扩散到基区的多子较少,倒置状态的特点,(2)发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小,(3)管子的电流放大系数很小,33,晶体管工作状态的特点总结:,放大状态：发射结正偏，集电结反偏。
7、即：IC=IB,且 IC=IB,(2)饱和状态：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE，IBIC，UCE0.3V,(3)截止状态：发射结反偏，集电结反偏。UBE 死区电压，IB 0，IC0,34,双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，见下图。,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；,晶体管的三种组态,35,晶体管共射极接法的伏安特性曲线,1共射极输入特性,共射极输入特性,三
8、极管共射极接法,36,(1)输入特性是非线性的，有死区。,(2)当uBE不变，uCE从零增大 时，iB将减小。,输入特性的特点,(3)当uCE1V，输入特性曲线几乎重合在一起，即uCE对输入特性几乎无影响。,37,2共射极输出特性,输出特性曲线,饱和区,截止区,放大区,38,各区的特点,(1)饱和区,a.UCEUBE,b.ICIB,c.UCE增大，IC 增大,饱和区,39,(3)截止区,a.IB0,b.IC0,(2)放大区,a.UCEUBE,b.IC=IB,c.IC与UCE无关,饱和区,放大区,截止区,40,NPN管与PNP管的区别,iB、uBE、iC、iE、uCE的极性二者相反。,41,硅管
9、与锗管的主要区别,(3)锗管的ICBO比硅管大,42,晶体管的主要参数,1.直流参数,(3)集电极基极间反向饱和电流ICBO,(1)共基极直流电流放大系数,(2)共射极直流电流放大系数,(4)集电极发射极间穿透电流ICEO,43,2.交流参数,(1)共基极交流电流放大系数,(2)共射极交流电流放大系数,44,3.极限参数,(4)集电极最大允许电流ICM,(1)集电极开路时发射极基极间反向击穿 电压U(BR)EBO,(2)发射极开路时集电极基极间反向击穿 电压U(BR)CBO,(3)基极开路时集电极发射极间反向击穿 电压U(BR)CEO,45,(5)集电极最大允许功耗PCM,集电极电流iC流过三
10、极管，所发出的焦耳热为：,PC=iCuCE,必定导致结温上升，所以PC有限制。,PCPCM,等功耗线PCM=iCuCE,安全工作区,46,温度对管子参数的影响,1对的影响,2对ICBO的影响,3温度升高，管子的死区电压降低。,47,思 考 题,1.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？,2.晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？,3.晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与其工作在放大区时相同？,48,例题讲解,例1 如图所示各晶体管处于放大工作状态，已知各电极直流电位。试确定晶体管的类型（NPN/PNP、硅/锗），并说明x、y、z 代表的电极。,49,提示：（1）晶体管工作于放大状态的条件
11、：NPN管：VC VBVE，PNP管：VEVBVC；（2）导通电压：硅管|VBE|=0.60.7V，硅管|VBE|=0.20.3V，,50,例2 已知NPN型硅管T1 T4 各电极的直流电位如表所示，试确定各晶体管的工作状态。,提示：NPN管（1）放大状态：VBE Von,VCE VBE;（2）饱和状态：VBE Von,VCE VBE;（3）截止状态：VBE Von,放大,饱和,放大,截止,51,例3 如图所示电路中，晶体管为硅管，VCES=0.3V。求：当VI=0V、VI=1V 和VI=2V时VO=?,解：(1)VI=0V时，VBE Von，晶体管截止，IC=IB=0，VO=VCC=12V。,52,(3)VI=2V时：,(2)VI=1V时：,53,小结,1.晶体管的结构及类型（理解）2.晶体管的工作原理（理解）3.晶体管的三种组态（掌握）4.晶体管的共射特性曲线（掌握）5.晶体管的参数（掌握）,
