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1、第9章 二极管和晶体管,9.3 稳压管二极管,9.4 晶体管,9.2 二极管,9.1 半导体的导电特性,*9.5 光电器件,9.1 半导体的导电特性,半导体的导电特性：,光敏性：受光照后，其导电能力大大增强；,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强；,掺杂性：在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电 能力极大地增强；,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻),(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等),(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)。,9.1.1 本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,最常用的半导体是硅(Si)和 锗(Ge)。,晶体中
2、原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,本征半导体的导电机理：,价电子,空穴,自由电子,在常温下，由于热激发(温度升高或受光照),本征激发,带负电,带正电,载流子,自由电子,空穴,温度越高，晶体中产生的的自由电子越多。,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：(1)自由电子作定向运动 电子电流(2)价电子递补空穴 空穴电流,(2)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很弱。,注意：(1)本征半导体中存在数量相同的载流子。自由电子和空穴成对产生，又不断复合，在一定温度下，达到动态平衡。,(3)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也愈好。温度对半导体器件性能影响很大。,
3、9.1.2 N型半导体和 P 型半导体,多余电子,磷原子失去一个电子变为正离子,在常温下即可变为自由电子,一、N型半导体,在N 型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,掺入五价元素，如磷元素,(又称电子半导体),二、P型半导体,(又称空穴半导体),掺入三价元素，如硼元素,在P 型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子得到一个电子变为负离子,空穴,注意：无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,练习题：,1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,3.当温度升高时，少子的数
4、量（a.减少、b.不变、c.增多）。,a,b,c,4.在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是，N 型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）,b,a,9.1.3 PN结及其单向导电性,在N型(或P型)半导体局部再掺入浓度较大的三价(五价)杂质，使其变为P型(或N型)半导体。在P型半导体和N型半导体的交界面就形成PN结。,构成半导体器件的共同基础,P接正、N接负,结论：PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。,1.PN结加正向电压（正向偏置）,2.PN结加反向电压（反向偏置）,P接负、N接正,结论：PN 结加反向电压时，PN结变宽，反
5、向电阻很大，反向电流很小，PN结处于截止状态。,9.2 二极管,把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管、整流管和发光二极管等。,9.2.1 基本结构,特点：结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,特点：结面积大、结电容大，正向电流大。用于工频大电流整流电路。,符号：,9.2.2 伏安特性,特点：非线性,正向特性,死区电压,外加电压大于死区电压,二极管才能导通。,反向特性,反向电流在一定电压范围内保持常数。,反向击穿电压U(BR),外加电压大于反向击穿电压,二
6、极管被击穿，失去单向导电性。,9.2.3 主要参数,选择管子的依据,1.最大整流电流 IOM,指二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.反向工作峰值电压URWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。,3.反向峰值电流 IRM,指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。,反向电流大，说明管子的单向导电性差，受温度的影响大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大。,9.2.4 二极管电路分析举例,*定性分析：判断二极管的工作状态,导通截止,*分析方法：将二极管断开，分析二极管阳极和阴极电位的高低或二极管两端电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD 0(正向偏置)，二极管导通
7、,若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，相当于短路；反向截止时二极管相当于断开。,若 V阳 V阴或 UD 0(反向偏置)，二极管截止,例1：,电路如图所示，求：UAB。,解：断开二极管，取 B 点作参考点，分析二极管阳极和阴极的电位。,V阳=6 VV阴=12 V,V阳V阴，二极管导通。,若忽略管压降，则UAB=6V。否则，UAB=6.3或 6.7V。,此例中，二极管起钳位作用。,例2：,已知：ui=18sint V，二极管是理想的，试画出 uo 波形。,解：断开二极管，选取参考点，分析二极管阳极和阴极的电位。,V阳=ui，V阴=8V,当ui 8V，二极管导通，uo=8V当ui 8V，二极
8、管截止，uo=ui,此例中，二极管起限幅作用。,例3：,电路如图所示，求：输出端Y点的电位VY。,解：断开二极管，则,V A阳=+3V，V A阴=12V,UDA=+3V(12V)=15V,V B阳=0V，V B阴=12V,UDB=0(12V)=12V,UDA UDB,DA优先导通，DB截止。,若二极管的正向压降为0.3V，则VY=2.7 V。,此例中，DA起钳位作用；DB起隔离作用。,门电路(或门),练习题：,1、电路如图所示，二极管为理想二极管。则Uo 为（）。(a)-12V(b)-9V(c)-3V,2、电路如图所示，二极管为理想二极管。则Uo 为（）。(a)4V(b)1V(c)10V,b,
9、b,9.3 稳压二极管,稳压管是一种特殊的面接触型的半导体硅二极管。,一、符号,二、伏安特性,(二极管),(稳压管),稳压管正常工作时加反向电压,UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,稳压管工作在反向击穿区。,稳压原理：IZ大UZ小,使用时要加限流电阻。,三、主要参数,1、稳定电压UZ 稳压管在正常工作下管子两端的电压。,2、电压温度系数 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。,3、动态电阻,4、稳定电流 IZ、最大稳定电流 IZM,5、最大允许耗散功率PZM：PZM=UZ IZM,rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,四、稳压电路,稳压管必须与负载并联。,Uo=UZ,限流电阻,例1 如图所示电路
10、，已知Ui=20V，R=1k，RL=2k，稳压管的UZ=10V，IZM=8mA。求电流IR、IZ和IL。,解:,例2：,用两只UZ=6V、正向压降为0.6V的稳压二极管和限流电阻可以组成几种不同输出电压的电路？,解：,9.4 晶体管,基极,发射极,集电极,NPN型三极管,9.4.1 基本结构,符号：,大功率低频三极管,小功率高频三极管,中功率低频三极管,目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)。按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。,9.4.2 电流分配和放大原理,1.三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,从电
11、位的角度看：,VB VE,VC VB,VB VE,VC VB,2.各电极电流关系及电流放大作用,结论：(1)IE=IB+IC(2)IC IB，IC IE(3)IC IB,基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大的变化,晶体管的电流放大作用,晶体管属于电流控制器件。,晶体管的电流实际方向和发射结、集电结的实际极性,NPN型三极管,UBE 0，UCE 0,PNP型三极管,UBE 0，UCE 0,9.4.3 特性曲线,用来表示晶体管各极电压与电流的之间相互关系曲线。反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,重点讨论共射极放大电路。,输入回路,输出回路,1.输入特性,特点:非线性,死区电压硅管0.5
12、V锗管0.1V,正常工作时发射结电压：NPN型硅管 UBE 0.6 0.7VPNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,2.输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1)放大区,IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。,发射结正偏、集电结反偏。,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。UCEUCC,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1
13、V。,9.4.4 主要参数,直流电流放大系数：,交流电流放大系数：,当晶体管接成发射极电路时，,注意：和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且 ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,1、电流放大系数，,例：在UCE=6 V时，在 Q1 点IB=40A,IC=1.5mA；在 Q2 点IB=60 A,IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：=。,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,2、集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBO,3.集-射极反向截止电流(穿透电流
14、)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO。ICEO越小越好。,4、集电极最大允许电流 ICM,5、集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC 上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。,6、集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM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。PC PCM=IC UCE,晶体管的安全工作区,ICUCE=PCM,安全工作区,例1:,放大电路中三极管3个电极的电位为下列各组数据，试确定各点为对应的电极和三极管的类型。（是PNP管还是
15、NPN管，是硅管还是锗管？）（1）5V，1.2V，0.5V（2）6V，5.8V，1V,(1)UBE=0.7V 硅管，NPN型 VC=5V，VB=1.2V，VE=0.5V,解:,*一般先设法确定B、E极，再确定C极。,(2)UBE=0.2V 锗管，PNP型 VC=1V，VB=5.8V，VE=6V,练习题：,1、用直流电压表测得工作在放大区的某晶体管三个极1，2，3的电位分别为：V1=2V，V2=6V，V3=2.7V，则（）。(a)1为发射极 E，2 为基极 B，3 为集电极 C(b)1为发射极 E，2 为集电极 C，3 为基极 B(c)1为基极B，2 为发射极 E，3 为集电极 C,b,2、晶体管参数受温度影响较大，当温度升高时，晶体管的，ICBO，UBE 的变化情况为（）。(a)增大，ICBO 和UBE 减小(b)和 ICBO 增大，UBE 减小(c)和 UBE 减小，ICBO 增大,b,3、对某电路中一个NPN型硅管测试，测得UBE 0，则此管工作在（）。(a)放大区(b)饱和区(c)截止区,c,本章学习结束，希望同学们对本章内容予以重视，因为这是电子技术中基础的基础。Goodbye!,
