第6章二極管和晶體管學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第6章二極管和晶體管章二極管和晶體管第一頁(yè)，共94頁(yè)。6.1 6.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 在物理學(xué)中。根據(jù)(gnj)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。凡容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如金、銀、銅、鋁、鐵等金屬物質(zhì)）稱為導(dǎo)體；不容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如玻璃、橡膠、塑料、陶瓷等）稱為絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)（如硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等）稱為半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂袩崦粜?、光敏性、摻雜性等特殊性能。 第1頁(yè)/共93頁(yè)第二頁(yè)，共94頁(yè)。6.1 6.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 典型的半導(dǎo)體是硅典型的半導(dǎo)體是硅SiSi和

2、鍺和鍺GeGe，它們，它們(t men)(t men)都是都是4 4價(jià)元素。價(jià)元素。sisi硅原硅原子子Ge鍺原鍺原子子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子的四個(gè)電子(dinz)稱稱為價(jià)電子為價(jià)電子(dinz)。第2頁(yè)/共93頁(yè)第三頁(yè)，共94頁(yè)。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)(jigu)束縛電子束縛電子在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自由電子為自由電子(z yu din z)，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。很弱，接近絕緣體。一. 本征半導(dǎo)體

3、本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料(cilio)的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。第3頁(yè)/共93頁(yè)第四頁(yè)，共94頁(yè)。 這一現(xiàn)象稱為(chn wi)本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束到光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，縛電子能量增高，有的電子可以掙脫有的電子可以掙脫原子核的束縛，而原子核的束縛，而參與參與(cny)導(dǎo)電，導(dǎo)電，成為自由電子。成為自由電子。自由電子自由電子(z yu din z)+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出

4、現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空穴空穴。 動(dòng)畫演示熱激發(fā)第4頁(yè)/共93頁(yè)第五頁(yè)，共94頁(yè)。 可見(jiàn)本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 外加能量(nngling)越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。 動(dòng)畫演示(ynsh)：兩種載流子 與本征激發(fā)與本征激發(fā)(jf)相反相反的現(xiàn)象的現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。度一定。常溫常溫300K時(shí)：時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度電子空穴對(duì)的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4

5、+4+4+4空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)第5頁(yè)/共93頁(yè)第六頁(yè)，共94頁(yè)。自由電子自由電子(z yu din z) (z yu din z) 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流(dinli)(dinli)載流子載流子空穴空穴(kn(kn xu) xu) 帶正電荷帶正電荷 空穴空穴(kn(kn xu) xu)流流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制導(dǎo)電機(jī)制第6頁(yè)/共93頁(yè)第七頁(yè)，共94頁(yè)。二二. . 雜質(zhì)雜質(zhì)

6、(zzh)(zzh)半導(dǎo)體半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)(zzh)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)(zzh)半導(dǎo)體。1.1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如(lr)磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。 第7頁(yè)/共93頁(yè)第八頁(yè)，共94頁(yè)。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余多余(duy)電子電子磷原子磷原子(yunz)硅原子硅原子(yunz)多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)第8頁(yè)/共93頁(yè)第九頁(yè)，共94頁(yè)。 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)(zzh)元素，如硼、鎵等。元素，如硼、

7、鎵等?？昭昭?kn xu)硼原硼原子子(yunz)硅原子硅原子多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)2.2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體第9頁(yè)/共93頁(yè)第十頁(yè)，共94頁(yè)。雜質(zhì)雜質(zhì)(zzh)半導(dǎo)體的示意圖半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體多子多子(du z)電子電子少子少子(sho z)空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與溫度無(wú)關(guān)與溫度無(wú)關(guān)第10頁(yè)/共93頁(yè)第十一頁(yè)，共94頁(yè)。內(nèi)電場(chǎng)E因多子因多子(du (du z)z)濃度差濃度差形成形成(xngchng)(x

8、ngchng)內(nèi)內(nèi)電場(chǎng)電場(chǎng)多子多子(du z)(du z)的擴(kuò)的擴(kuò)散散空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層三三. . PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 第11頁(yè)/共93頁(yè)第十二頁(yè)，共94頁(yè)。少子飄少子飄移移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)多子擴(kuò)散散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場(chǎng)E多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡耗盡層層

9、動(dòng)態(tài)平衡：動(dòng)態(tài)平衡：擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)電流電流 漂移電流漂移電流 總電流總電流(dinli)0勢(shì)壘勢(shì)壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V第12頁(yè)/共93頁(yè)第十三頁(yè)，共94頁(yè)。2. PN結(jié)的單向結(jié)的單向(dn xin)導(dǎo)電性導(dǎo)電性(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源電源(dinyun)正極接正極接P區(qū)，負(fù)極區(qū)，負(fù)極接接N區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向外電場(chǎng)的方向(fngxing)(fngxing)與內(nèi)電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向(fngxing)(fngxing)相反。相反。 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變窄耗盡層變窄擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I

10、 I F F正向電流正向電流第13頁(yè)/共93頁(yè)第十四頁(yè)，共94頁(yè)。(2) 加反向電壓加反向電壓(diny)電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)(din chng)(din chng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)(din (din chng)chng)方向相同。方向相同。 外電場(chǎng)外電場(chǎng)(din chng)(din chng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)(din chng)(din chng)耗盡層變寬耗盡層變寬漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)(yndng)擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(yndng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場(chǎng)+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在

11、一定的溫度下，由本征在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故的，故IR基本上與外加反壓基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)，所以稱為的大小無(wú)關(guān)，所以稱為反向反向飽和電流飽和電流。但。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 第14頁(yè)/共93頁(yè)第十五頁(yè)，共94頁(yè)。 PN PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)(chngxin)(chngxin)低電阻，低電阻， PNPN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)向漂移電流，呈現(xiàn)(chngxin)(chngxin)高電阻，

12、高電阻， PNPN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dǎo)電性。第15頁(yè)/共93頁(yè)第十六頁(yè)，共94頁(yè)。3. PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性(txng)曲線及表達(dá)式曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)(tudo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F（多子（多子(du z)擴(kuò)散）擴(kuò)散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆第16頁(yè)/共93頁(yè)第十七頁(yè)，共94頁(yè)。) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論(lln)分析：u 為為PN結(jié)兩端結(jié)兩端(lin dun)

13、的電壓降的電壓降i 為流過(guò)為流過(guò)PN結(jié)的電流結(jié)的電流(dinli)IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量稱為溫度的電壓當(dāng)量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 對(duì)于室溫（相當(dāng)對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300 K）則有則有UT=26 mV。當(dāng)當(dāng) u0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi第17頁(yè)/共93頁(yè)第十八頁(yè)，共94頁(yè)。4. PN結(jié)的電容結(jié)的電容(dinrng)效應(yīng)效應(yīng) 當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的

14、寬度要相應(yīng)地隨之改變，即隨之改變，即PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷結(jié)中存儲(chǔ)的電荷(dinh)量要隨之量要隨之變化，就像電容充放電一樣。變化，就像電容充放電一樣。 (1) 勢(shì)壘電容(dinrng)CB第18頁(yè)/共93頁(yè)第十九頁(yè)，共94頁(yè)。(2) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD 當(dāng)外加正向電壓當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)結(jié)兩側(cè)堆積堆積(duj)的少子的少子的數(shù)量及濃度梯度的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程電容的充放電過(guò)程。電容效應(yīng)在交流電容效應(yīng)在交流(jioli)信號(hào)作用下才會(huì)明顯表信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)現(xiàn)出來(lái)極間電容（結(jié)電容）極間電容（結(jié)電容）第19頁(yè)/共93頁(yè)第二十頁(yè)，

15、共94頁(yè)。6.2 6.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線(ynxin)NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)符號(hào)符號(hào)(fho)陽(yáng)極陽(yáng)極+陰陰極極-第20頁(yè)/共93頁(yè)第二十一頁(yè)，共94頁(yè)。 二極管按結(jié)構(gòu)二極管按結(jié)構(gòu)(jigu)分三大類：分三大類：(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻(o pn)電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲第21頁(yè)/共93頁(yè)第二十二頁(yè)，共94頁(yè)。(3) 平面平面(pngmin)型二極管型二極管 用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻(o pn)整流和開(kāi)

16、關(guān)電路中。(2) 面接觸面接觸(jich)型二極管型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座第22頁(yè)/共93頁(yè)第二十三頁(yè)，共94頁(yè)。 一 、半導(dǎo)體二極管的VA特性(txng)曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向正向(zhn xin)特性特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向反向(fn xin)特性特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓擊穿電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V第23頁(yè)/共93頁(yè)第二十四頁(yè)，

17、共94頁(yè)。二二. 二極管的模型二極管的模型(mxng)及近似分及近似分析計(jì)算析計(jì)算例：例：IR10VE1kiuRLC線性器件線性器件Riu 第24頁(yè)/共93頁(yè)第二十五頁(yè)，共94頁(yè)。二極管的模型二極管的模型(mxng)DU串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)電壓源模型電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想理想(lxing)二極管模型二極管模型正偏正偏反偏反偏導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的二極管的VA特性特性iu0第25頁(yè)/共93頁(yè)第二十六頁(yè)，共94頁(yè)。二極管的近似二極管的近似(jn s)分析計(jì)分析計(jì)算算IR10VE1kIR10VE1k

18、例：例：串聯(lián)電壓串聯(lián)電壓(diny)源模型源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測(cè)量測(cè)量(cling)值值 9.32mA相對(duì)誤差相對(duì)誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對(duì)誤差相對(duì)誤差0000710032. 932. 9100.7V第26頁(yè)/共93頁(yè)第二十七頁(yè)，共94頁(yè)。例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸，輸入信號(hào)為入信號(hào)為ui。 (1)若若 ui為為4V的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型、理想二極管的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型、理想二極管

19、串聯(lián)電壓源模型計(jì)算串聯(lián)電壓源模型計(jì)算(j sun)電流電流I和輸出電壓和輸出電壓uo解：（解：（1）采用）采用(ciyng)理想模理想模型分析。型分析。 采用采用(ciyng)理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu第27頁(yè)/共93頁(yè)第二十八頁(yè)，共94頁(yè)。（2）如果）如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所示）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)

20、電壓源模型分析析(fnx)電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：采用理想解：采用理想(lxing)二極管二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot第28頁(yè)/共93頁(yè)第二十九頁(yè)，共94頁(yè)。02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用采用(ciyng)理想二極理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖所示。波形如圖所示。+-+UIuREFRiuO第29頁(yè)/共93頁(yè)第三十頁(yè)，共94頁(yè)。第30頁(yè)/共93頁(yè)第三十一頁(yè)，共94頁(yè)。第31頁(yè)/共93頁(yè)第三十二頁(yè)，共94頁(yè)。UA（V）UB（V）

21、 D1 D2UO（V） 0 0導(dǎo)通導(dǎo)通 0.7 0 3導(dǎo)通截止 0.7 3 0截止導(dǎo)通 0.7 3 3導(dǎo)通導(dǎo)通 3.7總結(jié)(zngji)成表：第32頁(yè)/共93頁(yè)第三十三頁(yè)，共94頁(yè)。第33頁(yè)/共93頁(yè)第三十四頁(yè)，共94頁(yè)。第34頁(yè)/共93頁(yè)第三十五頁(yè)，共94頁(yè)。第35頁(yè)/共93頁(yè)第三十六頁(yè)，共94頁(yè)。第36頁(yè)/共93頁(yè)第三十七頁(yè)，共94頁(yè)。第37頁(yè)/共93頁(yè)第三十八頁(yè)，共94頁(yè)。第38頁(yè)/共93頁(yè)第三十九頁(yè)，共94頁(yè)。第39頁(yè)/共93頁(yè)第四十頁(yè)，共94頁(yè)。第40頁(yè)/共93頁(yè)第四十一頁(yè)，共94頁(yè)。第41頁(yè)/共93頁(yè)第四十二頁(yè)，共94頁(yè)。第42頁(yè)/共93頁(yè)第四十三頁(yè)，共94頁(yè)。第43頁(yè)/共93頁(yè)第

22、四十四頁(yè)，共94頁(yè)。三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流(zhngli)電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許作時(shí)，允許(ynx)通過(guò)二通過(guò)二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向反向(fn xin)擊穿電壓擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。一般為最大反。一般為最大反向工作電壓向工作電壓UR的一半。的一半。 (3) 反向電流反向電流I IR R 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下

23、的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安級(jí)；鍺二極管在微安( A)級(jí)。級(jí)。 (4) 最高工作頻率最高工作頻率f fM Mf fM M主要由主要由PN結(jié)電容的大小決定結(jié)電容的大小決定，f fM M結(jié)電容愈大就越低結(jié)電容愈大就越低。第44頁(yè)/共93頁(yè)第四十五頁(yè)，共94頁(yè)。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿反向擊穿(j chun)狀狀態(tài)下態(tài)下,工作電流工作電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變之間變化時(shí)化時(shí),其兩端電壓近其兩端電壓近似為常數(shù)似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定(wndng)電壓電壓四、穩(wěn)壓四、穩(wěn)壓(wn y)二極管二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)

24、的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻第45頁(yè)/共93頁(yè)第四十六頁(yè)，共94頁(yè)。 穩(wěn)壓二極管的主要(zhyo) 參數(shù) (1) 穩(wěn)定(wndng)電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)(dngti)電阻電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 rZ = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿

25、所對(duì)應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過(guò)超過(guò)Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax第46頁(yè)/共93頁(yè)第四十七頁(yè)，共94頁(yè)。00u100UTu第47頁(yè)/共93頁(yè)第四十八頁(yè)，共94頁(yè)。穩(wěn)壓穩(wěn)壓(wn y)二極管的應(yīng)用舉二極管的應(yīng)用舉例例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):2kLR負(fù)載電阻負(fù)載電阻 。解：令輸入解：令輸入(shr)電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流

26、為的電流為Izmax 。求：電阻求：電阻R和輸入和輸入(shr)電壓電壓 ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程1 要求要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變?；静蛔儭５?8頁(yè)/共93頁(yè)第四十九頁(yè)，共94頁(yè)。令輸入電壓降到下限令輸入電壓降到下限(xixin)時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為管的電流為Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程(fngchng)2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程聯(lián)立方程(lin l fn chn)1、2，

27、可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui第49頁(yè)/共93頁(yè)第五十頁(yè)，共94頁(yè)。第50頁(yè)/共93頁(yè)第五十一頁(yè)，共94頁(yè)。minminminmaxminmaxmax3min3(5 25)60.01106005 101525 10351064426715 10411435 10RDZLDZZLLRDZLRDZLRIZRRRRIIIImAUIAmARIIImAIIImAUUUVURIURI解：第51頁(yè)/共93頁(yè)第五十二頁(yè)，共94頁(yè)。 BJTPN第52頁(yè)/共93頁(yè)第五十三頁(yè)，共94頁(yè)。NPN型PNP型符號(hào)符號(hào)(fho):-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)(jigu)特點(diǎn)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度

28、集電區(qū)摻雜濃度。）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極第53頁(yè)/共93頁(yè)第五十四頁(yè)，共94頁(yè)。若在放大工作若在放大工作(gngzu)狀態(tài)：狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保證UCB=UCE - UBE 0共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū)第54頁(yè)/共93頁(yè)第五十五頁(yè)，共94頁(yè)。略。略。 所以所以(suy)發(fā)射極電流發(fā)射極電流

29、I E I EN 。形成形成IBN。所。所以基極電流以基極電流I B I BN 。大部分到達(dá)大部分到達(dá)(dod)了集了集電區(qū)的邊緣。電區(qū)的邊緣。1BJT內(nèi)部的載流子傳輸內(nèi)部的載流子傳輸(chun sh)過(guò)過(guò)程程第55頁(yè)/共93頁(yè)第五十六頁(yè)，共94頁(yè)。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI 另外，集電結(jié)區(qū)的另外，集電結(jié)區(qū)的少子少子(sho z)形成形成漂移電流漂移電流ICBO。第56頁(yè)/共93頁(yè)第五十七頁(yè)，共94頁(yè)。IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義定義(dngy)：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC與與I E

30、之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.90.990.99。 第57頁(yè)/共93頁(yè)第五十八頁(yè)，共94頁(yè)。(2)IC與與I B之間的關(guān)系之間的關(guān)系(gun x)：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下聯(lián)立以下(yxi)(yxi)兩式兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得得： 1令令：CBOCEO11II BI第58頁(yè)/共93頁(yè)第五十九頁(yè)，共94頁(yè)。三三. BJT. BJT的特性的特性(txng)(txng)曲線（共發(fā)射極接法

31、）曲線（共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性輸入特性(txng)(txng)曲線曲線 iB=f(uBE)iB=f(uBE) uCE=const uCE=const（3）uCE 1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。（2）當(dāng)）當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V第59頁(yè)/共93頁(yè)第

32、六十頁(yè)，共94頁(yè)。（1）當(dāng)）當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無(wú)收集時(shí)，因集電極無(wú)收集(shuj)作用，作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，收后，收集電子的能力足夠強(qiáng)集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收的電子都被集電極收集，形成集，形成iC。所以。所以u(píng)CE再增加，再增加，iC基本保持不基本保持不變。變。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 第60頁(yè)/共93頁(yè)第六十一頁(yè)，共94頁(yè)。飽和飽和(boh)區(qū)區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正

33、偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下的曲線的下方方(xi fn)。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行等曲線基本平行等 距。距。 此時(shí)，發(fā)此時(shí)，發(fā) 射結(jié)正偏，集電射結(jié)正偏，集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII 飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第61頁(yè)/共93頁(yè)第六十二頁(yè)，共94頁(yè)。（2 2）共基極電流）共基極電流(dinli)(dinli)放大系放大系數(shù)：數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=8

34、0uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般一般(ybn)取取20200之之間間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii（1 1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：第62頁(yè)/共93頁(yè)第六十三頁(yè)，共94頁(yè)。 （2）集電極發(fā)射極間的）集電極發(fā)射極間的穿透電流穿透電流(dinli)ICEO 基極開(kāi)路時(shí)，集電極到基極開(kāi)路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流發(fā)射極間的電流(dinli)穿透電流穿透電流(dinli) 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 （1）集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向

35、電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個(gè)(y )PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：I CBO為微安數(shù)量級(jí)， 硅管：I CBO為納安數(shù)量級(jí)。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO第63頁(yè)/共93頁(yè)第六十四頁(yè)，共94頁(yè)。（1）集電極最大允許）集電極最大允許(ynx)電流電流ICM（2）集電極最大允許）集電極最大允許功率損耗功率損耗PCM 集電極電流通過(guò)集電集電極電流通過(guò)集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PC= ICUCE PCM PCM第64頁(yè)/共93頁(yè)第六十五頁(yè)，共94頁(yè)。 U（BR）EBO集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓(diny)。其值一般幾伏十幾伏。

36、 U（BR）CBO發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓(diny)。其值一般為幾十伏幾百伏。 U（BR）CEO基極開(kāi)路時(shí)基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。許的最大反向電壓。 在實(shí)際使用時(shí)，還有在實(shí)際使用時(shí)，還有U（BR）CER、U（BR）CES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU第65頁(yè)/共93頁(yè)第六十六頁(yè)，共94頁(yè)。4.特征頻率Tf 晶體管中的PN結(jié)的結(jié)電容效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致值下降， 為下降至1時(shí)所對(duì)應(yīng)(duyng)的頻率。Tf 最大集電極功率損耗PCM、ICM和擊穿電壓 U(BR)CEO，在輸出特性曲線上還可

37、以(ky)確定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)，見(jiàn)下圖。 第66頁(yè)/共93頁(yè)第六十七頁(yè)，共94頁(yè)。第67頁(yè)/共93頁(yè)第六十八頁(yè)，共94頁(yè)。第68頁(yè)/共93頁(yè)第六十九頁(yè)，共94頁(yè)。第69頁(yè)/共93頁(yè)第七十頁(yè)，共94頁(yè)。第70頁(yè)/共93頁(yè)第七十一頁(yè)，共94頁(yè)。第71頁(yè)/共93頁(yè)第七十二頁(yè)，共94頁(yè)。第72頁(yè)/共93頁(yè)第七十三頁(yè)，共94頁(yè)。第73頁(yè)/共93頁(yè)第七十四頁(yè)，共94頁(yè)。22212122121111IZIZUIZIZU22212122121111UYUYIUYUYI22212122121111UhIhIUhIhU第74頁(yè)/共93頁(yè)第七十五頁(yè)，共94頁(yè)。22212122121111UhIhIUhIh

38、U饋系數(shù)是輸入開(kāi)路時(shí)的電壓反抗是輸出短路時(shí)的輸入阻021120111112IUUUhIUh第75頁(yè)/共93頁(yè)第七十六頁(yè)，共94頁(yè)。22212122121111UhIhIUhIhU納是輸入開(kāi)路時(shí)的輸出導(dǎo)大倍數(shù)是輸出短路時(shí)的電流放022220122112IUUIhIIh第76頁(yè)/共93頁(yè)第七十七頁(yè)，共94頁(yè)。),(),(CEBCCEBBEuifiuifu輸出特性為：輸入特性為：第77頁(yè)/共93頁(yè)第七十八頁(yè)，共94頁(yè)。CEiCECBuBCCCEiCEBEBuBBEBEduuidiiididuuudiiuduBCEBCE),(),(CEBCCEBBEuifiuifu第78頁(yè)/共93頁(yè)第七十九頁(yè)，共94

39、頁(yè)。,CEBCEBCEBCEBB EB EB EBCEBCEuiCCCBCEBCEuiB EB Ei ereBCEuiCCfeoeBCEuiuududiduiuiidididuiuuuhhiuiihhiu令 ：第79頁(yè)/共93頁(yè)第八十頁(yè)，共94頁(yè)。BEi eBr eCECf eBoeCEduh dih dudih dih duCEiCECBuBCCCEiCEBEBuBBEBEduuidiiididuuudiiuduBCEBCE第80頁(yè)/共93頁(yè)第八十一頁(yè)，共94頁(yè)。,cCQCceCEQCEbBQBbeBEQBEiIiuUuiIiuUu因?yàn)椋憾⒎?wi fn)表示交流量，上式變?yōu)閎ei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第81頁(yè)/共93頁(yè)第八十二頁(yè)，共94頁(yè)。irfobbeceeecbceeeUh Ih UIh Ih Uirfobee becece beceuh ih uih ih u第82頁(yè)/共93頁(yè)第八十三頁(yè)，共94頁(yè)。bei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第83頁(yè)/共93頁(yè)第八十四頁(yè)，共94頁(yè)。bei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第84頁(yè)/共93頁(yè)第八十五頁(yè)，共94頁(yè)。bei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第85頁(yè)/共93頁(yè)第八十六