半導(dǎo)體二極管和晶體管學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1半導(dǎo)體二極管和晶體管半導(dǎo)體二極管和晶體管第一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-232ecb發(fā)射極發(fā)射極基極基極(j j)集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電集電區(qū)區(qū)NPNcbeNPN(a) NPN管的原理管的原理(yunl)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖示意圖(b) 電路符號(hào)電路符號(hào)（base） （collector ）（emitter）符號(hào)中發(fā)射極上的符號(hào)中發(fā)射極上的箭頭方向，箭頭方向，表示表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流向。發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流向。晶體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。晶體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。它有兩種類(lèi)型它有兩種類(lèi)型:NPN型和型和PNP型。型。第1頁(yè)/共38頁(yè)第二

2、頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-233晶體管的結(jié)構(gòu)(jigu)第2頁(yè)/共38頁(yè)第三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-234PNPcbe(b) 電路電路(dinl)符號(hào)符號(hào)(a) PNP型三極管的原理型三極管的原理(yunl)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號(hào)符號(hào)(fho)中發(fā)射極上的箭頭方向，表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流向。中發(fā)射極上的箭頭方向，表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流向。第3頁(yè)/共38頁(yè)第四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-235P集電極基極發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)(a)NPNcebPNPcebb基區(qū)ec(b)N襯底N型外延PNcebSiO2絕緣層集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)集電區(qū)(c)NN圖：平面圖：平面(pngmin)管結(jié)構(gòu)剖面

3、圖管結(jié)構(gòu)剖面圖結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)特特點(diǎn)點(diǎn)1、三區(qū)兩結(jié)、三區(qū)兩結(jié)2、基區(qū)很薄、基區(qū)很薄3、e區(qū)重?fù)诫s區(qū)重?fù)诫s c區(qū)輕摻雜區(qū)輕摻雜 b區(qū)摻雜最輕區(qū)摻雜最輕4、集電區(qū)的面積、集電區(qū)的面積(min j)則比發(fā)射區(qū)做得大，則比發(fā)射區(qū)做得大，這是三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。這是三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。第4頁(yè)/共38頁(yè)第五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-236BJT BJT 處于放大狀態(tài)的條件：處于放大狀態(tài)的條件：內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)重?fù)诫s發(fā)射區(qū)重?fù)诫s( (故管子故管子(gun zi)e(gun zi)e、 c c極不能互換極不能互換) )基區(qū)很薄基區(qū)很薄( (幾個(gè)幾個(gè)m)m)集電結(jié)面積大集電結(jié)

4、面積大外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏第5頁(yè)/共38頁(yè)第六頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-237對(duì)晶體管對(duì)晶體管 發(fā)射區(qū)的作用是：向基區(qū)注入載流子；發(fā)射區(qū)的作用是：向基區(qū)注入載流子； 基區(qū)的作用是：傳送和控制載流子；基區(qū)的作用是：傳送和控制載流子； 集電區(qū)的作用是：收集載流子。集電區(qū)的作用是：收集載流子。管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)情況管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)情況(qngkung)如下圖所示。如下圖所示。第6頁(yè)/共38頁(yè)第七頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2382.電子在基區(qū)中的擴(kuò)散電子在基區(qū)中的擴(kuò)散(kusn)與復(fù)合與復(fù)合3.集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)(gu li)的電子的電子另外

5、另外, ,基區(qū)集電區(qū)本身存在的少子，基區(qū)集電區(qū)本身存在的少子，在集電結(jié)上存在漂移在集電結(jié)上存在漂移(pio y)(pio y)運(yùn)動(dòng)，由此形成電流運(yùn)動(dòng)，由此形成電流ICBOICBO三極管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱(chēng)此種三極管三極管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱(chēng)此種三極管為雙極型三極管，記為為雙極型三極管，記為BJT1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子第7頁(yè)/共38頁(yè)第八頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-239 對(duì)對(duì) NPN管管UC UB UE UC UEUB對(duì)對(duì) PNP管管 要求要求(yoqi) UC UB UE UC UEUB第8頁(yè)/共38頁(yè)第九頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2310IEP :基

6、區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散(kusn)所形成的空穴電流(很小):集電區(qū)與基區(qū)之間的漂移(pio y)運(yùn)動(dòng)所形成的電流(很小)CBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN晶體管三個(gè)電極上的電流與內(nèi)部晶體管三個(gè)電極上的電流與內(nèi)部載流子傳輸形成的電流之間有如下關(guān)系：載流子傳輸形成的電流之間有如下關(guān)系：EENEPBNCNEPBBNEPCBOCCNCBOIIIIIIIIIIIII第9頁(yè)/共38頁(yè)第十頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2311ceIENPNIBbIBNIENICNICBOICCBII 第10頁(yè)/共38頁(yè)第十一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-23121 1、直流電

7、流放大系數(shù)、直流電流放大系數(shù)共射極直流電流共射極直流電流(dinli)放大系數(shù)放大系數(shù) 反映擴(kuò)散到反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流集電區(qū)的電流(dinli)ICN與基區(qū)復(fù)合電流與基區(qū)復(fù)合電流(dinli)IBN之間的比例關(guān)系，之間的比例關(guān)系， CBII 一般(ybn)20020CBOBCBOCBNCNIIIIII含義：基區(qū)每復(fù)合含義：基區(qū)每復(fù)合(fh)一個(gè)電子，就有一個(gè)電子，就有 個(gè)電子擴(kuò)散到集電區(qū)去。個(gè)電子擴(kuò)散到集電區(qū)去。 若忽略若忽略 ICBO , 則則第11頁(yè)/共38頁(yè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-23132、共射交流(jioli)放大系數(shù)BCii常認(rèn)為常認(rèn)為(rnwi)：第12頁(yè)/共38頁(yè)第

8、十三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2314 晶體管伏安特性曲線是描述晶體管各極晶體管伏安特性曲線是描述晶體管各極電流與極間電壓關(guān)系的曲線，它對(duì)于了解晶電流與極間電壓關(guān)系的曲線，它對(duì)于了解晶體管的導(dǎo)電特性非常有用。晶體管有三個(gè)電體管的導(dǎo)電特性非常有用。晶體管有三個(gè)電極，通常用其中兩個(gè)分別作輸入、輸出端，極，通常用其中兩個(gè)分別作輸入、輸出端，第三個(gè)作公共端，這樣第三個(gè)作公共端，這樣(zhyng)可以構(gòu)成輸可以構(gòu)成輸入和輸出兩個(gè)回路。實(shí)際中，有下圖所示的入和輸出兩個(gè)回路。實(shí)際中，有下圖所示的三種基本接法三種基本接法(組態(tài)組態(tài))，分別稱(chēng)為共發(fā)射極、共，分別稱(chēng)為共發(fā)射極、共集電極和共基極接法。其中，共發(fā)射

9、極接法集電極和共基極接法。其中，共發(fā)射極接法更具代表性，所以我們主要討論共發(fā)射極伏更具代表性，所以我們主要討論共發(fā)射極伏安特性曲線。安特性曲線。 第13頁(yè)/共38頁(yè)第十四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2315icebiBC輸出回路輸入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共發(fā)射極(b)共集電極(c)共基極 晶體管的三種晶體管的三種(sn zhn)基本接法（組態(tài)）基本接法（組態(tài)）晶體管在電路中的連接方式晶體管在電路中的連接方式第14頁(yè)/共38頁(yè)第十五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2316晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線特性曲線特性曲線(qxin)是指各是指各電極之間的電電極之間的電壓與電流之間壓與電

10、流之間的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線(qxin)概概念念(ginin)輸入特性輸入特性(txng)曲線曲線輸出特性曲線輸出特性曲線第15頁(yè)/共38頁(yè)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2317AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE第16頁(yè)/共38頁(yè)第十七頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2318常數(shù)CEuBEBufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 它是指一定集電極和發(fā)射極電壓UCE下，三極管的基極(j j)電流IB與發(fā)射結(jié)電壓UBE之間的關(guān)系曲線。第17頁(yè)/共38頁(yè)第十八頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2319iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1c

11、ICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)，晶體管相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)時(shí)，晶體管相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)(bnglin)二極管，二極管，i B 很大，很大，曲線明顯左移。曲線明顯左移。(2) 1 uCE 0時(shí)，時(shí)，uCE，曲線右移，特別工作，曲線右移，特別工作(gngzu)在飽和區(qū)時(shí)，移動(dòng)量更大。在飽和區(qū)時(shí)，移動(dòng)量更大。（3）當(dāng)）當(dāng) vCE1V以后，由于集電結(jié)的反偏電壓可以在單位時(shí)間以后，由于集電結(jié)的反偏電壓可以在單位時(shí)間(shjin)內(nèi)將所有到達(dá)集電結(jié)邊上的載流子拉到集電極，故內(nèi)將所有到達(dá)集電結(jié)邊上的載流子拉到集電極，故iC不隨不隨vCE變化，所以同樣的變化，

12、所以同樣的vBE下的下的 iB不變，特性曲線幾乎重疊。不變，特性曲線幾乎重疊。第18頁(yè)/共38頁(yè)第十九頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2320常數(shù)BiCECufi 典型的共射輸出特性曲線如圖所示。由圖可見(jiàn)(kjin)，輸出特性可以劃分為三個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)于三種工作狀態(tài)?，F(xiàn)分別討論如下。 第19頁(yè)/共38頁(yè)第二十頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2321 共射輸出特性曲線uCE/V5101501234截止區(qū)截止區(qū)IB40A30A20A10A0AiBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/mAuCEuBE飽和區(qū)飽和區(qū)第20頁(yè)/共38頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2322常數(shù)CEuBCII在數(shù)值在數(shù)值(shz)上近似等

13、上近似等于于問(wèn)題：?jiǎn)栴}：特性圖中特性圖中=？=100uCE/ V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 第21頁(yè)/共38頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2323uCE/ V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 即：即： iC 僅決定僅決定(judng)于于iB ，與，與輸出環(huán)路的外電路無(wú)關(guān)。輸出環(huán)路的外電路無(wú)關(guān)。 第22頁(yè)/共38頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2324臨界臨

14、界(ln ji)飽和：飽和：uCE=uBE，uCB=0(集集電結(jié)零偏電結(jié)零偏)uCE/ V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/ m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 第23頁(yè)/共38頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2325IcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1（1） iB一定時(shí)，一定時(shí)，iC比放大時(shí)要小比放大時(shí)要小 三極管的電流放大能力下降，通常有三極管的電流放大能力下降，通常有iCiB（2）uCE 一定時(shí)一定時(shí)iB增大增大(zn d)，iC基本不變基本不變圖2-6 飽和(boh)區(qū)

15、載流子運(yùn)動(dòng)情況uCE/V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iB ICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 第24頁(yè)/共38頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2326（3）三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類(lèi)似(li s)于一個(gè)開(kāi)關(guān)“導(dǎo)通”。uCE/ V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/ m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 第25頁(yè)/共38頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2327iB =-iCBO （此時(shí)（此時(shí)iE =0 ）以下）以下(yxi)稱(chēng)

16、為截止區(qū)。稱(chēng)為截止區(qū)。 工程上認(rèn)為：工程上認(rèn)為：iB =0 以下以下(yxi)即為截止區(qū)。即為截止區(qū)。uCE/ V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/ m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 第26頁(yè)/共38頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2328ciCeiENPNiBRCUCCUBBRBICBO15VbIEBO圖2-7 截止(jizh)區(qū)載流子運(yùn)動(dòng)情況若不計(jì)穿透電流若不計(jì)穿透電流(dinli)ICEO，有，有iB、iC近似為近似為0；三個(gè)電極的電流三個(gè)電極的電流(dinli)都很小，三都很小，三極管類(lèi)似于一個(gè)開(kāi)極管類(lèi)似

17、于一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)“斷開(kāi)斷開(kāi)”。截止截止(jizh)區(qū)區(qū)第27頁(yè)/共38頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2329如何判斷三極管的電極、管型和材料如何判斷三極管的電極、管型和材料 發(fā)射結(jié)處于正向偏置發(fā)射結(jié)處于正向偏置(pin zh)，且對(duì)于硅管，且對(duì)于硅管|VBE|，鍺管，鍺管|VBE|；集電結(jié)處于反向集電結(jié)處于反向(fn xin)偏置，且偏置，且|VCB|1V；NPN管集電極電位管集電極電位(din wi)比發(fā)射極電位比發(fā)射極電位(din wi)高，高，PNP管集電極電位管集電極電位(din wi)比發(fā)射極電位比發(fā)射極電位(din wi)低。低。當(dāng)三極管在電路中處于放大狀態(tài)時(shí)當(dāng)三極管在電路中處

18、于放大狀態(tài)時(shí)第28頁(yè)/共38頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2330例例題題(lt)一個(gè)一個(gè)BJTBJT在電路中處于正常在電路中處于正常(zhngchng)(zhngchng)放大狀態(tài)，測(cè)得放大狀態(tài)，測(cè)得A A、B B和和C C三個(gè)管腳對(duì)地的直流電位分別為三個(gè)管腳對(duì)地的直流電位分別為6V6V，。試判別三個(gè)管腳的極名、是硅管還是鍺管？，。試判別三個(gè)管腳的極名、是硅管還是鍺管？NPNNPN型還是型還是PNPPNP型？型？1.3 ,0.6CBVV VV1.3 0.60.7CBVVVA集電極集電極6,ABCVV V V管子為管子為NPN管管C基極，基極，B發(fā)射極發(fā)射極第29頁(yè)/共38頁(yè)第三十頁(yè)，

19、共39頁(yè)。2022-6-2331晶體管的參數(shù)是晶體管的參數(shù)是用來(lái)表征晶體管用來(lái)表征晶體管性能優(yōu)劣適應(yīng)性能優(yōu)劣適應(yīng)(shyng)范圍的范圍的，是選管的依據(jù)，是選管的依據(jù)，共有以下三大，共有以下三大類(lèi)參數(shù)。類(lèi)參數(shù)。電流電流(dinli)(dinli)放放大系數(shù)大系數(shù)極間反向極間反向(fn (fn xin)xin)電流電流極限參數(shù)極限參數(shù)第30頁(yè)/共38頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2332一、電流一、電流(dinli)放大系放大系數(shù)數(shù)1、共射直流放大系數(shù)、共射直流放大系數(shù)2、共射交流放大系數(shù)、共射交流放大系數(shù)BCIIBCii常認(rèn)為常認(rèn)為(rnwi)：第31頁(yè)/共38頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。

20、2022-6-2333 二、極間反向電流 1集電極基極反向飽和電流ICBO ICBO指發(fā)射極開(kāi)路(kil)時(shí)，集電極基極間的反向電流，稱(chēng)為集電極-基極反向飽和電流。 2集電極發(fā)射極反向飽和電流ICEO ICEO指基極開(kāi)路(kil)時(shí)的集電極電流，稱(chēng)為集電極穿透電流。 第32頁(yè)/共38頁(yè)第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-23343、晶體管的極限、晶體管的極限(jxin)參數(shù)參數(shù) 1） 集電極最大允許集電極最大允許(ynx)電流電流ICM 三極管正常工作時(shí)集電極所允許的最大工作電流，三極管正常工作時(shí)集電極所允許的最大工作電流， 一般一般指指下降下降(xijing)到正常值的到正常值的2/3時(shí)所對(duì)

21、應(yīng)的集電極電時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流。流。2） 集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM PCM 表示集電極上允許損耗功率的最大值表示集電極上允許損耗功率的最大值。超過(guò)此值就會(huì)使管子性能變壞或燒毀。超過(guò)此值就會(huì)使管子性能變壞或燒毀。 PCM值與值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則PCM值愈小。值愈小。第33頁(yè)/共38頁(yè)第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2335 3）集電極）集電極發(fā)射極間的反向擊穿發(fā)射極間的反向擊穿(j chun)電壓電壓U(BR)CEOU(BR)CEO指基極開(kāi)路指基極開(kāi)路(kil)時(shí)，集電極時(shí)，集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓。發(fā)射極間的反向擊穿電壓。第34頁(yè)/共38頁(yè)第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-6-2336作業(yè)作業(yè)(zuy)：4.15 現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩只管子兩現(xiàn)測(cè)得放