电子技术第7章-半导体

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1、电子技术主讲 刘琼武科大信息学院 主讲 刘琼武科大信息学院 2第第5章章 半导体器件半导体器件3第第5章章 半导体器件半导体器件第第7章章 半导体器件半导体器件要点要点 P型和型和N型半导体特点：型半导体特点：多子，少子，参入几价元素多子，少子，参入几价元素2.PN结单向导电性：如何导通及截止结单向导电性：如何导通及截止3.二极管的符号；死区电压与导通压降区别；二极管的符号；死区电压与导通压降区别；多个二极管导通原则多个二极管导通原则4.稳压管的符号；稳压管正反向导通区别稳压管的符号；稳压管正反向导通区别5.三极管的分类及三极管的分类及极极间电位；电流放大公式；间电位；电流放大公式；三极管输出

2、特性的三个分区及三极管输出特性的三个分区及PN结状态结状态4第第5章章 半导体器件半导体器件7.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料导电能力介于导体和绝缘体之间的材料常见半导体材料有常见半导体材料有硅硅、锗、硒及金属的氧化物和、锗、硒及金属的氧化物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性：半导体材料的特性：纯净半导体的导电能力很差；纯净半导体的导电能力很差；温度升高温度升高导电能力增强（如钴、锰、导电能力增强（如钴、锰、镍的氧化物做成的镍的氧化物做成的热敏电阻热敏电阻）；）；光照增强光照

3、增强导电能力增强（如镉、铅导电能力增强（如镉、铅等硫化物做成的等硫化物做成的光敏电阻光敏电阻）；）；掺入少量杂质掺入少量杂质导电能力增强。导电能力增强。5第第5章章 半导体器件半导体器件 本征半导体本征半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体最常用的半导体为硅硅(SiSi)和锗锗(GeGe)。它们的共同特征是四价元素四价元素，每个原子最外层电子数为 4。+SiSiGeGe6第第5章章 半导体器件半导体器件共价键共价键 本征半导体本征半导体在本征半导在本征半导体的晶体结体的晶体结构中，每个构中，每个原子与相邻原子与相邻的四个原子的四个原子结合。结合。每个原子的一个外层价

4、电每个原子的一个外层价电子与另一原子的一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对，电子子组成一个电子对，电子对由相邻两原子共有，构对由相邻两原子共有，构成成共价键共价键结构。结构。7第第5章章 半导体器件半导体器件共价键共价键价电子价电子共共价价键键价电子价电子自由电子自由电子和和空穴空穴同时同时产生产生 本征半导体本征半导体激发激发自由电子自由电子温增和光照温增和光照外加电压外加电压电子电流电子电流离开离开剩空穴剩空穴原子带正电原子带正电吸引相邻原吸引相邻原子价电子填子价电子填补空穴补空穴好像空穴在运动好像空穴在运动（正电荷）（正电荷）外外加加电电压压空穴电流空穴电流与金与金属导属导电的

5、电的区别区别多多硅原子硅原子自由自由电子电子8第第5章章 半导体器件半导体器件硅原子硅原子半导体中的半导体中的自由电子自由电子和和空穴空穴都能参与导电都能参与导电半导体具有两种载流子。半导体具有两种载流子。共价键共价键价电子价电子 本征半导体本征半导体本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和空穴总是空穴总是成对出现成对出现，同时又，同时又不断进行复合。在一定温度不断进行复合。在一定温度下，载流子的产生与复合会下，载流子的产生与复合会达到达到动态平衡动态平衡，即载流子浓，即载流子浓度与温度有关。温度愈高，度与温度有关。温度愈高，载流子数目就愈多，导电性载流子数目就愈多，导电性能就愈好能就

6、愈好温度对半导体温度对半导体器件性能影响很大器件性能影响很大9第第5章章 半导体器件半导体器件 杂质半导体杂质半导体在常温下，本征半导体的两种载流子数量在常温下，本征半导体的两种载流子数量还是极少的，其导电能力相当低。还是极少的，其导电能力相当低。如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到将得到掺杂半导体掺杂半导体，而，而掺杂半导体的导电掺杂半导体的导电能力将大大提高能力将大大提高。由于掺入杂质元素的不同，由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体掺杂半导体可可分为分为两大类两大类NN型半导体型半导体和和 P P型半导体型半导体10第第5章章 半导体器件半导体器件1

7、.N N型半导体型半导体当在硅或锗的晶体中掺入微量磷当在硅或锗的晶体中掺入微量磷(或其它五价元或其它五价元素素)时，磷原子与周围四个硅原子形成共价键后，时，磷原子与周围四个硅原子形成共价键后，磷原子的外层电子数将是磷原子的外层电子数将是 9 9，比稳定结构多一，比稳定结构多一个价电子。个价电子。P+SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余多余电子电子11第第5章章 半导体器件半导体器件1.N N型半导体型半导体掺入掺入磷磷杂质的硅半导体晶体中，杂质的硅半导体晶体中，自由电子自由电子的数的数目大量增加。自由电子导电是这种半导体的导目大量增加。自由电子导电是这种半导体的导电方式，称之为电

8、方式，称之为电子半导体或电子半导体或N N型半导体型半导体。在在N N型半导体型半导体中中电子是多数载流子电子是多数载流子、空穴是少、空穴是少数载流子。数载流子。室温情况下，本征硅中载流子有室温情况下，本征硅中载流子有 10101010个个/cm/cm3 3，当磷掺杂量在当磷掺杂量在101066量级时，电子载流子数目量级时，电子载流子数目将增加几十万倍。将增加几十万倍。12第第5章章 半导体器件半导体器件当在硅或锗的晶体中掺入微量硼当在硅或锗的晶体中掺入微量硼(或其它三价或其它三价元素元素)时，硼原子与周围的四个硅原子形成共时，硼原子与周围的四个硅原子形成共价键后，硼原子的外层电子数将是价键后

9、，硼原子的外层电子数将是 7 7，比稳，比稳定结构少一个价电子。定结构少一个价电子。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴空穴2.P P型半导体型半导体13第第5章章 半导体器件半导体器件掺掺硼硼半导体中，半导体中，空穴空穴数目远大于数目远大于自由电子自由电子数目。数目。空穴为多数载流子空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这，自由电子是少数载流子，这种半导体称为种半导体称为空穴型半导体空穴型半导体或或P P型半导体型半导体。一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数载流子的可达到少数载流子的10101010倍或更多，电子载流倍

10、或更多，电子载流子数目将增加几十万倍。子数目将增加几十万倍。不论是不论是N N型还是型还是P P型半导体，都只有一种多数载型半导体，都只有一种多数载流子。然而流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。整个半导体晶体仍是电中性的。2.P P型半导体型半导体因为载流子带正电或负电，原子则相反带负因为载流子带正电或负电，原子则相反带负电或带正电，整个晶体不带电。电或带正电，整个晶体不带电。14第第5章章 半导体器件半导体器件练习练习15第第5章章 半导体器件半导体器件 PN结及其单向导电性结及其单向导电性不论是不论是P P型半导体还是型半导体还是N N型半导体，都只能看型半导体，都只能看做是一般的导电材

11、料，不具有半导体器件的做是一般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。任何特点。半导体器件的核心是半导体器件的核心是PNPN结，是采取一定的工结，是采取一定的工艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成P P型半导体和型半导体和N N型半导体，在两种半导体的交型半导体，在两种半导体的交界面上形成界面上形成PNPN结。结。各种各样的半导体器件都是以各种各样的半导体器件都是以PNPN结为核心而结为核心而制成的，正确认识制成的，正确认识PNPN结是了解和运用各种半结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。导体器件的关键所在。16第第5章章 半导体器件半导体器件7.2.1

12、PN结的形成结的形成PN空间电荷区空间电荷区多数载流子将进多数载流子将进行行扩散运动扩散运动；耗尽了载流子的交界耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离处留下不可移动的离子形成子形成空间电荷区空间电荷区；(内电场内电场)也称也称耗尽层耗尽层一块晶片的两边分别为一块晶片的两边分别为P P型半导体和型半导体和N N型半导体型半导体内电场内电场阻碍了多子的继续扩散，推动少子的阻碍了多子的继续扩散，推动少子的漂移运动，最终达到漂移运动，最终达到动态平衡动态平衡，空间电荷区，空间电荷区宽度一定。宽度一定。P区区空穴多空穴多自由电子少自由电子少N区区自由电子多自由电子多空穴少空穴少内电场内电场17第第5章章

13、半导体器件半导体器件空间电荷区空间电荷区P区区N区区载流子的运动有两种形式：载流子的运动有两种形式：扩散扩散 由于载流子浓度梯度引起的载流子从高由于载流子浓度梯度引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动。浓度区向低浓度区的运动。漂移漂移 载流子受电场作用沿电场力方向的运动。载流子受电场作用沿电场力方向的运动。耗尽层中载流子的扩耗尽层中载流子的扩散和漂移运动最后达散和漂移运动最后达到一种动态平衡，这到一种动态平衡，这样的样的耗尽层耗尽层就是就是PNPN结结PNPN结结内电场的方向内电场的方向由由N N区指向区指向P P区。区。7.2.1 PN结的形成结的形成18第第5章章 半导体器件半导体器件7.

14、2.2 PN结的结的单向导电性单向导电性PNPN结未加电压时，载流子的扩散和漂移运动处结未加电压时，载流子的扩散和漂移运动处于动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定。于动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定。1)1)加加正向电压正向电压将电源的将电源的”+”+”接接P P区、区、”-”-”接接N N区。区。扩散增强扩散增强PN内电场方向外电场方向I变窄变窄+-下面讨论加有外部电压时的下面讨论加有外部电压时的PNPN结特性。结特性。外电场作用外电场作用P P区空穴进入区空穴进入PNNPNNN N区电子进入区电子进入PNPPNPPNPN结结内正内正负离负离子被子被抵消抵消PN结变窄结变窄电荷易过电阻低电荷

15、易过电阻低内电内电场弱场弱漂移变弱漂移变弱多子形成正向电流（包括方向多子形成正向电流（包括方向一致的空穴电流和电子电流）一致的空穴电流和电子电流）外电源不断提供外电源不断提供电荷维持电流。电荷维持电流。19第第5章章 半导体器件半导体器件2)2)加加反向电压反向电压将外电源的正端接将外电源的正端接N N区、负端接区、负端接P P区。区。外电场与内电场方向相同，空间电荷区变宽。扩散运外电场与内电场方向相同，空间电荷区变宽。扩散运动变弱，漂移运动增强，参与漂移运动的载流子是少动变弱，漂移运动增强，参与漂移运动的载流子是少子，反向电流极小。子，反向电流极小。PN内电场方向内电场方向外电场方向外电场方

16、向+I0变宽变宽少子是由热激发产生的，少子是由热激发产生的，即温度愈高少子的数量愈即温度愈高少子的数量愈多，故温度对反向电流的多，故温度对反向电流的影响很大。影响很大。PNPN结具有单向导电性，结具有单向导电性，即正向（即正向（P+N-P+N-）导通、）导通、反向截止反向截止7.2.2 PN结的结的单向导电性单向导电性20第第5章章 半导体器件半导体器件7.3 半导体二极管半导体二极管7.3.1 结构与分类结构与分类将将PNPN结加上电极引线及外壳，就构成了半导体结加上电极引线及外壳，就构成了半导体二极管。二极管。PNPN结是二极管的核心。根据所用材料结是二极管的核心。根据所用材料不同，二极管

17、有硅二极管和锗二极管两种。不同，二极管有硅二极管和锗二极管两种。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 )面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极 符号符号D21第第5章章 半导体器件半导体器件既然既然二极管二极管是是由由 PN PN 结构成的，结构成的，它自然具有着单向导电性。某种它自然具有着单向导电性。某种硅二极管的电流硅二极管的电流-电压关系电压关系 (伏伏安特性安特性)可见图示：可见图示：由电压零点分为由电压零点分为正向区正向区和和反向区反向

18、区正向：正向：由死区电压分为由死区电压分为死区死区和和导通区导通区U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060(A)40200-0.5v:0-0.5v:正压低正压低外电场外电场 0.5v:0.5v:正压高正压高外电场外电场 内电场内电场内电内电场大大削弱场大大削弱正向电流大正向电流大导通压降：导通压降：7.3.2 伏安特性伏安特性死区死区导通区导通区死区电压死区电压(Si-0.5V Ge-0.1V)Si0.7V Ge 22第第5章章 半导体器件半导体器件截止区截止区:负压小负压小漂移强漂移强(少子少子)很小很小反向电流反向电流反向饱和电流反向饱和电流U(V)0.400.8-50-2

19、5I(mA)204060(A)4020反向反向：由击穿电压分为由击穿电压分为截止区截止区和和击穿区击穿区7.3.2 伏安特性伏安特性击穿区击穿区:负压大负压大二极管失去单向导电二极管失去单向导电性性击穿击穿反向击穿电流反向击穿电流不可逆不可逆击穿原因：碰撞和非碰撞击穿原因：碰撞和非碰撞碰撞碰撞:强电场中载流子获大能量碰撞晶格强电场中载流子获大能量碰撞晶格价电子弹出，产生电子空穴对价电子弹出，产生电子空穴对即新的载即新的载流子再碰撞晶格流子再碰撞晶格雪崩反应，反向电流越雪崩反应，反向电流越来越大来越大反向击穿反向击穿非碰撞非碰撞:强电场直接将共价键中价电子拉出，强电场直接将共价键中价电子拉出，产

20、生电子空穴对产生电子空穴对，形成较大反向电流，形成较大反向电流23第第5章章 半导体器件半导体器件二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数据进行说明这些数据就是二极管的参数。二极管的主据进行说明这些数据就是二极管的参数。二极管的主要参数有：要参数有：1.1.最大整流电流最大整流电流I IOM OM 二极管长时间使用所允许通过的最大正向平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWM 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，为反向击穿电压的1/2至2/3。3.3.反向峰值电流反向峰值电流I IRM 二极管加反向峰值电压时的反向电流

21、值。该值愈大说明二极管的性能愈差，硅管的此参数值为微安级以下。7.3.3 主要参数主要参数4.4.最高工作频率最高工作频率fM 二极管能承受的外施电压的最高频率。若超过则失去单向导电性。PN结两侧的空间电荷与电容极板充电时所储存的电荷类似，称为结电容24第第5章章 半导体器件半导体器件25第第5章章 半导体器件半导体器件定性分析：判断二极管的工作状态定性分析：判断二极管的工作状态导通导通截止截止分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正为正(正向偏置正向偏置)，二极

22、管导通，二极管导通若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为负为负(反向偏置反向偏置)，二极管截止，二极管截止若二极管是理想的，若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。7.3.4 二极管的应用二极管的应用阴极阴极阳极阳极 符号符号D26第第5章章 半导体器件半导体器件例例1：D6V12V3k BAUAB+7.3.4 二极管的应二极管的应用用27第第5章章 半导体器件半导体器件+-如图由如图由RCRC构成微分电路，当输入构成微分电路，当输入电压电压u ui i为矩形波时，试画出输出为矩形波时，试画出输出电压电压u uo

23、o的波形。的波形。(设设u uc0 c0=0)=0)uRtouotouitoU7.3.4 二极管的应用二极管的应用应用：整流、检波、限幅、应用：整流、检波、限幅、元件保护、开关元件元件保护、开关元件a、检波检波+-+-+-CRDRLuiuRuo充电充电+-反向不通反向不通=0=0+-+-+0-+UR=Ui-UCUR=UC放电正向导通二极管使二极管使uo 只留下负尖脉冲，起限幅作用只留下负尖脉冲，起限幅作用28第第5章章 半导体器件半导体器件7.3.4 二极管的应用二极管的应用b、钳位、隔离钳位、隔离AB+3V0VR-12VYDADB如图锗管，如图锗管，V VA A=+3V=+3V，V VB B

24、=0V=0VR R接负电源接负电源-12V-12V，求，求V VY Y多个二极管导通原则：多个二极管导通原则：设所有管不通，所有设所有管不通，所有R R短路，短路，计算各管上正向电压，谁高计算各管上正向电压，谁高谁导通。谁导通。导通管有压降，剩下各管重导通管有压降，剩下各管重新计算电压。新计算电压。大于死区电压大于死区电压导通，否则截止。导通，否则截止。解：解：UDA=3-（-12）=15V UDB=0-（-12）=12V DA优先导通，优先导通，导通压降设为导通压降设为 VY+-+-UDB DB反向截止。反向截止。D DA A起钳位作用，把起钳位作用，把V VY Y钳住在钳住在D DB B起

25、隔离作用，隔起隔离作用，隔离输入离输入B和输出和输出Y29第第5章章 半导体器件半导体器件i10sin Vutt 7.3.4 二极管的应用二极管的应用二极管阴极电位为二极管阴极电位为 5 Vc、限幅限幅二极管使二极管使uo 输出不超过输出不超过5V，起限幅作用，起限幅作用30第第5章章 半导体器件半导体器件 稳压二极管稳压二极管 伏安特性伏安特性稳压管是一种特殊的面接触型二稳压管是一种特殊的面接触型二极管。它在电路中常用作稳定电极管。它在电路中常用作稳定电压的作用，故称为压的作用，故称为稳压管稳压管。稳压管的图形符号：稳压管的图形符号：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20

26、-1030-12反向正向稳压管的伏安特性曲线稳压管的伏安特性曲线与普通二极管类似，只与普通二极管类似，只是反向曲线更陡一些。是反向曲线更陡一些。31第第5章章 半导体器件半导体器件7.4.1 伏安特性伏安特性U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管工作于稳压管工作于反向击穿区反向击穿区，常见电路如下。常见电路如下。U iRU oR L在电路中稳压管是在电路中稳压管是反向联接反向联接的。的。当当U i大于稳压管的击穿电压时，稳大于稳压管的击穿电压时，稳压管被击穿（可逆），电流将增大，压管被击穿（可逆），电流将增大，电阻电阻R两端的电压增大，在一定的

27、两端的电压增大，在一定的电流范围内稳压管两端的电压基本电流范围内稳压管两端的电压基本不变，输出电压不变，输出电压U o等于等于U z。32第第5章章 半导体器件半导体器件1 1、稳定电压、稳定电压UzUz 指稳压管正常工作时的端电压稳压管正常工作时的端电压。同一型号稳压管UZ也不一定相等。2 2、稳定电流、稳定电流I IZ Z 正常工作的参考电流值正常工作的参考电流值。每种型号稳压管都规定有一个最大稳定电流IZM，超过它，易发生热击穿（不可逆），稳压管损毁,IZIZM。U(V)0I(mA)反向正向UZIZ7.4.1 主要参数主要参数33第第5章章 半导体器件半导体器件3 3、电压温度系数、电压

28、温度系数 U U说明稳压值受温度影响的参数。如：稳压管2CW18的电压温度系数为0.095%/C 假如在20 C时的稳压值为11V，当温度升高到50 C时的稳压值将为V3.1111)2050(100095.011特别说明：特别说明：稳压管的电压温度系数电压温度系数有正负之别。0V6UV6U0V6UUZUZUZ很小因此选用6V左右的稳压管，具有较好的温度稳定性。7.4.1 主要参数主要参数34第第5章章 半导体器件半导体器件4 4、动态电阻、动态电阻r rZ Z 稳压管子端电压和通过其电流的变化量之稳压管子端电压和通过其电流的变化量之比。比。稳压管的反向伏安特性曲线越陡，则动态电阻越小，稳压效果

29、越好。U(V)0I(mA)反向正向UZIZZZZIUr IZmIZUZ5 5、最大允许耗散功耗、最大允许耗散功耗P PZMZM 保证稳压管不发生热击穿的最保证稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。大功率损耗。其值为稳定电压和允许的最大电流乘积ZMZZMIUP7.4.1 主要参数主要参数35第第5章章 半导体器件半导体器件如图，通过稳压管的电流如图，通过稳压管的电流I IZ Z等于多少？等于多少？解：解：UR=18-10=8VIZ=IR=8/1.6=5mA18mA因因IZ=18mA I1=50-18=32mAR1=？R1=UZ/I1+18VIZR=1.6kUz=10VIZM=18mA+DZ-IR例例

30、由于由于IZ18mA此时需对稳压管并联此时需对稳压管并联R1=？36第第5章章 半导体器件半导体器件 双极型双极型晶体管晶体管7.5.1 基本结构基本结构半导体三极管半导体三极管(晶体管晶体管)是最重要的一种半导体是最重要的一种半导体器件。广泛应用于各种电子电路中。器件。广泛应用于各种电子电路中。晶体管最常见的结构有晶体管最常见的结构有平面型平面型和和合金型合金型两种。两种。平面型都是硅管、合金型主要是锗管。平面型都是硅管、合金型主要是锗管。它们都它们都具有具有NPNNPN或或PNPPNP的的三层两结三层两结的结构，因而又有的结构，因而又有NPNNPN和和PNPPNP两类晶体管。两类晶体管。其

31、其三层三层分别称为分别称为发射区、基区和集电区发射区、基区和集电区，并引并引出出发射极发射极(E)(E)、基极、基极(B)(B)和集电极和集电极(C)(C)三个电极。三个电极。三层之间的两个三层之间的两个PNPN结结分别称为分别称为发射结和集电结。发射结和集电结。37第第5章章 半导体器件半导体器件N型硅型硅P型N型二氧化硅保护膜CBE平面型结构平面型结构N型锗铟球铟球P型P型CEB合金型结构合金型结构NNP集电结集电结发射结发射结集电区集电区发射区发射区基区基区CBENPP集电区集电区发射区发射区基区基区集电结集电结发射结发射结CBEBECBEC7.5.1 基本结构基本结构可以互换吗？可以互

32、换吗？杂质多杂质多尺寸大尺寸大+-+38第第5章章 半导体器件半导体器件1、发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子内部载流子运动规律内部载流子运动规律发射结处于正向偏置，掺杂浓度较发射结处于正向偏置，掺杂浓度较高的发射区向基区进行多子扩散。高的发射区向基区进行多子扩散。放大作用的内部条件：放大作用的内部条件：基区很薄且掺杂浓度很低。基区很薄且掺杂浓度很低。2、电子在基区的扩散和复合电子在基区的扩散和复合基区厚度很小，电子在基区继续向基区厚度很小，电子在基区继续向集电结扩散。（但有少部分与空穴集电结扩散。（但有少部分与空穴复合而形成复合而形成I IBE BE I IB B）7.5.2 电流放大

33、作用电流放大作用BECNNPEBRBECIEIBEICEICIBICBO要使晶体管起放大作用，要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置、集电结发射结必须正向偏置、集电结 必须反向偏置必须反向偏置具有放大作用的外部条件具有放大作用的外部条件。39第第5章章 半导体器件半导体器件3 3、集电区收集扩散电子集电区收集扩散电子集电结为反向偏置使集电结为反向偏置使内电场内电场增强，对从基区扩散进入集电结的电增强，对从基区扩散进入集电结的电子进行加速，收集电子到集电区，形成集电极电流子进行加速，收集电子到集电区，形成集电极电流(I(ICE CE I IC C)。由电流分配关系示意图可知由电流分配关系示意图

34、可知发射区向基区注入的电子电发射区向基区注入的电子电流流I IE E将分成两部分将分成两部分I ICECE和和I IBEBE，它们的比值为它们的比值为BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII它表示晶体管的电流放大它表示晶体管的电流放大能力，称为电流放大系数能力，称为电流放大系数7.5.2 电流放大作用电流放大作用少子运动少子运动形成形成反向反向截止电流截止电流BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIB40第第5章章 半导体器件半导体器件在晶体管中，不仅在晶体管中，不仅I IC C比比I IB B大很多；当大很多；当I IB B有微小有微小变化时还会引起变化时还会引起I IC

35、C的较大变化。的较大变化。根据晶体管放大的外部条件，根据晶体管放大的外部条件，发射结必须正发射结必须正向偏置向偏置,电位电位P P高高N N低，集电结必须反向偏置，低，集电结必须反向偏置，电位电位P P低低N N高。高。则则对于对于NPNNPN型晶体管型晶体管0BEU0CEU且BECEUU对于对于PNPPNP型晶体管型晶体管0BEU0CEU且BECEUU7.5.2 电流放大作用电流放大作用BEC+-BEC-+发发射射结结集集电电结结NPN集集电电结结发发射射结结PNP41第第5章章 半导体器件半导体器件某放大电路中，测得一晶体管某放大电路中，测得一晶体管3个电极的对地电位分别个电极的对地电位分

36、别为为VX=-6V，VY、VZ，试判断该晶体管是，试判断该晶体管是NPN型还是型还是PNP型，锗管还是硅管，并确定三个电极。型，锗管还是硅管，并确定三个电极。2.判断锗管还是硅管：判断锗管还是硅管：另两个电位分别与基极相减，结果为另两个电位分别与基极相减，结果为为硅管，结果为为锗管；产生压降的为发射结。为硅管，结果为为锗管；产生压降的为发射结。例例 习题习题7.8.3-7 解：解：4.剩下管脚为集电极。剩下管脚为集电极。3.确定类型：确定类型：发射结除基极外的另一端为发射极；基极电位高发射结除基极外的另一端为发射极；基极电位高于发射极电位，则基极为于发射极电位，则基极为P，发射极为，发射极为N

37、，晶体管为，晶体管为NPN型，型，否则为否则为PNP型。型。VY-VZ（），锗管；（），锗管；YZ为发射结。为发射结。VY=-3.4VVZ，Y为为N，Z为为P，晶体管为，晶体管为PNP型。型。确定基极：确定基极：三个电位比较大小，无论三个电位比较大小，无论NPN型还是型还是PNP型，型，中间电位为基极。中间电位为基极。BEC-N+PYVX=-6VVY=-3.4VVZ，Y为基极。为基极。ZXP42第第5章章 半导体器件半导体器件 特性曲线特性曲线最常用的是共发射极接法的最常用的是共发射极接法的输入特性曲线输入特性曲线和和输输出特性曲线，出特性曲线，实验测绘是得到特性曲线的方法实验测绘是得到特性曲

38、线的方法之一。特性曲线的之一。特性曲线的测量电路测量电路见右图。见右图。AVmAVECRBIBUCEUBEICEB用晶体管特性图示用晶体管特性图示仪也可直接测量及仪也可直接测量及显示晶体管的各个显示晶体管的各个特性曲线。特性曲线。晶体管的特性曲线是表示一只晶体管各电极晶体管的特性曲线是表示一只晶体管各电极电压与电流之间关系的曲线。是应用晶体管电压与电流之间关系的曲线。是应用晶体管和分析放大电路的重要依据。和分析放大电路的重要依据。43第第5章章 半导体器件半导体器件1.输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线当当U UCECE为常数时的为常数时的I IB B与与U UBEBE之间的关系

39、曲线。之间的关系曲线。00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V3DG6的输入特性曲线对硅管来说，当对硅管来说，当 U UCE CE 1V1V时，集电结已处时，集电结已处于反向偏置，发射结正向偏置所形成电流于反向偏置，发射结正向偏置所形成电流的绝大部分将形成集电极电流，的绝大部分将形成集电极电流，UCE 1V后，输入特性曲线基本重合，只画一条。后，输入特性曲线基本重合，只画一条。但但I IB B与与U UBEBE的关系依然与的关系依然与PNPN结的正向类似。结的正向类似。(当当U UCECE更小，更小，I IB B才会明显增加才会明显增加)硅管的死区电压为，硅管的死区电压为

40、，锗管的死区电压不超过。锗管的死区电压不超过。放大状态放大状态 硅硅NPNNPN管管U UBEBE导通压降：导通压降：锗锗PNPPNP管管U UBE BE(参见右图参见右图)44第第5章章 半导体器件半导体器件2.输出特性曲线输出特性曲线当当I IB B一定时，一定时，U UCECE超过约超过约1V1V以以后就将形成后就将形成I IC C，当，当U UCECE继续增继续增加时，加时，I IC C 的增加将不再明的增加将不再明显。这是晶体管的恒流特性显。这是晶体管的恒流特性当当I IB B增加时，相应的增加时，相应的I IC C也增也增加，曲线上移，而且加，曲线上移，而且I IC C比比I IB

41、 B 增加得更明显。这是晶体增加得更明显。这是晶体管的电流放大作用。管的电流放大作用。输出特性曲线输出特性曲线是在是在I IB B为常数时，为常数时，I IC C与与U UCECE之间的关系曲之间的关系曲线。在不同的线。在不同的I IB B下，可得到不同的曲线，即晶体管的下，可得到不同的曲线，即晶体管的输出特性曲线是一组曲线输出特性曲线是一组曲线(见下图见下图)。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912045第第5章章 半导体器件半导体器件(1)放大区放大区特性曲线近于水平的区域。特性曲线近于水平的区域。在放大区在放大区BCII也称线性区。此时发射也

42、称线性区。此时发射结正向偏置，集电结反结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。(2)截止区截止区IB=0曲线以下的区域。曲线以下的区域。IB=0时时IC=ICEO。对于硅。对于硅管当管当UBE 时即开始截止。时即开始截止。为了可靠截止常使为了可靠截止常使UBE 0。即截止时两个即截止时两个PN结都反结都反向偏置。向偏置。通常将晶体管的输出特性通常将晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：曲线分为三个工作区：2.输出特性曲线输出特性曲线IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)9120放大区截止区46第第5章章 半导体器件半导体器件2.输出特性曲线输出特性曲线当当U

43、UCE CE UU(BR)CEO(BR)CEO时，时，I ICEOCEO突变，晶体管会被击穿损坏。突变，晶体管会被击穿损坏。6.6.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率P PCMCMI IC C流经集电结时将产生热量使结流经集电结时将产生热量使结温上升，从而引起晶体管参数的温上升，从而引起晶体管参数的变化。在参数变化不超过允许值变化。在参数变化不超过允许值时集电极所消耗的功率称为时集电极所消耗的功率称为P PCMCM。因此因此P PCMCM主要受结温主要受结温T T j j制约。制约。4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM参数参数和和ICBO（ICEO）表明管子优劣）表明管子优劣 ICM、U（BR）CEO和和PCM是极限参数是极限参数51第第5章章 半导体器件半导体器件