电工学第七版(下)电子技术第14章

《电工学第七版(下)电子技术第14章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工学第七版(下)电子技术第14章（62页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、返回第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管14.3 14.3 14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管14.4 14.4 14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管14.5 14.5 14.5 14.5 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管14.2 PN14.2 PN14.2 PN14.2 PN结结结结14.1 14.1 14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性动画返回第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管理解理解理解理解PNPNPNPN结结的的的的单单

2、向向向向导电导电性，三性，三性，三性，三极极极极管的管的管的管的电电流分配和流分配和流分配和流分配和电电流流流流 放大作用；放大作用；放大作用；放大作用；了解二了解二了解二了解二极极极极管、管、管、管、稳压稳压管和三管和三管和三管和三极极极极管的基本管的基本管的基本管的基本构构构构造、工作原理造、工作原理造、工作原理造、工作原理 和特性曲和特性曲和特性曲和特性曲线线，理解主要，理解主要，理解主要，理解主要参数参数参数参数的意的意的意的意义义；会会会会分析含有二分析含有二分析含有二分析含有二极极极极管的管的管的管的电电路。路。路。路。本章知识点本章知识点动画返回讨论器件的目的在于应用：重点放在特

3、性、参数、技术讨论器件的目的在于应用：重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。uu用工程观点分析问题：根据实际情况，对器件的数学模型用工程观点分析问题：根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。获得具有实际意义的结果。uu对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。分追究精确的数值。uu器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性

4、有分散性、RC RC 的值有误差、工程上的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。允许一定的误差、采用合理估算的方法。动画返回14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导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）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显

5、变化 (可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强动画返回14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构的半导体。本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构的半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健价电子：价电子：价电子：价电子：共价键中的两个电子共价键中的两个电子

6、共价键中的两个电子共价键中的两个电子。Si Si Si Si价电子价电子动画返回 Si Si Si Si价电子价电子价电子在获得一定能量可挣脱价电子在获得一定能量可挣脱价电子在获得一定能量可挣脱价电子在获得一定能量可挣脱原子核的束缚，成为原子核的束缚，成为原子核的束缚，成为原子核的束缚，成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电）；（带负电）；（带负电）；（带负电）；共价键中留下一个空位，称为共价键中留下一个空位，称为共价键中留下一个空位，称为共价键中留下一个空位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）一、本征半导体的导电机理一、本征半导体的导电机理-本征激发。本征激发

7、。空穴空穴自由电子自由电子14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。有外电场作用时：空穴吸引相有外电场作用时：空穴吸引相有外电场作用时：空穴吸引相有外电场作用时：空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在该邻原子的价电子来填补，在该邻原子的价电子来填补，在该邻原子的价电子来填补，在该原子中出现一个空穴，其结果原子中出现一个空穴，其结果原子中出现一个空穴，其结果原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正相当于空穴的运动（相当于正相当于空穴的运动（相当于正相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。电荷的移动）。电荷的移动）。电荷的移动）

8、。动画返回14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体一、本征半导体的导电机理一、本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时：当半导体两端加上外电压时：当半导体两端加上外电压时：当半导体两端加上外电压时：(1)(1)(1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流；电子电流；电子电流；电子电流；(2)(2)(2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流；空穴电流；空穴电流；空穴电流；自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一空穴成对地产

9、生的同时，又不断复合。在一空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。中载流子便维持一定的数目。中载流子便维持一定的数目。中载流子便维持一定的数目。温度对半导体器件性能影响很大：温度对半导体器件性能影响很大：温度对半导体器件性能影响很大：温度对半导体器件性能影响很大：(1)(1)(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子

10、数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能 也就愈好。也就愈好。也就愈好。也就愈好。动画返回14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）。杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）。杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）。杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质（

11、某种元素）。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个电子失去一个电子变为正离子变为正离子掺杂后自由电子数目大量增掺杂后自由电子数目大量增掺杂后自由电子数目大量增掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种加，自由电子导电成为这种加，自由电子导电成为这种加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称半导体的主要导电方式，称半导体的主要导电方式，称半导体的主要导电方式，称为电子半导体或为电子半导体或为电子半导体或为电子半导体或N N N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。在在N N 型半导

12、体中型半导体中自由电子是多自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。动画返回 动画14.1.2N14.1.2N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si SiB硼原子硼原子接受一个电子接受一个电子接受一个电子接受一个电子变为负离子变为负离子变为负离子变为负离子空穴空穴掺杂后空穴数目大量增加，空穴导掺杂后空穴数目大量增加，空穴导掺杂后空穴数目大量增加，空穴导掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式电成为这种半导体的主要导电方式电成为这种半导体的主要导电方式电成为这种半导体的主要导电方式 -空穴半导体或空穴

13、半导体或空穴半导体或空穴半导体或 P P P P型半导体型半导体型半导体型半导体在在 P P 型半导体中型半导体中空穴是多数载流空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。子，自由电子是少数载流子。无论无论N N型或型或P P型半导体都是中性的，对型半导体都是中性的，对外不显电性。外不显电性。返回 1.1.1.1.在杂质半导体中多子的数量与（在杂质半导体中多子的数量与（在杂质半导体中多子的数量与（在杂质半导体中多子的数量与（）（a.a.a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.2.2.在杂质半导体中少子的数量与（在杂质半

14、导体中少子的数量与（在杂质半导体中少子的数量与（在杂质半导体中少子的数量与（）（a.a.a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.3.3.当温度升高时，少子的数量（当温度升高时，少子的数量（当温度升高时，少子的数量（当温度升高时，少子的数量（）（a.a.a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a a a ab b b bc c c c 4.4.4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P

15、P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流 主要是主要是主要是主要是（），N N N N 型半导体中的电流主要是（型半导体中的电流主要是（型半导体中的电流主要是（型半导体中的电流主要是（）。（a.a.a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b b b ba a a a动画14.1.2N14.1.2N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体返回14.2 PN 14.2 PN 结结15.2.1 PN结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P型半导体

16、型半导体N N型半导体型半导体内电场越强，漂移内电场越强，漂移内电场越强，漂移内电场越强，漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。空间电荷区空间电荷区-PN-PN 结结 扩散和漂移这一扩散和漂移这一扩散和漂移这一扩散和漂移这一对相反的运动最对相反的运动最对相反的运动最对相反的运动最终达到动态平衡，终达到动态平衡，终达到动态平衡，终达到动态平衡，空间电荷区的厚空间电荷区的厚空间电荷区的厚空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定

17、不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区动画返回14.2.2 PN结的单向导电性1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P P接正、接正、N N接负接负 外电场外电场IF内电场被削弱，多内电场被削弱，多内电场被削弱，多内电场被削弱，多子的扩散加强，形子的扩散加强，形子的扩散加强，形子的扩散加强，形成较大的扩散电流。成较大的扩散电流。成较大的扩散电流。成较大的扩散电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，正向电阻较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+动画

18、返回2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、N N接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+动画14.2.2 PN结的单向导电性返回PN PN 结变宽结变宽外电场外电场外电场外电场内电场被加强，少内电场被加强，少子的漂移加强，由子的漂移加强，由于少子数量很少，于少子数量很少，形成很小的反向电形成很小的反向电流。流。IR温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电结变宽，反向电流较小，反向电阻流较小，反向

19、电阻较大，较大，PNPN结处于截结处于截止状态。止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+动画2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）P P接负、接负、N N接正接正 14.2.2 PN结的单向导电性返回14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管15.3.1 15.3.1 基本结构基本结构(a)(a)(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正向结电容小、正向结电容小、正向结电容小、正向电流小。用于检电流小。用于检电流小。用于检电流小。用于检波和变频等

20、高频波和变频等高频波和变频等高频波和变频等高频电路。电路。电路。电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、结正向电流大、结正向电流大、结正向电流大、结电容大，用于工电容大，用于工电容大，用于工电容大，用于工频大电流整流电频大电流整流电频大电流整流电频大电流整流电路。路。路。路。(c)(c)(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPNPNPN结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。高频整流和开

21、关电路中。高频整流和开关电路中。动画动画返回阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P P 型硅型硅N N型硅型硅(c c )平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N N 型硅型硅阳极引线阳极引线PNPN 结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b b )面接触型面接触型14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图和符号二极管的结构示意图和符号阴极阴极阳极阳极(d d )符号符号D D动画返回14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管动画返回14.3.2

22、 伏安特性动画特点：非线性特点：非线性硅管硅管硅管硅管0.5V0.5V0.5V0.5V锗管锗管锗管锗管0 0 0 0.1V.1V.1V.1V反向击穿反向击穿电压电压U U(BR)(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3VU UI死区电压死区电压死区电压死区电压P PN N+P PN N+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保

23、持常数。常数。常数。常数。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。返回14.3.3 主要参数1.1.1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.2.2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM3.3.3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反

24、向峰值电流I IRMRM动画保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压U U U UBRBRBRBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导的一半或三分之二。二极管击穿后单向导的一半或三分之二。二极管击穿后单向导的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。电性被破坏，甚至过热而烧坏。电性被破坏，甚至过热而烧坏。电性被破坏，甚至过热而烧坏。指二极管加最高反向工作电压时的

25、反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，受温度的影响较大，温度越高反说明管子的单向导电性差，受温度的影响较大，温度越高反说明管子的单向导电性差，受温度的影响较大，温度越高反说明管子的单向导电性差，受温度的影响较大，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小向电流越大。硅管的反向电流较小向电流越大。硅管的反向电流较小向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，锗管的反向电流较大，锗管的反向电流较大，锗管的反向电流较大，为硅管的几十

26、到几百倍。为硅管的几十到几百倍。为硅管的几十到几百倍。为硅管的几十到几百倍。返回二极管二极管的单向导电性的单向导电性1.1.1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正 向电流较大。向电流较大。向电流较大。向电流较大。2.2.2.2.二极管加反向电

27、压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反 向电流很小。向电流很小。向电流很小。向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电外加电压大

28、于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电 性。性。性。性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。动画返回 二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止实际正向管压降实际正向管压降实际正向管压降实际正向管压降硅硅硅硅0.60.7V0.60.7V锗锗锗锗0.20.20.3V0.3V分析方法分析方法：将二极管处断开，分析二极管两端电位的高低或将二极管处断开，分析二极

29、管两端电位的高低或将二极管处断开，分析二极管两端电位的高低或将二极管处断开，分析二极管两端电位的高低或 所加电压所加电压所加电压所加电压U U U UD D D D的正负。的正负。的正负。的正负。若若 V V阳阳 VV阴阴或或 U UD D为正为正(正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通若若 V V阳阳 V 8V 8V 8V 8V，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 u u u uo o o o=8V=8V=8V=8Vu u u ui i i i 8V 8V 8V 8V，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开

30、路二极管截止，可看作开路 u u u uo o o o=u u u ui i i i8V8V8V8Vu u u ui i i i18V18V18V18V二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 V返回例例3 3：试画出对应于：试画出对应于u ui i的的输输出电压出电压u uo o、电阻电阻R R上的电压上的电压u uR R和和二极管二极管D D上的电压上的电压u uD D的的波形波形otui53210Duo+-5VRuDuR+-ui+-二极管电路分析举例 动画返回 动画otui532101052 55ouotuDt-7Duo+-5VRuDuR+-ui+-返回otui53210ouR5ttD

31、uo+-5VRuDuR+-ui+-动画返回 动画动画14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管 1.1.符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性稳压管正常工作时加稳压管正常工作时加稳压管正常工作时加稳压管正常工作时加反向电压反向电压反向电压反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中可起稳压作用。可起稳压作用。_ _+U UIO O返回 动画3.3.3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电

32、压稳定电压稳定电压稳定电压U U U UZ Z Z Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)(2)(2)电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。(3)(3)(3)(3)动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻(4)(4)(4)(4)稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I I I IZ

33、 Z Z Z、最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流 I I I IZMZMZMZM(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P P P PZM ZM ZM ZM=U U U UZ Z Z Z I I I IZMZMZMZMr r r rZ Z Z Z愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管返回14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管返回14.5 14.5 半导体三极管半导体三极管(a)NPN(a)NPN(a)NPN(

34、a)NPN型晶体管；型晶体管；型晶体管；型晶体管；(b)PNP(b)PNP(b)PNP(b)PNP型晶体管型晶体管型晶体管型晶体管C CE E发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极B BC CE E发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区P发射结发射结发射结发射结P集电结集电结集电结集电结N集电极集电极集电极集电极发射极发射极发射极发射极基极基极基极基极B B动画返回基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射

35、区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B BE EC CN NN NP P基极基极发射极发射极集电极集电极结构特点：结构特点：集电区：集电区：面积最大面积最大14.5 14.5 半导体三极管半导体三极管动画返回符号NNCEBPCETBIBIEICBECPPNETCBIBIEIC14.5 14.5 半导体三极管半导体三极管动画返回14.5 14.5 半导体三极管半导体三极管动画返回14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP P发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNPPNP发射

36、结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B EBRBE EC CRC动画返回14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理2.2.各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路设设 EC=6 V，改改变变可可变变电电阻阻 RB,则则基基极极电电流流 IB、集集电电极极电电流流 IC 和和发发射射极极电电流流 IE 都都发发生生变变化化，测测量量结结

37、果如下表：果如下表：动画返回晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据I IB B(mA(mA)I IC C(mA(mA)I IE E(mA(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.0514.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理(1)(1)I IE E=I IB B+I IC C 符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律(2)(2)I IC

38、C I IB B ，I IC C I IE E (3)(3)I IC C I IB B基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化-晶体管的电流放大作用。晶体管的电流放大作用。实质实质实质实质:用微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。用微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。用微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。用微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。-CCCS-CCCS-CCCS-CCCS器件。器件。器件。器件。动画返回 动画mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100(4)(4)要使晶体管起放大作要使晶体管

39、起放大作用，发射结必须正向偏置，用，发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。集电结必须反向偏置。+UBE ICIEIB CT E B +UCE(a)NPN型晶体管型晶体管；14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理返回+UBE IBIEIC CT EB +UCE mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100(b)PNP 型晶体管型晶体管(4)(4)要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置，集电结要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置，集电结 必须反向偏置。必须反向偏置。14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理动画返

40、回3.3.3.3.三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向基区空穴向基区空穴向基区空穴向发射区的扩发射区的扩发射区的扩发射区的扩散可忽略。散可忽略。散可忽略。散可忽略。发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，发发射结正偏，发射区电子不断向基射区电子不断向基射区电子不断向基射区电子不断向基区扩散，形成发射区扩散，形成发射区扩散，形成发射区扩散，形成发射极电流极电流极电流极电流 I IE E。进入进入进入进入P P P P 区的电子区的电子区的电子区的电子少部分与基区的少部分与

41、基区的少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流电流电流I I I IBE BE BE BE，多数扩多数扩多数扩多数扩散到集电结。散到集电结。散到集电结。散到集电结。从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成集，形成集，形成I ICECE。集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流

42、反向电流反向电流I ICBOCBO。动画14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理返回3.3.三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律I IC C=I ICECE+I ICBO CBO I ICE;CE;ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOI IB B=I IBEBE-I ICBO CBO I IBEBEI ICECE 与与与与 I IB B 之比称为共发之比称为共发之比称为共发之比称为共发射极电流放大倍数射极电流放大倍数射极电流放大倍数射极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流,温度温度I ICEOCEO (常用公式常用公式)若若I I

43、B B=0,=0,则则 I IC C I ICEOCEO动画14.5.2 14.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理返回14.5.3 特性曲线特性曲线管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲

44、线：为什么要研究特性曲线：(1)(1)直观地分析直观地分析晶体管晶体管晶体管晶体管的工作状态的工作状态 (2)(2)合理地选择偏置电路的参数合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线动画返回发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输入回路输入回路输出回路输出回路 测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路mA AVVICECIBRB

45、+UBE+UCE EBCEB3DG100动画14.5.3 特性曲线特性曲线返回1.1.输入特性输入特性特点特点:非线性非线性正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPN NPN 型硅管型硅管 U UBE BE 0.6 0.7V 0.6 0.7VPNP PNP 型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3V3DG1003DG100晶体管的晶体管的输入特性曲线输入特性曲线O0.40.8IB/AUBE/VUCE1V60402080死区电压：死区电压：硅管硅管0.5V0.5V，锗管锗管0.1V0.1V。动画14.5.3 特性曲线特性曲线返回2.2.输出特性输出特性共发射极电路

46、共发射极电路ICEC=UCCIBRB+UBE +UCE EBCEBIC/mA UCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=03DG1003DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线在不同的在不同的 IB下，可得出不同下，可得出不同同的曲线，所以晶体管的输同的曲线，所以晶体管的输出特性曲线是一组曲线。出特性曲线是一组曲线。动画14.5.3 特性曲线特性曲线返回2.2.2.2.输出特性输出特性输出特性输出特性晶晶体体管管有有三三种种工工作作状状态态，输输出特性曲线分为三个工作区出特性曲线分为三个工作区3DG1003DG100晶体管

47、的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0(1)(1)(1)(1)放大区放大区放大区放大区I IC C=I IB B ，为线性区，具有恒为线性区，具有恒流特性。流特性。发射结处于正向偏置、集电结发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。放大状态。Q Q2 2Q Q1 1大大大大放放放放区区区区动画14.5.3 特性曲线特性曲线返回IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB

48、=0(2)(2)(2)(2)截止区截止区截止区截止区对对NPNNPN型型硅硅管管，当当UBE0.5V时时即即已开始截止；已开始截止；IB=0=0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。IB=0=0 时时,IC=ICEO(很小很小)。(ICEO 0.001mA)0.001mA)0.001mA)0.001mA)截止区截止区截止区截止区动画UBE 0时时晶晶体体管管可可靠靠截截止止,。截截止止时时,集集电电结结也也处处于于反反向向偏偏置置(UBC 0),此时此时IC 0,UCE UCC 14.5.3 特性曲线特性曲线返回14.5.3 特性曲线特性曲线IC/mAUCE/V100 A

49、80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0截止区截止区截止区截止区ICEC=UCCIBRB+UBE +UCE EBCEB截截止止时时,集集电电结结也也处处于于反反向向偏偏 置置(UBC 0),此此 时时 IC 0,UCE UCC(2)(2)(2)(2)截止区截止区截止区截止区返回IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0(3)(3)饱和区饱和区在饱和区，在饱和区，I IB B I IC C，发射发射结处于正向偏置，结处于正向偏置，集电结集电结也处于正也处于正偏。偏。深度饱和时

50、，深度饱和时，硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V，锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V。IC UCC/RC。当当 UCE 0)，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。饱饱和和区区动画14.5.3 特性曲线特性曲线返回ICEC=UCCIBRB+UBE +UCE EBCEB14.5.3 特性曲线特性曲线当当晶晶体体管管饱饱和和时时，UCE 0，发发射射极极与与集集电电极极之之间间如如同同一一个个开开关关的接通，其间电阻很小；的接通，其间电阻很小；当当晶晶体体管管截截止止时时，IC 0 ，发发射射极极与与集集电电极极之之间间如如同同一一个个开开关关的的断开，其间电阻很

51、大。断开，其间电阻很大。晶晶体体管管除除了了有有放放大大电电流流作作用用外外，还有开关作用。还有开关作用。动画返回 0 0.1 0.5 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3硅管硅管(NPN)锗管锗管(PNP)可靠截止可靠截止开始截止开始截止 UBE/V UBE/VUCE/V U UBEBE/V/V 截截 止止 放大放大 饱和饱和 工工 作作 状状 态态 管管 型型晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值14.5.3 特性曲线特性曲线动画返回晶体管三晶体管三种种工作状态的电压和电流工作状态的电压和电流(a)放大放大+UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b

52、)截止截止IC 0 IB=0+UCE UCC UBC 0 IB+UCE 0 UBC 0+动画14.5.3 特性曲线特性曲线返回14.5.4 主要参数1.1.1.1.电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数:直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交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，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，注意：注意：注意：注意：和和和和 的含义不同，的含义不同，的含义不同，的含义不同，但数值接近但数值接近但数值接近但数值接近(特性曲线近于平行特性曲线近于平

53、行特性曲线近于平行特性曲线近于平行等距且等距且等距且等距且I ICEOCEO较小的情况下较小的情况下较小的情况下较小的情况下)。常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间。之间。之间。I IC C随随随随I IB B成正比变化，成正比变化，成正比变化，成正比变化，可认为可认为可认为可认为 值是基本恒定（值是基本恒定（值是基本恒定（值是基本恒定（特性特性特性特性曲线的近于水平部分）曲线的近于水平部分）曲线的近于水平部分）曲线的近于水平部分）。动画返回例：在例：在例：在例：在U UCECE=6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 Q Q1

54、1 点点点点I IB B=40=40 A,A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在在在 Q Q2 2 点点点点I IB B=60=60 A,A,I IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C/mmA A1 12 23 34 4U UCE CE/V/V9 912120 0Q Q1 1Q Q2 2在在在在 Q Q1 1 点，有点，有点，有点，有

55、由由由由 Q Q1 1 和和和和Q Q2 2点，得点，得点，得点，得动画返回2.2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBOICBO A+EC3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流)ICEO AICEOIB=0+动画I ICBOCBO是由少数载流子的漂移运动是由少数载流子的漂移运动是由少数载流子的漂移运动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。所形成的电流，受温度的影响大。所形成的电流，受温度的影响大。所形成的电流，受温度的影响大。温度温度温度温度I ICBOCBO I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的

56、影响大。温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也相应增也相应增也相应增也相应增加。加。加。加。三极管的温度特性较差三极管的温度特性较差14.5.4 主要参数返回4.4.4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当值的下降，当值的下降，当 值下降值下降值

57、下降值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为到正常值的三分之二时的集电极电流即为到正常值的三分之二时的集电极电流即为到正常值的三分之二时的集电极电流即为 I ICMCM。当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U U U UCE CE CE CE 超过一定的数值时，三极管就会超过一定的数值时，三极管就会超过一定的数值时，三极管就会超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是被击穿。手册上给出的数值是被击穿。手册上给出的数值是被击穿。手册上给出的数值是25252525 C C C C、基极开路时的击穿电基极开路时的击穿电基极开路时的击穿电基极开路时的击

58、穿电压压压压U U(BR)(BR)CEOCEO。6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCMP PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高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。会烧坏三极管。会烧坏三极管。会烧坏三极管。P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE硅管允许结温约为硅管允许结温约为硅管允许结温约为硅管允许结温约为150150150150 C C C C，锗管约为锗管约为锗管约为锗管约为70707070 90909090

59、 C C C C。动画14.5.4 主要参数返回ICMU(BR)CEO由三个极限参数由三个极限参数由三个极限参数由三个极限参数可画出三极管的可画出三极管的可画出三极管的可画出三极管的安全工作区安全工作区安全工作区安全工作区ICUCEOI IC CU UCE CE=P=PCMCM安全工作区安全工作区动画14.5.4 主要参数返回晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1.1.温度每增加温度每增加温度每增加温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优于增大一倍。硅管优于增大一倍。硅管优于增大一倍。硅管优于 锗管。锗管。锗管。锗管。2

60、 2.温度每升高温度每升高温度每升高温度每升高1 1 C C，U UBEBE将减小将减小将减小将减小(2(2 2.5)mV2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3.3.温度每升高温度每升高温度每升高温度每升高 1 1 C C，增加增加增加增加 0.5%1.0%0.5%1.0%。动画14.5.4 主要参数返回14.6 光电器件14.6.1 14.6.1 发光二极管发光二极管(LED)(LED)发光二极管：加上正向电压并有足够大的正向电流时，就发光二极管：加上正向电压并有足够大的正向电流时，就发光二极管：加上正向电压并有足够大

61、的正向电流时，就发光二极管：加上正向电压并有足够大的正向电流时，就 能发出一定波长范围的光。能发出一定波长范围的光。能发出一定波长范围的光。能发出一定波长范围的光。可以发出从红外可以发出从红外可以发出从红外可以发出从红外 到可见波段的光到可见波段的光到可见波段的光到可见波段的光动画它的电特性与一般二极管类似，常用的有它的电特性与一般二极管类似，常用的有它的电特性与一般二极管类似，常用的有它的电特性与一般二极管类似，常用的有2EF2EF2EF2EF等等等等 系列。系列。系列。系列。发光二极管的发光二极管的发光二极管的发光二极管的工作电压为工作电压为工作电压为工作电压为1.5 3V1.5 3V，工

62、作电工作电工作电工作电 流为流为流为流为几几几几 十几十几十几十几mAmA。符号符号符号符号返回14.6.2 光电二极管暗电流：暗电流：暗电流：暗电流：光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。当当当当无光照无光照无光照无光照时时时时,和和和和 普通二极管一样普通二极管一样普通二极管一样普通二极管一样,其其其其反向电流很小。反向电流很小。反向电流很小。反向电流很小。I/I/A AU/U/V VE=0E1E2(a)(a)伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性(b)(b)符号符号符号符号E2 E1动画光电流：光电流：光

63、电流：光电流：有光照有光照有光照有光照时时时时,产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度E E E E越越越越 强，光电流越大，强，光电流越大，强，光电流越大，强，光电流越大，一般只有几十微安一般只有几十微安一般只有几十微安一般只有几十微安。常用的光电二极管有常用的光电二极管有常用的光电二极管有常用的光电二极管有2AU,2CU2AU,2CU2AU,2CU2AU,2CU等系列。等系列。等系列。等系列。返回14.6.2 光电晶体管光电晶体管光电晶体管光电晶体管:用入射光照度用入射光照度E E的强弱来控制集电极电流。的强

64、弱来控制集电极电流。动画无光照时无光照时,集电极电流集电极电流 I ICEOCEO很小很小,为暗电流。当有为暗电流。当有光照时光照时,集电极电流为光电流。一般约为零点几毫集电极电流为光电流。一般约为零点几毫安到几毫安安到几毫安。常用的光电晶体管有常用的光电晶体管有3AU,3DU3AU,3DU等系列。等系列。(b)(b)输出特性曲线输出特性曲线(a)(a)符号符号E E=0=0E E1 1E E3 3E E4 4i iC Cu uCECEO OE E2 2I ICEOCEOP PCMCMC CE E返回 动画例例 光电耦合放大电路光电耦合放大电路+5VT1TR1R2R3+uo1.发光二极管与光电晶体管的耦合起控制开关的作用发光二极管与光电晶体管的耦合起控制开关的作用2.发光二极管与光电二极管也可以耦合。发光二极管与光电二极管也可以耦合。