电工第14章二极管和晶体管备

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1、电电 工工 学学电电 子子 技技 术术 电子学发展史电子学发展史1750年，年，富兰克林富兰克林指出：雷电与摩擦生电是一回事指出：雷电与摩擦生电是一回事1785年，年，库仑库仑总结出电荷的力学定理总结出电荷的力学定理1800年，年，伏打伏打创立了电位差理论创立了电位差理论1820年，年，奥斯特奥斯特发现导线通电磁针偏转发现导线通电磁针偏转1831年，年，法拉第法拉第完成磁生电实验完成磁生电实验1865年，年，麦克斯韦麦克斯韦发表电磁理论公式发表电磁理论公式1888年，年，赫兹赫兹证明了电磁波的存在证明了电磁波的存在1896年，年，马可尼马可尼发明电报，获发明电报，获1908年诺贝尔奖年诺贝尔奖

2、1897年，年，汤姆荪汤姆荪发现电子，获发现电子，获1906年诺贝尔奖年诺贝尔奖1947年，年，萧克利、巴丁、布拉顿萧克利、巴丁、布拉顿发明晶体管，获发明晶体管，获56年诺贝尔奖年诺贝尔奖1958年，年，基尔比基尔比发明集成电路，获发明集成电路，获2000年诺贝尔奖年诺贝尔奖从从20世纪初开始，人们相继发现了真空和半世纪初开始，人们相继发现了真空和半导体电子器件，以导体电子器件，以检波检波、放大放大及及开关开关等功能为核等功能为核心的心的电子技术电子技术得到迅速发展。得到迅速发展。从从1948美国贝尔实验室发明半导体晶体管以美国贝尔实验室发明半导体晶体管以来，半导体电子器件逐步取代电子管而成为

3、应用来，半导体电子器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的主角，经历了分立器件、集成电路、电子技术的主角，经历了分立器件、集成电路、大规模和超大规模的集成电路。其应用领域遍及大规模和超大规模的集成电路。其应用领域遍及广播、通讯、测量、控制广播、通讯、测量、控制；今天，计算机已；今天，计算机已经以高技术的载体进入到各个领域，为人类文明经以高技术的载体进入到各个领域，为人类文明的发展树立了一座宏伟的里程碑。的发展树立了一座宏伟的里程碑。电子技术由模拟电子技术和数字电子技术两部分构成。两者的区别：处理的信号电子技术基础知识包括半导体二极管、半导体三极管、场效应管、部分典型集成电路等元器件。电炉箱恒温自

4、动控制系统电炉箱恒温自动控制系统光源光源产品产品传送带传送带光电元件光电元件脉冲产生脉冲产生整整 形形十二进制十二进制计数器计数器件数件数十进制十进制计数器计数器十进制十进制计数器计数器十进制十进制计数器计数器箱数箱数译码器译码器译码器译码器译码器译码器563LED数码管数码管个位个位十位十位百位百位产产品品自自动动装装箱箱计计数数生生产产线线导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半导体

5、：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性为什么具有这些导电特性？为什么具有这些导电特性？共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 Si Si Si Sip+多多余余电电子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

6、由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴小结：小结：(1)本征半导体中有两种载流子导电，自由电子和空穴本征半导体中有两种载流子导电，自由电子和空穴，但载流子数目极少，但载流子数目极少, 其导电性能很差。温度愈高，其导电性能很差。温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。(2)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导型半导体。其中电子是多数载流子，空穴是少数载流子，体。其中电子是多数载流子，

7、空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。此外还有不参加导电的正离子。(3)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导型半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。此外还有不参加导电的负离子。(4)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征激发产生，其浓度与温度有关。本征激发产生，其浓度与温度有关。 14.2.1 PN PN结的形成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 扩散的结

8、果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散增强扩散增强漂移运动增强漂移运动增强内电场增强内电场增强两者平衡两者平衡PNPN结宽度基本稳定结宽度基本稳定1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴和中的空穴和N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。3.3.P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子）

9、，），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意: :14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+2. PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）+2. PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置） 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+PNPN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，呈现低电阻， P

10、NPN结导通；结导通；PNPN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，呈现高电阻， PNPN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。14.3 半导体二极管半导体二极管14.3.1 基本结构基本结构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型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型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

11、线( b ) 面接触型面接触型图图 1 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D半导体二极管实物图片半导体二极管实物图片半导体二极管图片半导体二极管图片14.3.2 伏安特性伏安特性反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+14.3.3 主要参数主要参数3.43.4二极管的电路模型二极管的电路模型 （补充）（补充）1 理想二极管：相当于开关，正向导通时，没有压降反相截止时没有电流。死区电压死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 2 二极管：考虑二极管的正向压降，但正向压降视为固定值。死区电压死区电压=0 .5V，正向压降，

12、正向压降 :硅管硅管0.7V ，锗管，锗管0.3V3折线化模型：此时考虑二极管两端的压降在某一固定值上作微小变化时所引起的电流变化。 OUDIDOUDIDOUDIDUDd1rQUDUDUDdr (a) 开关模型 (b) 固定正向压降模型 (c) 折线化模型 二极管的低频模型 二极管电路分析举例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 若二极管是理想的，若二极管是理想的， RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo二极管起二

13、极管起检波检波作用，除去正尖作用，除去正尖脉冲。脉冲。 正负对称限幅电路正负对称限幅电路: 设输入电压设输入电压ui=10sint(V), Us1=Us2=5V。D为理想二极管为理想二极管二极管的应用举例二极管的应用举例3：例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 复习：复习：(1)本征半导体中有两种载流子导电，自由电子和空穴本征半导体中有两种载流子导电，自由电子和空穴，但载流子数目极少，但载流子数目极少, 其导电性能很差。温度愈高，其导电性能很差。温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能

14、也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。(2)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导型半导体。其中电子是多数载流子，空穴是少数载流子，体。其中电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。此外还有不参加导电的正离子。(3)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导型半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。此外还有不参加导电的负离子。(4)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子

15、由本征激发产生，其浓度与温度有关。本征激发产生，其浓度与温度有关。(5) PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，呈现低电阻，PN结导通；结导通；(6) PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，呈现高电阻，PN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。(7) 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负接负 ）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向二极管处于正向导通状态，二极管

16、正向电阻较小，正向电流较大。电阻较小，正向电流较大。(8) 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正接正 ）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向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。电阻较大，反向电流很小。(9) (10) 14.4 稳压二极管稳压二极管UZIZIZM UZ IZ_+UIO3. 主要参数主要参数ZZ ZIUr例：例：IZ+20VVU12ZmAI18ZMZDKR6 . 1通过稳压管的电流通过稳压管的电流IZ等于等于多少？多少？R是限流电阻，其是限流电阻，其值是否合适？值是否合适？mAAAIZ510510

17、6.1122033ZMZII14.5 晶体管晶体管14.5.1 基本结构基本结构N型硅型硅P型型N型型二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜CBENPN型型NNPBECBECIBIEIC14.5 晶体管晶体管14.5.1 基本结构基本结构N型锗型锗铟球铟球铟球铟球P型型P型型CEBPNP型型BECIBIEIC14.5.2晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用14. 5.

18、 2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1. 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件EEBRBRCIEICIBEEBRBRCIEICIB2. 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EEBRBRCIEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO发射结正偏扩散强E区多子（自由电子）到B区B区多子（空穴）到E区穿过发射结的电流主要是电子流形成发射极电流IEIE是由扩散运动形成的1 1 发射区向基区扩散电子，形成发射极电流发射区向基区扩散电子，形成发射极电流I IE E。2 电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流IBE区电子到基区

19、区电子到基区B后，有两种运动后，有两种运动扩散ICE复合IBE同时基区中的电子被同时基区中的电子被EB拉走形成拉走形成IBIBE=IB时达到动态平衡形成稳定的基极电流IBIB是由复合运动形成的3 集电极收集电子，形成集电极电流集电极收集电子，形成集电极电流IC集电结反偏集电结反偏阻碍C区中的多子（自由电子）扩散，同时收集E区扩散过来的电子有助于少子的漂移运动，有反向饱和电流ICBO形成集电极电流ICRBEC+_EBEBCICIBIEICBOIBEICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII BCII14.5.3 特性曲线特性曲线 即

20、管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即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，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。是分析放大电路的依据。 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共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+1. 输入特性输入特性常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO2. 输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数

21、数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区BECEUUCI1、 的微小变化会引起 的较大变化；BIBI2、 ， 是由 和 决定的。BCIICI晶体管处于放大区的特征：晶体管处于放大区的特征：CCCCCECCCEIRUUUU,03、4、晶体管相当于通路。OCCEEU晶体管相当于开路晶体管相当于开路CI1、 增加时， 基本不变。BICR2、 ， 是由 和 决定的。CCCCRUI CICCU晶体管处于饱和区的特征：晶体管处于饱和区的特征：0CEU3、4、晶体管相当于短路。ICIBUCE+UBC0+UBE0IC0IB0UCE +UBC0+UBE0UCCICIBU

22、CE0 +UBC0+UBE0IBUCCRC截止截止放大放大饱和饱和发射结发射结反偏反偏正偏正偏正偏正偏集电结集电结反偏反偏反偏反偏正偏正偏例例1：如图，如图， 当输入当输入电压电压U1 分别为分别为3V、1V、-1V时，试问晶体管处于何种时，试问晶体管处于何种工作状态？工作状态？,10,3,6KRKRVUBCCC,25_ICRBIBUCC+RCU1mARUICCCC210363AmAIIB8008. 0252_C3123010107 . 03BBBEBIARUUI例例1：如图，如图， 当输入当输入电压电压U1 分别为分别为3V、1V、-1V时，试问晶体管处于何种时，试问晶体管处于何种工作状态？

23、工作状态？,10,3,6KRKRVUBCCC,25_ICRBIBUCC+RCU1313010107 . 01BBBEBIARUUI14.5.4 主要参数主要参数1. 电流放大系数电流放大系数， BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEOBCII 管子工作在放大状态，利用管子工作在放大状态，利用I IB B对对I IC C的控制作用。的控制作用。 IC = ICEO 0， c、e之间相当于断路，之间相当于断路， 三极管相当于一个开关处于断开状态。三极管相当于

24、一个开关处于断开状态。 UCES 0， 管子工作在截止或饱和状态，利用其开关特性。管子工作在截止或饱和状态，利用其开关特性。：半导体三极管应用半导体三极管应用三极管型号的含义三极管型号的含义(2)(2)用字母表示三极管的材料与类型。如用字母表示三极管的材料与类型。如A A表示表示PNPPNP型锗管，型锗管，B B表示表示NPNNPN型锗管，型锗管，C C表示表示PNPPNP型硅管，型硅管，D D表示表示NPNNPN型硅管型硅管。(3)(3)由字母组成，表示器件类型，即表明管子的功能由字母组成，表示器件类型，即表明管子的功能。 如如X X表示低频小功率管，表示低频小功率管， G G表示高频小功率

25、管表示高频小功率管， D D表示低频大功率管，表示低频大功率管， A A表示高频大功率管。表示高频大功率管。 三极管的型号一般由五部分组成三极管的型号一般由五部分组成, ,如如3AX31A3AX31A、3DG12B3DG12B、3CG14G3CG14G等。下面以等。下面以3DG12B3DG12B为例说明各部分的含义。为例说明各部分的含义。) 1 (3)2(D) 3(G)4(12)5(B(1) 用数字表示电极数目。用数字表示电极数目。“3”代表三极管。代表三极管。(4)(4) 用数字表示三极管的用数字表示三极管的序号序号。(5)(5) 由字母组成由字母组成, ,表示三极管的表示三极管的规格号规格

26、号。常见三极管的外形结构常见三极管的外形结构小功率管塑封管硅铜塑封三极管实物照片实物照片练习与思考练习与思考 1-1 写出三极管的三种工作状态，并说明在三种状态写出三极管的三种工作状态，并说明在三种状态下发射结、集电结的偏置状况。下发射结、集电结的偏置状况。1-21-2 在电路中测得各三极管的三个电极对地电位如图在电路中测得各三极管的三个电极对地电位如图所示，其中所示，其中NPNNPN型为硅管，型为硅管，PNPPNP型为锗管，判断各三极型为锗管，判断各三极管的工作状态。管的工作状态。5V-0.3V-0.1V0V1.3V2V1.3V6V2.0V截止截止放大放大饱和饱和 1-31-3 今测得放大电

27、路中一个三极管的各极对地电今测得放大电路中一个三极管的各极对地电位分别为位分别为-1V-1V，-1.3V-1.3V，-6V-6V，试判别三极管的三个电极，试判别三极管的三个电极，并说明是硅管还是锗管，是并说明是硅管还是锗管，是NPNNPN型还是型还是PNPPNP型。型。 1-41-4 已知放大电路中一个三极管的各极对地电位已知放大电路中一个三极管的各极对地电位 分别为分别为 2.3V2.3V，3V3V，6V6V，试判别管子的类型、管子的三，试判别管子的类型、管子的三个电极，并说明是硅管还是锗管。个电极，并说明是硅管还是锗管。VVUBE7 . 06 . 0VVUBE3 . 02 . 0 1-51

28、-5 AICBO5 . 0,50_AICBO2,150_ 1-61-6 将一将一PNPPNP型晶体管接成共发射极电路，要使它型晶体管接成共发射极电路，要使它具有电流放大作用，具有电流放大作用，E EC C和和E EB B的正负极性如何连接，为什的正负极性如何连接，为什么？么？晶体管是温度不稳定器件，晶体管是温度不稳定器件，I ICEOCEO越小温度稳定性越好。越小温度稳定性越好。 ICEO= =（1+ 1+ ）I ICBOCBO_ECRCEBRBCEICUCEOE5E4E3E2E1E=01 1半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正

29、电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，负电，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到可以得到N N型半导体和型半导体和P P型半导体。型半导体。2 2采用一定的工艺措施，使采用一定的工艺措施，使P P型和型和N N型半导体结合在一型半导体结合在一起，就形成了起，就形成了PNPN结。结。PNPN结的基本特点是单向导电性。结的基本特点是单向导电性。3 3二极管是由一个二极管是由一个PNPN结构成的。其特性可以用伏安特结构成的。其特性可以用伏安特性和一系列参数来描述。性和一系列参数来描述。内容小结内容小结4.4.三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为

30、双极型晶体管。极型晶体管。5.5.是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。可以控制集电极电流。6.6.特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。7.7.有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。作业作业14.3.2 14.3.414.4.2 14.5.114.5.4 解解: :14.3.514.3.5在下图中在下图中, ,试求以下几种情况的端电压试求以下几种情况的端电压VY,VY,及各元件流过的电流及各元件流过的电流: :(1)V(1)VA A=10V,V

31、=10V,VB B=0V;=0V;解解: :(2)V(2)VA A=6V,V=6V,VB B=5.8V;=5.8V;(2)V(2)VA A=V=VB B=5V;=5V;14.4.214.4.2两个稳压管两个稳压管, ,稳定电压分别为稳定电压分别为5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向压降都是正向压降都是0.5V,0.5V,如果得到如果得到0.5V,3V,6V,9V0.5V,3V,6V,9V和和14V14V应应如何连接如何连接? ?解解: :14.5.1 14.5.1 有两个晶体管分别接在电路中有两个晶体管分别接在电路中, ,测得它们的管测得它们的管脚电位如下图所示脚电位如下图所示: :试判断管子类型。试判断管子类型。解：解：