《极管及三极管》PPT课件

（下）（下）返回返回返回返回后一页后一页返回返回前一页前一页 后一页后一页 对于元器件，重点放在特性、参数、技术指对于元器件，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。标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。讨论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行况，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获得具有合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指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。标，就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC的值的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。算的方法。前一页前一页 后一页后一页返回返回半导体的特性：半导体的特性： ( (可制成温度敏感元件，如热敏电阻可制成温度敏感元件，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，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 其导电能力明显改变。其导电能力明显改变。光敏性：光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。当受到光照时，其导电能力明显变化。 ( (可制成各种光敏元件，如光敏电阻、可制成各种光敏元件，如光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光电池等光敏二极管、光敏三极管、光电池等) )。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。前一页前一页 后一页后一页返回返回1.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体。硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构前一页前一页 后一页后一页返回返回硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对 共价键中的共价键中的两个电子被紧紧两个电子被紧紧束缚在共价键中，束缚在共价键中，称为称为束缚电子。束缚电子。+4+4+4+4前一页前一页 后一页后一页返回返回+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 在常温下，由于在常温下，由于热激发，使一些价电热激发，使一些价电子获得足够的能量而子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，脱离共价键的束缚，成为成为自由电子自由电子（带负（带负电），同时共价键上电），同时共价键上留下一个空位，称为留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）。 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。前一页前一页 后一页后一页返回返回本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 在其它力的作用在其它力的作用下，空穴吸引临近的下，空穴吸引临近的电子来填补，其结果电子来填补，其结果相当于空穴的迁移。相当于空穴的迁移。 空穴的迁移相当于空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。 因常温下束缚因常温下束缚电子很难脱离共价电子很难脱离共价键成为自由电子，键成为自由电子，因此本征半导体中因此本征半导体中的自由电子和空穴的自由电子和空穴很少，所以很少，所以本征半本征半导体的导电能力很导体的导电能力很弱。弱。 当半导体外加电压当半导体外加电压时，在电场的作用下时，在电场的作用下将出现两部分电流：将出现两部分电流： 1）自由电子作定）自由电子作定向移动向移动 电子电流电子电流 2）价电子递补空）价电子递补空穴穴 空穴电流空穴电流+4+4+4+4前一页前一页 后一页后一页返回返回本征半导体中存在本征半导体中存在数量相等数量相等的两种载流的两种载流子，即子，即自由电子和空穴自由电子和空穴。 温度越高，载流子的浓度越高温度越高，载流子的浓度越高，本征半本征半导体的导电能力越强。导体的导电能力越强。温度是影响半导体性温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，能的一个重要的外部因素，这是半导体的一这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。浓度。跳转跳转前一页前一页 后一页后一页返回返回返回返回前一页前一页 后一页后一页前一页前一页 后一页后一页返回返回P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体前一页前一页 后一页后一页返回返回 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 （a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。 2. 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. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a. 减少、减少、b. 不变、不变、c. 增多）。增多）。abc 4. 在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ， N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 （a. 电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流） ba前一页前一页 后一页后一页返回返回1.2.1 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E少子的漂移运动少子的漂移运动浓度浓度差差P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体空间电荷区空间电荷区空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 前一页前一页 后一页后一页返回返回前一页前一页 后一页后一页二、二、 PN结的单相导电性结的单相导电性 1. PN 结加正向电压（正向偏置）结加正向电压（正向偏置） P接正、接正、N接负接负 +U内电场内电场外电场外电场PNIF 内电场被削弱，多内电场被削弱，多子的扩散加强，形成子的扩散加强，形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。 PN结正向电阻较结正向电阻较小，正向电流较大，小，正向电流较大，PN结处于导通状态。结处于导通状态。返回返回2. PN 结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）+U内电场内电场外电场外电场PN 内电场被加强，少子内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的数量很少，形成很小的反向电流。反向电流。IRPN 结变宽结变宽 P接负、接负、N接正接正 PN结反向电阻较结反向电阻较大，反向电流很小，大，反向电流很小，PN结处于截止状态。结处于截止状态。温度越高少子的数量越多，反向电流将随温度增加温度越高少子的数量越多，反向电流将随温度增加前一页前一页 后一页后一页返回返回1、PN 结加正向电压（正向偏置，结加正向电压（正向偏置，P 接正、接正、N 接负接负 ）时，）时， PN 结处于正向导通状态，结处于正向导通状态，PN 结正向电阻较小，正向电流较大。结正向电阻较小，正向电流较大。2、PN 结加反向电压（反向偏置，结加反向电压（反向偏置，P接负、接负、N 接正接正 ）时，）时， PN 结处于反向截止状态，结处于反向截止状态，PN 结反向电阻较大，反向电流很小。结反向电阻较大，反向电流很小。前一页前一页 后一页后一页返回返回1.3.1 基本结构基本结构（a）点接触型）点接触型1. 结构结构 ：按结构可分三类按结构可分三类(b)面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。 结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。前一页前一页 后一页后一页(c)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。PN结结面积可大可结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。小，用于高频整流和开关电路中。返回返回二极管的结构示意图二极管的结构示意图2. 符号：符号：PN阳极阳极阴极阴极VD前一页前一页 后一页后一页返回返回1.3.1 伏安特性伏安特性前一页前一页 后一页后一页返回返回1.3.3 主要参数主要参数1 1、最大整流电流、最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。均电流。2 2、3 3、指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向反向电流大，说明管子的单向导电性差，电流大，说明管子的单向导电性差， 受温度的影响，受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，前一页前一页 后一页后一页返回返回前一页前一页 后一页后一页返回返回 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否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 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，二极管导通（正向偏置）为正，二极管导通（正向偏置）若若 V阳阳 V阴阴 二极管导通二极管导通若若忽略管压降，二极管可看作短路，忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V否则，否则， UAB低于低于6V一个管压降，为或一个管压降，为或例例1 1：后一页后一页取取 B 点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。管阳极和阴极的电位。跳转跳转返回返回两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起求：求：UAB取取 B 点作参考点，断开点作参考点，断开二极管，分析二极管阳二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。极和阴极的电位。V1阳阳 =6 V，V2阳阳 =0 V ，V1阴阴 = V2阴阴 = 12 VUD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 VD2 优先导通，优先导通， VD1截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 VVD6V12V3k BAVD2mA43122 DIVD1承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流过VD2的电流为的电流为例例2:2:前一页前一页 后一页后一页返回返回ui 8V 二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V 二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 uo = ui已知：已知： 二极管是理想的，试画二极管是理想的，试画出出 uo 波形。波形。V sin18tui u2t 18V参考点参考点8V例例3 3二极管的用途：二极管的用途： 整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、箝位、开关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。前一页前一页 后一页后一页返回返回前一页前一页 后一页后一页使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻返回返回前一页前一页 后一页后一页ZZIUZr Zr返回返回反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加符号符号前一页前一页 后一页后一页返回返回有正向电流流过时，发出一定波长范围的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几向电压较一般二极管高，电流为几 几十几十mA符号符号前一页前一页 后一页后一页返回返回返回返回集电区：集电区：面积最大面积最大基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结返回返回返回返回1.5.2 1.5.2 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECRC1. 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNP VBVE VCVE 集电结反偏集电结反偏 VCVB返回返回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IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.50 3.300.0010.511.021.732.54 3.35结论结论1）三电极电流关系）三电极电流关系 IE = IB + IC2） IC IE ， IC IB3） IC IB 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。 实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是电流的变化，是CCCS器件。器件。返回返回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BECNNPEBRBEC 基区空基区空穴向发射穴向发射区的扩散区的扩散可忽略。可忽略。 发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不断向基区扩散，断向基区扩散，形成发射极电形成发射极电流流I IE E。IE进入进入P P 区的区的电子少部分与电子少部分与基区的空穴复基区的空穴复合，形成电流合，形成电流I IBE BE ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。IBE从基区扩散来从基区扩散来的电子作为集的电子作为集电结的少子，电结的少子，漂移进入集电漂移进入集电结而被收集，结而被收集，形成形成I ICECE。ICE 集电结反集电结反偏，有少子偏，有少子形成的反向形成的反向电流电流I ICBOCBO。ICBO返回返回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BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBO ICE返回返回I ICE CE 与与I IBE BE 之比称为共发射极电流放大倍数之比称为共发射极电流放大倍数BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBCII)I(1II _BC CEOII I_ ，有，有忽略忽略CEOCBII 0I ，则则若若集射极穿透电流集射极穿透电流温度温度 ICEO 常用公式常用公式返回返回1.5.3 1.5.3 特性曲线特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是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。管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线： 1 1）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线性曲线返回返回 实验线路实验线路输入回路输入回路输出回路输出回路发射极是输入、输出回路的公共端发射极是输入、输出回路的公共端 EBICmA AVUCEUBERBIBECV共发射极电路共发射极电路 返回返回1. 1. 输入特性输入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V常常数数 CEUBEBUfI)(特点特点:非线性非线性死区电压：死区电压：硅管硅管V，锗管锗管V。工作压降：工作压降： 硅硅U UBE BE V, , 锗锗U UBE BE V。返回返回2. 2. 输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当U UCE CE 大于一大于一定的数值时，定的数值时，I IC C只与只与I IB B有关，有关，即即I IC C= = I IB B。常常数数 BICECUfI)(此区域满足此区域满足IC= IB 称为称为线性区（放线性区（放大区），具大区），具有恒流特性。有恒流特性。返回返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A UCE UBE, ,集电结正集电结正偏，偏， IB IC，称为饱称为饱和区。和区。 深度饱和时硅深度饱和时硅管管UCES 此区此区域中域中IC受受UCE的影响的影响较大较大返回返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A 此区域中此区域中: : IB= 0,IC =ICEO,UBE 死区电压，死区电压，称为截止区。称为截止区。后一页后一页跳转跳转 为可靠截止，为可靠截止，常取发射结零偏常取发射结零偏压或反偏压。压或反偏压。返回返回 输出特性可划分为三个区，分别代表晶体输出特性可划分为三个区，分别代表晶体管的三种工作状态。管的三种工作状态。1 1）放大区放大区( (线性区，具有恒流特性线性区，具有恒流特性) )放大状态放大状态 I IC C = = I IB B ，发射结正偏、集电结反偏。，发射结正偏、集电结反偏。2 2）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开 I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO 0 0，U UBEBE 死区电压死区电压 发射结反偏或零偏、集电结反偏。发射结反偏或零偏、集电结反偏。3 3）饱和区饱和区( (管子处于饱和导通状态管子处于饱和导通状态) )开关闭合开关闭合 IB IC， UCE UBE, , 发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏。集电结正偏。返回返回1.5.4 1.5.4 主要参数主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法。相应地还有输出的公共点，称为共射接法。相应地还有共基、共集接法。共基、共集接法。直流电流放大系数：直流电流放大系数：BC_II 1. 1. 电流放大系数电流放大系数和和 _ 工作于动态的三极管，真正的信号是叠工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为为 I IB B，相应的集电极电流变化为，相应的集电极电流变化为 I IC C 。BIIC 交流电流放大系数：交流电流放大系数：一般小功率三极管一般小功率三极管20020 _ 大功率三极管大功率三极管10010 返回返回349030481_.IIBC 48030045048122 .IIBC 后一页后一页返回返回2. 2. 集集- -基极反向饱和电流基极反向饱和电流 ICBO A ICBO是通是通过集电结，过集电结，由少数载流由少数载流子的漂移形子的漂移形成的反向电成的反向电流，受温度流，受温度变化的影响。变化的影响。ICBO返回返回3 3. . 集集- -射极穿透电流射极穿透电流 ICEO AICEOIB=0 ICEO受温度受温度影响很大，当影响很大，当温度上升时，温度上升时，ICEO增加很快，增加很快，所以所以IC也相应也相应增加。增加。三极管三极管的温度特性较的温度特性较差。差。跳转跳转返回返回后一页后一页(BR)CEO21BUEC 一一般般取取返回返回后一页后一页返回返回ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区返回返回后一页后一页返回返回