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第一章第一章半导体器件半导体器件1.1半导体的特性半导体的特性1.2半导体二极管半导体二极管1.3双极型三极管双极型三极管(BJT)1.4场效应三极管场效应三极管第一章半导体器件1.1半导体的特性1.2半导体二极管11变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一节第一节 半导体的特性半导体的特性本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体第一节 半导体的特性本征半导体杂质半导体2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.1.半导体半导体半导体半导体(semiconductor)共价键共价键共价键共价键covalent covalent bondbond半导体的定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物半导体的定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为质统称为半导体半导体。大多数半导体器件所大多数半导体器件所用主要材料是硅和锗用主要材料是硅和锗一、本征半导体一、本征半导体(intrinsic(intrinsic semiconductor)semiconductor)价价价价电电电电子子子子在硅在硅(或锗或锗)的晶体中的晶体中,原子在空间排列成规则的晶格。原子在空间排列成规则的晶格。晶体中的价电子与共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+41.半导体(semiconductor)共价键covale3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.2.本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体(intrinsic semiconductorsintrinsic semiconductors)纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体。本征半导体。本征半导体。在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在热力学温度零度在热力学温度零度在热力学温度零度在热力学温度零度（即（即（即（即T T=0 K =0 K）时，时，时，时，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体一样。一样。一样。一样。2.本征半导体(intrinsic semiconduct4变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子带负电的自由电子带负电的自由电子带负电的自由电子带负电的自由电子free electronfree electron带正电的空穴带正电的空穴带正电的空穴带正电的空穴holehole如果温度升高，如果温度升高，如果温度升高，如果温度升高，少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为自由电子。自由电子。自由电子。自由电子。在原来的共价键位置在原来的共价键位置在原来的共价键位置在原来的共价键位置留下一个空位，留下一个空位，留下一个空位，留下一个空位，称之为称之为称之为称之为空穴。空穴。空穴。空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的载流子带负5变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4半导体中存在两种载流子：半导体中存在两种载流子：半导体中存在两种载流子：半导体中存在两种载流子：带负电的带负电的带负电的带负电的自由电子自由电子自由电子自由电子和带正电的和带正电的和带正电的和带正电的空穴。空穴。空穴。空穴。在一定温度下在一定温度下在一定温度下在一定温度下电子电子电子电子 空穴对空穴对空穴对空穴对的的的的产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。在本征半导体中，在本征半导体中，在本征半导体中，在本征半导体中，两种载流子总是成对出现两种载流子总是成对出现两种载流子总是成对出现两种载流子总是成对出现称称称称为为为为 电子电子电子电子 空穴对空穴对空穴对空穴对本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感电子电子电子电子 空穴空穴空穴空穴对对对对两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等+4+4+4+4+4+4+4+4+4半导体中存在两种载流子：6变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.N1.N型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体 (N-type semiconductor)(N-type semiconductor)二、二、杂质半导体杂质半导体则原来晶格中的某些硅原子则原来晶格中的某些硅原子则原来晶格中的某些硅原子则原来晶格中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原将被杂质原子代替。杂质原将被杂质原子代替。杂质原将被杂质原子代替。杂质原子与周围四个硅原子组成共子与周围四个硅原子组成共子与周围四个硅原子组成共子与周围四个硅原子组成共价键时多余一个电子。这个价键时多余一个电子。这个价键时多余一个电子。这个价键时多余一个电子。这个电子只受自身原子核吸引，电子只受自身原子核吸引，电子只受自身原子核吸引，电子只受自身原子核吸引，在室温下可成为在室温下可成为在室温下可成为在室温下可成为自由电子。自由电子。自由电子。自由电子。在在在在4 4价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的5 5价价价价杂质元素杂质元素杂质元素杂质元素，在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体。+5+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子自由电子自由电子1.N型（或电子型）半导体(N-type semicon7变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分+5+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。在这种杂质半导体中，在这种杂质半导体中，在这种杂质半导体中，在这种杂质半导体中，电子的浓度大大高于空穴电子的浓度大大高于空穴电子的浓度大大高于空穴电子的浓度大大高于空穴的浓度。的浓度。的浓度。的浓度。因主要依靠电子导电，因主要依靠电子导电，因主要依靠电子导电，因主要依靠电子导电，故称为电子型半导体。故称为电子型半导体。故称为电子型半导体。故称为电子型半导体。多数载流子多数载流子多数载流子多数载流子majority carriermajority carrier少数载流子少数载流子少数载流子少数载流子minority carrierminority carrier5 5价的杂质原子可以提供电子，价的杂质原子可以提供电子，价的杂质原子可以提供电子，价的杂质原子可以提供电子，所以称为所以称为所以称为所以称为施主原子施主原子施主原子施主原子。+5+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由电子的杂质原子固8变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分+3+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的3 3价价价价杂质元素，杂质元素，杂质元素，杂质元素，空位空位空位空位2.P2.P型半导体型半导体型半导体型半导体(P-type semiconductor)(P-type semiconductor)当它与当它与当它与当它与周围的硅原子组成共周围的硅原子组成共周围的硅原子组成共周围的硅原子组成共价键时，将缺少一个价电子，价键时，将缺少一个价电子，价键时，将缺少一个价电子，价键时，将缺少一个价电子，产生了一个产生了一个产生了一个产生了一个空位空位空位空位。空位为电中性。空位为电中性。空位为电中性。空位为电中性。+3+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗晶体中掺入少量的9变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，杂质原子成为负离子，杂质原子成为负离子，杂质原子成为负离子，杂质原子成为负离子，硅原子的共价键中产生一个硅原子的共价键中产生一个硅原子的共价键中产生一个硅原子的共价键中产生一个空穴。空穴。空穴。空穴。在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子的浓度。的浓度。的浓度。的浓度。+3+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴空穴空穴在室温下仍有在室温下仍有在室温下仍有在室温下仍有电子电子电子电子 空穴空穴空穴空穴对对对对的产生和复合。的产生和复合。的产生和复合。的产生和复合。多数多数多数多数载流载流载流载流子子子子P P型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。3 3价的杂质原子产生多余的空穴，起价的杂质原子产生多余的空穴，起价的杂质原子产生多余的空穴，起价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子的作用，所以称为着接受电子的作用，所以称为着接受电子的作用，所以称为着接受电子的作用，所以称为受主原子受主原子受主原子受主原子。少数少数少数少数载流载流载流载流子子子子硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，在这种杂质半导体中，空10变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分在杂质半导体中：在杂质半导体中：在杂质半导体中：在杂质半导体中：杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，多数载流子的浓度主杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，多数载流子的浓度主杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，多数载流子的浓度主杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；而少数载流子的浓度主要取决于要取决于掺入杂质的浓度；而少数载流子的浓度主要取决于要取决于掺入杂质的浓度；而少数载流子的浓度主要取决于要取决于掺入杂质的浓度；而少数载流子的浓度主要取决于温度。温度。温度。温度。杂质半导体的优点：杂质半导体的优点：杂质半导体的优点：杂质半导体的优点：掺入不同性质、不同浓度的杂质，并使掺入不同性质、不同浓度的杂质，并使掺入不同性质、不同浓度的杂质，并使掺入不同性质、不同浓度的杂质，并使P P型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和N N型半导型半导型半导型半导体以不同方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途体以不同方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途体以不同方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途体以不同方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途各异的半导体器件。各异的半导体器件。各异的半导体器件。各异的半导体器件。总结总结总结总结在杂质半导体中：总结11变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二节第二节 半导体二极管半导体二极管PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数稳压管稳压管稳压管稳压管第二节 半导体二极管PN结及其单向导电性二极管的伏安特性12变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分-+-PN1.PN1.PN结中载流子的运动结中载流子的运动结中载流子的运动结中载流子的运动 -+-空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区内电场内电场内电场内电场U UD D又称耗尽层又称耗尽层又称耗尽层又称耗尽层，即即即即PNPN结结结结。最终扩散最终扩散最终扩散最终扩散(diffusion)diffusion)运动与运动与运动与运动与漂移漂移漂移漂移(driftdrift)运动达到动态平运动达到动态平运动达到动态平运动达到动态平衡，衡，衡，衡，PNPN结中总电流为零。结中总电流为零。结中总电流为零。结中总电流为零。内电场内电场内电场内电场又称又称又称又称阻挡层阻挡层阻挡层阻挡层，阻止扩散，阻止扩散，阻止扩散，阻止扩散运动，却有利于漂移运动。运动，却有利于漂移运动。运动，却有利于漂移运动。运动，却有利于漂移运动。硅约为（硅约为（硅约为（硅约为（0.60.80.60.8）V V锗约为（锗约为（锗约为（锗约为（0.20.30.20.3）V V一、一、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性扩散扩散扩散扩散漂移漂移漂移漂移-+-PN1.P13变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分NP-+-R RV V正向电流正向电流正向电流正向电流外电场削弱了内电场有利于扩外电场削弱了内电场有利于扩外电场削弱了内电场有利于扩外电场削弱了内电场有利于扩散运动，不利于漂移运动。散运动，不利于漂移运动。散运动，不利于漂移运动。散运动，不利于漂移运动。空间电空间电空间电空间电荷区变荷区变荷区变荷区变窄窄窄窄2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性加正向电压加正向电压加正向电压加正向电压+-U U耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层内电场内电场内电场内电场U UD D-U U外电场外电场外电场外电场I I称为正向接法或正向偏置称为正向接法或正向偏置称为正向接法或正向偏置称为正向接法或正向偏置（简称正偏，（简称正偏，（简称正偏，（简称正偏，forward forward biasbias)PNPN结处于正向导通结处于正向导通结处于正向导通结处于正向导通(onon)状态，正向等效电阻较小。状态，正向等效电阻较小。状态，正向等效电阻较小。状态，正向等效电阻较小。NP-+-RV正向14变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分+-U U-+-R RV V称为反向接法或反向偏置称为反向接法或反向偏置（简称反偏）（简称反偏）一定温度下，一定温度下，一定温度下，一定温度下，V V 超过某超过某超过某超过某一值后一值后一值后一值后 I I 饱和，称为反饱和，称为反饱和，称为反饱和，称为反向饱和电流向饱和电流向饱和电流向饱和电流 I IS S 。结论：结论：结论：结论：PNPN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。结具有单向导电性：正向导通，反向截止。结具有单向导电性：正向导通，反向截止。结具有单向导电性：正向导通，反向截止。内电场内电场内电场内电场 外电场外电场外电场外电场U UD D+U U 空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区外电场增强了内电场有利于漂外电场增强了内电场有利于漂外电场增强了内电场有利于漂外电场增强了内电场有利于漂移运动，不利于扩散运动。移运动，不利于扩散运动。移运动，不利于扩散运动。移运动，不利于扩散运动。反向电流非常小，反向电流非常小，PN结处于截止结处于截止(cut-off)状态。状态。加反向电压加反向电压I I反向反向反向反向电流电流电流电流IS 对温度十分敏感。对温度十分敏感。动画动画PN+-U-+-RV称15变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性阳极从阳极从P区引出，阴极从区引出，阴极从N区引出。区引出。1.二极管的类型二极管的类型从材料分：从材料分：硅二极管和锗二极管。硅二极管和锗二极管。从管子的结构分：从管子的结构分：对应对应对应对应N N区区区区对应对应对应对应P P区区区区点接触型二极管，点接触型二极管，工作电流小，可在高频下工作，工作电流小，可在高频下工作，适用于检波和小功率的整流电路。适用于检波和小功率的整流电路。面接触型二极管，面接触型二极管，工作电流大，只能在较低频率下工作电流大，只能在较低频率下工作，可用于整流。工作，可用于整流。开关型二极管，开关型二极管，在数字电路中作为开关管。在数字电路中作为开关管。二极管的符号阳极阳极阳极阳极anodeanode阴极阴极阴极阴极cathodecathode二、二极管的伏安特性阳极从P区引出，阴极从N区引出。1.二16变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分303020201010I I/mA/mAU UD D/V/V0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5 20 1020 102 24 4-I I/O O正向特性正向特性正向特性正向特性死区死区死区死区电压电压电压电压I Is sU UBRBR反向特性反向特性反向特性反向特性+-U UD DI I2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性302010I/mAUD/V0.5 1.0 17变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分当正向电压超过死区电压后，当正向电压超过死区电压后，二极管导通二极管导通,电流与电压关系近似指数关系。电流与电压关系近似指数关系。硅二极管为硅二极管为硅二极管为硅二极管为0.7 V0.7 V左右左右左右左右锗二极管为锗二极管为锗二极管为锗二极管为0.2 V0.2 V左右左右左右左右死区死区死区死区电压电压电压电压正向特性正向特性正向特性正向特性0.5 1.0 1.50.5 1.0 1.5101020203030U U/V/VI I/mA/mA0 0 二极管正向特性曲线硅二极管为硅二极管为硅二极管为硅二极管为0.5 V0.5 V左右左右左右左右锗二极管为锗二极管为锗二极管为锗二极管为0.1 V0.1 V左右左右左右左右死区电压：死区电压：导通压降：导通压降：正向特性正向特性正向特性正向特性当正向电压超过死区电压后，硅二极管为0.7 V左右死区电压18变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分反偏时，反向电流值很小，反偏时，反向电流值很小，反向电阻很大，反向电阻很大，反向电压超过反向电压超过UBR则被击穿。则被击穿。I IS S反向特性反向特性反向特性反向特性U UBRBR结论：结论：二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。二极管方程：二极管方程：反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压若若若若|U U|U UT T则则则则 I I -I IS S 式中：式中：IS为反向饱和电流为反向饱和电流 UT 是温度电压当量，是温度电压当量，常温下常温下UT近似为近似为26mV。反向特性反向特性反向特性反向特性-2-2-4-4-I I/A AI I/mA/mAU U/V/V-20 -10-20 -100 0若若若若U U U UT T 则则则则反偏时，反向电流值很小，IS反向特性UBR结论：二极管具有单19变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流 IF指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。IF的数值是由二极管允许的温升所限定。的数值是由二极管允许的温升所限定。最高反向工作电压最高反向工作电压 UR工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。为了留有余地，通常将击穿电压管可能被击穿。为了留有余地，通常将击穿电压UBR的一半定的一半定为为UR。反向电流反向电流 IR室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。通常希望子的反向电流。通常希望IR值愈小愈好。值愈小愈好。IR受温度的影响很受温度的影响很大。大。三、二极管的主要参数 最大整流电流 IF 反向电流 IR20变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 最高工作频率最高工作频率 fMfM值主要决定于值主要决定于PN结结电容的大小。结电容愈大，则二极管允结结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。许的最高工作频率愈低。二极管除了具有单向导电性以外，还具有一定的电容效应。二极管除了具有单向导电性以外，还具有一定的电容效应。势垒电容势垒电容 Cb由由PN结的空间电荷区形成，又称结电容，反向偏置时起主要作结的空间电荷区形成，又称结电容，反向偏置时起主要作用。用。扩散电容扩散电容 Cd由多数载流子在扩散过程中的积累引起，正向偏置时起主要作由多数载流子在扩散过程中的积累引起，正向偏置时起主要作用。用。最高工作频率 fM 二极管除了具有单向导电21变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 例例例例1.2.11.2.1已知已知已知已知u uI I=U Ummsin sin t t，画出画出画出画出u uOO和和和和u uD D的波形的波形的波形的波形VDVDR R+-+-u uI Iu uOO+-u uD Di iOOU Umm t tu uo oO O t tu uD DO Ou uI I0 0 时二极管导通，时二极管导通，时二极管导通，时二极管导通，u uOO=u uI I u uD D =0 0u uI I 0 0 时二极管截止，时二极管截止，时二极管截止，时二极管截止，u uD D =u uI I u uOO=0 0-U-Ummi io oU Umm t tu uI IO O例1.2.1已知uI=Umsin t，画出uO和22变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 例例例例1.2.2 1.2.2 二极管可用作开关二极管可用作开关二极管可用作开关二极管可用作开关V VVDVDV VS SV VVDVDV VS S正向偏置，相当于开关闭合。正向偏置，相当于开关闭合。正向偏置，相当于开关闭合。正向偏置，相当于开关闭合。反向偏置，相当于开关断开。反向偏置，相当于开关断开。反向偏置，相当于开关断开。反向偏置，相当于开关断开。例1.2.2 二极管可用作开关VVDVSVVDVS正向偏23变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分四、稳压管四、稳压管稳压管是一种面接触型二极管，与二极管不同之处：稳压管是一种面接触型二极管，与二极管不同之处：1.采用特殊工艺，击穿状态不致损坏；采用特殊工艺，击穿状态不致损坏；2.击穿是可逆的。击穿是可逆的。符号及特性曲线如下图所示：符号及特性曲线如下图所示：U U I I+-I IU UO 稳压管的伏安特性和符号 U U I I值很小值很小值很小值很小有稳压特性有稳压特性有稳压特性有稳压特性阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极四、稳压管稳压管是一种面接触型二极管，与二极管不同之处：U24变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.稳定电压稳定电压UZ：稳压管工作在反向击穿区时的工作电：稳压管工作在反向击穿区时的工作电 压。压。2.稳定电流稳定电流IZ：稳压管正常工作时的参考电流。：稳压管正常工作时的参考电流。3.动态内阻动态内阻rZ：稳压管两端电压和电流的变化量之：稳压管两端电压和电流的变化量之比比。rZ=U/I4.电压的温度系数电压的温度系数U：稳压管电流不变时，环境温度：稳压管电流不变时，环境温度 对稳定电压的影响。对稳定电压的影响。5.额定功耗额定功耗PZ：电流流过稳压管时消耗的功率。：电流流过稳压管时消耗的功率。主要参数：主要参数：主要参数：主要参数：稳定电压UZ：稳压管工作在反向击穿区时的工作电主要参数：25变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：1.稳压管必须工作在稳压管必须工作在反向击穿区。反向击穿区。2.稳压管应与负载稳压管应与负载RL并联。并联。3.必须限制流过稳压必须限制流过稳压管的电流管的电流IZ。U UOOR RL LVDVDZ ZR RU UI II IR RI IOOI IZ Z+-稳压管电路使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：稳压管必须工作在反向击穿26变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分例例1.2.3 电路如图所示，已知电路如图所示，已知UImax=15V，UImin=10VIZmax=50mA，IZmin=5mA，RLmax=1k，RLmin=600UZ=6V,对应对应UZ=0.3V。求求rZ，选择限流电阻选择限流电阻ROU UOOR RL LVDVDZ ZR RU UI II IR RI IOOI IZ Z+-+-U UZ Z例1.2.3 电路如图所示，已知UImax=15V27变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分解：解：解：解：I IZ Z=I IR R -I IOO=U UI I -U UZ ZR R-U UZ ZR RL LI IZmax Zmax U UImax Imax -U UZ ZR R-U UZ ZR RLmaxLmaxI IZminZmin U UImin Imin -U UZ ZR R-U UZ ZR RLminLminr rZ Z =I IZ Z U UZ Z=6.76.71515 -6 65050 +6 61 1kk=161161R R R R1010 -6 65 5 +6 60.60.6kk=267267 I IZ Z=I IZmaxZmax-I IZminZmin=45 mA45 mAU UOOR RL LVDVDZ ZR RU UI II IR RI IOOI IZ Z+-+-U UZ Z解：IZ=IR -IO=UI -UZR-UZRLI28变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分+-VDVD1 1VDVD2 2U U+-U U+-U U+-U UVDVD1 1VDVD2 2VDVD1 1VDVD2 2VDVD1 1VDVD2 2例例1.2.4 有两个稳压管有两个稳压管 VD1 和和 VD2，它们的稳压值，它们的稳压值为为UZ1=6 V，UZ2=8 V，正向导通压降均为正向导通压降均为 UD=0.6 V，将它们串联可得到几种稳压值，将它们串联可得到几种稳压值?U U=U UD D+U UD D =1.2 V =1.2 VU U=U UZ1Z1+U UD D =6.6 V =6.6 VU U=U UZ1Z1+U UZ2Z2 =14 V =14 VU U=U UD D+U UZ2Z2 =8.6 V =8.6 V+-VD1VD2U+-U+-U+-UVD1VD2VD1VD229变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第三节第三节 双极结型三极管双极结型三极管三极管的结构三极管的结构三极管的结构三极管的结构三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数第三节 双极结型三极管三极管的结构三极管中载流子的运动和30变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管 晶体管晶体管晶体管晶体管 (transistortransistor)双极型三极管或简称三极管双极型三极管或简称三极管双极型三极管或简称三极管双极型三极管或简称三极管制作材料：制作材料：制作材料：制作材料：分类分类分类分类 ：它们通常是组成各种电子电路的核心器件。它们通常是组成各种电子电路的核心器件。它们通常是组成各种电子电路的核心器件。它们通常是组成各种电子电路的核心器件。双极结型三极管双极结型三极管双极结型三极管双极结型三极管又称为又称为又称为又称为 ：硅或锗硅或锗硅或锗硅或锗NPNNPN型型型型PNPPNP型型型型半导体三极管制作材料：分类：它们通常是组成各种电子电路的核31变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、一、三极管的结构三极管的结构三个区三个区三个区三个区发射区：发射区：发射区：发射区：杂质浓度很高杂质浓度很高杂质浓度很高杂质浓度很高基基基基 区：区：区：区：杂质浓度低且很薄杂质浓度低且很薄杂质浓度低且很薄杂质浓度低且很薄集电区：集电区：集电区：集电区：无特别要求无特别要求无特别要求无特别要求发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区发射区发射区发射区发射区c cb be eNPN型三极管的结构和符号两个两个两个两个PNPN结结结结发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结三个电极三个电极三个电极三个电极发射极发射极发射极发射极 e e基极基极基极基极 b b集电极集电极集电极集电极 c c集电极集电极集电极集电极 c ccollectorcollector基极基极基极基极 b bbasebase发射极发射极发射极发射极 e eemitteremitterN NP PN N一、三极管的结构三个区发射区：杂质浓度很高基 区：杂质32变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分R Rb bR Rc cV VBBBBV VCCCCe ec cb b发射极电流发射极电流发射极电流发射极电流二、三极管中载流子的运动和电流分配关系二、三极管中载流子的运动和电流分配关系1.发射发射发射发射:发射区大量电子向基区发射。发射区大量电子向基区发射。发射区大量电子向基区发射。发射区大量电子向基区发射。2.2.复合和扩散：复合和扩散：复合和扩散：复合和扩散：电子在基区中复合扩散。电子在基区中复合扩散。电子在基区中复合扩散。电子在基区中复合扩散。3.3.收集：收集：收集：收集：将扩散过来的电子将扩散过来的电子将扩散过来的电子将扩散过来的电子收集到集电极。收集到集电极。收集到集电极。收集到集电极。同时形成反向饱和电流同时形成反向饱和电流同时形成反向饱和电流同时形成反向饱和电流I ICBO CBO。I IE EI IC CI IB BI ICNCNI IENENI IBNBNI ICBOCBO集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流基极电流基极电流基极电流基极电流RbRcVBBVCCecb发射极电流二、三极管中载流子的运动33变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分R Rb bR Rc cV VBBBBV VCCCCe ec cb bI IE EI IC CI IB BI ICNCNI IENENI IBNBNI ICBOCBOI IC C =I ICn Cn+I ICBOCBOI IE E =I ICn Cn+I IBnBnI IC C =I IE E+I ICBOCBO当当当当I ICBOCBO I IC C时，可得时，可得时，可得时，可得 I IC CI IE E I IEnEn =I ICn Cn+I IBnBnI IE E =I IEn En I IE E =I IC C+I IB B将将将将 代入代入代入代入I IC C =I ICn Cn+I ICBO CBO 得得得得I ICnCn =I IE E通常将通常将通常将通常将定义为定义为定义为定义为共基直流电流共基直流电流共基直流电流共基直流电流放大系数。放大系数。放大系数。放大系数。RbRcVBBVCCecbIEICIBICNIENIBNIC34变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 I IC CI IB BI IE E =I IC C+I IB BI IC C =I IE E+I ICBOCBO代入代入代入代入 得得得得I IC C =1 1-I IB B+1 1-1 1I ICBOCBO=1 1-令令令令可得可得可得可得 I IC C =I IB B+（1 1+）I ICBO CBO I IC C =I IB B+I ICEO CEO 当当当当I ICEOCEO 1 1 时的一条输入特性来代表。时的一条输入特性来代表。时的一条输入特性来代表。时的一条输入特性来代表。u uBEBE/V/Vi iB B/AAO O 三极管的输入特性u uBEBEiB+-u uCECE=0=0V VBBBBR Rb bb be ec c 三极管的输入回路三、三极管的特性曲线1.输入特性iB=f（uBE）uCE=37变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.2.输出特性输出特性输出特性输出特性i iC C/mA/mAO Ou uCECE/V/Vi iB B=806040200i iC C=f f(u uCECE)i iB B=常数常数常数常数饱和区饱和区饱和区饱和区放放放放大大大大区区区区1.截止区：截止区：截止区：截止区：i iB B 0 0的区域，的区域，的区域，的区域，i iC C 0 0，发射结和集电结都反偏。发射结和集电结都反偏。发射结和集电结都反偏。发射结和集电结都反偏。3.3.饱和区：饱和区：饱和区：饱和区：发射结和集电结都正偏，发射结和集电结都正偏，发射结和集电结都正偏，发射结和集电结都正偏，u uCECE较小较小较小较小，i iC C 基本不随基本不随基本不随基本不随i iB B 而变化。而变化。而变化。而变化。当当当当u uCECE=u uBEBE 时，为临界饱和；当时，为临界饱和；当时，为临界饱和；当时，为临界饱和；当u uCECE u uBEBE 时过饱和。时过饱和。时过饱和。时过饱和。截止区截止区截止区截止区2.2.放大区放大区放大区放大区：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 i iC C=i iB B 2.输出特性iC/mAOuCE/ViB=806040238变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分发射结反向偏置发射结反向偏置发射结反向偏置发射结反向偏置,集电结反向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置,三极管工作在截止区三极管工作在截止区三极管工作在截止区三极管工作在截止区,可调换可调换可调换可调换 V VBB BB 极性。极性。极性。极性。发射结反向偏置发射结反向偏置发射结反向偏置发射结反向偏置,三极管工作在截止区三极管工作在截止区三极管工作在截止区三极管工作在截止区,可调换可调换可调换可调换 V VCC CC 极性极性极性极性,或将或将或将或将VTVT更换为更换为更换为更换为PNPPNP型。型。型。型。两两两两PNPN结均结均结均结均正偏正偏正偏正偏,三极三极三极三极管工作在管工作在管工作在管工作在饱和区。饱和区。饱和区。饱和区。例例例例1.3.1 1.3.1 判断图示各电路中三极管的工作状态。判断图示各电路中三极管的工作状态。判断图示各电路中三极管的工作状态。判断图示各电路中三极管的工作状态。0.7V0.7VVTVT0.3V0.3VR Rb bR Rc cV VCCCCV VBBBBVTVTR Rb bR Rc cV VCCCCVTVT发射结反向偏置,发射结反向偏置,两PN结均正偏,三极管工作在39变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分V VBBBB=i iB B R Rb b+u uBEBEi iB Bi iC Ci iB B =46.546.5 A A i iB B =2.3 2.3 mAmA假设三极管饱和，假设三极管饱和，假设三极管饱和，假设三极管饱和，U UCES CES =0.30.3 V V则则则则I ICS CS =V VCCCC-U UCESCESR Rc c=4.854.85 mAmA i iB B I ICS CS 假设成立，假设成立，假设成立，假设成立，三极管工作在饱和区。三极管工作在饱和区。三极管工作在饱和区。三极管工作在饱和区。或者或者或者或者i iC C=i iB B =23 23 mAmAu uCE CE =V VCC CC-i iC C R Rc c=-=-3636 V V发射结正偏集电结正偏，发射结正偏集电结正偏，发射结正偏集电结正偏，发射结正偏集电结正偏，三极管工作在饱和区。三极管工作在饱和区。三极管工作在饱和区。三极管工作在饱和区。R Rb bR Rc cV VCCCCV VBBBBVTVT2k2k20k20k10V10V10V10V=50=50VBB=iB Rb+uBEiBiCiB=465 41变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分四、四、三极管的主要参数三极管的主要参数2.2.反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流 =i iC C i iB B I IC CI IB B 共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 =i iC C i iE E 共基电流放大系数共基电流放大系数共基电流放大系数共基电流放大系数 =I IC CI IE E 共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 I ICBO CBO 集电极和发射极之间的穿透电流集电极和发射极之间的穿透电流集电极和发射极之间的穿透电流集电极和发射极之间的穿透电流 I ICEOCEOI ICEO CEO=（1 1+）I ICBO CBO 两者满足两者满足两者满足两者满足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 共射电流放大系数共射电流放大系数共射电流放大系数共射电流放大系数 四、三极管的主要参数2.反向饱和电流=iC iB42变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3.3.极限参数极限参数极限参数极限参数a.a.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 ICMCMi iC C/mA/mAO Ou uCECE/V/V三极管的安全工作区三极管的安全工作区三极管的安全工作区三极管的安全工作区过流区过流区过流区过流区集射反向击穿电压集射反向击穿电压集射反向击穿电压集射反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO集基反向击穿电压集基反向击穿电压集基反向击穿电压集基反向击穿电压U U(BR)CBO(BR)CBOi iC Cu uCECE=P PCMCM过过过过压压压压区区区区安安安安 全全全全工作区工作区工作区工作区I ICMCM过过过过损损损损耗耗耗耗区区区区U U(BR)CEO(BR)CEOc.c.极间反向击穿电压极间反向击穿电压极间反向击穿电压极间反向击穿电压b.b.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 P PCMCM3.极限参数a.集电极最大允许电流 ICMiC/mA43变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分五、五、PNPPNP型三极管型三极管PNPPNP型三极管的放大原理与型三极管的放大原理与型三极管的放大原理与型三极管的放大原理与NPNNPN型基本相同，但外加电源的型基本相同，但外加电源的型基本相同，但外加电源的型基本相同，但外加电源的极性相反。极性相反。极性相反。极性相反。V VBBBBuiR Rb bR Rc cVTVT+-uOV VCCCCV VBBBBu ui iR Rb bR Rc cVTVT+-u uOOV VCCCC五、PNP型三极管PNP型三极管的放大原理与NPN型基本相44变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分在由在由PNP型三极管组成的放大电路中，型三极管组成的放大电路中，三极管中各极电流和电压的实际方向如图三极管中各极电流和电压的实际方向如图(a)所示，所示，根据习惯三极管中电流和电压的规定正方向如图根据习惯三极管中电流和电压的规定正方向如图(b)所示。所示。UCE UBE IE IC IB c b e (-)(+)(+)(-)(a)UCE UBE IE IC IB c b e (-)(+)(+)(-)(b)定量计算中，将得出定量计算中，将得出PNP型三极管的型三极管的UBE和和UCE为负值。为负值。在在PNP型三极管的输入和输出特性曲线中，型三极管的输入和输出特性曲线中，电压坐标轴上将分别标注电压坐标轴上将分别标注“-UBE”和和“-UCE”。电流实际方向与规定方向一致，电流实际方向与规定方向一致，电压实际方向与规定方向相反。电压实际方向与规定方向相反。在由PNP型三极管组成的放大电路中，UCE UBE 45变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第四节第四节 场效应三极管场效应三极管 结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数第四节 场效应三极管 结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的46变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子（多数载流子），故称为单极型三极管。（多数载流子），故称为单极型三极管。（多数载流子），故称为单极型三极管。（多数载流子），故称为单极型三极管。分类：分类：分类：分类：结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管增强型增强型增强型增强型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型N N沟道沟道沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道N N沟道沟道沟道沟道N N沟道沟道沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子（多数载流子），47变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、结型场效应管一、结型场效应管1.1.结构结构结构结构N N型型型型沟沟沟沟道道道道耗耗耗耗尽尽尽尽层层层层g gd ds sP P+P P+N沟道结型场效应管的结构和符号栅栅栅栅极极极极漏极漏极漏极漏极源极源极源极源极一、结型场效应管1.结构N型沟道耗尽层gdsP+P+N沟道48变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理u uGS GS=0=0u uGSGS 0 0u uGS GS=U UGS(off)GS(off)当当当当u uDS DS=0=0 时，时，时，时，u uGS GS 对耗尽层和导电沟
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