二极管和三极管

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,14.1,半导体的导电特性,自然界中很简洁导电的物质称为导体，金属一般都是导体。,有的物质几乎不导电，称为,绝缘体,，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为,半导体,，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比方：热敏性、光敏性、掺杂性。,当受外界热和光的作用时，它的导电力量明显变化。,往纯洁的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电力量明显转变。,本征半导体,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子与其相邻的原子之间形成,共价键,，共用一对价电子。,完全纯洁的、构造完整的半导体晶体，称为本征半导体。,本征半导体的导电机理,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即,自由电子,和,空穴,。,本征半导体的导电力量取决于载流子的浓度。,温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电力量越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,本征半导体的共价键构造,硅原子,价电子,+4,+4,+4,+4,空穴,自由电子,价电子摆脱原子核的束缚形成电子空穴对的过程叫激发。,空穴的移动,半导体中的电流,:,自由电子电流和空穴电流。,+4,+4,+4,14.1.2,P,半导体和,N,型半导体,1.,N,型半导体,在硅或锗的晶体中,掺入少量的五价元 素,如磷。,磷原子,+4,正离子,自由电子,靠自由电子导电的半导体,称,N,型半导体。,自由电子的总数大于空穴，,自由电子为多数载流子，,简称多子，空穴为少数载流,子，称为少子。,+5,N 型半导体构造示意图,少数载流子,多数载流子,正离子,在,N,型半导中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。,+4,+4,+4,2.,P,型半导体,在硅或锗的晶体中,掺入少量的三价元 素,如硼。,硼,原子,+4,负离子,空穴,靠空穴导电的半导体,称,P,型半导体。,空穴的总数大于自由电子，,空穴为多数载流子，自由,电子为少子。,+3,P 型半导体构造示意图,电子是少数载流子,负离子,空穴是多数载流子,杂质半导体的示意表示法,P,型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,P,型,N,型,14.2,PN,结,PN,结,内电场方向,1.,PN,结的形成,多数载流子,少数载流子,内电场阻碍多数载流子的集中运动，,加强少数载流子的漂移运动。,在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的集中，在它们的交界面处就形成了PN结。,多子集中,少子漂移,内电场方向,空间电荷区,P,区,N,区,在肯定的条件下，多子集中与少子漂移到达动态平衡，,空间电荷区的宽度根本上稳定下来。,PN,结的形成,内电场方向,外电场方向,R,I,14.2.2 PN,结的单向导电性,1.,外加正向电压,P,型,N,型,PN,结,PN结变薄，集中运动增加，形成较大的正向电流 I。,PN,结所处的状态称为,正向导通，其特点：,PN,结正向电流大，,PN,结电阻小。,E,内电场方向,外电场方向,R,I,0,2.,外加反向电压,P,型,N,型,PN,结,PN结变厚，漂移运动增加，集中运动难以进展，反,向电流很小 I。,PN,结所处的状态称为,反向截止，其特点：,PN,结反向电流小，,PN,结电阻大。,E,14.2.3 PN,结电容,PN,结电容,势垒电容,集中电容,1.,势垒电容,PN,结中空间电荷的数量随外加电压变化所形,成的电容称为势垒电容，用,C,b,来表示。势垒电,容不是常数，与,PN,结的面积、空间电荷区的宽度,和外加电压的大小有关。,载流子在集中过程中积存的电荷量随外加电压变化所形成的电容称为集中电容，用 Cd 与来示。,PN正偏时，集中电容较大，反偏时，集中电容可以无视不计。,2.集中电容,1.,点接触型二极管,14.3.1 根本构造,PN,结面积、结电容小，可通过,小电流。用于高频电路及小电,流整流电路。,14.3,半导体二极管,半导体二极管是在一个,PN,结两侧加上电极引线而做成的,+,+,+,P,N,阳极,阴极,二极管的符号,2.,面接触型二极管,PN,结面积、结电容大，,可通过大电流。用于,低频电路及大电流整,流电路。,正极引线,触丝,N,型锗,支架,外壳,负极引线,点接触型二极管,二极管的符号,正极,负极,正极引线,二氧化硅保护层,P,型区,负极引线,面接触型二极管,N,型硅,PN,结,PN,结,半导体二极管图片,600,400,200,-0.1,-0.2,0,0.4,0.8,-50,-100,I,/mA,U,/V,正向特性,反向击,穿特性,硅管的伏安特性,14.3.2,二极管的伏安特性,I,/mA,U,/V,0.4,0.8,-40,-80,2,4,6,0.1,0.2,锗管的伏安特性,正向特性,反向特性,反向特性,死区电压,死区电压,硅管,锗管,0.5,0.1,正向电压,0.6-0.7,0.2-0.3,反向电流,小 几微安,大 几百微安,受温度影响,小,大,600,400,200,-0.1,-0.2,0,0.4,0.8,-50,-100,I,/mA,U,/V,反向击,穿特性,二极管的伏安特性,正向电压,二极管的近似和抱负伏安特性,I,/mA,U,/V,0,14.3.3,二极管的主要参数,1.,最大整流电流,I,OM,2.,反向工作峰值电压,U,RM,3.,反向峰值电流,I,RM,U,RM,长时间使用时允许通过的最大正向电流平均值,U,F,例1：以下图中，VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管，,求输出端Y的电位并说明二极管的作用。,解：,D,A,优先导通，则,V,Y,=30.3=2.7V,D,A,导通后,D,B,因反偏而截止,起隔离作用,D,A,起钳位作用,将,Y,端的电位钳制在,+2.7V,。,D,A,12V,Y,A,B,D,B,R,二极管的应用范围很广,它可用在整流、检波、限幅、,元件爱护以及在数字电路中作为开关元件。,二极管钳位电路,D,E,3V,R,u,i,u,o,u,R,u,D,例2：以下图中D为抱负二极管,ui=6 Sin tV,E=3V,画出 uo波形。,t,t,u,i,/,V,u,o,/,V,6,3,3,0,0,2,2,解：,u,i,u,D,=,3,u,i,3,u,o,=3V,时,D,导通,u,i,0,UBC VB VE,对于PNP型三极管应满足:,UEB 0,UCB 0,即 VC VB,I,B,同样有,:,I,C,I,B,所以说三极管具有电流掌握作用,也称之为电流放大作用。,R,B,E,B,E,C,R,C,I,C,U,CE,C,E,B,I,B,U,BE,电流关系：,I,E,=I,B,+,I,C,I,E,电流放大作用表达了基极电流IB对集电极电流IC的掌握作用。,共放射极接法放大电路,1放射结正向偏置；,2集电结反向偏置。,对于NPN型三极管应满足:,UBE 0、UBC VB VE,且IC=IB,对于PNP型三极管应满足:,UBE 0,即 VC VB VE,且IC=IB,R,B,E,B,E,C,R,C,I,C,U,CE,C,E,B,I,B,U,BE,输出,回路,输入,回路,公,共,端,1.,放大状态,条,件,特,征,14.5.3,三极管的特性曲线,I,E,一三极管的工作状态,2.,饱和状态,集电结、放射结均反向偏置，即UBE 0,1 IB增加时，IC根本不变，,且IC UC/RC,2 UCE 0,晶体管,C,、,E,之间相当于短路,3.,截止状态,即,U,CE,U,BE,1 IB=0、IC 0,2 UCE EC,3 晶体管C、E之间相当于开路,共放射极接法放大电路,条,件,特,征,1放射结正向偏置；,2集电结正向偏置。,条件,特,征,R,B,E,B,E,C,R,C,I,C,U,CE,C,E,B,I,B,U,BE,I,E,1.,三极管的输入特性,I,B,U,BE,O,U,CE,1V,I,B,=,f,(,U,BE,),U,C E,=,常数,二三极管的特性曲线,死区电压,温度增加时，由于热激发形成的,载流子增多，在同样的,U,BE,下，,基极电流增加。输入特性曲线左移。,25,C,75,C,R,B,E,B,E,C,R,C,I,C,U,CE,C,E,B,I,B,U,BE,I,E,2.,三极管的输出特性,R,B,E,B,E,C,R,C,I,C,U,CE,C,E,B,I,B,U,BE,U,CE,/V,I,B,=,40A,I,B,=,60A,o,I,C,I,B,增加,I,B,减小,I,B,=20A,I,B,=,常数,I,C,=,f,(,U,CE,),I,C,/,mA,U,CE,/V,0,放,大,区,三极管输出特性上的三个工作区,I,B,=,0 A,20,A,40,A,截止区,饱和区,60,A,80,A,三 三极管的主要参数,1.,电流放大系数,直流电流放大系数,I,B,=,I,C,沟通电流放大系数,=,I,C,I,B,2.,穿透电流,I,CEO,3.,集电极最大允许电流,I,CM,4.,集,-,射反向击穿电压,U,(BR)CEO,5.,集电极最大允许耗散功率,P,CM,极,限,参,数,使用时,不,允许,超过,E,C,R,C,C,E,B,I,CE0,由少数载流子形成，其值受温度影响,很大，因此越小越好。,值下降到正常值的,2/3,所对应的集电极电流,基极开路，集、,射极之间最大允许电压。,温度增加时其值减小。,=,U,CE,I,C,U,CE,/V,I,B,=,40A,60A,o,I,C,20A,6,1.5,2.3,mA,在输出特性上求,=,I,C,I,B,=,1.5mA,40A,=37.5,=,I,C,I,B,=,2.3-1.5(mA),60-40(A),=40,设,U,CE,=,6,V,I,C,/,mA,U,CE,/V,0,I,B,=,0 A,20,A,40,A,60,A,80,A,由,三极管的极限参数确定安全工作区,U,(BR)CEO,I,CM,安,全,工,作,区,过,损,耗,区,P,CM,曲线,I,CEO,