1、1.1 晶體二極管1.1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí) 1.什么是半導(dǎo)體 自然界的物質(zhì)按導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可分為三大類(lèi):導(dǎo)體，絕緣體和半導(dǎo)體。能很好導(dǎo)電的金屬等材料稱(chēng)為導(dǎo)體，絕緣體的導(dǎo)電性能最差（如塑料）。半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體和非導(dǎo)體之間的物質(zhì)（如硅和鍺）。與導(dǎo)體和絕緣體具有能或不能傳導(dǎo)電流那樣非常明顯的性質(zhì)相比，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力則會(huì)根據(jù)周?chē)鸂顟B(tài)（或條件）改變其性質(zhì)。如溫度升高，光照增強(qiáng)，摻雜質(zhì)等均會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大為增強(qiáng)。2.半導(dǎo)體的分類(lèi) 純凈的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。在純凈半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)元素后，使導(dǎo)電性能增強(qiáng)的半導(dǎo)體,稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體，根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，可得到二種不同類(lèi)型的半導(dǎo)體：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

2、。各種半導(dǎo)體之間的關(guān)系如圖1.1.1所示。 圖1.1.1 各種半導(dǎo)體之間的關(guān)系(1)N型半導(dǎo)體 在硅的本征半導(dǎo)體中，將微量元素(磷)作為雜質(zhì)摻入，就形成N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體的特點(diǎn)：自由電子數(shù)量多，空穴數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的自由電子。（2）P型半導(dǎo)體 在硅本征半導(dǎo)體中，用元素(硼)作為雜質(zhì)摻入，就形成P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體的特點(diǎn)：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是帶正電的空穴。1.1.2晶體二極管的結(jié)構(gòu)和特性 1.二極管的結(jié)構(gòu)和電路符號(hào) 在硅或鍺本征半導(dǎo)體中采用摻雜工藝，使半導(dǎo)體的一邊形成P型半導(dǎo)體，另一邊形成N型半導(dǎo)體，則在這兩種導(dǎo)電性能相反的半導(dǎo)體交界面上，將形成一個(gè)特

3、殊的接觸面，稱(chēng)為PN結(jié)。將PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，并從P區(qū)引出電極為正極，從N區(qū)引出電極為負(fù)極，就構(gòu)成了晶體二極管。二極管意味著帶有兩個(gè)電極，一個(gè)稱(chēng)為正極（陽(yáng)極），一個(gè)稱(chēng)為負(fù)極（陰極），二極管具有單向?qū)щ娦?，符?hào)上的箭頭表示二極管導(dǎo)通時(shí)電流的方向。二極管通常用字母VD表示。 2.二極管的單向?qū)щ娦孕?shí)驗(yàn)：將二極管串接到由電池和指示燈組成的電路中，按圖連接電路。我們都知道，小燈泡是無(wú)極性之分的，不管電源電壓的極性如何，只要小燈泡和電源構(gòu)成一個(gè)回路，有足夠電流通過(guò)小燈泡，則燈泡發(fā)光。但當(dāng)在小燈泡的回路中串入一個(gè)二極管后，情況就發(fā)生了變化。圖連接電路，觀察到燈泡亮，而把二極管反過(guò)來(lái)連接，圖所示，燈泡不

4、亮。3.二極管的伏安特性曲線 加在二極管兩端的電壓與流過(guò)二極管的電流的關(guān)系曲線稱(chēng)為伏安特性曲線。利用晶體管特性圖示儀可以很方便地測(cè)出二極管的伏安特性曲線，如圖所示。（1）二極管的正向特性 二極管的正向特性曲線如圖中第一象限所示。它的主 要特點(diǎn)是： 二極管兩端加正向電壓時(shí)，產(chǎn)生正向電流。當(dāng)正向電壓較小時(shí)，此時(shí)正向電流很小，二極管幾乎處于截止?fàn)顟B(tài)（OA段），通常稱(chēng)這一段為死區(qū)。相應(yīng)于A點(diǎn)上的電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓或門(mén)坎電壓，通常用表示。硅二極管為0.5V，鍺二極管為0.1V。當(dāng)正向電壓超過(guò)后，電流才隨電壓迅速增長(zhǎng)（A點(diǎn)以上部分），管子導(dǎo)通。正向電流開(kāi)始急劇增大時(shí)管子兩端電壓降變化不大，硅管約為0.7V，

5、鍺管約為0.3V，稱(chēng)之為正向飽和壓降。（2）二極管的反向特性 二極管的反向特性曲線如圖1.6中第三象限所示。它的主要特點(diǎn)是：二極管加反向電壓時(shí)，PN結(jié)反偏，形成很小的反向電流，如圖中OC段。 (3) 反向擊穿特性 當(dāng)反向電壓增大到超過(guò)某一個(gè)值時(shí)（圖中c點(diǎn)），反向電流突然急劇增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿。CD段稱(chēng)為反向擊穿區(qū)。c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓。一般在幾十伏以上。反向擊穿后，電流過(guò)大會(huì)使管子損壞。因此除穩(wěn)壓管外，正常使用的二極管，是不允許出現(xiàn)這種現(xiàn)象的。1.1.3 二極管器件的使用 1.二極管的主要參數(shù) 二極管的參數(shù)是反映二極管的質(zhì)量指標(biāo)，供在使用二極管器件時(shí)，根據(jù)不同的使用條件選擇不

6、同型號(hào)的二極管。（1）最大整流電流 又稱(chēng)為額定工作電流，它是指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所允許通過(guò)的最大正向平均電流。實(shí)際選用時(shí)，應(yīng)注意通過(guò)二極管的實(shí)際工作電流不超過(guò)此值，并要滿足其散熱條件，否則將燒壞二極管。（2）最高反向工作電壓 又稱(chēng)為額定工作電壓，它是指二極管在使用時(shí)允許加上的最高反向電壓。如果超過(guò)此值，二極管就有可能被擊穿。為了確保安全，規(guī)定的最高反向電壓一般取擊穿電壓的一半。（3）反向電流 又稱(chēng)為反向漏電流，它是指二極管兩端加上反向電壓時(shí)的電流值。越小，管子單向?qū)щ娦栽胶?。此值與少數(shù)載流子濃度有關(guān)，所以受溫度影響很大。使用時(shí)應(yīng)注意選取反向電流較小的二極管。（4）最高工作頻率 是指保證二極管能起

7、單向?qū)щ娦詴r(shí)的最高工作頻率 。如果通過(guò)二極管的電流的頻率大于該值，它將影響二極管的單向?qū)щ姷奶匦浴?.二極管的分類(lèi)（1）按材料不同，二極管一般分為硅二極管和鍺二極管。 （2）按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，二極管一般分為點(diǎn)接觸型和面接觸型。前者PN結(jié)面積小，不能通過(guò)很大的正向電流（幾毫安到幾十毫安）；結(jié)電容小，適于高頻（幾百兆赫）工作。后者PN結(jié)的面積較大，允許通過(guò)的正向電流較大（幾百毫安到幾安）；結(jié)電容大，只能用于較低頻率的應(yīng)用場(chǎng)合。1.1.4 特殊二極管及它們的應(yīng)用1.穩(wěn)壓二極管與應(yīng)用 穩(wěn)壓二極管也稱(chēng)為齊納二極管，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，當(dāng)它的反向電壓逐步增大到一定數(shù)值時(shí)反向電流激增的現(xiàn)象稱(chēng)為齊

8、納現(xiàn)象。也就是說(shuō)穩(wěn)壓二極管是使用反向電流工作的元件。只要反向電流不超過(guò)極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會(huì)損壞，這與普通的二極管破壞性擊穿是截然不同的。電路符號(hào)如所示: 在發(fā)生齊納現(xiàn)象的范圍內(nèi)，即使流過(guò)二極管的電流變化很大，二極管兩端的電壓也幾乎保持不變，故稱(chēng)為穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線如圖所示。不同型號(hào)的穩(wěn)壓二極管，都基本能保持在一個(gè)固定的電壓值。因此穩(wěn)壓二極管通常使用在要求輸出電壓變化極小的穩(wěn)壓電源裝置中，如圖所示穩(wěn)壓二極管常用的穩(wěn)壓電路示意圖。2.變?nèi)荻O管與應(yīng)用 變?nèi)荻O管也叫可變電容二極管，它是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)，采用特殊工藝使結(jié)電容隨反向電壓變化比較靈敏的特殊二極管。正常工作

9、時(shí)，變?nèi)荻O管兩端應(yīng)接反向電壓，當(dāng)反向電壓變化時(shí)，電容量約從5pF300pF之間變化。變?nèi)荻O管的電路符號(hào)以及結(jié)電容與反偏電壓的關(guān)系如圖所示。變?nèi)荻O管被應(yīng)用于無(wú)線話筒和電視機(jī)的高頻頭電路等方面。如圖所示 是一個(gè)利用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)電調(diào)諧的電路。改變變?nèi)荻O管上的電壓，結(jié)電容Cj變化，LC并聯(lián)諧振電路中的電容變化，諧振頻率改變，達(dá)到利用電壓的變化使諧振頻率變化的目的。 3.發(fā)光二極管與應(yīng)用 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED, 它和普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦阅?。?dāng)它正向?qū)ǖ臅r(shí)候，由于采用了特殊的半導(dǎo)體材料，PN結(jié)中空穴和電子互相擴(kuò)散的時(shí)候會(huì)發(fā)生碰撞，碰撞時(shí)產(chǎn)生的能量發(fā)光。根據(jù)材料的不同，能發(fā)出紅、綠、

10、黃等幾種顏色的可見(jiàn)光，還能發(fā)出人眼看不見(jiàn)的紅外光。它的電路符號(hào)如圖所示。發(fā)光二極管用極小的功率，便可獲得鮮艷的光輝，另外，因?yàn)槟軌蚩焖倭翜纾猿俗黠@示燈外，它還可當(dāng)作發(fā)光源使用。 4.光電二極管和光電耦合器及應(yīng)用 光電二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的器件，它的電路符號(hào)如圖所示。光電二極管在反向電壓下工作，管殼上有一個(gè)能透過(guò)光線的窗口，當(dāng)不受光照時(shí)，通過(guò)二極管的反向電流很小，當(dāng)光照時(shí)，激發(fā)了大量的載流子參與導(dǎo)電，使反向電流顯著增加，這個(gè)電流稱(chēng)為光電流，它的大小與光照的強(qiáng)度和波長(zhǎng)有關(guān)。光電二極管主要用在自動(dòng)控制中。 當(dāng)我們把發(fā)光元件（發(fā)光二極管）和光電元件（光電二極管）封裝在一起，就組成了另外一種

11、器件-光電耦合器。其內(nèi)部通過(guò)“電光電”的轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)從輸入端送到輸出端。因此信號(hào)只能單向傳輸，可以十分理想地完成系統(tǒng)的隔離，電路接口等多種功能。廣泛地應(yīng)用于測(cè)量檢測(cè)，通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。1.2 晶體三極管1.2.1晶體三極管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型1.結(jié)構(gòu) 晶體三極管又稱(chēng)為半導(dǎo)體三極管。它是具有三個(gè)電極的半導(dǎo)體器件，三個(gè)電極分別叫發(fā)射極、基極和集電極，分別用字母e、b 和c 表示。 三極管內(nèi)部有二個(gè)PN結(jié)，這二個(gè)PN結(jié)把整個(gè)半導(dǎo)體基片分成三個(gè)區(qū)域：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。其中發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)，基區(qū)與集電區(qū)之間的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，三極管分為NPN型和PNP型 。NPN和PNP型三極管結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)如圖上和下所示。1.2.2三極管的電流分配關(guān)系和放大作用1.放大的條件 三極管的主要功能是放大電信號(hào)。要使三極管對(duì)微小信號(hào)起到放大作用，則必須保證外加的電壓使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。如圖示的接線。2.三極管的電流放大作用 滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏的要求,電路接通后，就有三支電流流過(guò)三極管：基極電流IB ，集電極電流IC和發(fā)射極電流IE。調(diào)節(jié)電阻RW使IB取不同的值，并將對(duì)應(yīng)的IC和IE記錄表中，得到如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：（1）輸入特性 輸入特性是指為定值時(shí)，輸入回路中與之間的關(guān)系。 由于輸入回路中，發(fā)射結(jié)是一正向偏置的PN結(jié)，因此，輸入特性