5.3三極管及應(yīng)用5.2二極管及應(yīng)用5.1半導體的基礎(chǔ)知識與PN結(jié)5常用半導體元器件5.4

絕緣柵型場效應(yīng)管5.1.1半導體基礎(chǔ)知識5.1.2PN結(jié)5.1半導體的基礎(chǔ)知識與PN結(jié)5.1.3PN結(jié)的反向擊穿31.熱敏特性：T2.光敏特性：光照

3.摻雜特性：摻入微量元素導電能力導電能力導電能力半導體特點半導體是一種導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)。室溫下電阻率介于1mΩ·cm～1GΩ·cm獨特的導電特性5.1.1半導體基礎(chǔ)知識4本征半導體和摻雜半導體5+14

硅原子結(jié)構(gòu)

4+簡化模型純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體。一、本征半導體價電子4價元素（硅、鍺）6共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4晶體結(jié)構(gòu)——

純凈半導體原子排列整齊共價鍵結(jié)構(gòu)——兩個相鄰原子共有一對價電子,價電子受相鄰原子核的束縛,處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。7共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4本征激發(fā)——價電子受熱或光照后，掙脫束縛成為自由電子。常溫下僅極少數(shù)。本征激發(fā)8共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4本征激發(fā)9共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4本征激發(fā)自由電子空穴10共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4自由電子空穴本征激發(fā)兩種載流子：

電子空穴

成對出現(xiàn)11共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4電子流——電場作用下，自由電子的定向移動。自由電子電場電子流12共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4電子遞補空穴流

空穴流——電場作用下，電子依次遞補空穴的運動。電場13共價鍵結(jié)構(gòu)

4

4

4

4

4

4半導體電流=電子流+空穴流電場空穴流電子流14N型半導體——摻入5價元素

P型半導體——摻入3價元素

摻雜半導體——在本征半導體中摻入適量的雜質(zhì)元素(非半導體元素)。5價元素——磷、砷等。3價元素——硼、鎵、銦等。N：Negative；P：Positive5.1.2PN結(jié)15N型半導體

4

4

4

4

4

5+5

多一個價電子摻雜16N型半導體

4

4

4

4

4

5多子-------電子少子-------空穴+5

摻雜本征激發(fā)

4N型半導體示意圖電子正離子17P型半導體

4

4

4

4

4

3多一個空穴+3

摻雜18多子-------空穴少子-------電子P型半導體

4

4

4

4

4

3+3

P型半導體示意圖負離子空穴摻雜本征激發(fā)19

N區(qū)P區(qū)負離子空穴正離子電子正負電荷中和，不帶電三、PN結(jié)

1.PN結(jié)的形成20空間電荷區(qū)（耗盡層）內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)擴散運動——濃度差造成運動。復合——自由電子填補空穴，兩者同時消失的現(xiàn)象。漂移運動——載流子在電場力作用下的運動。多子擴散運動少子漂移運動暴露了失去電子的正離子暴露了失去空穴的負離子21

空間電荷區(qū)（耗盡層）內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)濃度差→多子擴散運動→復合→產(chǎn)生內(nèi)電場→阻礙多子擴散→有利少子漂移運動→擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡→形成一定寬度PN結(jié)多子擴散運動少子漂移運動22PN結(jié)

PNPN結(jié):

P區(qū)和N區(qū)交界面處形成的區(qū)域空間電荷區(qū):

區(qū)內(nèi)只剩離子,帶電耗盡層:

區(qū)內(nèi)載流子少名稱內(nèi)電場電位差約為零點幾伏寬度為幾微米~到幾十微米23（一）外加正向電壓——導通2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕ǘ┩饧臃聪螂妷骸刂?4內(nèi)電場RE外電場P區(qū)N區(qū)ID外加正向電壓外電場抵削內(nèi)電場,有利于多子的擴散很大限流,防止電流太大PN結(jié)多子中和部分離子,使空間電荷區(qū)變窄25REP區(qū)N區(qū)I反外加反向電壓外電場增強內(nèi)電場,有利于少子的漂移很小PN結(jié)內(nèi)電場外電場少子背離PN結(jié)移動，,空間電荷區(qū)變寬PN結(jié)反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。但當電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)反向擊穿。反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿的原因主要有兩種：

當PN結(jié)上加的反向電壓大大超過反向擊穿電壓時，處在強電場中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價電子碰撞出來，產(chǎn)生電子空穴對，新產(chǎn)生的載流子又會在電場中獲得足夠能量，再去碰撞其它價電子產(chǎn)生新的電子空穴對，如此連鎖反應(yīng)，使反向電流越來越大，這種擊穿稱為雪崩擊穿。（1）雪崩擊穿

雪崩擊穿屬于碰撞式擊穿，其電場較強，外加反向電壓相對較高。通常出現(xiàn)雪崩擊穿的電壓均在7V以上。

5.1.3PN結(jié)的反向擊穿

當PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高，阻擋層又很薄時，阻擋層內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機會大為減少，因而不會發(fā)生雪崩擊穿。（2）齊納擊穿PN結(jié)非常薄時，即使阻擋層兩端加的反向電壓不大，也會產(chǎn)生一個比較強的內(nèi)電場。這個內(nèi)電場足以把PN結(jié)內(nèi)中性原子的價電子從共價鍵中拉出來，產(chǎn)生出大量的電子—空穴對，使PN結(jié)反向電流劇增，這種擊穿現(xiàn)象稱為齊納擊穿?？梢?，齊納擊穿發(fā)生在高摻雜的PN結(jié)中，相應(yīng)的擊穿電壓較低，一般均小于5V。

雪崩擊穿是一種碰撞的擊穿，齊納擊穿是一種場效應(yīng)擊穿，二者均屬于電擊穿。電擊穿過程通?？赡妫褐灰杆侔裀N結(jié)兩端的反向電壓降低，PN結(jié)即可恢復到原狀態(tài)。

利用電擊穿時PN結(jié)兩端電壓變化很小電流變化很大的特點，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓管。

若PN結(jié)兩端加的反向電壓過高，反向電流將急劇增長，從而造成PN結(jié)上熱量不斷積累，引起其結(jié)溫的持續(xù)升高，當這個溫度超過PN結(jié)最大允許結(jié)溫時，PN結(jié)就會發(fā)生熱擊穿，熱擊穿將使PN結(jié)永久損壞。熱擊穿的過程是不可逆的，實用中應(yīng)避免發(fā)生。（3）熱擊穿能否說出PN結(jié)有何特性？半導體與金屬導體的導電機理有何不同？什么是本征激發(fā)？什么是復合？少數(shù)載流子和多數(shù)載流子是如何產(chǎn)生的

？

試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點。這兩種擊穿能否造成PN結(jié)的永久損壞

？想想練練

空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？29要記住：（1）外加正向電壓時PN結(jié)的正向電阻很小，電流較大，是多子擴散形成的；（2）外加反向電壓時PN結(jié)的反向電阻很大，電流極小，是少子漂移形成的。要注意：

PN結(jié)電路中要串聯(lián)限流電阻。5.2.1半導體二極管5.2.2二極管的應(yīng)用5.2二極管及應(yīng)用5.2.3特殊二極管31陽極一、二極管的結(jié)構(gòu)陰極+-符號3.分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點接觸型面接觸型平面型1.構(gòu)成：2.符號：PN5.2.1半導體二極管32R

（一）外加正向電壓——E二、二極管單向?qū)щ娦?/p>

（二）外加反向電壓——

ER限流,防止電流太大

33I/mAU/VO三、二極管的伏安特性死區(qū)UT非線性元件正向電壓大于死區(qū)電壓時,方能正常導通。（一）正向特性死區(qū)電壓:硅0.5

鍺0.1硅0.6-0.7V

鍺0.2-0.3V導通電壓:

34I/mAU/VOISUBR死區(qū)UT死區(qū)電壓:硅0.5

鍺0.1反向飽和電流反向擊穿電壓2.反向擊穿現(xiàn)象:

U反大到一定值時I反（二）反向特性1.U反較小時:I反很小,稱為反向飽和電流。353.產(chǎn)生反向擊穿的原因

4.危害:二極管損壞①電擊穿:U反大到一定值時,把共價鍵中的價電子強行拉出強電場引起自由電子加速與原子碰撞，將價電子從共價鍵中轟出②熱擊穿:

PN結(jié)上功耗大，熱量高，PN結(jié)因過熱燒毀。齊納擊穿：

雪崩擊穿：36I/mAU/VOISUBR死區(qū)UT導通電壓:硅0.6-0.8

鍺0.2-0.3死區(qū)電壓:硅0.5

鍺0.1反向飽和電流反向擊穿電壓歸納37四、二極管的主要參數(shù)

正確選擇和安全使用二極管的指標。

(一)最大整流電流IF

允許通過的最大正向平均電流。最大正向平均電流uitOuOtOui+-uO-+–+RL可在半導體手冊中查到38（三）最大反向電流IR：即反向飽和電流。

I/mAU/VOISUBR（二）最高反向工作電壓UR

二極管不被擊穿所容許的最高反向工作電壓,為UBR的一半。

反向飽和電流反向擊穿電壓硅幾

A鍺幾十~幾百

A

反向飽和電流硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管好39

將二極管的特性線性化處理,按線性電路方法處理。1.二極管理想化模型導通——視為短路截止——視為開路（一）二極管等效模型

2.二極管恒壓降模型導通——導通電壓UD

截止——開路5.2.2二極管的應(yīng)用40IDUR-+UD-+導通電壓:硅管取0.7V鍺管取0.2V

1.理想模型2.恒壓降模型ER6V6KΩ

解:41uOtO1.整流：改變信號波形，正弦波變脈動波。已知：二極管理想化求：uO波形ui+-（二）二極管應(yīng)用舉例uitOuO-+–+分兩個半周分析

信號正半周時：D導通uO=ui

信號負半周時：D截止uO=0分析思路RL42２.檢波作用：從載波信號中檢出音頻信號。ui+-uO-+–+RLC旁路高頻信號載波信號經(jīng)二極管后負半波被削去檢出音頻信號ttt43３.限幅：把輸出信號的幅度限制在某電平范圍內(nèi)。已知：二極管UD＝0.7V求：uO波形5uito3.7討論+-3V+-uiuO-+–+uOto3.7二極管、三極管的好壞及極性的判斷主講人：王海軍重慶公共運輸職業(yè)學院

由于功能不同，二極管外形各異，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，二極管結(jié)構(gòu)示意圖如圖（a）所示。將PN結(jié)用外殼封裝起來，并在兩端加上電極引線就構(gòu)成了半導體二級管。其中，從P區(qū)引出的電極稱為陽極（或正極），用“a”表示（或用“+”表示），從N區(qū)引出的電極稱為陰極（或負極），用“k”表示（或用“—”表示）。電路符號如圖3（b）所示。

（a）二極管結(jié)構(gòu)示意圖（b）二極管電路符號圖

二極管結(jié)構(gòu)及電路符號通過標記來識別極性

用萬用表測試二極管好壞及極性的方法用萬用表歐姆檔檢查二極管是否存在單向?qū)щ娦裕坎⑴袆e其極性。正向?qū)娮韬苄?。指針偏轉(zhuǎn)大。反向阻斷時電阻很大，指針基本不動。

選擇萬用表R×1k的歐姆檔，其中黑表棒作為電源正極，紅表棒作為電源負極，根據(jù)二極管正向?qū)?、反向阻斷的單向?qū)щ娦詫⒈戆魧φ{(diào)一次即可測出其極性及好壞。49

（一）穩(wěn)壓作用

工作在反向擊穿區(qū)域。

?I大變化,?U基本不變。（二）穩(wěn)壓管符號＋－陽極陰極正向運用：相當導通二極管UZ=0.7VUZ?IZIZmaxIZ?UZ＋－反向運用：

穩(wěn)定電壓UZ＝U擊，起穩(wěn)壓作用DzU/VI/mAO5.2.3特殊二極管50(三)應(yīng)用穩(wěn)壓管反向擊穿不會損壞:

①經(jīng)特殊工藝處理。②加限流電阻,保證IZ≤IZmax

。+Ui-UOUZ+-

UI增加,UO基本不變,增加量由R承擔。限流電阻調(diào)節(jié)電阻RDＺRLUo=UZ51穩(wěn)壓管的主要參數(shù)如下。（1）穩(wěn)定電壓UZ。穩(wěn)壓二極管反相擊穿后的穩(wěn)定工作電壓值。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的工作電流，是穩(wěn)壓二極管工作時的電流值，若實際電流低于此值時穩(wěn)壓效果變壞，只要不超過穩(wěn)壓管的額定功率，電流越大，穩(wěn)壓效果越好。（3）最大穩(wěn)定電流IZM。穩(wěn)壓二極管允許通過的最大反向電流。（4）動態(tài)電阻rZ。穩(wěn)壓二極管正常工作時，其電壓的變化量與相應(yīng)電流變化量的比值。動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓效果越好。（5）最大允許耗散功率PZM。管子不致發(fā)生熱擊穿而損壞的最大功率損耗，它等于最大穩(wěn)定電流與相應(yīng)穩(wěn)定電壓的乘積。

（四）穩(wěn)壓二極管的參數(shù)52①正負極識別從外形上看，金屬封裝穩(wěn)壓二極管管體的正極一端為平面形，負極一端為半圓面形。塑封穩(wěn)壓二極管管體上印有彩色標記的一端為負極，另一端為正極。對標志不清楚的穩(wěn)壓二極管，也可以用萬用表判別其極性，測量的方法與普通二極管相同，即用萬用表R×1k檔，將兩表筆分別接穩(wěn)壓二極管的兩個電極，測出一個結(jié)果后，再對調(diào)兩表筆進行測量。在兩次測量結(jié)果中，阻值較小那一次，黑表筆接的是穩(wěn)壓二極管的正極，紅表筆接的是穩(wěn)壓二極管的負極。這里指的是指針式萬用表。（五）穩(wěn)壓二極管識別判斷53②

色環(huán)穩(wěn)壓二極管識別色環(huán)穩(wěn)壓二極管國內(nèi)產(chǎn)品很少見，大多數(shù)來自國外，尤其以日本產(chǎn)品居多。一般色環(huán)穩(wěn)壓二極管都標有型號及參數(shù)，詳細資料可在元件手冊上查到。而色環(huán)穩(wěn)壓二極管體積小、功率小、穩(wěn)壓值大多在10V以內(nèi)，極易擊穿損壞。色環(huán)穩(wěn)壓二極管的外觀與色環(huán)電阻十分相似，因而很容易弄錯。色環(huán)穩(wěn)壓二極管上的色環(huán)代表兩個含義：一是代表數(shù)字，二是代表小數(shù)點位數(shù)（通常色環(huán)穩(wěn)壓二極管都是取一位小數(shù)，用棕色表示。也可理解為倍率即：×10（的－1次方），具體顏色對應(yīng)的數(shù)字同色環(huán)電阻）由于小功率穩(wěn)壓二極管體積小，在管子上標注型號較困難，所以一些國外產(chǎn)品采用色環(huán)來表示它的標稱穩(wěn)定電壓值。如同色環(huán)電阻一樣，環(huán)的顏色有棕、紅、橙、黃、綠、藍、紫、灰、白、黑，它們分別用來表示數(shù)值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。有的穩(wěn)壓二極管上僅有2道色環(huán)，而有的卻有3道。最靠近負極的為第1環(huán)，后面依次為第2環(huán)和第3環(huán)。僅有2道色環(huán)的。標稱穩(wěn)定電壓為兩位數(shù)，即“××V”（幾十幾伏）。第1環(huán)表示電壓十位上的數(shù)值，第2環(huán)表示個位上的數(shù)值。如：第1、2環(huán)顏色依次為紅、黃，則為24V。有3道色環(huán)，且第2、3兩道色環(huán)顏色相同的。標稱穩(wěn)定電壓為一位整數(shù)且?guī)в幸晃恍?shù)，即“×.×V”（幾點幾伏）。第1環(huán)表示電壓個位上的數(shù)值。第2、3兩道色環(huán)（顏色相同）共同表示十分位（小數(shù)點后第一位）的數(shù)值。如：第1、2、3環(huán)顏色依次為灰、紅、紅，則為8.2V。有3道色環(huán)，且第2、3兩道色環(huán)顏色不同的。標稱穩(wěn)定電壓為兩位整數(shù)并帶有一位小數(shù)，即“××.×V”（幾十幾點幾伏）。第1環(huán)表示電壓十位上的數(shù)值。第2環(huán)表示個位上的數(shù)值。第3環(huán)表示十分位（小數(shù)點后第一位）的數(shù)值。不過這種情況較少見，如：棕、黑、黃（10.4V）和棕、黑、灰（10.8V）常用穩(wěn)壓二極管的型號對照表（注：后面的二極管型號是以1開頭的，如1N4728，1N4729等）555.2二極管及應(yīng)用③與普通整流二極管的區(qū)分首先利用萬用表R×1K擋，按把被測管的正、負電極判斷出來。然后將萬用表撥至R×10K擋上，黑表筆接被測管的負極，紅表筆接被測管的正極，若此時測得的反向電阻值比用R×1K擋測量的反向電阻小很多，說明被測管為穩(wěn)壓管；反之，如果測得的反向電阻值仍很大，說明該管為整流二極管或檢波二極管。這種識別方法的道理是，萬用表R×1K擋內(nèi)部使用的電池電壓為1.5V，一般不會將被測管反向擊穿，使測得的電阻值比較大。而R×10K擋測量時，萬用表內(nèi)部電池的電壓一般都在9V以上，當被測管為穩(wěn)壓管，切穩(wěn)壓值低于電池電壓值時，即被反向擊穿，使測得的電阻值大為減小。但如果被測管是一般整流或檢波二極管時，則無論用R×1K擋測量還是用R×10K擋測量，所得阻值將不會相差很懸殊。注意，當被測穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值高于萬用表R×10K擋的電壓值時，用這種方法是無法進行區(qū)分鑒別的。5.2二極管及應(yīng)用（六）穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用如果是兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)，正、反方向電壓到達穩(wěn)壓值時，電壓被鉗位（即不能再升高）。①經(jīng)常在功率較大的放大電路，功率管的柵極G與源極S即發(fā)射結(jié)一個穩(wěn)壓二極管，這是通過限制電壓對G-S起保護作用，防止G-S之間的絕緣層被過高的電壓擊穿。②兩個二極管反向串聯(lián)后對與之并聯(lián)的電路可起過壓保護作用，當電路過壓時，二極管首先擊穿短路；56發(fā)光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(fā)光二極管LED。發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導體器件，當它通過一定的電流時就會發(fā)光，常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。發(fā)光二極管器件的外形圖及電路符號如圖5.15所示。經(jīng)常使用的發(fā)紅光、綠光、黃光的發(fā)光二極管，管腳引線較長者為正極，較短者為負極，開啟電壓范圍為1.5～2.3V。為使二極管工作穩(wěn)定，其兩端電壓一般應(yīng)在5V以下。2.發(fā)光二極管圖5.15

發(fā)光二極管的外形圖及符號（a）外形圖（b）符號

發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。其應(yīng)用電路如圖5.16所示。圖5.16

電-光轉(zhuǎn)換電路（1）光電二極管結(jié)構(gòu)及工作原理光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。常見的有2CU、2DU等系列。各種光電二極管器件的外形圖及電路符號如圖5.17所示。3.光電二極管（a）外形圖（b）符號圖5.17

光電二極管的外形圖及符號

光敏二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。它的核心部分也是一個PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。光敏二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。

光敏二極管是電子電路中廣泛采用的光敏器件。光敏二極管和普通二極管一樣具有一個PN結(jié)，不同之處是在光敏二極管的外殼上有一個透明的窗口以接收光線照射，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號一般為VD。其應(yīng)用電路如圖5.18所示。圖5.18

光-電轉(zhuǎn)換電路（2）光敏二極管的檢測檢測光敏二極管，可用萬用表Rx1k電阻檔。當沒有光照射在光敏二極管時，它和普通的二極管一樣，具有單向?qū)щ娮饔?。正向電阻?-9kΩ，反向電阻大于5MΩ。如果不知道光敏二極管的正負極，可用測量普通二極管正、負極的辦法來確定，當測正向電阻時，黑表筆接的就是光敏二極管的正極。當光敏二極管處在反向連接時，即萬用表紅表筆接光敏二極管正極，黑表筆接光敏二極管負極，此時電阻應(yīng)接近無窮大(無光照射時)，當用光照射到光敏二極管上時，萬用表的表針應(yīng)大幅度問右偏轉(zhuǎn)，當光很強時，表針會打到0刻度右邊。當測量帶環(huán)極的光敏二極管時，環(huán)極和后極(正極)也相當一個光敏二極管，其性能也具有單向?qū)щ娮饔煤鸵姽夂蠓聪螂娮璐蟠笙陆怠^(qū)分環(huán)極和前極的辦法是，在反向連接情況下，讓不太強的光照在光敏二極管上，阻值略小的是前極，阻值略大的是環(huán)極。（3）光敏二極管的應(yīng)用PN結(jié)型光電二極管與其他類型的光探測器一樣，在諸如光敏電阻、感光耦合元件以及光電倍增管等設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用。它們能夠根據(jù)所受光的照度來輸出相應(yīng)的模擬電信號（例如測量儀器）或者在數(shù)字電路的不同狀態(tài)間切換（例如控制開關(guān)、數(shù)字信號處理）。光電二極管在消費電子產(chǎn)品，例如CD播放器、煙霧探測器以及控制電視機、空調(diào)的紅外線遙控設(shè)備中也有應(yīng)用。對于許多應(yīng)用產(chǎn)品來說，可以使用光電二極管或者其他光導材料。它們都可以被用于測量光，常常工作在照相機的測光器、路燈亮度自動調(diào)節(jié)等。5.3.1半導體三極管5.3.2三極管的應(yīng)用5.3三極管及應(yīng)用68NNP幾百微米幾微米EBC一、三極管的結(jié)構(gòu)b區(qū)薄,摻雜濃度最低c區(qū)面積最大e區(qū)摻雜濃度最高5.3.1半導體三極管69NPN型三極管發(fā)射極基極集電極發(fā)射區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電區(qū)bceNPN型NNP70PPN發(fā)射極基極集電極發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)基區(qū)集電結(jié)集電區(qū)bcePNP型PNP型三極管71歸納1.類型

NPN型PNP型2.結(jié)構(gòu)特點

e區(qū)摻雜濃度最高b區(qū)薄,摻雜濃度最低c區(qū)面積最大

3.按用途分類低頻小功率管低頻大功率管高頻小功率管高頻大功率管開關(guān)管72三極管常見外型圖73二、三極管的電流分配關(guān)系和電流放大作用三極管放大作用。放大——將微弱電信號增強到人們所需要的數(shù)值。ebc共發(fā)射極放大電路——發(fā)射極為交流電壓輸入和輸出的公共端。uCE輸出端口+-uBE輸入端口+-74(一)

放大的條件（以共射極NPN型三極管為例）1.加電原則發(fā)射結(jié)（E結(jié)）正向偏置集電結(jié)（C結(jié)）反向偏置+-UCB+-UCE+-UBENNPBECe結(jié)c結(jié)NP+-正向偏置BCERBEB+-RC+-ECRCRB+-ECEB+-75

UBE硅0.6~0.8V鍺0.1~0.3VUCB幾伏——十幾伏

UCE＝UCB＋UBE

幾伏——十幾伏

UCE3.電壓數(shù)值+-UCB+-UCE+-UBEbceRCRB+-ECEB+-RCRBEB+-+-EC76（二）電流分配實驗電路IBIEICmAmAμA調(diào)RB改變發(fā)射極電壓UBE和基極電流IB不同IB對應(yīng)不同的IC和IE771.電流通路2.電流流向IBIEICRCRB+-ECEB+-IC、IB流出，IE流入78IB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)<0.0010.0040.701.502.30IE(mA)<0.00100.721.542.363.電流關(guān)系（1）IE=IB+IC（2）IC?IBIE≈IC結(jié)論符合基爾霍夫電流定律79測量數(shù)據(jù)IB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)<0.0010.0040.701.502.30IE(mA)<0.00100.721.542.36（3）IB與IC的比例為常數(shù)稱直流電流放大系數(shù)，用β表示電流放大作用80測量數(shù)據(jù)IB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)<0.0010.0040.701.502.30IE(mA)<0.00100.721.542.36(4)I

B微小變化引起了IC較大變化稱交流電流放大系數(shù)，用β表示81（5）當

IE＝0，E極開路時ICBOBCEPNNIB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)<0.0010.0040.701.502.30IE(mA)<0.00100.721.542.36ICBO為反向飽和電流82(6)當

IB＝0，B極開路時EBCPNNIB(mA)0-0.0040.020.040.06IC(mA)<0.0010.0040.701.502.30IE(mA)<0.00100.721.542.36

ICEO

為穿透電流ICEO電流從c區(qū)穿過b區(qū)流到e區(qū)83（四）放大作用Δui

uBE變

iB小變化iC大變化uRC變

將小信號放大iBiEiCuBEuiEC+-RCEB+-RBuO以IB小變化控制IC大變化

放大實質(zhì)84tuiOtuOO模擬信號1.放大EBRCRB10VECui+-5.3.2三極管的應(yīng)用85tui0tuO0截飽截飽截止區(qū)－開關(guān)打開飽和區(qū)－開關(guān)閉合+-uCE(uo)數(shù)字信號2.做電子開關(guān)3V10V0.3V截ui+-RCRB10VEC用萬用表測試二極管好壞及極性的方法根據(jù)PN結(jié)單相導電性判斷，用指針式萬用表判斷基極b和三極管的類型：將萬用表歐姆擋置"R×100"或"R×lk"處，按下圖測試六次。結(jié)論：①六個箭頭，其中有兩次導通，兩次導通的公共端叫基極（B）；②基極接黑表筆是NPN，基極接紅表筆是PNP。由圖可得，將萬用表歐姆擋置"R×100"或"R×lk"處，先將三極管編號1、2、3，①測1、2，分別測兩次：1（黑），2（紅）；1（紅），2（黑）；②測1、3，分別測兩次：1（黑），3（紅）；3（紅），1（黑）；③測2、3，分別測兩次：2（黑），3（紅）；3（紅），2（黑）。結(jié)論六次操作中，有2次導通，4次無窮大區(qū)分B、C、E，將萬用表歐姆擋置"R×100"或"R×lk"處。假設(shè)1為C，3為E，手捏B、C（注意，B、C不能觸碰），分別測兩次：1（黑），3（紅）；3（紅），1（黑）；假設(shè)3為C，1為E，手捏B、C（注意，B、C不能觸碰），分別測兩次：1（黑），3（紅）；3（紅），1（黑）。結(jié)論：4次中有2次指針偏轉(zhuǎn)，1次偏轉(zhuǎn)較大，1次偏轉(zhuǎn)較小，取偏轉(zhuǎn)較大的一次。手捏為B、C，另一端為E，則假設(shè)成立。cb

e人體電阻cbe人體電阻假定極正確假定極錯誤如果兩次檢測時電阻相差不大，則說明管子的性能較差。退出5.4絕緣柵型場效應(yīng)管主要要求：

了解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、特點了解場效應(yīng)管的原理、特性曲線與參數(shù)

場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導體三極管，是利用一種載流子導電的單極型器件。特點：具有輸入電阻高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、耗電省等優(yōu)點，制作工藝簡單、便于集成。

雙極型三極管是利用基極小電流去控制集電極較大電流的電流控制型器件，因工作時兩種載流子同時參與導電而稱之為雙極型。單極型三極管因工作時只有多數(shù)載流子一種載流子參與導電，因此稱為單極型三極管；單極型三極管是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)控制輸出電流的電壓控制型器件。

上圖所示為單極型三極管產(chǎn)品實物圖。單極型管可分為結(jié)型和絕緣柵型兩大類，其中絕緣柵型場效應(yīng)管應(yīng)用最為廣泛，其中又分增強型和耗盡型兩類，且各有N溝道和P溝道之分。N+N+以P型硅為襯底BDGS二氧化硅(SiO2)絕緣保護層兩端擴散出兩個高濃度的N區(qū)N區(qū)與P型襯底之間形成兩個PN結(jié)由襯底引出電極B由高濃度的N區(qū)引出的源極S由另一高濃度N區(qū)引出的漏極D由二氧化硅層表面直接引出柵極G雜質(zhì)濃度較低，電阻率較高。一

絕緣柵場效應(yīng)管的原理和特性N+N+以P型硅為襯底BDGS大多數(shù)管子的襯底在出廠前已和源極連在一起鋁電極、金屬（Metal）二氧化硅氧化物（Oxide）半導體（Semiconductor)故單極型三極管又稱為MOS管。MOS管電路的連接形式N+N+P型硅襯底BDGS+－UDS+－UGS漏極與源極間電源UDS柵極與源極間電源UGS

如果襯底在出廠前未連接到源極上，則要根據(jù)電路具體情況正確連接。一般P型硅襯底應(yīng)接低電位，N型硅襯底應(yīng)接高電位，由導電溝道的不同而異。不同類型MOS管的電路圖符號DSGB襯底N溝道增強型圖符號DSGB襯底P溝道增強型圖符號DSGB襯底N溝道耗盡型圖符號DSGB襯底P溝道耗盡型圖符號

由圖可看出，襯底的箭頭方向表明了場效應(yīng)管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。虛線表示增強型實線表示耗盡型2.MOS管的工作原理

以增強型NMOS管為例說明其工作原理。N溝道增強型MOS管不存在原始導電溝道。

當柵源極間電壓UGS=0時，增強型MOS管的漏極和源極之間相當于存在兩個背靠背的PN結(jié)。N+N+P型硅襯底BDGS不存在原始溝道+－UDSUGS=0此時無論UDS是否為0，也無論其極性如何，總有一個PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此MOS管不導通，ID=0。MOS管處于截止區(qū)。PPN結(jié)PN結(jié)ID=0怎樣才能產(chǎn)生導電溝道呢？

在柵極和襯底間加UGS且與源極連在一起，由于二氧化硅絕緣層的存在，電流不能通過柵極。但金屬柵極被充電，因此聚集大量正電荷。+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDS=0UGS電場力排斥空穴二氧化硅層在UGS作用下被充電而產(chǎn)生電場形成耗盡層出現(xiàn)反型層形成導電溝道電場吸引電子

導電溝道形成時，對應(yīng)的柵源間電壓UGS=UT稱為開啟電壓。UT+－+－N+N+P型硅襯底BDGS當UGS>UT、UDS≠0且較小時UDSUGSID當UGS繼續(xù)增大，UDS仍然很小且不變時，ID隨著UGS的增大而增大。此時增大UDS，導電溝道出現(xiàn)梯度，ID又將隨著UDS的增大而增大。直到UGD=UGS－UDS=UT時，相當于UDS增加使漏極溝道縮減到導電溝道剛剛開啟的情況，稱為預夾斷，ID基本飽和。導電溝道加厚產(chǎn)生漏極電流ID+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDSUGS

如果繼續(xù)增大UDS，使UGD<UT時，溝道夾斷區(qū)延長，ID達到最大且恒定，管子將從放大區(qū)跳出而進入飽和區(qū)。UGD

溝道出現(xiàn)預夾斷時工作在放大狀態(tài)，放大區(qū)ID幾乎與UDS的變化無關(guān)，只受UGS的控制。即MOS管是利用柵源電壓UGS來控制漏極電流ID大小的一種電壓控制器件。ID+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDSUGS

如果繼續(xù)增大UDS，使UGD<UT時，溝道夾斷區(qū)延長，ID達到最大且恒定，管子將從放大區(qū)跳出而進入飽和區(qū)。UGD

溝道出現(xiàn)預夾斷時工作在放大狀態(tài)，放大區(qū)ID幾乎與UDS的變化無關(guān)，只受UGS的控制。即MOS管是利用柵源電壓UGS來控制漏極電流ID大小的一種電壓控制器件。MOS管的工作過程動畫演示1032.場效晶體管的電壓控制作用1）MOS管的柵極是絕緣的，因此管子的輸入電阻可達1010歐姆以上，故iG≈0。所以和三極管不同的是：場效應(yīng)管不是用柵極電流來控制漏極輸出電流的，而是利用輸入柵源電壓UGS來控制漏極輸出電流ID，是電壓控制器件；2）和三極管的類似的參數(shù)是低頻跨導

3）在場效應(yīng)管的放大作用中，少子并不參與控制作用，是單極型器件退出

3.增強型NMOS管的特性曲線（1）轉(zhuǎn)移特性曲線（2）漏極特性曲線二

場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.開啟電壓——當uDS為常數(shù)時，有溝道將漏、源極連接起來的最小|uGS|值，稱開啟電壓。2.低頻跨導gm——uDS為定值時，iD的變化量與引起該變化的uGS的變化量的比值，它代表了場效應(yīng)管的電壓控制能力，即3.漏源擊穿電壓U（BR）DS4.最大耗散功率PDM5.最大漏極電流IDMMOS管的使用注意事項1.MOS管中,有的產(chǎn)品將襯底引出，形成四個管腳。使用者可視電路需要進行連接。P襯底接低電位，N襯底接高電位。但當源極電位很高或很低時,可將源極與襯底連在一起。2.場效應(yīng)管的漏極與源極通?？梢曰Q，且不會對伏安特性曲線產(chǎn)生明顯影響。注意：大多產(chǎn)品出廠時已將源極與襯底連在一起了，這時源極與漏極就不能再進行對調(diào)使用。3.MOS管不使用時,由于它的輸入電阻非常高,須將各電極短路,以免受外電場作用時使管子損壞。即MOS管在不使用時應(yīng)避免柵極懸空，務(wù)必將各電極短接。4.焊接MOS管時，電烙鐵須有外接地線，用來屏蔽交流電場，以防止損壞管子。特別是焊接絕緣柵場效應(yīng)管時，最好斷電后再焊接。退出

場效應(yīng)管與雙極型三極管比較1．晶體三極管