1、電子技術(shù)課程：,模擬電子技術(shù)：,數(shù)字電子技術(shù)：,以放大電路分析為主，重在分析電路的外部特性，例如放大倍數(shù)，輸入輸出阻抗等,以門電路和觸發(fā)器為基本，重在分析組合邏輯電路和時序邏輯電路的功能,學(xué)習(xí)方法：抓住電路的宏觀特征,第9章 二極管和晶體管,9.2 二極管,9.3 穩(wěn)壓二極管,9.4 晶體管,9.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,半導(dǎo)體具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：,當(dāng)受外界熱和光作用時，導(dǎo)電能力明顯變化。,往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。,9.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,依照導(dǎo)電性能，可以把材料分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。,導(dǎo)體有良好的導(dǎo)電能力，常見的有銅、鋁等金屬材料；,絕緣體基本上不能導(dǎo)電

2、，常見的有玻璃、陶瓷等材料；,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常見的有硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等材料。,9.1.1 本征半導(dǎo)體,一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。,本征半導(dǎo)體：完全純凈的、晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。,共價鍵：共 用電子對,+4表示除去價電子后的原子,形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,束縛電子,在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由電子,空穴,在常溫下自由電子和空穴的形成,成對出現(xiàn),成對消失,+4,+4,+4,+4

3、,+4,+4,+4,+4,+4,外電場方向,空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是共價鍵中的束縛電子依次填補(bǔ)空穴形成電流。,價電子填補(bǔ)空穴,自由電子能導(dǎo)電,空穴能導(dǎo)電,半導(dǎo)體中兩種載流子: 自由電子和空穴,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。,9.1.2 N半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體,在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。,P 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。,N 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1 . N 型半導(dǎo)體,在硅或鍺的晶體中摻入少量五價元素,多余價電子,N 型半導(dǎo)體

4、中的載流子:,1、自由電子。,2、空穴。,多數(shù)載流子,少數(shù)載流子,N 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖,在N型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子, 空穴是少數(shù)載流子。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,2. P型半導(dǎo)體,在硅或鍺的晶體中 摻入少量的三價元 素, 形成P 型半導(dǎo)體,+4,P 型半導(dǎo)體中的載流子是:,1、自由電子。,2、空穴。,多數(shù)載流子,少數(shù)載流子,P 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖,P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體,9.1.3 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?內(nèi)電場阻止擴(kuò)散，有利于漂移,1. PN 結(jié)正向偏置,_,PN 結(jié)加正向電壓、正向偏置： P 區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓,內(nèi)電場方向,R,P 區(qū),N 區(qū),內(nèi)電場被削弱，

5、多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。,二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?P 區(qū),N 區(qū),內(nèi)電場方向,R,2. 外加反向電壓,外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走,少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流,多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動難于進(jìn)行,伏安特性,PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?一、基本結(jié)構(gòu),PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。,點(diǎn)接觸型,面接觸型,9.2 半導(dǎo)體二極管,600,400,200, 0.1, 0.2,0,0.4,0.8,50,100,I / mA,U / V,正向特性,反向擊 穿特性,硅管的伏安特性,二、伏安特性,導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.7V,導(dǎo)通壓降: 鍺管0.20.3V,3. 反向

6、峰值電流 IRM,1. 最大整流電流 IOM：最大正向平均電流,2. 反向工作峰值電壓URWM,理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降=0,例1：二極管半波整流,D,3V,R,ui,uo,uR,uD,例2：下圖是二極管限幅電路，D為理想二極管， ui = 6 sin t V, E= 3V,試畫出 uo波形 。, t, t,ui / V,uo /V,6,0,0,2,例3：下圖中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB為鍺管(導(dǎo)通壓降0.3V )，求輸出端Y的電位, 并說明二極管的作用。,解： DA優(yōu)先導(dǎo)通，則,VY=30.3=2.7V,DA導(dǎo)通后, DB因反偏而截止, 起隔離作用, DA起鉗

7、位作用, 將Y端的電位鉗制在+2.7V。, 9.3 穩(wěn)壓二極管,穩(wěn)壓二極管的參數(shù):,（1）穩(wěn)定電壓 UZ,（2）動態(tài)電阻,曲線越陡，動態(tài)電阻愈小，電壓越穩(wěn)定。,（3）. 最大穩(wěn)定電流 IZmax,穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性制作的二極管，其除了可以構(gòu)成限幅電路之外，主要用于穩(wěn)壓電路。,例：設(shè) DZ1 的 穩(wěn) 定 電 壓 為 6 V，DZ2 的 穩(wěn) 定 電 壓 為 12 V， 設(shè) 穩(wěn) 壓 管 的 正 向 壓 降 為 0.7 V，則 輸 出 電 壓UO 等 于 （ ）。 (a) 18V (b) 6.7V (c) 30V (d) 12.7V,二極管的單向?qū)щ娦裕?PN結(jié)正向偏置，近似

8、短路，有0.20.6的壓降,PN結(jié)反向偏置，處于高阻狀態(tài)，類似斷路,穩(wěn)壓管的反向穩(wěn)壓性：,小結(jié)：,作業(yè)：P264-266 9.2.4(a)(b)、 9.2.6、9.3.3、,N型硅,N+,P型硅,基區(qū)：較薄，摻雜濃度低,集電區(qū)：面積較大,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度較高,9.4.1 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu),9.4 半導(dǎo)體三極管,1. NPN 型三極管,集電區(qū),集電結(jié),基區(qū),發(fā)射結(jié),發(fā)射區(qū),N,N,集電極C,基極B,發(fā)射極E,P,三極管的結(jié)構(gòu) 分類和符號,集電區(qū),集電結(jié),基區(qū),發(fā)射結(jié),發(fā)射區(qū),C,B,E,N,集電極C,發(fā)射極E,基極B,N,P,P,N,2. PNP型三極管,C,E,B,9.4.2 三極管的電流

9、控制作用,三極管具有電流控制作用的外部條件 :,（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；,（2）集電結(jié)反向偏置。,對于NPN型三極管應(yīng)滿足: UBE 0 UBC VB VE,對于PNP型三極管應(yīng)滿足: UEB 0 UCB 0 即 VC VB VE,IC,N,P,N,三極管的電流控制原理,VCC,RC,VBB,RB,發(fā)射結(jié)正偏,擴(kuò)散強(qiáng),E區(qū)多子（自由電子）到B區(qū),B區(qū)多子（空穴）到E區(qū),穿過發(fā)射結(jié)的電流主要是電子流,形成發(fā)射極電流IE,IE是由擴(kuò)散運(yùn)動形成的,1 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子，形成發(fā)射極電流IE。,2 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流IB,E區(qū)電子到基區(qū)B后，有兩種運(yùn)動,同時基區(qū)中的電子被EB拉走形

10、成,IB,IEB=IB時達(dá)到動態(tài)平衡,形成穩(wěn)定的基極電流IB,IB是由復(fù)合運(yùn)動形成的,3 集電極收集電子，形成集電極電流IC,集電結(jié)反偏,阻礙C區(qū)中的多子（自由電子）擴(kuò)散，同時收集E區(qū)擴(kuò)散過來的電子,有助于少子的漂移運(yùn)動，有反向飽和電流ICBO,形成集電極電流IC,為了反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流ICE與基區(qū)復(fù)合電流IBE之間的比例關(guān)系，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 為,三極管的伏安特性反映了三極管電極之間電壓和電流的關(guān)系。要正確使用三極管必須了解其伏安特性。 輸入特性 輸出特性,9.4.3 特性曲線,9.4.3 特性曲線,IC,V,UCE,UBE,RB,IB,EC,EB,實(shí)驗(yàn)線路,一、輸入特性,U

11、CE =0.5V,二、輸出特性,IC(mA ),此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。,當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。,此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，稱為飽和區(qū)。,UCE=0,此區(qū)域中 : IB=0,UBE 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。發(fā)射結(jié)反偏,UCE=VCC,小結(jié)：三極管的三種工作狀態(tài),集電結(jié)，發(fā)射結(jié)均正偏，三極管處于飽和狀態(tài),集電結(jié)，發(fā)射結(jié)均反偏，三極管處于截止?fàn)顟B(tài),集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài),9.4.4、主要參數(shù),三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。,共射直流電流放大倍數(shù)：,基極電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：,1. 電流放大倍數(shù)和 ,2. 集電極最大允許功耗PCM,ICUCE=PCM,安全工作區(qū),3.集-基極反向截止電流ICBO,ICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響大。,4. 集-射極反向截止電流ICEO,ICEO受溫度影響很大，三極管的溫度特性較差。,場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中的載流子，使流過半導(dǎo)體內(nèi)的電流大小隨電場強(qiáng)弱的改變而變化的電壓控制電流的放大器件。其英文名稱為：Metal Oxide Semiconductor