1、二極管和晶體管,14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性 14.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?14.3 二極管 14.4 穩(wěn)壓二極管 14.5 晶體管 14.6 光電器件,14.1.1 本征半導(dǎo)體,現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。,14.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),共價(jià)鍵 共用電子對(duì),+4表示除去價(jià)電子后的原子,完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。,14.1.2 N型半導(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(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。,N型半導(dǎo)體（主要載流子為電子，電子半導(dǎo)體） P型半導(dǎo)體（主要

2、載流子為空穴，空穴半導(dǎo)體）,N型半導(dǎo)體,多余電子,磷原子,硅原子,硅或鍺 +少量磷 N型半導(dǎo)體,空穴,P型半導(dǎo)體,硼原子,硅原子,空穴被認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以移動(dòng)。,硅或鍺 +少量硼 P型半導(dǎo)體,雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法,14.2.1 PN 結(jié)的形成,在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。,14.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體,空間電荷區(qū),PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng),擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。,內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)

3、到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,14.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓，即正向偏置：,PN結(jié)加反向電壓，即反向偏置：,P區(qū)加正電壓、N區(qū)加負(fù)電壓。,P區(qū)加負(fù)電壓、N區(qū)加正電壓。,PN結(jié)正向偏置,內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)， 擴(kuò)散飄移，正向（擴(kuò)散）電流大,P,N,+,_,PN結(jié)反向偏置,N,P,+,_,內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止， 有少量飄移，反向電流很小,反向飽和電流 很小，A級(jí),1、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。,14.3 二極管,D,14.3 二極管,1. 基本結(jié)構(gòu),按結(jié)構(gòu)分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型兩種。,點(diǎn)接觸型,小功率高頻,大功

4、率低頻,按材料分：硅管（一般為面接觸型）和鍺管（一般為點(diǎn)接觸型）。 按用途分：普通二極管、整流二極管和開關(guān)二極管。,14.3 二極管,1. 基本結(jié)構(gòu), 二極管的幾種外形：,14.3 二極管,2、伏安特性,導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.8V,鍺管0.20.3V。,反向擊穿電壓U(BR),3、主要參數(shù),（1）最大整流電流,I0M,二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，所允許通過(guò)的最大正向平均電流。,（2）反向工作峰值電壓,URWM,IRM,一般取反向擊穿電壓的一半或三分之二。,（3）反向峰值電流,二極管加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流值。, 二極管的應(yīng)用是利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、檢波、限幅、保護(hù)等。,3、應(yīng)用

5、,例1：二極管的死區(qū)電壓0 .5V，正向壓降0.7V(硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓為0 ，正向壓降為0，反向電阻為無(wú)窮大。,二極管半波整流,例2：二極管的應(yīng)用(設(shè)RC時(shí)間常數(shù)很?。?uo,C,t1,t2,U,二極管的檢波作用,例3: 圖中電路，輸入端A的電位VA=+3V，B的電位VB=0V，求輸出端Y的電位VY。電阻R接負(fù)電源-12V。設(shè)二極管導(dǎo)通時(shí)的壓降為0.3V。,VY= +2.7V,解：,DA優(yōu)先導(dǎo)通， DA導(dǎo)通后， DB上加的是反向電壓，因而截止。,DA起鉗位作用， DB起隔離作用。,二極管應(yīng)用舉例,例4: 試判斷圖中二極管的工作狀態(tài)，并求出二極管中的電流。(圖中的二極管為理想二極

6、管),解：,14.4 穩(wěn)壓二極管,穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作電流IZ在Izmax和 Izmin之間時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)。,正向同二極管,穩(wěn)定電流,穩(wěn)定電壓,DZ,3、主要參數(shù),正常工作時(shí)管子兩端的電壓。,一般穩(wěn)壓值高于6V的為正的溫度系數(shù)，低于6V的為負(fù)的溫度系數(shù)，6V左右的穩(wěn)壓管受溫度的影響較小。,穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流是一個(gè)參考值,一般給出最大穩(wěn)定電流,（2）電壓溫度系數(shù),（4）動(dòng)態(tài)電阻 與最大允許耗散功率,rZ,PZM,穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例,穩(wěn)壓二極管的技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負(fù)載電阻RL=2k，輸入電壓ui=12V，限流電阻

7、R=200 。若負(fù)載電阻變化范圍為1.5 k 4 k ，是否還能穩(wěn)壓？,ui=12V UZW=10V R=200 Izmax=12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k 4 k),iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA） i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA） RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA） RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA）,14.5 晶體管（三極管）,14.5.1 基本結(jié)構(gòu)

8、,NPN型,PNP型,發(fā)射結(jié),集電結(jié),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,NPN型三極管,PNP型三極管,三極管的符號(hào)表示,晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù),靜態(tài)比值 ： 35 37.5 38.3 38.75 39.5 動(dòng)態(tài)比值 ： 40 40 40 42.5,靜態(tài)電流放大系數(shù),靜態(tài)電流放大系數(shù)與動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù),動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù),EB,RB,EC,Ic+IB=IE,電流放大的本質(zhì)是： 發(fā)射極電流被按照一定比例進(jìn)行分配, 這一比例系數(shù)我們稱之為電流放大系數(shù)。,RC,要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,各級(jí)電流運(yùn)算關(guān)系,例 某晶體管的集電極電流 ic 為1.6m

9、A。穿透電流ICEO為0.2mA，電流放大系數(shù) 40，求基極電流ib和發(fā)射極電流 ie。,解: 因?yàn)?ic= ib+ICEO,所以 ib = (ic-ICEO) / = (1.6-0.2)mA/40 = 35A ie = ic+ib =1.6mA+0.035mA = 1.635mA,NPN型三極管,PNP型三極管, 不同類型的管子，其偏置電壓不同，使用時(shí)要注意。,14.5.3 特性曲線,（1）輸入特性曲線： UCE為常數(shù)，iB = f (uBE)。 （2）輸出特性曲線： IB為常數(shù)， iC = f (uCE )。,（1）輸入特性（同二極管）: UCE為常數(shù),死區(qū)電壓，硅管0.5V。,工作壓降：

10、 硅管UBE 0.6 0.7V,（2）輸出特性（ iB為常數(shù)）：曲線族,iC(mA ),Q1,Q2, = iC / iB =(3-2)mA/(60-40) A=50,輸出特性,iC(mA ),當(dāng)uCE大于一定的數(shù)值時(shí)，iC只與iB有關(guān)，iC=iB , 且 iC = iB 。此區(qū)域稱為線性放大區(qū)。,此區(qū)域中uCEuBE,集電結(jié)正偏，iBiC，uCE0.3V稱為飽和區(qū)。,此區(qū)域中iB=0 , iC= iCEO , uBE 死區(qū)電壓,稱為截止區(qū)。,共發(fā)射極電路,+,_,UBC,輸出特性三個(gè)區(qū)域的主要特點(diǎn),(1) 放大區(qū) IC=IB , 且 IC = IB ， 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,(2) 飽和區(qū)

11、 IC達(dá)飽和， IC與IB不是倍的關(guān)系， IBIC 。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏 ，即UCEUBE （UCE0,UBE0.7V）。,(3) 截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)全反偏。 UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 （ ICEO穿透電流，很小， A 級(jí)）,_,例：= 50，USC =12V， RB= 70k，RC = 6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)， 晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q 位于哪個(gè)區(qū)？,USB= -2V，IB=0，IC=0，UCEUSC =12V， Q位于截止區(qū)。,USB = 2V，IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA 飽和電流ICS

12、= (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA IC= IB =500.019=0.95 mA ICS =2 mA ， Q位于放大區(qū).,=50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？,USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mA IC= IB =500.061=3.05 mA ICS =2 mA ， Q位于飽和區(qū)(實(shí)際上，此時(shí)IC和IB 已不是的關(guān)系）,晶體管的安全工作區(qū),14.6.1 發(fā)光二極管,14.6 光電器件,在正向電壓下工作,應(yīng)用電路圖,14.6.2 光電二極