第14章 半导体器件.ppt

1、南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出电工学（下）电工学（下）电子技术电子技术电气工程学院电气工程学院电气工程学院电气工程学院 戴伟戴伟戴伟戴伟南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出教材：教材：南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出教材结构：教材结构：第14章 半导体器件第15章 基本放大电路 第16章 集成运算放大器第17章 电子电路中的反馈第18章 直流稳压电源第20章 门电路和组合逻辑电路第21章 触发器和时序逻辑电路基础原理基础原理基础原理基础原理模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术分析方法分析方法分析方法分析方法电子变流技术电子变流技术电子变流技术电子变流技术

2、数字电子技术数字电子技术数字电子技术数字电子技术南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出参考书目：参考书目：南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出第第1414章章 半导体器件半导体器件14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管14.3 14.3 二极管二极管二极管二极管14.5 14.5 双极型双极型双极型双极型晶体管晶体管晶体管晶体管14.6 14.6 光电器件光电器件光电器件光电器件南通大学电

3、气工程学院电工学课程下翻上翻退出 本章要求本章要求本章要求本章要求:1.1.1.1.理解理解理解理解PNPNPNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用；电流放大作用；电流放大作用；电流放大作用；2.2.2.2.了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义

4、；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；3.3.3.3.会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出 对于元器件，对于元器件，对于元器件，对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和重点放在特性、参数、技术指标和重点放在特性、参数、技术指标和重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法正确使用方法正确使用方法正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件，不要过分追究其内部机理。讨论器件，不要过分追究其内部机理。讨论器件，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。的目的在于应用。的目的在于应用。的目

5、的在于应用。学会用工程观点分析问题学会用工程观点分析问题学会用工程观点分析问题学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，就是根据实际情况，就是根据实际情况，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计

6、算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC RC RC RC 的值有误差、的值有误差、的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。南通大学电气工程学院电工学

7、课程下翻上翻退出14.114.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：热敏性：热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时当环境温度升高时当环境温度升高时当环境温度升高时,导电能力显著增强导电能力显著增强导电能力显著增强导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件

8、，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等)。掺杂性：掺杂性：掺杂性：掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的可做成各种不同用途的可做成各种不同用途的可做成各种不同用途的 半导体器件，如二极管、三极管和晶半导体器件，如二极管、三极管和晶半导体器件，如二极管、三

9、极管和晶半导体器件，如二极管、三极管和晶 闸管等）。闸管等）。闸管等）。闸管等）。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出导体的导电原理：导体的导电原理：导体的导电原理：导体的导电原理：南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.1.114.1.114.1.114.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半本征半本征半本征半导导导导体体体体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式 Si Si Si Si共价健共价健价电子价电子硅单晶中的共价健结构硅单晶中的

10、共价健结构共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 Si Si Si Si 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为自自由电子由电子（带负电），同时共价（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）。自由电子自由电子空穴空穴这一现象称为这一现象称为本征激发。本征激发。温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。在外电

11、场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。价电子价电子南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流部分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流(2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流自由电子和自由电子和空穴都称为空穴都称为载流子。载流子。自由电子和自由电子和

12、空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性半导体的导电性 能也就愈好。能也就愈好。温度对半导体器件性能影响很大。温度对半导体器件性能影响很大。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.1.214.1.2 N N N N型半

13、导体和型半导体和型半导体和型半导体和P P P P型半导体型半导体型半导体型半导体N N型半导体型半导体型半导体型半导体南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成形成杂质半导体。杂质半导体。Si Si Si Si掺入五价元掺入五价元 素素p+磷原子磷原子 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方为这种半导体的主要导电方式，称为式，称为电子半导体或电子半导体或N N型型半导体。半导体。多余多余电子电子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自

14、由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子在在N N 型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子自由电子是多数载流子空穴是少数载流子。空穴是少数载流子。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出P P型半导体型半导体型半导体型半导体南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si SiB硼原子硼原子 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，半导体的主要导电方式，称为称为空穴半导体或空穴半导体或 P P型半型半导体。导体。接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴空穴在在P P型半导体中

15、型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子自由电子是少数载流子自由电子是少数载流子无论无论N N型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性一、一、一、一、PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成PN PN 结也称空间电荷区结也称空间电荷区由由P P型半导体和型半导体和N N型半导体相互作用形成型半导体相互作用形成南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出多子的多子的扩散运动扩散运动扩散运动扩散运动内电场内

16、电场少子的少子的漂移运动漂移运动漂移运动漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体 内电场越强，漂移内电场越强，漂移内电场越强，漂移内电场越强，漂移运动越强，而漂移使运动越强，而漂移使运动越强，而漂移使运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区变薄。空间电荷区变薄。空间电荷区变薄。扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。扩散和漂扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到动态平衡，到动态平衡，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出二、二、二、二、PNP

17、NPNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 1.PN 1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN PN 结变窄结变窄 P P接正、接正、N N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被削弱，多子的削弱，多子的扩散加强，形扩散加强，形成较大的扩散成较大的扩散电流电流。PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，PNPN结处于结处于导通导通导通导通状态。状态。内电场内电场PN+南通大学电气工程学院电工学课程下翻

18、上翻退出2.PN 2.PN 2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场 P P P P接负、接负、接负、接负、N N N N接正接正接正接正 内电场内电场P PN N+南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出PN PN PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 2.PN 2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被内电场被加强，少子的加强，少子的漂移加强，由漂移加强，由于少子数量很于少子数量很少，形

19、成很小少，形成很小的反向电流。的反向电流。IR P P P P接负、接负、接负、接负、N N N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PNPN结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.3.114.3.1 基本结构基本结构基本结构基本结构14.3 14.3 二极管二极管利用单个利用单个PNPN结特性构成的元器件结特性构成的元器

20、件贴片发光二极管 普通发光二极管 二极管 南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出(a)(a)点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型结面积小、结电容小、正向电流小。结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。用于工频大电流整流电路。(c)(c)平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。可大可小，用于高频整流和开关电路中。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.3.2 14.

21、3.2 伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性UI特点：非线性特点：非线性正向特性正向特性正向特性正向特性PN+死区电压死区电压死区电压死区电压硅管硅管硅管硅管0.50.5V V V V锗管锗管锗管锗管0 0.1.1V V V V 外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。导通压降导通压降导通压降导通压降硅管硅管硅管硅管0.60.60.8V0.8V锗管锗管锗管锗管0.20.20.3V0.3V反向特性反向特性PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。反向击穿反向击穿电压电压

22、U(BR)外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去单向导电性。单向导电性。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.3.3 14.3.3 14.3.3 14.3.3 主要参数主要参数主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之

23、二。二极管的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反 向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出二极管的单向导电性二极管的单向导电性二极管的单向导电

24、性二极管的单向导电性1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）PN+PN+二极管处于二极管处于正向导通正向导通正向导通正向导通状态，状态，二极管二极管正向电阻较小正向电阻较小正向电阻较小正向电阻较小正向电流较大正向电流较大正向电流较大正向电流较大二极管处于二极管处于反向截止反向截止反向截止反向截止状态状态二极管二极管反向电阻较大反向电阻较大反向电阻较大反向电阻较大反向电流很小反向电流很小反向电流很小反向电流很小。南通大学电气工程学

25、院电工学课程下翻上翻退出3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向 导电性。导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高 反向电流愈大。反向电流愈大。UI反向击穿电压反向击穿电压U(BR)南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止分析方法分析方法分析方法分析方法:将二极管断开，分析二极管两端将二极管断开，分析二极管两端电位的高低电位的高低 或

26、所加电压或所加电压U UD D的正负的正负的正负的正负。若若 V V阳阳 VV阴阴或或 UD为为正正正正(正向偏置正向偏置 )，二极管，二极管导通导通若若 V V阳阳 VVV阴阴 二极管导通二极管导通V V阳阳V V阴阴南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取 B B 点作参考点，断开二点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。极的电位。V1阳阳=6 V，V2阳阳=0 V，V1阴阴=V2阴阴=12 VD1承受反向电压为承受反向电压为6 6 V流过流过D2的电流为的电流为求求：UABD D2 2 起钳位作用起

27、钳位作用,D D1 1起隔离作用。起隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+例例例例2:2:2:2:V1阳阳V2阳阳V1阴阴V2阴阴UD1=6V，UD2=12V UD2 UD1 D2 优先导通优先导通，D1截止截止。若忽略管压降若忽略管压降若忽略管压降若忽略管压降二极管可看作短路二极管可看作短路二极管可看作短路二极管可看作短路U UABAB =0 V=0 V南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出ui 8V，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 uo=8V ui 8V，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 uo=ui已知已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出

28、 u uo o 波形波形。8V8V例例例例3 3：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保钳位、开关、元件保护、温度补偿等。护、温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8V VD D8V8VR Ru uo ou ui i+南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.414.4 稳压二极管稳压二极管1.1.1.1.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时

29、加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻稳压管反向击穿稳压管反向击穿稳压管反向击穿稳压管反向击穿后，电流变化很后，电流变化很后，电流变化很后，电流变化很大，但其两端电大，但其两端电大，但其两端电大，但其两端电压变化很小，利压变化很小，利压变化很小，利压变化很小，利用此特性，稳压用此特性，稳压用此特性，稳压用此特性，稳压管在电路中可起管在电路中可起管在电路中可起管在电路中可起稳压作用。稳压作用。稳压作用。稳压作用。_+UIO南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出3.3.3.3.主要参数主要参数主要参数主要参数(1)(1)稳定电压稳定电压U UZ Z

30、稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化1 1 C C引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数。(3)(3)动态电阻动态电阻(4)(4)稳定电流稳定电流 I IZ Z 、最大稳定电流最大稳定电流 IZM(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZM=UZ IZMr rZ Z愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.514.5 双极型晶体管双极型晶体管由半导体晶体制成的管子具有三极管的功能的叫半导体晶体三极管由半

31、导体晶体制成的管子具有三极管的功能的叫半导体晶体三极管由半导体晶体制成的管子具有三极管的功能的叫半导体晶体三极管由半导体晶体制成的管子具有三极管的功能的叫半导体晶体三极管,简称为半导体管或者晶体管，而二极管、三极管是沿袭原来电子管简称为半导体管或者晶体管，而二极管、三极管是沿袭原来电子管简称为半导体管或者晶体管，而二极管、三极管是沿袭原来电子管简称为半导体管或者晶体管，而二极管、三极管是沿袭原来电子管的叫法。的叫法。的叫法。的叫法。晶体管晶体管晶体管晶体管在晶体管中靠两种载流子形成电流的叫在晶体管中靠两种载流子形成电流的叫在晶体管中靠两种载流子形成电流的叫在晶体管中靠两种载流子形成电流的叫双极

32、型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管。双极性晶体管双极性晶体管双极性晶体管双极性晶体管仅靠一种载流子导电并在侧向电场控制下通断的晶体管称为仅靠一种载流子导电并在侧向电场控制下通断的晶体管称为仅靠一种载流子导电并在侧向电场控制下通断的晶体管称为仅靠一种载流子导电并在侧向电场控制下通断的晶体管称为场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管,场效应晶体管可以按结构分为场效应晶体管可以按结构分为场效应晶体管可以按结构分为场效应晶体管可以按结构分为结型结型结型结型场效应晶体管和场效应晶体管和场效应晶体管和场效应晶体管和MOSMOS场效应晶场效应晶场效应晶场效应晶体管；体管；体管；体管；按按

33、按按MOSMOS场效应晶体管中空穴、电子参与导电分别将两类场效应晶体管中空穴、电子参与导电分别将两类场效应晶体管中空穴、电子参与导电分别将两类场效应晶体管中空穴、电子参与导电分别将两类MOSMOS场效场效场效场效应晶体管称为应晶体管称为应晶体管称为应晶体管称为PMOSPMOS场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管NMOSNMOS场效应晶体管。场效应晶体管。场效应晶体管。场效应晶体管。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.5.1 14.5.1 基本结构基本结构基本结构基本结构(a)(a)平面型平面型(b)(b)合金型合金型铟球铟球N型锗型锗BECPP铟球铟球BEP P型硅型硅

34、N型硅型硅二氧化碳保护膜二氧化碳保护膜N型硅型硅C南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出(a)NPN(a)NPN(a)NPN(a)NPN型晶体管型晶体管型晶体管型晶体管NNCEBPCETBIBIEICBECPPNETCBIBIEIC(b)PNP(b)PNP(b)PNP(b)PNP型晶体管型晶体管型晶体管型晶体管发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极CENNPBCE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区P发射结发射结发射结发射结P

35、集电结集电结集电结集电结N集电极集电极集电极集电极发射极发射极发射极发射极基极基极基极基极B注意：表示的方向不一致注意：表示的方向不一致注意：表示的方向不一致注意：表示的方向不一致南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN NN NP P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点结构特点结构特点结构特

36、点集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大三极管放大的三极管放大的三极管放大的三极管放大的内部条件内部条件内部条件内部条件南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.5.214.5.214.5.214.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.1.1.三极管放大的三极管放大的三极管放大的三极管放大的外部条件外部条件外部条件外部条件B BEC CN NN NP P发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNP管管发射结正偏发射结正偏 VBVE集电结反偏集电结反偏 VCVE集电结反偏集电结反偏 VCVB EBRBE EC

37、 CRC南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路设设设设 E E E EC C C C=6 V=6 V=6 V=6 V，改变可变电阻改变可变电阻改变可变电阻改变可变电阻R R R RB B B B则基极电流则基极电流则基极电流则基极电流I I I IB B B B集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流I I I IC C C C 发发发发射射射射极极极极电电电电流流流流 I I I IE E E E 都都都都发发发发生生生生变变变变化化化化，测测测测量量量量结结结结果果果果如如如如下下下下表：表：表：表：2.2.2.2.各电极电流关系及电流放

38、大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出晶体管电流测量数据表晶体管电流测量数据表IB(mA)IC(mA)IE(mA)0 0.020.040.060.080.100.001 0.701.502.303.103.95 0,UBC UBE。Q Q2 2Q Q1 1大大大大放放放放区区区区南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.532

39、1IB=0(2)(2)截止区截止区截止区截止区对对对对NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管UBE0.5V时时,即即已已开开始始截截止止,为为使晶体管可靠截止使晶体管可靠截止,常使常使UBE 0。截截止止时时,集集电电结结也也处处于于反反向向偏偏置置(UBC 0),),此此时时,IC 0,UCE UCC 。IB=0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。IB=0 时时,IC=ICEO(很小很小)。(ICEO0.001mA)0.001mA)截止区截止区截止区截止区南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3

40、 6 9 1242.31.5321IB=0(3)(3)饱和区饱和区饱和区饱和区在饱和区，在饱和区，I IB B I IC C，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V，锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V。I IC C U UCCCC/R RC C。当当 U UCECE 0)0)，晶体管工作于晶体管工作于饱和状态饱和状态饱和状态饱和状态。饱饱饱饱和和和和区区区区南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出晶体管三晶体管三种种工作状态的电压和电流工作状态的电压和电流(a)(a)放

41、大放大+UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)(b)截止截止IC 0 IB=0+UCE UCC UBC 0 IB+UCE 0 UBC 0+当当晶晶体体管管饱饱和和时时，U UCECE 0 0，发发射射极极与与集集电电极极之之间间如如同同一一个个开开关关的的接接通通，其其间间电电阻阻很很小小；当当晶晶体体管管截截止止时时，I IC C 0 0，发发射射极极与与集集电电极极之之间间如如同同一一个个开开关关的的断断开开，其其间间电电阻阻很很大大，可可见见，晶晶体体管管除除了了有有放放大大作作用用外外，还有开关作用。还有开关作用。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出 0 0.1 0.5

42、 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3硅管硅管(NPN)锗管锗管(PNP)可靠截止可靠截止开始截止开始截止 UBE/V UBE/VUCE/V UBE/V 截截 止止 放大放大 饱和饱和 工工 作作 状状 态态 管管 型型晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值14.5.414.5.4 主要参数主要参数主要参数主要参数表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出1.1.1.1.电流放大系数电流放大系数电

43、流放大系数电流放大系数 ，直流电流直流电流放大系数放大系数交流电流交流电流放大系数放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，注意：注意：和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的 值在值在20 200之间。之间。由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，有在特性曲线的近于水平部分，IC随随IB成成正比变正比变化，化，值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。南通大学

44、电气工程学院电工学课程下翻上翻退出例：例：在在UCE=6 V时时，在在 Q1 点点IB=40 A,IC=1.5mA；在在 Q2 点点IB=60 A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C/mmA A1 12 23 34 4U UCE CE/V/V9 912120 0Q Q1 1Q Q2 2在在 Q1 点点，有有由由 Q1 和和Q2点点，得得南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出2.2.2.2.集集集集-基极反向截止电流

45、基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I I I ICBOCBOCBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温移运动所形成的电流，受温移运动所形成的电流，受温移运动所形成的电流，受温度的影响大度的影响大度的影响大度的影响大。温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.3.3.集集集集-射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流)I ICEOCEO AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大受

46、温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也也也也相应增加。相应增加。相应增加。相应增加。三极管的温度特三极管的温度特三极管的温度特三极管的温度特性较差。性较差。性较差。性较差。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出4.4.4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流 IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分之

47、二时的集电极电流即为值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集当集射极之间的电压射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基基极开路时的击穿电压极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6.6.6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。PC PCM=IC UCE 硅管允许结温约为硅管允许结温约为15

48、0 C，锗管约为锗管约为70 90 C。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.6 14.6 光电器件光电器件符号符号符号符号14.6.114.6.1 发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管(LED)(LED)(LED)(LED)当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电流当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电流时，就能发出一定波长范围的光。时，就能发出一定波长范围的光。目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。的电特性与一般二极管类似。常用的有常用的有2EF2EF等系列。等系列。发光二极管的发光二极管的工作

49、电压为工作电压为1.5 3V，工作电流为几工作电流为几 十几十几mAmA。南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.6.214.6.2 光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管 光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。当当无光照无光照时时,和普通二极管一样和普通二极管一样,其其反向电流很小反向电流很小,称为暗电流。称为暗电流。当当有光照有光照时时,产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度E E越越强，光电流也越大。强，光电流也越大。常用的光电二极管有常用的光电二极管有2AU,2CU2AU,2CU等系列。等系列。光电流很小光电流很小,一般只有几十

50、微安一般只有几十微安,应用时必须大。应用时必须大。I/I/A AU/U/V VE=0E1E2(a)伏安特性伏安特性(b)符号符号E2 E1南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出14.6.314.6.3 光电晶体管光电晶体管光电晶体管光电晶体管 光电晶体管用入射光照度光电晶体管用入射光照度E E 的强弱来控制集电极的强弱来控制集电极电流。电流。当无光照时当无光照时,集电极电流集电极电流 I ICEOCEO很小很小,称为暗称为暗电流。当有光照时电流。当有光照时,集电极电流称为光电流。一般集电极电流称为光电流。一般约为零点几毫安到几毫安约为零点几毫安到几毫安。常用的光电晶体管有常用的光电晶体管有