电子技术应用课程：

（1）发射结正向偏置；
（2）集电结反向偏置。 对于NPN型三极管应满足:
UBE > 0 UBC < 0 即 VC > VB > VE
RB
RC IC IB B C
UCE E
UBE
EC
对于PNP型三极管应满足: EB
UEB > 0 UCB < 0 即 VC < VB < VE
三极管的电流控制原理
IC
EB正极拉走电
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体。
1 . N 型半导体
在硅或锗的晶体中
+4
掺入少量五价元素
N 型半导体中的载流子:
1、自由电子。
+4
多数载流子
2、空穴。 少数载流子
+4
+4
+4
正磷原离子子
++54
+4
多余价电子
自由电子
+4
+4
N 型半导体结构示意图 少数载流子
例：设 DZ1 的 稳 定 电 压 为 6 V，DZ2 的 稳 定 电 压 为 12 V， 设 稳 压 管 的 正 向 压 降 为 0.7 V，则 输 出 电 压UO 等 于 （ ）。 (a) 18V (b) 6.7V (c) 30V (d) 12.7V
2k
+
D
+ 30V
Z1
U
O
-
DZ2
-
小结：
二极管的单向导电性：
PN结正向偏置，近似短路，有0.2～0.6的压降
PN结反向偏置，处于高阻状态，类似断路
稳压管的反向稳压性：
作业：P264-266 9.2.4(a)(b)、 9.2.6、9.3.3、
9.4 半导体三极管
9.4.1 半导体三极管的结构
BE
发射区：掺
杂浓度较高
N+
P型硅
N型硅
基区：较薄， 掺杂浓度低
构成稳定结构。
束缚电子
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键：共 用电子对
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导 体不导电。
在常温下自由电子和空穴的形成
+4
成对消失
复合
+4
+4
+4
+4
+4
+4
空
自由电子
穴
成对出现
+4
+4
半导体中两种载流子: 自由电子和空穴
自由电子能导电
+4
+4
大功率达林顿晶体管
9.4.3 特性曲线
• 三极管的伏安特性反映了三极管电 极之间电压和电流的关系。要正确使 用三极管必须了解其伏安特性。
•
输入特性
•
输出特性
9.4.3 特性曲线
IB = f (UBE ) UC E = 常数
IC = f (UCE ) IB = 常数
IB
A
实验线路
IC
mA
EC
RB
集电区：
C
面积较大
三极管的结构 分类和符号
1. NPN 型三极管 C 基极B
B E
符号
集电极C
N P N
集电区 集电结
基区 发射结
发射区
发射极E
2. PNP型三极管 集电极C
C
PN
基极B
B
NN
P
E
发射极E
集电区 集电结 基区 发射结 发射区
9.4.2 三极管的电流控制作用
三极管具有电流控制作用的外部条件 :
§9.1 半导体的导电特性
依照导电性能，可以把材料分为导体、绝缘体和半导体。
导体有良好的导电能力，常见的有铜、铝等金属材料； 绝缘体基本上不能导电，常见的有玻璃、陶瓷等材料； 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的有硅(Si)
、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等材料。
半导体具有不同于其它物质的特点。例如：
100A
80A 60A 40A
1
=V UCE
CC
20A IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
小结：三极管的三种工作状态
•集电结，发射结均正偏，三极管处于饱和状态 •集电结，发射结均反偏，三极管处于截止状态 •集电结正偏，发射结反偏，三极管处于放大状态
9.4.4、主要参数
___
1. 电流放大倍数
电子技术课程：
模拟电子技术：以放大电路分析为主，重在分析电路 的外部特性，例如放大倍数，输入输 出阻抗等
数字电子技术： 以门电路和触发器为基本，重在分 析组合逻辑电路和时序逻辑电路的 功能
学习方法：抓住电路的宏观特征
第9章 二极管和晶体管
9.1 半导体的导电特性 9.2 二极管 9.3 稳压二极管 9.4 晶体管
三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共 射接法，相应地还有共基、共集接法。
共射直流电流放大倍数：
___


IC
IB
基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流
变化为IC，则交流电流放大倍数为：


IC IB
___

2. 集电极最大允许功耗PCM
• 集电极电流IC
集电极最大电流 IC
流过三极管， 所发出的焦耳
B区多子（空穴）到E区
形成发射 极电流IE
IE是由扩散运 动形成的
2 电子在基区中的扩散与复合， 形成基极电流IB
E区电子到基区B后，有两种运动 扩散IEC 复合IEB
同时基区中的电子被EB拉走形成 IB
IEB=IB时 达到动 态平衡
形成稳定的基极电流IB
IB是由复合运动形成的
3 集电极收集电子，形成 集电极电流IC
P区
N区
IR
内电场方向
R
少数载流子越过PN结
外电场方向
形成很小的反向电流
E
伏安特性
PN结的单向 导电性！！！
§9.2 半导体二极管
一、基本结构
二极管符号：
P
N
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
面接触型
二、伏安特性 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
IC=8I0B。A
称为线性 区（放大 2
60A
区）。
40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
UCE=0
IC(mA )
4
此区域中UCE10U0BAE,集
3
电 为饱结和正区偏。，8I0B>IAC，称
60A
2
40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
IC(mA ) 4 此区域中 : IB=0,U3BE< 死区电 压，称为截止区。 发射结2反偏
ICM
热为：
安全工作区
ICUCE=PCM
PC =ICUCE
• 必定导致结温
上升，所以PC 有限制。
PCPCM 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO
UCE
3.集-基极反向截止电流ICBO ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向 电流，受温度的变化影响大。
ICBO
A
4.
集-射极反向截止电流ICEO
空穴是多数载流子
负离子
电子是少数载流子
§9.1.3 PN结及其单向导电性
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－ － － － － －－ － － － － －－ － － － － －－ － － － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区 PN结
扩散运动
内电场阻止扩散 ，有利于漂移
V UBE
V UCE
EB
输入 回路
输出 回路
一、输入特性 80
UCE =0.5V
IB(A)
UCE 1V
60
40
20 0.4 0.8 UBE(V)
二、输出特性 IC = f (UCE ) IB = 常数
此区域满 4
IC(mA )
当UCE大于一 定 IC只的1与数00I值BA有时关，，
足IC=IB 3
+4
空穴能导电
空穴导电的 实质是共价 键中的束缚 电子依次填 补空穴形成 电流。
+4
+4
+4
价电子填补空穴 空穴移动方向
电子移动方向
+4
+4
+4
本征半导体的导电能力 取决于载流子的浓度。
外电场方向
9.1.2 N半导体和P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
集电结反偏
阻碍C区中的多子 （自由电子）扩散， 同时收集E区扩散过 来的电子
有助于少子的漂移运动， 有反向饱和电流ICBO
形成集电极电流IC
为了反映扩散到集电区的电流ICE与基区复合电流IBE之间的比 例关系，定义共发射极直流电流放大系数 为
IC IB
IE IB IC
2907A PNP双极性 晶体管
R
6
3
ui
uR uD
D
3V uo
0
uo /V
2
t
3
0
2
t
–6
例3：下图中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB为 锗管(导通压降0.3V )，求输出端Y的电位, 并说明二 极管的作用。
解： DA优先导通，则
A
DA
VY=3–0.3=2.7V
B
Y
DB
R
DA导通后, DB因反偏而截止, 起隔离作用, DA起钳位作用, 将Y端的电位钳制在+2.7V。
子，补充被复 合的空穴，形
成 IB
IB
RB
IE
VBB
电子流向电源正极形成 IC
N 集电区收集电子
电子在基区 扩散与复合
P
发射区向基区
N
扩散电子
电源负极向发射 区补充电子形成
发射极电流IE
VCC RC
1 发射区向基区扩散电子， 形成发射极电流IE。
发射结正偏
扩散强
穿过发射结的电 流主要是电子流
E区多子（自由电子）到B区
• 当受外界热和光作用时，导电能力明显 变化。 • 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变。
9.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构特点
用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。
Si
本征半导体：完全纯净 的、晶体结构的半导体。
形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，
–12V
§ 9.3 稳压二极管
稳压二极管是利用PN结反向击穿后具有稳压特性制 作的二极管，其除了可以构成限幅电路之外，主要用
I
于稳压电路。
-
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
UZ
（2）动态电阻
r UZ
Z
I Z
+ U IZ
曲线越陡，动 态电阻愈小， 电压越稳定。
UZ
IZm
（3）. 最大稳定电流 IZmax
正离子
多数载流子
在N型半导中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。
2. P型半导体
+4
在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元 素, 形成P 型半导体
+4
P 型半导体中的载流子是: 1、自由电子。
少数载流子
+4
2、空穴。
多数载流子
+4
+4
硼负原离子子
+43
+4
填补空位
空穴
+4
+4
P 型半导体结构示意图
ICEO受温度影响很大，三 极管的温度特性较差。
绝缘栅型场效应晶体管
• 场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载流子，使流过 半导体内的电流大小随电场强弱的改变而变化的电压控制电 流的放大器件。其英文名称为：Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor，缩写为 MOSFET
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
1. 最大整流电流 IOM：最大正向平均电流 2. 反向工作峰值电压URWM 3. 反向峰值电流 IRM
例1：二极管半波整流
ui
ui
RL
uo
t
uo
t
例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，
ui = 6 sin t V, E= 3V,试画出 uo波形 。
ui / V
• 场效应管是的外型与晶体管（三极管）相似，但它除了具有 三极管的一切优点以外，还具有如下特点：

基本上不需要信号源提供电流

输入阻抗很高（可达109~1015Ω）

受温度和辐射等外界因素影响小，制造工艺简单、便于集成化等；
只有多数载流子参与导电，所以又称其为单极性晶体管
习题 9.4.10
导通压降:
I / mA
导通压降: 硅管0.6~0.7V
I / mA 锗管0.2~0.3V
反向特性 600
400
正向特性
6
4
正向特性
源自文库
200 –100 –50
2
– 80 – 40
0 0.4 0.8 U / V
– 0.1
–0.1 0 0.4 0.8 U / V
–0.2
反向击 穿特性
– 0.2 死区电压
反向特性
二、PN结的单向导电性 1. PN 结正向偏置
PN 结加正向电压、正向偏置： P 区加正、N 区加负电压
空间电荷区变窄
P区
N区
_
I
内电场方向
R
内电场被削弱，多子
E
的扩散加强能够形成
较大的扩散电流。
2. 外加反向电压
外电场驱使多空数间载电流荷子区的两扩侧散的运空动穴难和于自进由行电子移走
空间电荷区变宽