二极管和晶体管用

当温度升高或受到光的照射 时，共价键中的电子可以挣 脱原子核的束缚（激发）， 成为自由电子
自由电子 空 穴
同时共价键上留下一个空位， 称为空穴
在外电场的作用下，有空穴的 原子吸引相邻原子中的价电子 来填补，这样的结果好像空穴 在运动，而空穴的迁移相当于 正电荷的运动
Si
Si
Si
Si
束缚电子
当半导体两端加上外电压时，半导体中将出现两 部分电流： 1. 自由电子做定向运动形成的电子电流 2. 仍被原子核束缚的价电子递补空穴形成的空穴 电流
例：稳压二极管的应用 使用时要加限流电阻
稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V， Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电 压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围 为1.5 k ~4 k ，是否还能稳压？
i
R
iL
iz
ui
DZ
UZ RL
uO
6V
D
3k
12V
+
A
电路如图，求：UAB 取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管+极和-极的电位。
UAB
–
B
V+ = -6 V V- = -12 V V+>V- 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = - 6V 若管压降0.7V（硅管），则， UAB=-6.7V 在这里，二极管起钳位作用。
mA IC EC 6V
A
RB
IB mA IE
EB
图15.5.3 晶体管电流放大的实验电路 基极电路和集电极电路，发射极是公共端－－共发射极接法 三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压 若在放大工作状态：发射结正偏、集电结反偏
IB/mA IC/mA IE/mA
0 <0.001 <0.001
0.02 0.70 0.72
P13 14.3.8
VD1+ VD1-
VD2-
D1导通
VD2-+
D2导通
VD1 ui ;VD1 5V ui 5, D1导通 VD 2 5V;VD 2 ui ui 5, D2导通
ui 5, D1导通 uo 5V ui 5, D 2导通 uo 5V 5 u 5 u u i o i
作业
14、14.3.6, 14.3.8, 14.5.9
*16、16.2.10, 16.2.11, 16.2.13, 16.3.4
18、18.3.6, 18.3.8
*20、20.5.9，20.5.12，20.6.9, 20.6.20
*21、21.1.13，21.1.14, 21.1.16, 21.3.9,
（21.5.3,21.5.4,21.5.5三选一）
考试前由班级学委收齐后，送至工训中心303
器件的基本分类
1、分立元件
二极管、晶体管 场效应管、晶闸管 运算放大器
模拟电路
2、集成元件
计数器、译码器等
数字电路
第14章 二极管和晶体管
1、半导体的基础知识，P/N型半导体
2、PN结及半导体二极管
3、稳压二极管工作原理及应用 4、晶体管的特性曲线和主要参数
例 2：
+ ui –
R
D 8V + uo –
已知：u i 1 8 s in t V 忽略二极管的管压降， 试画出 uo 波形。 二极管的用途： 整流、检波、 限幅、钳位、开 关、元件保护、 温度补偿等。
ui 18V 8V
参考点
t
二极管-极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
PN 结的单向导电性
（1）加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区
P型半导体
PN结
N型半导体
I
EW
此时PN结呈现 低电阻，处于 导通状态
R
（2）加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
P型半导体
PN结
N型半导体
I
0
EW R
由于少数载流子数量很少，因此反向电流极小， PN结呈现高阻性，处于截止状态。
i R ui DZ
iL iz
UZW=10V
R=200
ui=12V
UZ RL
uO
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=4 k ,
三个区：基区、发射区、集电区 三个极：基极B、发射极Ｅ、集电极Ｃ 两个结：发射结，即基区和发射区之间的PN结；集电结，即基 区和集电区之间的PN结
三极管内有两种载流子(自由电子和空穴) 参与导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)
14.5.2 电流分配和放大原理
3、主要参数
(1) 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。 (2) 电压温度系数ｕ 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。 UZ (3) 动态电阻 r Z IZ

rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
(4) 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM
(5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
－ － － 少子—电子 少子浓度——与温度有关 － － － － － －
N型半导体
+ + + + + + + + +
+
+ +
－ －
－
少子—空穴 多子浓度——与温度无关，与 惨杂多少有关
应注意，不论是N型还是P型半导体，虽然它们都有一种载流子 占多数，但是整个晶体仍然是不带电的
二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态 导通 截止
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。
若 V+ >V-或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通
若 V+ <V-或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
例 1：
锗和硅的原子结构
图14.1.1
共价键
价电子 硅原子
Si
Si
Si
Si
图14.1.2 晶体中原子的排列方式
图14.1.3
硅单晶中的共价键结构
共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体
+4
+4
+4
+4
形成共价键后，每 个原子的最外层电 子是八个，构成稳 定结构
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱
14.5 晶体管（掌握）
14.5.1 基本结构
• 发射区的掺杂浓度最高 • 集电区掺杂浓度 低于发射区，且 面积大 • 基区很薄，一 般在几个微米 至几十个微米 ，且掺杂浓度 最低
管芯结构剖面图
掺入发射区的杂质比集电区要多，但集电区 的尺寸比发射区要大，所以两者不能互换
NPN型三极管
PNP型三极管
本征半导体中的自由电子和空穴（载流子）总是成 对出现，同时又不断复合，达到动态平衡，载流子 维持一定的数量。
本征半导体的导电能力取决于 载流子的浓度
温度越高，载流子的浓度越高，因 此本征半导体的导电能力越强。温 度是影响半导体性能的一个重要的 外部因素，这是半导体的一大特点
14.1.2 N型半导体和P型半导体
例3:
D2
D1 6V 3k 12V
求：UAB 两个二极管的阴极接在一起 A + 取 B 点作参考点，断开二极 UAB 管，分析二极管阳极和阴极 – B 的电位。
V1+ =-6 V，V2+=0 V，V1- = V2-= -12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V 流过 D2 的电流为 在这里， D2 起 12 ID2 4 mA 钳位作用， D1起 3 隔离作用。 D1承受反向电压为－6 V
负载变化,但iZ仍在12mA和2mA之间, 所以稳压管仍能起稳压作用
RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA）
iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA）
P16 14.4.3
DZ1反向击穿 DZ2正向导通
DZ2反向击穿 DZ1正向导通
本节小结
PN结加正向电压时，具有较大的正向电流，呈现低电阻， PN结导通
PN结加反向电压时，具有很小的反向电流，呈现高电阻，
PN结截止
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性
14.3 二极管（diode ） 1、 基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号 P 阳极，正极(+) P N Positive Negative
**例4：二极管的应用(设RC时间常数很小） ui
C uR ui t
R
uR
RL
uo
t uo
t
§14.4稳压二极管
稳压二极管符号 稳压二极管特性曲线 I 稳定 正向同 电压 二极管 UZ 当稳压二极管工作 U 在反向击穿状态下, IZmin 当工作电流IZ在 稳定 IZ Izmax和 Izmin之间时, 电流 其两端电压近似为 IZmax 常数
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴
• 多数载流子、少数载流子
14.2 PN 结（理解）
在同一块N型（P型）半导体的局部再掺入浓度较大的三价 （五价）杂质，使其变为P型（ N型）半导体，在P型半导体和 N型半导体的交界面就形成一个特殊的薄层，称为PN 结。
N 阴极，负极(-)
二极管的结构示意图
金属触丝 阳极引线 N型锗片
阳极+ D 阴极-
阴极引线
( a) 点接触型
铝合金小球 N 型硅
外壳
阳极引线
阳极引线 PN结 金锑合金 底座 N型硅 阴极引线
二氧化硅保护层
P 型硅
阴极引线
( b) 面接触型
( c ) 平面型
半导体二极管图片
2、伏安特性
I I 正向
硅原子
Si Si
多余电子
磷原子
ຫໍສະໝຸດ Baidu
P
Si
自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数 载流子（少子）
P型半导体 硅或锗 +少量硼 P型半导体
硅原子
+4
空位
+4
空穴
+3
硼原子
+4
每一个硼原子都能提供一个空穴，于是在半导体中 就形成了大量空穴。所以P 型半导体中空穴是多子， 电子是少子。
杂质半导体的示意图
14.1.1 本征半导体
本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构的半导体 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素
si
Ge Ge
+4 +4
硅原子
Silicon原子序数:14 核外电子排布:2-8-4
锗原子
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
Germanium原子序数:32 核外电子排布:2-8-18-4
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
U
U I + E 反向
反向击穿电 压U(BR)
+ E
U
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。
3、主要参数
•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 平均电流。
•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， 一般是二极管反向击穿电压UBR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。 •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 向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM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， 锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
本学期所学的内容包含两大部分： 1. 模拟电子技术部分 2. 数字电子技术部分
模拟电子技术－－对模拟信号（连续变化的信号）放 大处理的电路，如温度、湿度等信号的放大电路。
例：空调的温控电路 数字电子技术－－对数字信号（脉冲信号）进行处理 的电路。 例：酒瓶装箱电路、入口人数统计电路
课程安排
• 授课32学时，实验16 学时 • 分为模拟电子部分和 数字电子部分 • 第14章\16章\第17章\ 第18章~模拟部分 • 第20章\第21章~数字 部分 • 考试题型：填空、选 择、判断、简答、计 算、分析设计 • 教材：电工学下册电 子技术（第七版）
在本征半导体中掺入某些微量的杂质（某种元素）， 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
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为电子半导体 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称 为空穴半导体
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体