第十四章二极管以及晶体管

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第14章二极管和晶体管53263

2020/6/19
当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之间
如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止
时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关的断
开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。
晶体管三种工作状态的电压和电流
IB
IC
UBC < 0 +
+ +
UCE
常用的有2EF等系列。发光二极管的工作电压为1.5 ~ 3V，工作电流为几 ~ 十几mA。
符号
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14.6.2 光电二极管
光电二极管在反向电压作用下工作。当无光照时, 和普通二极管一样, 其反向电流很小, 称为暗电流。
当有光照时, 产生的反向电流称为光电流。照度E越
强，光电流也越大。常用的光电二极管有2AU, 2CU等系列。光电流很小, 一般只有几十微安, 应用时必须大。
t 等。
二极管阴极电位为 8V
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 ui < 8V，二极管截止，可看作开路
uo = 8V uo = ui
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14.5 晶体管
14.5.1 基本结构
BE 二氧化碳保护膜
N型硅 B P型硅 N型硅
E 铟球
P N型锗
集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。
5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO
当集—射极之间的电压UCE 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25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。

电工技术下教学课件第14章二极管和晶体管

根据电路需求选择合适的器件
整流二极管
用于整流电路，将交流电转换为直流电。根据工作频率、反向电压和电流选择合适的整流二极管
。
晶体管
分为NPN和PNP型，根据电路需求选择合适的晶体管类型和型号，如硅管或锗管、低频或高频晶体管等。
稳压二极管
用于稳压电路，根据稳压值、最大电流和最大功耗选择合适的稳压二极管。
最高工作频率
指二极管或晶体管正常工作时能够处理的最高频率信号。这个参数反映了二极管或晶体管的频率响应特性，决定了其在高频电路中的应用范围。
开关速度
在高频电路中，二极管或晶体管的开关速度也是一个重要的参数。开关速度越快，说明二极管或晶体管在高频条件下的性能越好。
06
CATALOGUE
二极管和晶体管的选用原则
电流放大系数
电流放大系数表示集电极电流与基极电流之比，是衡量晶体管放大能力的重要参数。
晶体管的特性曲线
输入特性曲线
描述基极电流与基极-发射极电压之间的关系，反映了晶体管的开关特性。
输出特性曲线
描述集电极电流与集电极-发射极电压之间的关系，反映了晶体管的放大特性。
03
CATALOGUE
二极管的应用
整流电路
01
02
03
04
整流电路
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电的电路。
单相半波整流电路
将一个二极管与一个负载电阻串联，实现单相交流电的半波
整流。
单相全波整流电路
利用两个二极管反向并联，将交流电的正负半周分别整流，
实现全波整流。
三相整流电路
利用三个或更多的二极管，将三相交流电转换为直流电，常

第14章二极管和晶体管

第十四章二极管和晶体管第十四章二极管和晶体管一、本章提要介绍二极管和晶体管的基本结构、工作原理、特性和参数，PN结的构成是各种半导体器件的共同基础。

此外本章还介绍了稳压管和几种光电器件。

二、本章课时安排章节序号及名称主要内容学时分配本章总学时14.1半导体的导电特性介绍本征半导体、杂质半导体、N型半导体和P型半导体的基本概念。

1学时14.2 PN结及其单向导电性1 PN结的构成；2 PN结的单向导电性。

0.5学时14.3 二极管二极管的结构、伏安特性和参数。

0.5学时14.4 稳压二极管稳压管的工作原理、伏安特性和主要参数。

0.5学时14.5 晶体管晶体管的基本结构、电流分配和放大原理、伏安特性和主要参数。

1学时14.6 光电器件光电器件：发光二极管、光电二极管和光电晶体管。

0.5学时4学时 14.1 半导体的导电特性一、相关内容回顾自1948年第一个晶体管问世以来，半导体技术有了飞跃的发展由于半导体器件具有重量轻、体积小、耗电少、寿命长、，工作可靠等突出优点，在现代工业、现代农业、现代国防和现代科学技术中获得了广泛的应用。

导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，虽然在物理课中有所了解，但为了理论的系统化、我们还要从讨论半导体的导电特性和PN结的基本原理(特别是它的单向导电性)开始。

因为PN结是构成各种半导体器件的共同基础，了解二极管和三极管的基本结构，工作原理、特性和参数，是学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础。

二、重点及难点1.教学重点：(1)本征半导体与杂质半导体的概念；(2)N型半导体和P型半导体的概念。

2.教学难点：(1)本征半导体和杂质半导体的特点和导电机理；(2)杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种，它们的特点和导电机理。

1第十四章二极管和晶体管三、主要内容1．学时分配小节标号及标题详细内容学时分配学时总数14.1.1本征半导体本征半导体为完全纯净的、具有晶体结构的半导体，最常见的为硅和锗。

模电数电复习

机0803 ~ 0804 、F082 逸夫楼 405
机0805、 0807~ 0808 逸夫楼 407
机0806、机0812
逸夫楼 505
重修生
逸夫楼 406
36
答疑时间、地点
• 十七周周六（1月2日）：上午：9:00 ~ 11:30 下午：1:00 ~ 4:30
• 答疑地点：信息楼924教室
1、写出方程（驱动、状态、输出） 2、列出完整的状态转换表（2n） 3、画出状态转换图（2n） 4、画出时序波形图（有效循环） 5、分析电路功能 6、检验自启动
33
中规模（MSI）计数器
1. 概念：异步清零 -- 仅清零端有效即可实现清零; 同步置数 -- 置数端有效＋CP的有效沿，才能实现置数;
ui
同相: ri大，
uO
(1
RF R1
)ui
12
3. 类型：
反相求和 --
uO
RF Ri
ui
同相求和--Fra bibliotekRN=RP时，
uO
RF Ri
ui
加减运算 --
RN=RP时，
uO
RF Ri
ui
积分、微分 -- 构成，分析
13
信号处理 1. 有源滤波：电路构成 ---- 无源滤波网络＋集成运放 2. 电压比较器：特点：开环或正反馈，Uo=±Uomax 类型：同相输入、反相输入要求：给Ui可画出Uo；会画电压传输特性
2. 单片设计：利用异步清零端清零---- N进制取状态N清零; 利用同步置数端置零---- N进制取状态N-1置零;
3. 单片分析：关键是确定译码状态 N；异步清零---- N进制计数器; 同步置数---- 起点：置入的数M，终点：译码状态 N 进制：M ~ N进制计数器。

14 二极管和晶体管

底座负极引线
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第14章二极管和晶体管 3. 平面型二极管
正极引线
SiO2
P型硅 N型硅
负极引线
用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流
和开关电路中。
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第14章二极管和晶体管常见的半导体二极管
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第14章二极管和晶体管
半导体二极管的型号
电子，N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 3. P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
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第14章二极管和晶体管
14.2 PN 结及其单向导电性
1、 PN 结的形成
如图所示：在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体和N 型半导体。此时将在P型半导体和N 型半导体的结合面上形成如下物理过程:
电位VB=0V，求输出端Y的电位VY。电阻R接负电源-12V。
判断二极管导通还是截止的原则：先将二极管断开，然后观察或计算二极管正、负两极间是正向电压还是反向电压，若正向则导通，否则截止。
+3V VA
DA
0V VB
DB
-12V
解：DA优先导通， DA导通后， DB上加的是反向电压，因而截止。
VY
本征激发动画演示
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。
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第14章二极管和晶体管
本征半导体中电流由两部分组成：（1）自由电子移动产生的电流。（2）空穴移动产生的电流。
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。

【2019年整理】电工与电子学课件--第十四章二极管和晶体管

第14章
二极管和晶体管
14.1 半导体的导电特性
14.2 PN结及其单向导电性 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 晶体管 14.6 光电器件
2019/4/21 电工与电子学
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理解PN结的单向导电性；了解二极管、稳压二极管和晶体管的基本构造、工作原理和主要特性曲线，理解主要参数的意义；理解晶体管的电流分配和放大作用。
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14.3 二极管
根据二极管的单向导电性，它可用于整流、检波、限幅、元件保护及在数字电路中作为开关元件等。
使用注意
实际二极管应考虑其正向压降（硅管0.6～0.7V，锗管0.2～0.3V）；理想二极管正向压降为零，反向截止。分析方法：将二极管断开。若 V阳 >V阴，则二极管导通；若 V阳 <V阴，则二极管截止。
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空穴和自由电子的形成
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14.1 半导体的导电特性
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自由电子作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所形成的空穴电流。
半导体和金属在导电原理上的本质差别：在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电。自由电子统称为载流子
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14.1 半导体的导电特性
14.1.2 N型半导体和P型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)，形成杂质半导体，其导电性能大大增强。在单晶硅中掺入微量磷

第14章二极管和晶体管终稿共60页

• PNP型
c集电极
P 集电区集电结
14.5 晶体管
c
b基极
N基区
P
发射结
发射区
b e
e发射极 (a) PNP型
14.5 晶体管
14.5.2 电流分配和放大原理
• 内部条件
iC
• 外部条件
发射结正偏，集电结反偏。
c
－
uBC iB +
• 电路接法：
共射接法
Rb
b+
uBE
N+
P uCE N
Rc VCC
VBB
－
iE －
e
晶体管内部载流子的运动
ICBO
iCn
iC
N
iB
iBE
P
Rb
EB
iEp
iE
(a) 载流子运动情况
N iEn
14.5 晶体管
• 发射区向基区扩散
电子的过程
• 电子在基区扩散和
复合过程
• 集电区收集从发射
区扩散过来电子的 EC 过程
晶体管内部载流子的运动
14.5 晶体管
Байду номын сангаас
iC ICBO
• 实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空穴浓
度都保持一个定值.
14.1 半导体的导电特性
+4 C
+4
+4
+4 B
A +4
空穴
+4
• 空穴的
+4
运动实
自由电子质上是
价电子
+4
填补空
共价键穴而形
+4
成的。

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的反向电流。
P接负、N接正
PN结加反向电压，PN结变宽，反向电流极小，PN
结呈现高电阻，处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。第十四章二极管以及晶体管回主页总目录章目录上一页下一页退出
14.3 二极管
14.3.1 基本结构
(a)点接触型一般为锗管
(b)面接触型一般为硅管
P 型半导体
N 型半导体
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +
扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的宽度固定不变。
形成空间电荷区
在一定的温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子便维持一定的数目。
注意
①本征半导体中的载流子数目极少，其导电性能很差；
②温度愈高，载流子数目愈多，半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
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14.2 PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）
PN 结变宽
－－－－－－－－－－－－－－－－－－
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P
内电场 N
I
外电场
–+
外电场有助于少数载流子的漂移，内电场被加强，由于少子数量很少，形成很小
失去一个电子变为正离子
磷原子在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数
载流子。
第十四章二极管以及晶体管
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14.1 半导体的导电特性
Si
Si
SBBi–
Si
硼原子获得一个电子变为负离子
空穴
在单晶硅中掺入微量硼元素
掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。
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14.1.1 本征半导体
14.1 半导体的导电特性
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。
共价键：每一原子的一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对。
硅原子晶中的共价健结构
价电子：共价键中的两个电子。
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14.1 半导体的导电特性
自由电子 Si Si Si Si 空穴
本征半导体的导电机理
价电子获得一定能量（温度增高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自由电子，中性的原子显出带正电，同时在共价键中留下一个空位，称为空穴。
第十四章二极管以及晶体管
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14.1 半导体的导电特性
半导体的导电特性：
热敏性：当环境温度增高时，导电能力显著增强；（可做成各种热敏元件，如热敏电阻）
光敏性：当受到光照时，导电能力显著增强；（可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管等）
掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力增加几十万乃至几百万倍；（可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、晶体管和晶闸管等）。
第十四章二极管和晶体管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结及其单向导电性 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 晶体管
第十四章二极管以及晶体管
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第十四章二极管和晶体管
⒈ 理解PN结的单向导电性； ⒉ 了解二极管、稳压二极管和晶体管的基本构造、工作原理和主要特性曲线，理解主要参数的意义； ⒊ 理解晶体管的电流分配和放大作用。
14.1 半导体的导电特性
14.1.2 N型半导体和P型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），
形成杂质半导体。在常温下即可变为自由电子
在单晶硅中掺入微量磷元素
掺杂后自由电子数目
Si
Si
多余大量增加，自由电子导
电子电成为这种半导体的主
pPS+i
Si
要导电方式，称为电子
半导体或N型半导体。
温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。
第十四章二极管以及晶体管
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14.1 半导体的导电特性
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个空穴，于是失去一个价电子的相邻原子的共价键中出现另一个空穴，如此继续下去，好似空穴的运动（相当于正电荷的运动）。
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：
①自由电子作定向运动形成电子电流； ②价电子递补空穴形成空穴电流。
自由电子统称载流子
空穴
第十四章二极管以及晶体管
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14.1 半导体的导电特性
本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。
内电场内电场越强，漂移运
动越强，而漂移使空
少数载流子的漂移运动间电荷区变薄。
第十四章二极管以及晶体管
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14.2.2 PN结的单向导电性
14.2 PN结及其单向导电性
⒈ PN 结加正向电压（正向偏置）
PN 结变窄
－－－－－－－－－－－－－－－－－－
结面积小、结电容小、正向电流小，适用于高频和小功率工作。
在P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
第十四章二极管以及晶体管
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14.2 PN结及其单向导电性
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
扩散的结果使空间电荷区变宽
浓度差形成多数载流子的扩散运动
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P
内电场 N
I
外电场
+–
P接正、N接负
多数载流子的扩散运动加强，而内电场被削弱，从而形成较大的扩散电流（正向电流）。
PN 结加正向电压，PN结变窄，形成较大的正向电流，PN结呈现低电阻第十，四章处二极于管以导及晶通体管状态。