二极管和晶体管97739

+–
PN结呈现低阻导通状态，通过PN结的电 流基本是多子的扩散电流——正向电流
15.2.2 PN结的单向导电性
2 外加反向电压使PN结截止
P
变宽
N
I=0
内电场 方向
R
外电场方向
-+
PN结呈现高阻状态，通过PN结的电流是少子的漂移电流 ----反向电流
特点: 受温度影响大
原因: 反向电流是靠热激发产生的少子形成的
15.1 半导体的导电特性
半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间的 物质。
半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性
本征半导体就是完全纯净的半导体。
应用最多的本征半 导体为锗和硅，它们 各有四个价电子，都 是四价元素.
硅的原子结构
15.1.1 本征半导体
本征半导体晶体结构中的共价健结构
纯净的半导体其所有的原子基
α （2）电压温度系数 U 说明稳压管受温度变化影响的系数
15.4 稳压管
（3）动态电阻 rZ 稳压管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值
（4）稳定电流 IZ
（5）最大允许耗散功率 PZM 管子不致发生热击穿的最大功率损耗。 PZM=UZIZM
15.4 稳压管
例题 +
U
_
稳压管的稳压作用 R
当U<UZ时,电路不通；当 U>UZ大于时,稳压管击穿
_
形成集电极电流IC
15.5.2 电流分配和放大原理
C
IC
ICBO IB
IBE B RB
E
EB +
_
IEC IE
+ EC _
15.5.3 特性曲线
用来表示该晶体管各极电压和电流之间相互关系、反映 晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。
以共发射极接法时的输入特性和输出特性曲线为例。
µA IB RB
本所共上以价整半键 齐导排体列也Si ，称形为成晶Si 晶体体结价构电，子
——晶体管名称的由来
Si
Si
15.1.1 本征半导体
自由电子与空穴
空穴
Si
Si
共价键中的电子
在获得一定能量
后，即可挣脱原
子核的束缚，成
Si
Si
为自由电子
同时在共价键中 留下一个空穴。
自由 电子
15.1.1 本征半导体
热激发与复合现象
扩散IEC
复合IEB
+ IB _
IEB=IB时
EC
达到动 态平衡
IB是由复合运动形成的
15.5.2 电流分配和放大原理
3 集电极收集电子，C形成集电极电流IC
集电结反偏 RB
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
B 有助于少子的漂移运动，+
EC
有反向饱和电流ICBO
_
E
EB +
IC/mA
4
（输2）出截特止性区曲线的近似水平部分。
（3）饱和区_ 3
IC β IB
2
100 80 放大区 60 40
发射结处于正1向偏置；集电结处于反向偏2置0µA
IB=0 UCE/V
0
3
6
9
12
15.5.3 特性曲线
（2）截止区
IC/mA
100
4
IB=0曲线以下的区域为截止区
80
IB=0 时，IC=ICEO3〈0.001mA
同时当因存半为在导，着体温电两度子端愈
自加高导由上，电外电载和电子空流压穴子和时导数空，电目穴自，愈
由多这电，是子导半作电导定性体向能导运电也动就 形愈方成好式电，的子最所电大以流特，；点温而，度
Si
Si
空对也穴半是的导半运体导动器体相件和当金性于能
价电
正的属电影在荷响导的很电运大原动。理上
子
的本质差别。
IC β(IB ICBO) ICBO βIB ICEO
ICBO愈大，β_ 愈高的管子，稳定性愈差。因此，在选管子
_
时，要求ICBO尽可能小些，而 β 以不超过100为宜。
15.2.2 PN结的单向导电性
结论
PN结具有单向导电性
（1） PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低， 正向电流较大。
（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反 向电流很小。
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15.3 半导体二极管
15.3.1 基本结构
15.3.2外伏壳安特性触丝 N型锗片 引1线5.3.3 伏安特性的折线化
15.3.4 二极管的主要参数
铝合金小球 N型硅
点接触型
阳极引线 PN结 金锑合金
底座 阴极引线
表示符号
面接触型
I/mA
15.3.280 伏安特性
60
正向
40
半导体二极 管的伏安特性 是非线性的。 -50
死区
20 电压
-25
O 0.4
击穿 -20
电压
-40
反向 I/µA
0.8 U/V
15.3.2 伏安特性
E
E
15.5.1 基本结构
发射结
集电结
E C
P N B P
E
P 发射区
N
P
C
C
B 基区 集电区 B
E
15.5.2 电流分配和放大原理
共发射极接法
µA IB RB
mA
C
B
3DG6 IC
E
mA IE
+ EC _
EB +_
15.5.2 电流分配和放大原理
晶体管电流测量数据 由此实IB/验mA及测0量结果可0.0得2 出如0.下04结论0.：06 0.08 0.10
1 正向特性
I/mA 80
60
正向
死区电压： 硅管：0.5伏左右，锗管：
-50 -25
0.1伏左右。
40 死区电压
20
O 0.4 0.8 U/V
正向压降：
击穿电压
-20
-40
硅管：0.7伏左右，锗管：
反向
I/µA
0.2~ 0.3伏。
15.3.2 伏安特性
2 反向特性
I/mA 80
60
正向
反向电流： 反向饱和电流： 反向击穿电压U（BR）
（1） IE=IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。 （2I）C/mIAE和<IC0比.0I0B1大的0.多70。 1.50 2.30 3.10 3.95 （3）当IB=0（将基极开路）时， IE=ICEO， ICEO<0.001mA
IE/mA <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
15.5.2 电流分配和放大原理
用载流子在晶体管内部的运动规律来解释上述结论。
C N
B RB
P
+
EC
N
_
E EB _ +
外部条件：发射结加正向电压；集电结加反向电 压。 UBE>0,UBC<0,UBC=UBE-UCE,UBE<UCE
15.5.2 电流分配和放大原理
1 发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。
60
2 对NPN型硅管而言，当UBE〈0.5V时，即已开40 始截止，为了截止可靠，常使UBE小于等于零。 截止区
1
20µA
IB=0
UCE/V
0
3
6
9
12
15.5.3 特性曲线
（3）饱和区 IC/mA
100
4
在饱和区，IB的变化对IC的饱影和响区较小，8两0 者不成比例 3
60
当UCE〈UBE时，集电结处于正向偏置，晶体管工作处于饱
DA
A
0V
DB
B
解：DA优先导通， DA导通后， DB上加的是反向电压， 因而截止。
Y
VY=+2.7V
-12V
DA起钳位作用， DB起隔离作用。
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15.4 稳压管
一种特殊的面接触型半导体硅二极管。它在电路中 与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。
1 稳压管表示符号：
2 稳压管的伏安特性： 稳压管的反向特性曲线比较陡。
在估算时，常用 β β 近似关系
（2） 对于同一型号的晶体管，β值有差别，常用晶体管的β
值在20-100之间。
15.5.4 主要参数
2 集Baidu Nhomakorabea基极反向截止电流ICBO
I =I | CBO C IE=0
ICBO受温度的影响大。 在室温下，小功率锗管的 ICBO约为几微安到几十微安， 小功率硅管在一微安以下。 ICBO越小越好。
和状态
2
40
1
20µA
IB=0
UCE/V
0
3
6
9
12
15.5.4 主要参数
_
1 电流放大系数 β ,β
_
β
：静态电流（直流）放大系数
_
β
IC
IB
β：动态电流（交流）放大系数 β I C
注意：
IB
_
（1）β ,β
两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行
等距并且ICEO较小的情况_ 下，两者数值较为接近。
EB _ +
mA
B
3DG6 + IC
+
E
C
V UBE _
V UCE _
+ EC _
15.5.3 特性曲线
1输入特性曲线：
IBf(UB)E|UCE C
死区电压：
IB/µA 80
60
硅管：0.5伏左右，锗管0.1伏 左右。
40
正常工作时，发射结的压降： 20
NPN型硅管UBE=0.6~0.7V; PNP型锗管UBE=-0.2~-0.3V。
P
空间电荷区 N
空穴
内电场方向
自由电子
15.2.1 PN结的形成
扩散运动和漂移运动的动态平衡
扩散强
内电场增强
漂移运动增强
两者平衡
PN结宽度基本稳定
外加 电压
平衡 破坏
扩散强 漂移强
PN结导 通
PN结截止
15.2.2 PN结的单向导电性
1 外加正向电压使PN结导通
变窄
P
N
I
内电场 方向
R
外电场方向
40
死区电 压 20
-50 -25
O 0.4 0.8 U/V
击穿电
-20
压
-40
反向
I/µA
15.3.4 伏安特性的折线化
U
U
0
0
US
15.3.4 主要参数
1 最大整流电流IOM： 二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。
2 反向工作峰值电压URWM: 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。
I/mA
3 稳压管稳压原理：
+正向
稳压管工作于反向 击穿区。稳压管击穿时，
UZ
电流虽然在很大范围内
变化，但稳压管两端的 ΔIZ
-+
电压变化很小。利用这 一特性，稳压管在电路 中能起稳压作用。
反向 ΔUZ
0
U/V
IZ 反向击穿
是可逆的。
IZM
15.4 稳压管
4 主要参数 （1）稳定电压 UZ
稳压管在正常工作下管子两端的电压。
空穴
由于受热或光照
产空征生穴在半温自的导自运度由现体一由动中电象定电中的时子-子遇-自-，和--由本
Si
Si
电到子—空空穴穴后对，的数
目两基本者不同变时热。消激温发度 愈失高，，自称由为电复子—
Si
Si
空合穴对现数象目越多。
自由
电子
15.1.1 本征半导体
半导体导电方式
载流子
空穴
在半导体中，
Si
Si
0 0.4
UCE>1 0.8 UBE/V
15.5.3 特性曲线
2 输出特性曲线
ICf(UCE)|IBC
IC/mA 4 3
2
晶体管的输
出特性曲线是
一组曲线。
1
0
3
6
100
80
60
40
20µA
IB=0
UCE/V
9
12
15.5.3 特性曲线
晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：
（1）放大区（线性区）
（1）放大区
3 反向峰值电流IRM: 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。
15.3.5 应用举例
主要利用二极管的单向导电性。可用于整流、检波、限 幅、元例件: 图保中护电以路及，在输数入字端电A路的中电作位为V开A=关+3元V，件B。的电位
VB=0V，求输出端Y的电位VY。电阻R接负电源-12V。
+3V
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
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
15.5.2 电流分配和放大原理
2 电子在基区中的扩C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 B
同时基R区B 中的电子被EB拉走形成
E 形成稳+EB定_ 的基极电流IB
二极管和晶体管97739
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第15章 半导体二极管和三极管
哈尔滨工业大学
电工学教研室
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目录
15.1 半导体的导电特性 15.2 PN结 15.3 半导体二极管 15.4 稳压管 15.5 半导体三极管
15.1.2 N型半导体和P型半导 体
N型半导体
在硅或锗的晶体中 Si
Si
掺入微量的磷（或
多余 电子
其它五价元素）。
自电由子电型子半是导多体数
P+
Si
载或流N子型，半空导穴体是
少数载流子。
15.1.2 N型半导体和P型半导体
P型半导体
在硅或锗晶体中
掺入硼（或其它 三价元素）。
Si
空穴是多数载流子，
ICB0
_
+
µA
+ T
EC _
15.5.4 主要参数
3 集—射极反向截止电流ICEO
I =I | CEO C IB=0
_
β
穿透电流ICEO与ICBO的关系：
IEC IEB
IC IB
ICBO ICBO
|IB0
ICE O ICBO ICBO
_
_
ICEOβICBO ICBO (1β)ICBO
_
_
自由电子是少数载
流子。
B-
Si
空穴
Si
空穴型半导体 或P型半导体。
15.1.2 N型半导体和P型半导体
不论N型半导体还是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。
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15.2 PN结
15.2.1 PN结的形成
P
N
空穴
自由电子
15.2.1 PN结的形成
PN结是由扩散运动形成的
UZ
U0 此时
IZ
UUZ R
选R，使IZ<IZM 返回
15.5 半导体三极管
15.5.1 基本结构
15.5.1 基本结构 15.5.2 电平流面分型配和放大原理NPN
结15构.5.3 特性曲线
15.5.4 主合要金参型数
PNP
15.5.1 基本结构
发射结
集电结
E
N
P
N
C
C
C
N
P B
N
发射区
B 基区 集电区 B