第9章 二極管和三極管,9. 2 二極管,9.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,9.4 晶體管,本征半導(dǎo)體：完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。,晶體中原子的排列方式,共價(jià)健,價(jià)電子在獲得一定能量后,即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子,同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位,稱為空穴(帶正電)。,本征激發(fā)：,空穴,自由電子,9.1.1 本征半導(dǎo)體,9.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,溫度越高，本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴-自由電子便越多。,一定溫度下，空穴-電子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。,空穴與自由電子成對(duì)產(chǎn)生和復(fù)合，統(tǒng)稱為載流子。,本征半導(dǎo)體中的兩種運(yùn)動(dòng),1、自由電子的運(yùn)動(dòng)。 2、空穴的運(yùn)動(dòng)。空穴被鄰近共價(jià)鍵電子填補(bǔ)，在原共價(jià)鍵中出現(xiàn)一個(gè)新空穴，這種填補(bǔ)等效于空穴運(yùn)動(dòng)。,外電場(chǎng)作用下，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：,(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流 (2)價(jià)電子定向遞補(bǔ)空穴 空穴電流,通常通過摻雜使電子數(shù)目大量增加。 自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。,摻入五價(jià)元素,多余電子,磷原子,在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?失去一個(gè)電子變?yōu)檎x子,在本征半導(dǎo)體中摻入某種微量元素，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。,在N 型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子,9.1.2 N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體,摻雜后空穴數(shù)目大量增加。 空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體。,摻入三價(jià)元素,在P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。,硼原子,接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子,空穴,無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。,9.1.2 N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體,1. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。,2. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。,3. 當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量 （a. 減少、b. 不變、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加電壓的作用下，P 型半導(dǎo)體中的電流 主要是 ，N 型半導(dǎo)體中的電流主要是 。 （a. 電子電流、b.空穴電流）,b,a,1. PN結(jié)的形成,多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),少子的漂移運(yùn)動(dòng),濃度差,P 型半導(dǎo)體,N 型半導(dǎo)體,內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)。擴(kuò)散越受到抑制。,空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié),擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,形成空間電荷區(qū),9.1.3 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(1)PN 結(jié)加正向電壓（正向偏置）,PN 結(jié)變窄,P接正、N接負(fù),IF,內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。,PN 結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電阻較小，正向電流較大， PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,(2)PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）,P接負(fù)、N接正,PN 結(jié)變寬,內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。,溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。,PN 結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,總結(jié)：PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,PN 結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電阻較小，正向電流較大， PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,正向偏置： P接正、N接負(fù),反向偏置： P接負(fù)、N接正,9.2.2 伏安特性,硅管0.5V, 鍺管0.1V。,反向擊穿 電壓U(BR),導(dǎo)通壓降,外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。,外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿,失去單向?qū)щ娦浴?正向特性,反向特性,特點(diǎn)：非線性,硅0.60.8V鍺0.20.3V,死區(qū)電壓,反向電流在一 定電壓范圍內(nèi) 保持常數(shù)。,9.2 二極管,二極管的單向?qū)щ娦?1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù) ）時(shí)， 二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。,2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負(fù)、陰極接正 ）時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。,3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。,二極管電路分析方法： 將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。,若 V陽 V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導(dǎo)通,若 V陽 V陰或 UD為負(fù)( 反向偏置 )，二極管截止,電路如圖，求：UAB,例1：,解：假設(shè)二極管斷開，則：V陽 =6 V V陰 =12 V 因V陽V陰 ，所以二極管導(dǎo)通。 若視為理想二極管，忽略管壓降，二極管可看作短路， 則UAB = 6V 否則， UAB為6.3或6.7V,電路如圖，求：UAB,例1：,兩個(gè)二極管的陰極接在一起 取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。,V1陽 =6 V，V2陽=0 V，V1陰 = V2陰= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 優(yōu)先導(dǎo)通， D1截止。 若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V,例2:,D1承受反向電壓為6 V,流過 D2 的電流為,求：UAB,ui 8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二極管截止，可看作開路 uo = ui,已知： 二極管是理想的，試畫出 uo 波形。,8V,例3：,參考點(diǎn),二極管陰極電位為 8 V,動(dòng)畫,9.4 晶體管,9.4.1 基本結(jié)構(gòu),基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,PNP型,符號(hào)：,NPN型三極管,PNP型三極管,基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,發(fā)射結(jié),集電結(jié),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,集電區(qū)： 面積最大,9.4. 2 電流分配和放大原理,1. 三極管放大的外部條件,發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,PNP 發(fā)射結(jié)正偏 VBVE 集電結(jié)反偏 VCVB,從電位的角度看： NPN 發(fā)射結(jié)正偏 VBVE 集電結(jié)反偏 VCVB,2.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散，形成IEN。,少量電子與空穴復(fù)合，形成IBN,基區(qū)大部分電子漂移進(jìn)入集電區(qū)，形成ICN,IC ICN,IB IBN,測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路,9.4.3 特性曲線,1. 輸出特性,IB=0,IB=20A,放大區(qū),特點(diǎn)： IC= IB ， 放大區(qū)又稱線性區(qū),(1)放大區(qū) 發(fā)射結(jié)處于正向偏置, 集電結(jié)處于反向偏置(通常UCE1V),（3）截止區(qū),IB 0 以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)。,條件：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，特點(diǎn)：IB0， IC 0 。,飽和區(qū),截止區(qū),（2）飽和區(qū),條件：UCE不足。 如集電結(jié)正偏時(shí)。,特點(diǎn)：ICIB 。 深度飽和時(shí)， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。,練習(xí)：分析硅三極管的工作狀態(tài),放大,截止,飽和,放大,放大,練習(xí)9.4.8 有兩個(gè)晶體管分別接在電路中，處于放大狀態(tài)，他們管腳的電位如下,3.2,3,9,鍺 NPN型,-2.6,-2,-6,硅管 PNP型,2. 輸入特性,特點(diǎn):非線性,死區(qū)電壓：硅管0.5V鍺管0.1V,正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： 硅管 0.60.7V 鍺管 0.2 0.3V,UCE1V,練習(xí)9.4.10：分析晶體管的工作狀態(tài),IC =IB=50*0.108=5.4mA,解：,= (6-0.6)/50K,= 0.108mA,UCE = UCCRCIC=12-1*5.4=6.6V,所以，三極管處于放大狀態(tài),假設(shè)放大，則:,練習(xí)9.4.10：分析晶體管的工作狀態(tài),IC =IB= 40*0.243 = 9.72mA,解：,= 11.4/47K,= 0.243mA,UCE = UCCRCIC =12-1.59.72= - 2.58V,Uce Uces(0.3V)，三極管處于飽和狀態(tài),假設(shè)放大，則,方法1,練習(xí)9.4.10：分析晶體管的工作狀態(tài),IC =IB= 40*0.243 = 9.72mA,解：,= 11.4/47K,= 0.243mA,假設(shè)放大，則,Ics=（12-0.3）/1.5K=7.53 A,方法2,IcIcs ，三極管處于 飽和狀態(tài),練習(xí)9.4.10：分析晶體管的工作狀態(tài),方法2：比較