1、半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管4.1半导体基础知识与半导体基础知识与PN结特性结特性4.2二极管的种类及特性二极管的种类及特性4.3二极管的检测与应用二极管的检测与应用4.4双极型三极管双极型三极管4.6三极管的识别、检测及应用三极管的识别、检测及应用4.5 4.5 单极型三极管单极型三极管-场效应管场效应管4.7 4.7 技能训练技能训练半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管4.1.1本征半导体本征半导体4.1.2杂质半导体杂质半导体4.1.3PN 结结4.1.1 本征半导体本征半导体半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体
2、本征半导体 纯净、结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。纯净、结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8 18 4简化简化模型模型+4惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管本征激发：本征激发：复复 合：合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合
3、自由电子和空穴在运动中相遇重新结合后成对消失的过程。后成对消失的过程。漂漂 移：移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位键中留下一个空位(空穴空穴)的过程。的过程。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管两种载流子两种载流子电子电子(自由电子自由电子)空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子(在共价键以外在共价键以外)的运动的运动空穴空穴(在共价键以内在共价键以内
4、)的运动的运动 结论结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，且与温度有关本征半导体导电能力弱，且与温度有关。两种载流子两种载流子第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.1.2 杂质半导体杂质半导体一、一、N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体N 型型+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数P 型型+3+
5、4+4+4+4+4硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数施主施主离子离子施主施主原子原子受主受主离子离子受主受主原子原子 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、杂质半导体的导电作用二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN 型半导体型半导体 I INP 型半导体型半导体 I IP三、三、P 型、型、N 型半导体的简化图示型半导体的简化图示负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子+第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.1.3 P
6、N 结结一、一、PN 结结(PN Junction)的形成的形成1.载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散2.复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层)空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，阻止扩散进行，阻止扩散进行，利于少子的漂移。利于少子的漂移。3.扩散和漂移达到动态平衡扩散和漂移达到动态平衡扩散电流扩散电流 等于漂移电流，等于漂移电流，总电流总电流 I=0。内建电场内建电场PN 结形成结形成第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性1.外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏
7、置)forward biasP 区区N 区区内电场内电场+UR外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄。使空间电荷区变窄。IF限流电阻限流电阻2.外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)reverse bias P 区区N 区区 +UR内电场内电场外电场外电场外电场使少子背离外电场使少子背离 PN 结移动结移动，空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IRPN 结的单向导电性：结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向
8、电流漂移运动加强形成反向电流 IRPN 结单向导电结单向导电第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.2.1 二极管的结构、类型和命名二极管的结构、类型和命名4.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性4.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.2.1 半导体二极管的结构、类型和命名半导体二极管的结构、类型和命名构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：A(anode)C(cathode)分类分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点
9、接触型面接触型面接触型点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路平面型集成电路平面型PNP 型支持衬底型支持衬底 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管半导体器件型号命名方法半导体器件型号命名方法半导体器件的型号由五个部分组成半导体器件的型号由五个部分组成 表表 4.1 4.1 半导体器件的组成半导体器件的组成 表表 4.1 4.1 半导体器件的组成半导体器件的组成 组成
10、部分的符号及其意义组成部分的符号及其意义 4.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性一、一、PN 结的伏安方程结的伏安方程)1e(/SDD TUuIi反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量qkTUT 电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300(27 C)：UT =26 mV 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth UD(on)=(0.6 0.
11、8)V 硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反向击穿反向击穿U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V，正，正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右
12、时，温度系数趋近零。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管硅管硅管的伏安特性的伏安特性锗管锗管的伏安特性的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4 25 50510150.010.020温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 升高时，升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下降 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.2.3 二极
13、管的主要参数二极管的主要参数1.IF 最大整流电流最大整流电流(最大正向平均电流最大正向平均电流)2.URM 最高反向工作电压最高反向工作电压，为为 U(BR)/2 3.IR 反向电流反向电流(越小单向导电性越好越小单向导电性越好)4.fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管iDuDU(BR)I FURMO二极管的检测与应用 4.3.1 4.3.1 二极管限幅二极管限幅 4.3.2 4.3.2 稳压二极管稳压二极管 4.3.3 4.3.3 光电二极管光电二极管 4.3.4 4.3.4 二极管在整流电路中
14、的应用二极管在整流电路中的应用 4.3.5 4.3.5 桥式整流滤波电路桥式整流滤波电路 4.3.6 4.3.6 二极管的识别与检测二极管的识别与检测 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.3.1 二极管的限幅二极管的限幅例例 1.3.5 ui=2 sin t(V)，分析二极管的限幅作用。，分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuORui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui UN二极管导通二极管导通等效为等效为 0.7 V 的恒压源的恒压源 UO=VDD
15、1 UD(on)=15 0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3 =4.8(mA)I2=(UO VDD2)/R=(14.3 12)/1 =2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)VDD1VDD2UORLR1 kW W3 kW WIOI1I215 V12VPN 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.3.2 稳压二极管稳压二极管一、伏安特性一、伏安特性符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性二、主要参数二、主要参数1.稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管
16、流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2.稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。3.最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM4.动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 W W 几十几十 W W 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管5.稳定电压温度系数稳定电压温度系数 CT%100ZZT TUUC一般，一般，UZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0(为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；4
17、 V UZ 7 V，CTV 很小。很小。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管例例 4.3 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR R当当 UI 波动时波动时(RL不变不变)ORZOL UIIUR IU OU ZI RI OU反之亦然反之亦然当当 RL 变化时变化时(UI 不变不变)反之亦然反之亦然UIUORRLILIRIZ 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.3.3 发光二极管与光敏二极管发光二极管与光敏二极管一、发光二极管一、发光二极管 LED(Light Emitt
18、ing Diode)1.符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA，导通电压导通电压(1 2)V2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：I FM，U(BR)，IR光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 P，亮度亮度 L，光通量光通量 发光类型：发光类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：不可见光：红外光红外光，点阵，点阵 LED符号符号u/Vi /mAO2特性特性七段七段 LED 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极
19、管二、光敏二极管二、光敏二极管1符号和特性符号和特性符号符号特性特性uiO暗电流暗电流E=200 lxE=400 lx工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片实物照片 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.3.4 二极管在单相整流二极管在单相整流 电路中的应用电路中的应用一、半波整流一、半波整流)sin(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U 0 2O)(d)sin(221t
20、tUU 245.0U tO 2 3 iD=iO tO 2 3 uD22U 2RM2UU L2OD45.0RUIIRL220 V+uu2iD+uD 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管V3RLV4V2V1u1u2+uo ioRLV4V3V2V1+uo u2u1二、桥式整流二、桥式整流输入正半周输入正半周1.1.工作原理工作原理2.波形波形输入负半周输入负半周 tO tO tO tO 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD=iO22U22UU2+uo 单相桥式整流电路 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管3.参数估算参数估算1)整流输出电
21、压平均值整流输出电压平均值)(d)sin(21 0 OttUU 229.022UU 2)二极管平均电流二极管平均电流LOOD221RUII L245.0RU 3)二极管最大反向压二极管最大反向压2RM2UU to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD=iO22U22UU2 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.简化画法简化画法+uo RLio+u2 5.整流桥整流桥把四只二极管封装把四只二极管封装在一起称为整流桥在一起称为整流桥 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管io +uo=uc RLV1V4V3V2+u 4
22、.3.5 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路V 导通时给导通时给 C 充电，充电，V 截止时截止时 C 向向 RL 放电放电；一、一、电路和工作原理电路和工作原理滤波后滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。的波形变得平缓，平均值提高。电容电容充电充电电容电容放电放电C电容滤波电路 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、二、波形及输出电压波形及输出电压2O2U U 当当 RL=时：时：O tuO 2 22U当当 RL 为有限值时：为有限值时：2O229.0UUU 通常取通常取 UO=1.2U2RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR RL=为获得良好滤波
23、效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：(T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期)第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管 例例 4.4 单相桥式电容滤波整流单相桥式电容滤波整流,交流电源频率交流电源频率 f=50 Hz，负载电阻负载电阻 RL=40 W W，要求直流输出电压，要求直流输出电压 UO=20 V，选择选择整流二极管整流二极管及及滤波电容。滤波电容。解解 1.选二极管选二极管V 172.1202.1O2 UU2RM2UU 选二极管应满足：选二极管应满足：IF (2 3)ID可选：可选：2CZ55C(IF =1 A，URM =100 V)或或 1 A、100
24、 V 整流桥整流桥电流平均值：电流平均值：A0.2540 20212121LOOD RUII承受最高反压：承受最高反压：V 2422RM UU2.选滤波电容选滤波电容s 02.05011 fTs 04.024 L TCR取取F 0001 40s 0.04 W W C可选可选：1 000 F，耐压，耐压 50 V 的电解电容。的电解电容。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管一、一、目测判别极性目测判别极性触丝触丝半导体片半导体片4.3.6 第第 4 4 章章 半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管二、二、用万用表检测二极管用万用表检测二极管在在 R 1 k 挡进行测量，挡
25、进行测量，红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极，负极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极。正极。测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。1.用指针式万用表检测用指针式万用表检测一般硅管正向电阻为几千一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧。欧，锗管正向电阻为几百欧。正反向电阻相差不大为劣正反向电阻相差不大为劣质管。质管。正反向电阻都是无穷大或正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。零则二极管内部断路或短路。1k 0 0 0 第第 4 4 章章 半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管2.用数字式万用表检测用数字式万用表检测红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极，正
26、极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极。负极。2k20k200k2M20M200W W在在 挡进行测量，当挡进行测量，当 PN 结完好且正偏时，显示值为结完好且正偏时，显示值为PN 结两端的正向压降结两端的正向压降(V)。反偏时，显示反偏时，显示 。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.4.1 三极管的工作原理三极管的工作原理4.4.2 三极管的特性曲线三极管的特性曲线4.4.3 三极管的主要参数三极管的主要参数 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.4.1 4.4.1 三极管的工作原理三极管的工作原理一、结构、符号和分类一、结构、符号和分
27、类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型分类：分类：按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按结构分：按结构分：NPN、PNP按使用频率分：按使用频率分：低频管、高频管低频管、高频管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 WECBECB二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏
28、集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极实现电路实现电路uiuoRBRCuouiRCRE 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少
29、子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)三极管内载流子运动三极管内载流子运动 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电
30、流的比例关系确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBOBNCNII CEOBCBOBC)1(IIIII IE=IC+IB穿透电流穿透电流CEOBCIII BCEIII BC II BE)1(II CEOBE)1(III CBOBCBOCIIII 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.4.2 三极管的特性曲线三极管的特性曲线一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路常数常数 CE)(BEBuufi0CE u与二极管特性相似与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEBiC+iBRB+uBE VBB+BEuBiO0CE
31、uV 1CE u0CE uV 1CE u特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VVBB+RB 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、输出特性二、输出特性常数常数 B)(CECiufiiC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区：截止区：IB 0 IC=ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏2.放大区
32、：放大区：CEOBCIII 3.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结均正偏两个结均正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO输输 出出 特特 性性 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响1.温度升高，温度升高，输入特性曲线输入特性曲线向左移。向左移
33、。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。2.温度升高，温度升高，输出特性曲线输出特性曲线向上移。向上移。BEuBiOT1T2 iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.4.3 三极管的主要参数三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB
34、=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 交流电流放大系数交流电流放大系数 BiiC一般为几十一般为几十 几百几百2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 11BCCECIIIII 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q82A1030A1045.263 80108.0A1010A10)65.145.2(63 988.018080 二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三
35、极管三、极限参数三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO已知已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO =20 V，当当
36、 UCE=10 V 时，时，IC mA当当 UCE=1 V，则，则 IC mA当当 IC=2 mA，则，则 UCE 0 此时此时 uGD=UGS(off)；沟道楔型沟道楔型耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断。预夹预夹断断当当 uDS ，预夹断预夹断点点下移。下移。3.转移特性和输出特性转移特性和输出特性UGS(off)当当 UGS(off)uGS 0 时时,2GS(off)GSDSSD)1(UuIi uGSiDIDSSuDSiDuGS=3 V 2 V 1 V0 V 3 VJFET工作原理工作原理OO 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管一、增强型一、增强型 N
37、 沟道沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)4.5.2 绝缘栅绝缘栅-MOS 场效应管场效应管1.结构与符号结构与符号P 型衬型衬底底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗尽耗尽层层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainSGDBMOSFET结构结构 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管2
38、.工作原理工作原理1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS=0)a.当当 UGS=0，DS 间为两个背对背的间为两个背对背的 PN 结；结；b.当当 0 UGS UGS(th)DS 间的电位差使间的电位差使沟道呈楔形，沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚靠近漏极端的沟道厚度变薄。度变薄。预夹断预夹断(UGD=UGS(th)：漏极附近反型层消失。漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：预夹断发生之前：uDS iD。预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变。不变。MOS工作原理工作原理 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管3.转移特性曲线转移特性曲线DS)
39、(GSDUufi 2 4 64321uGS/ViD/mAUDS=10 VUGS(th)当当 uGS UGS(th)时时：2GS(th)GSDOD)1(UuIiuGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值4.输出特性曲线输出特性曲线GS)(DSDUufi 可变电阻可变电阻区区uDS 107 W WMOSFET：RGS=109 1015 W WIDSSuGS/ViD/mAO 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.低频跨导低频跨导 gm 常数常数 DSGSDmUuig反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S(西门子西门子)。一般为几。一般为几毫西毫
40、西(mS)uGS/ViD/mAQPDM=uDS iD，受温度限制。，受温度限制。5.漏源动态电阻漏源动态电阻 rds常数常数 GSdDS dsuiur6.最大漏极功耗最大漏极功耗 PDMO 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管三极管的识别、三极管的识别、检测及选用检测及选用4.6.1 三极管外型及引脚排列三极管外型及引脚排列第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.6.2 三极管检测方法三极管检测方法4.6.3 三极管的选用三极管的选用4.6.1 三极管外型及引脚排列三极管外型及引脚排列EBCEBCEBCBEC第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导
41、体二极管、三极管4.6.2 4.6.2 三极管检测方法三极管检测方法万用表检测晶体三极管的方法万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性；根据外观判断极性；3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏，用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN 结正结正 偏时电阻值较小偏时电阻值较小(几千欧以下几千欧以下)，反偏时电阻反偏时电阻 值较大值较大(几百千欧以上几百千欧以上)。2.插入三极管挡插入三极管挡(hFE)，测量，测量 值或判断管型值或判断管型 及管脚；及管脚；第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管指针式万用表指针式万用表在在 R 1 k 挡进行测量。挡进行测量。红红表笔是表笔是(表
42、内表内)负极，负极，黑黑表笔是表笔是(表内表内)正极。正极。注意事项：注意事项：测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。1kBEC 1kBEC第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管数字万用表数字万用表注意事项：注意事项：红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极；正极；黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极。负极。NPN 和和 PNP 管分别按管分别按 EBC 排列插入不同的孔。排列插入不同的孔。需要准确需要准确测量测量 值时，应先进行校正。值时，应先进行校正。2.插入三极管挡插入三极管挡(hFE)，测量，测量 值或判断管型及管脚。值或判断管型及管脚。1.可直接用电阻挡
43、的可直接用电阻挡的 挡，分别测量挡，分别测量判断判断两个结两个结 的的好坏。好坏。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.6.3 三极管的选用三极管的选用1.根据电路工作要求选择高、低频管。根据电路工作要求选择高、低频管。2.根据电路工作要求选择根据电路工作要求选择 PCM、ICM、U(BR)CEO，应保证：应保证：PC PCm ICM Cm U(BR)CEO VCC3.一般三极管的一般三极管的 值在值在 40 100 之间为好之间为好，9013、9014 等低噪声、高等低噪声、高 的管子不受此限制的管子不受此限制 。4.穿透电流穿透电流 ICEO 越小越好，硅管比锗管的
44、小。越小越好，硅管比锗管的小。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管附录：半导体器件的命名方式附录：半导体器件的命名方式第一部分第一部分数字数字电极电极数数2 二极管二极管3 三极管三极管第二部分第二部分第三部分第三部分字母字母(汉拼汉拼)材料和极性材料和极性A 锗材料锗材料 N 型型B 锗材料锗材料 P 型型C 硅材料硅材料 N 型型D 硅材料硅材料 P 型型A 锗材料锗材料 PNPB 锗材料锗材料 NPNC 硅材料硅材料 PNPD 硅材料硅材料 NPN字母字母(汉拼汉拼)器件类型器件类型P 普通管普通管W 稳压管稳压管Z 整流管整流管K 开关管开关管U 光电管光电管X
45、低频小功率低频小功率管管G 高频小功高频小功率管率管D 低频大功率低频大功率管管A 高频大功率高频大功率管管第四部分第四部分 第五部分第五部分数数字字序序号号字母字母(汉拼汉拼)规格规格号号例如：例如：2CP 2AP 2CZ 2CW3AX31 3DG12B 3DD6 3CG 3DA 3AD 3DK 常用小功率进口三常用小功率进口三极管极管9011 9018第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管小小 结结第第 4 章章一、两种半导体和两种载流子一、两种半导体和两种载流子两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子 带负电荷带负电荷空穴空穴带正电荷带正电荷两两 种种半导体半导体N
46、型型(多子电子，少子空穴多子电子，少子空穴)P 型型 (多子空穴，多子空穴，少子电子少子电子)二极管二极管单向单向正向电阻小正向电阻小(理想为理想为 0)，反向电阻大反向电阻大()。)1e(DSD TUuIi)1e(,0DSDD TUuIiu0 ,0SD IIuiDO uDU(BR)I FURM正向正向 最大平均电流最大平均电流 IF反向反向 最大反向工作电压最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿超过则击穿)反向饱和电流反向饱和电流 IR (IS)(受温度影响受温度影响)第第 4章章 小结小结IS3.二极管的等效模型二极管的等效模型理想模型理想模型 (大信号状态采用大信号状态采用)uDiD正
47、偏导通正偏导通 电压降为零电压降为零 相当于理想开关闭合相当于理想开关闭合反偏截止反偏截止 电流为零电流为零 相当于理想开关断开相当于理想开关断开恒压降模型恒压降模型UD(on)正偏电压正偏电压 UD(on)时导通时导通 等效为恒压源等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开否则截止，相当于二极管支路断开UD(on)=(0.6 0.8)V估算时取估算时取 0.7 V硅管：硅管：锗管：锗管：(0.1 0.3)V0.2 V折线近似模型折线近似模型相当于有内阻的恒压源相当于有内阻的恒压源 UD(on)第第 4章章 小结小结4.二极管的分析方法二极管的分析方法图解法图解法微变等效电路法微变
48、等效电路法5.特殊二极管特殊二极管工作条件工作条件主要用途主要用途稳压二极管稳压二极管反反 偏偏稳稳 压压发光二极管发光二极管正正 偏偏发发 光光光敏二极管光敏二极管反反 偏偏光电转换光电转换第第 4章章 小结小结三、两种半导体放大器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管(晶体三极管晶体三极管 BJT)单极型半导体三极管单极型半导体三极管(场效应管场效应管 FET)两种两种载流子导电载流子导电仅有仅有多数载流子多数载流子导电导电晶体三极管晶体三极管1.形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2.特点：特点：基极电流控制集电极电流即基极电流控制集电极
49、电流即IB控制控制IC，并实现并实现放放大大放大放大条件条件内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3.电流关系电流关系IE=IC+IBIC=IB+ICEO IE=(1+)IB+ICEOIE=IC+IBIC=IB IE=(1+)IB 第第 4 章小结章小结4.特性特性iC/mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB=0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB/AuBE/V60402080死区电压死区电压(Uth)：0.5 V(硅管硅管)0.1 V(锗管锗管)工
50、作电压工作电压(UBE(on)：0.6 0.8 V 取取 0.7 V(硅管硅管)0.2 0.3 V 取取 0.3 V(锗管锗管)放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大区特点：放大区特点：1)iB 决定决定 iC2)曲线水平表示恒流曲线水平表示恒流3)曲线间隔表示受控曲线间隔表示受控第第 4 章小结章小结5.参数参数特性参数特性参数电流放大倍数电流放大倍数 =/(1 )=/(1+)极间反向电流极间反向电流ICBOICEO极限参数极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安安 全全 工工 作作 区区=(1+)ICBO第第 4 章小结章小结场效应管场效应管
