1、 本学期讲述下编本学期讲述下编电子技术，它包括模拟电子和电子技术，它包括模拟电子和数字电子，模拟电子包括半导体器件、基本放大电路、数字电子，模拟电子包括半导体器件、基本放大电路、运算放大器、直流稳压电源，其输入输出为模拟信号，运算放大器、直流稳压电源，其输入输出为模拟信号，即电压和电流信号随时间是连续的即电压和电流信号随时间是连续的；数字电子包括组合数字电子包括组合逻辑电路、时序逻辑电路、逻辑电路、时序逻辑电路、555定时器、模数转换等，其定时器、模数转换等，其输入输出为数字信号，即电压和电流信号随时间是离散输入输出为数字信号，即电压和电流信号随时间是离散的。两部分共授课的。两部分共授课42学
2、时，实验课学时，实验课12学时，一共学时，一共54学时，学时，共共3个学分，为必修课。考试形式同电工技术。个学分，为必修课。考试形式同电工技术。本章主要讨论半导体二极管、三极管、场效应管本章主要讨论半导体二极管、三极管、场效应管的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及应用。重的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及应用。重点掌握器件的伏安特性及应用，为后续放大电路的分点掌握器件的伏安特性及应用，为后续放大电路的分析打下基础析打下基础本章要点本章要点 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，把自然界的的不同，把自然界的划分成导体、绝缘体和半导体。划分成导体、绝缘体和半导体。是自由电子
3、导电，一般金属为电的良导体，其电是自由电子导电，一般金属为电的良导体，其电阻率为阻率为 10-6 109 cm不导电，如橡胶、棉花、玻璃等。其电阻率为不导电，如橡胶、棉花、玻璃等。其电阻率为1010 1020 cm的导电能力介于导体和绝缘体之间，的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、如硅、锗、硒、大多数金属氧化物和硫化物等，其电阻率为锗、硒、大多数金属氧化物和硫化物等，其电阻率为10-3109 cm8.1 半导体半导体（1）：利用这一特性可以做成热敏器件，如热敏电阻利用这一特性可以做成热敏器件，如热敏电阻。（2）：利用这一特性可以做成光敏器件，如光电二极管、光电三利用这一特性可以做成光敏器件，
4、如光电二极管、光电三极管等。极管等。（3）：利用这一特性可以做成各种半导体器件，如半导体二极管、利用这一特性可以做成各种半导体器件，如半导体二极管、三极管、场效应管等。三极管、场效应管等。纯净的半导体导电能力和绝缘能力都很差，但其具有如下纯净的半导体导电能力和绝缘能力都很差，但其具有如下的特性：的特性：完全纯净、由单一元素组成、具有晶体结构的半完全纯净、由单一元素组成、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。导体称为本征半导体。最常用的半导体材料是硅和锗，它们都是四价元最常用的半导体材料是硅和锗，它们都是四价元素，其原子结构示意图如图素，其原子结构示意图如图8-1(a)、(b)所示，简化示意所示，
5、简化示意图如图图如图8-1(c)所示。所示。共价键共价键 自由电子自由电子空穴空穴本征半导体具有共价健结构本征半导体具有共价健结构价电子价电子产生载流子：自由电子、空穴产生载流子：自由电子、空穴自由电子和空穴成对出现自由电子和空穴成对出现温度越高，载流子浓度越大温度越高，载流子浓度越大填补空穴填补空穴空穴空穴电流电流自由电子电流自由电子电流自由电子运动自由电子运动复合运动复合运动当半导体两端外加电压时，半导体中将出现当半导体两端外加电压时，半导体中将出现：自由电子作定向运动所形成的：自由电子作定向运动所形成的；仍被；仍被原子核束缚的价电子填补空穴所形成的原子核束缚的价电子填补空穴所形成的；(2
6、)半导体中有两种载流子：半导体中有两种载流子：。空穴参。空穴参与导电是半导体和金属在导电机理上的本质区别与导电是半导体和金属在导电机理上的本质区别本征半导体中自由电子和空穴总是成对出现。本征半导体中自由电子和空穴总是成对出现。自由电子释放激发时吸收的能量，又会填补空穴，称自由电子释放激发时吸收的能量，又会填补空穴，称为为。在一定的温度下，本征激发和复合达到动态。在一定的温度下，本征激发和复合达到动态平衡，载流子的数目便维持不变。温度越高，载流子平衡，载流子的数目便维持不变。温度越高，载流子的数目越多，导电能力越强。的数目越多，导电能力越强。在本征半导体中，由于载流子的数目很少，故导电在本征半导
7、体中，由于载流子的数目很少，故导电能力很弱。如果在其中掺入某些能力很弱。如果在其中掺入某些元素，会出元素，会出现什么情况呢？现什么情况呢？在硅或锗的本征半导体中掺入微量的五价元素，在硅或锗的本征半导体中掺入微量的五价元素，如磷或砷。某些位置上的硅或锗原子被磷或砷原子取如磷或砷。某些位置上的硅或锗原子被磷或砷原子取代，如图代，如图8-3所示。所示。多数载流子（多子）：多数载流子（多子）：自由电子自由电子磷离子磷离子自由电子自由电子少数载流子（少子）：空穴少数载流子（少子）：空穴多子浓度由什么决定？多子浓度由什么决定？少子浓度由什么决定？少子浓度由什么决定？在外电场作用下，形成大的电子电流及小的空
8、穴电流。在外电场作用下，形成大的电子电流及小的空穴电流。在四价的本征半导体中掺入在四价的本征半导体中掺入微量的三价元素硼，则在原微量的三价元素硼，则在原来的晶体点阵中某些位置上来的晶体点阵中某些位置上的原子被硼原子取代。的原子被硼原子取代。硼或铟原子外层有三个硼或铟原子外层有三个价电子，其与相邻的四个硅价电子，其与相邻的四个硅或锗原子组成共价键时，因或锗原子组成共价键时，因缺少一个价电子而形成一个缺少一个价电子而形成一个空穴。空穴。+4+4+4+4B B -+4+4图图 8-4 8-4 硅原子中掺入硼产生空穴硅原子中掺入硼产生空穴空穴空穴在外电场作用下，形成大的空穴电流及小的电子电流。在外电场
9、作用下，形成大的空穴电流及小的电子电流。+4+4+4+4B B -+4+4图图8-4 8-4 硅原子中掺入硼产生空穴硅原子中掺入硼产生空穴填补填补空穴空穴硼离子硼离子 多子：空穴多子：空穴 少子：自由电子少子：自由电子(1)不管是不管是P型还是型还是N型半导体，尽管其各有一种载流子型半导体，尽管其各有一种载流子占多数，但整个占多数，但整个。正负离子不。正负离子不能移动，不能参与导电。由于掺杂后的半导体中载流能移动，不能参与导电。由于掺杂后的半导体中载流子的浓度大大增加，故导电能力将显著增强。只要在子的浓度大大增加，故导电能力将显著增强。只要在本征半导体中掺入百万分之一的杂质，其导电能力将本征半
10、导体中掺入百万分之一的杂质，其导电能力将增加一百万倍。增加一百万倍。(2)在杂质半导体中，多子的浓度由杂质含量决定，与在杂质半导体中，多子的浓度由杂质含量决定，与温度无关；少子的浓度主要由本征激发决定，对温度温度无关；少子的浓度主要由本征激发决定，对温度的变化非常敏感。所以的变化非常敏感。所以 单一的杂质半导体，只能用来制造电阻器件。如单一的杂质半导体，只能用来制造电阻器件。如果使用特殊的掺杂工艺，在一块果使用特殊的掺杂工艺，在一块N型半导体基片上加工型半导体基片上加工出一个出一个P型区，型区，P型和型和N型交界处会发生什么现象呢？型交界处会发生什么现象呢？又有何种特性？又有何种特性？如图如图
11、8-5所示。所示。得到电子得到电子的硼离子的硼离子失去电子失去电子的磷离子的磷离子多子多子多子多子多子多子少子少子由于浓度差：由于浓度差：P区的空穴要向区的空穴要向N区移动区移动N区的电子也向区的电子也向P区移动区移动在运动过程中两者相遇，在运动过程中两者相遇，复合而消失。复合而消失。多子的扩散、电子空穴的复合，使在交界处出现：多子的扩散、电子空穴的复合，使在交界处出现：无载流子的无载流子的耗尽层耗尽层留下不能移动的正离子和负离子，形成留下不能移动的正离子和负离子，形成空间电荷区空间电荷区。空间电荷区空间电荷区产生了一个由正离子指向产生了一个由正离子指向负离子的负离子的 的扩散运动的扩散运动阻
12、碍阻碍（阻挡层）（阻挡层）空间电荷区空间电荷区的漂移运动的漂移运动加强加强 当多子的扩散运动和少子的当多子的扩散运动和少子的漂移运动达到漂移运动达到动态平衡动态平衡时，时，空间电荷区的宽度不再变化，空间电荷区的宽度不再变化，形成了稳定的空间电荷区形成了稳定的空间电荷区。空间电荷区空间电荷区 开始时，扩散运动强，这使空间电荷区增宽、内开始时，扩散运动强，这使空间电荷区增宽、内电场增强。同时也加速了少子的漂移运动，漂移运动电场增强。同时也加速了少子的漂移运动，漂移运动使内电场减弱。这又将导致多子扩散运动的加强。使内电场减弱。这又将导致多子扩散运动的加强。PN结无外加电压时，扩散运动和漂移运动达到动
13、态平衡，结无外加电压时，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，PN结的电流为零。当结的电流为零。当PN结加有外部电压时，结加有外部电压时，其导电情况如何？其导电情况如何？电源的正极接电源的正极接P区，负极接区，负极接N区。区。外电场的方向和内电场的方外电场的方向和内电场的方向相反，打破了扩散运动和向相反，打破了扩散运动和漂移运动的动态平衡。漂移运动的动态平衡。注：在一定的范围内，外电场越强，正向电流越大，注：在一定的范围内，外电场越强，正向电流越大，这时这时。为了电流避免过大，电路。为了电流避免过大，电路中串入限流电阻中串入限流电阻R 外电场的作用：外电场的作用：使空间电荷区变窄使空间电荷区变窄内电
14、场减弱内电场减弱形成了较大的扩散电流形成了较大的扩散电流-正向正向电流电流多子多子多子多子多子形成多子形成 外电场的作用：外电场的作用：使空间电荷区变厚使空间电荷区变厚内电场增强内电场增强阻碍多子的扩散运动阻碍多子的扩散运动增强少子的漂移运动增强少子的漂移运动电源的正极接电源的正极接N区，负极接区，负极接P区区外电场方向和内电场方向相同外电场方向和内电场方向相同少子形成少子形成反向电流反向电流在一定温度下，少子的浓度不变，因而反向电流不在一定温度下，少子的浓度不变，因而反向电流不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流随外加电压而变化，故称为反向饱和电流IS 由于少子的浓度对温度的变化敏感，反向饱
15、和电流由于少子的浓度对温度的变化敏感，反向饱和电流随温度升高而增大随温度升高而增大：由于反向电流是由少子形成的由于反向电流是由少子形成的,反向电流很小，一反向电流很小，一般可以忽略不计般可以忽略不计，PN结呈高阻截止状态结呈高阻截止状态 在一个在一个PN结的两端，各引出一个电极，并用外壳封装，结的两端，各引出一个电极，并用外壳封装，就构成了一个半导体二极管即晶体二极管。二极管分为就构成了一个半导体二极管即晶体二极管。二极管分为点接触型、面接触型和平面型三种。如图点接触型、面接触型和平面型三种。如图8-9所示。所示。阳极引线阴极引线铝金属小球金锑合金底座N 型硅P N 结N 型锗片触丝引线图 8
16、-9 半导体二极管的结构示意图外壳(a)点接触型(b)面接触型(c)平面型阳极引线阴极引线N 型硅P型硅2iOSP型硅P N 结2.面接触型：面接触型：结面积、结电容大；适用于低结面积、结电容大；适用于低频大电流场合。用于整流电路频大电流场合。用于整流电路3.平面型：平面型：特制的硅二极管，性能稳定。特制的硅二极管，性能稳定。可用于开关、脉冲、高频电路可用于开关、脉冲、高频电路(a)二极管的表示符号(b)几种二极管的外型阳极阴极图8-10 半导体二极管1N4000系列2AP、2CP2CZ132CZ30 1.正向特性：正向特性：A）正向死区）正向死区v)(uO图8-11 二极管伏安特性(1)(2
17、)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA)(Di(3)0.4A)(RiBRU0.8开启电压8.3.2 8.3.2 伏安特性伏安特性硅管约为硅管约为，锗管约，锗管约为为 B）正向导通区）正向导通区UD：2.反向特性：反向特性：A）反向电流（反向饱和）反向电流（反向饱和电流）电流）IS很小，可近似为很小，可近似为0v)(uO图8-11 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA)(Di(3)0.4A)(RiBRU0.8开启电压8.3.2 8.3.2 伏安特性伏安特性IS硅管小于硅管小于，锗管约为，锗管约为 B）反向击穿电压）反向击穿电压
18、UBR 3.击穿特性：击穿特性：A）击穿电压）击穿电压UBRv)(uO图8-11 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA)(Di(3)0.4A)(RiBRU0.8开启电压8.3.2 8.3.2 伏安特性伏安特性小功率管约为小功率管约为，大功率管可达几百，大功率管可达几百 B）击穿电流）击穿电流 4.温度特性：温度特性：温度升高：温度升高：PN结变薄、死区电压下降结变薄、死区电压下降8.3.2 8.3.2 伏安特性伏安特性正向特性左移，反向特性正向特性左移，反向特性下移下移v)(uO-20mA)(iC25C65图8-12 温度对二极管伏安特性的影响D
19、IUC25C65 5.理想化处理：理想化处理：A）恒压降模型）恒压降模型8.3.2 8.3.2 伏安特性伏安特性B）理想模型）理想模型00图 8-13 二极管的简化伏安特性(a)恒压降模型(b)理想模型iiuuDU 二极管的特性除了可用伏安特性表示外，还可用一二极管的特性除了可用伏安特性表示外，还可用一些参数来描述，它是合理选用和正确使用管子的依据。些参数来描述，它是合理选用和正确使用管子的依据。1最大整流电流最大整流电流IF 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值，整流电流的平均值，由由PNPN结的面积和散热条件所决定，结的面积和
20、散热条件所决定，使用时不能超过此值，否则，将会因为过热而烧坏管使用时不能超过此值，否则，将会因为过热而烧坏管子子。8.3.3 8.3.3 主要参数主要参数2最高反向工作电压最高反向工作电压URM 它是允许加在二极管上的反向电压的最大值（峰它是允许加在二极管上的反向电压的最大值（峰值）。为安全起见，值）。为安全起见，。3最大反向电流最大反向电流IRM 它是指在二极管上加上最大反向工作电压时的反它是指在二极管上加上最大反向工作电压时的反向电流值。其值越小，管子的单导电性越好。它随温向电流值。其值越小，管子的单导电性越好。它随温度的升高而增加，在高温条件下不能忽略其影响。度的升高而增加，在高温条件下
21、不能忽略其影响。例例8-1 先移去二极管，计算其在电路中阳极和阴极电位，再判先移去二极管，计算其在电路中阳极和阴极电位，再判断两极电位的高低。若阳极电位大于阴极电位，则二极断两极电位的高低。若阳极电位大于阴极电位，则二极管导通；若阳极电位小于阴极电位，则二极管截止。管导通；若阳极电位小于阴极电位，则二极管截止。解：移去解：移去V121SA UUV182SB UU0V61S2SBAABUUUUU0DABUUV121SO UUmA32S1SDRUUI 利用二极管的的单向导电性，可用于整流、限幅、利用二极管的的单向导电性，可用于整流、限幅、检波、元件保护、钳位及数字电路中作为开关元件。检波、元件保护
22、、钳位及数字电路中作为开关元件。1.1.钳位电路钳位电路钳位电路的作用是将输出电压钳制在一定的数值上钳位电路的作用是将输出电压钳制在一定的数值上 优先导通：优先导通：多个二极管，接成共阴或者共阳形式时，多个二极管，接成共阴或者共阳形式时，判断其导通与否，就需要计算移开二极管后，每个判断其导通与否，就需要计算移开二极管后，每个二极管的阳极和阴极之间的电位差，电位差大的二二极管的阳极和阴极之间的电位差，电位差大的二极管优先导通。极管优先导通。3.3.4 3.3.4 基本应用基本应用隔离作用隔离作用钳位作用钳位作用例例8-2 电路如图电路如图8-15所示，试判断二所示，试判断二极管极管DA、DB的导
23、通截止情况，并求的导通截止情况，并求F的电位的电位UF。4.3V0.7AFUU 利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可组成限幅（削波）电路不变的特点，可组成限幅（削波）电路 ，用以限制输，用以限制输出电压的幅度。出电压的幅度。例例8-3 在图在图8-16（a)所示电路中，设所示电路中，设ui10sint V，D为理想二极管，试画出输出电压为理想二极管，试画出输出电压uo的波形。的波形。解：当解：当uiE5V时，二极时，二极管承受正向电压而导通，管承受正向电压而导通，uoE 5V。当当uiE5V时，二极管承时，二极管承受反向电压而截止受
24、反向电压而截止，uo ui2.2.限幅电路限幅电路得波形如图得波形如图8-16（b)输出电压负半波受到限制输出电压负半波受到限制8.4.1 8.4.1 稳压二极管稳压二极管稳压管在使用时都要串联限流电阻稳压管在使用时都要串联限流电阻1.1.伏安特性伏安特性8.4 8.4 特殊二极管特殊二极管 稳压管又叫齐纳二极管，面接触型二极管，反向稳压管又叫齐纳二极管，面接触型二极管，反向伏安特性较陡，伏安特性较陡，2.2.主要参数主要参数 （1）稳定电压稳定电压Uz（2）稳定电流）稳定电流Iz和最大稳定和最大稳定电流电流IZM0图 8-17 稳压管的伏安特性+-+-IUZIZMIZU(3)最大耗散功率最大
25、耗散功率PZMZZMZMUIP例例8-4 图中，图中，Uz6V，PZM200mW，IZ=10mA。问若电问若电源电压源电压E在在18伏至伏至30伏内变化时，输出电压是否基本不变，伏内变化时，输出电压是否基本不变，稳压管是否安全稳压管是否安全。33.3mA6200ZZMZMUPI当当E=18V时，稳压管中的电流为时，稳压管中的电流为 mA121618ZRUEI当当E=30V时，稳压管中的电流为时，稳压管中的电流为 24mA1630I解：稳压管最大稳定电流为解：稳压管最大稳定电流为oRoUUIUE注：注：稳压二极管在工作时应接反向电压，并串入限流稳压二极管在工作时应接反向电压，并串入限流调压电阻调
26、压电阻R R。显然，稳压管工作电流在正常工作范围之内，能正显然，稳压管工作电流在正常工作范围之内，能正常稳压，输出电压为常稳压，输出电压为UoUz6V稳定过程如下稳定过程如下:8.4.8.4.2 2 发光二极管发光二极管LED在使用时都要串联限流电阻在使用时都要串联限流电阻发光二极管当正向电流发光二极管当正向电流流过时，发出一定波长流过时，发出一定波长范围的光范围的光 DRU(b)电路符号(c)应用电路图8-19 发光二极管的外形、符号和应用电路(a)白光LED外形8.4.8.4.3 3 光电二极管光电二极管 光电二极管是将光信号转换为电信号的半导体器光电二极管是将光信号转换为电信号的半导体器
27、件，在管壳上开有一个小窗口接受入射光线。件，在管壳上开有一个小窗口接受入射光线。光电二极管工作在反向电压下，电流随光照强度的光电二极管工作在反向电压下，电流随光照强度的增强而增大。增强而增大。图8-20 光电二极管的外形、符号及应用电路UVDUo(c)VD(b)(a)分分类类)MHz 3)MHz 3ff低频管（高频管（按工作频率按工作频率 锗管硅管按材料按材料 按功率按功率 )W 10)W 10W 1)W 1PCMCMCMPP大功率管（中功率管（小功率管（按结构按结构 PNPNPN 内部结构要求：（内部结构要求：（1）基区很薄；（）基区很薄；（2）发射区的掺杂）发射区的掺杂浓度大大高于基区；（
28、浓度大大高于基区；（3）集电极面积大但掺杂低。）集电极面积大但掺杂低。8.5.1 8.5.1 结构结构 发射结正偏发射结正偏：NPN管管:UBE0;PNP管管:UBE0;集电极反偏集电极反偏：NPN管管:UBC0;bbcceeNPNPNPEBCVVVEBCVVVP PN NN NN NP PP P8.5.2 电流放大作用电流放大作用为使三极管具有电流放大作用，其外加电压的要求：为使三极管具有电流放大作用，其外加电压的要求：NPN管接成的共发射极电路管接成的共发射极电路如图如图8-24所示。所示。基极与发射极构成基极与发射极构成输入回路输入回路集电极与发射极构成集电极与发射极构成输出回路输出回路
29、一、一、三极管与电源的连接三极管与电源的连接1.发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子二、三极管内部的载流子运动分析二、三极管内部的载流子运动分析 由于发射结由于发射结，发射区，发射区的多子的多子自由电子不断越过自由电子不断越过发射结扩散到基区，并不断发射结扩散到基区，并不断由电源向发射区补充电子，由电源向发射区补充电子，形成了发射区电流形成了发射区电流IEN，它它基本上等于发射极电流基本上等于发射极电流IE。同时，基区的多子同时，基区的多子空穴也会空穴也会向发射区扩散，形成空穴电流向发射区扩散，形成空穴电流I IEPEP。其由于基区掺杂低，空穴浓度小，其由于基区掺杂低，空穴浓度小，I IE
30、PEP可忽略不计。可忽略不计。2.2.电子在基区的扩散与复合电子在基区的扩散与复合 电子到达基区后，靠电子到达基区后，靠近发射结侧的电子浓度最近发射结侧的电子浓度最高，靠近集电结的浓度最高，靠近集电结的浓度最低，由于浓度差，电子要低，由于浓度差，电子要继续向集电结方向扩散。继续向集电结方向扩散。在扩散过程中有一部分与在扩散过程中有一部分与基区的空穴相遇而复合。基区的空穴相遇而复合。在基区复合的电子量很小，大在基区复合的电子量很小，大部分都到达了集电极边缘。部分都到达了集电极边缘。同时电源不断向基区补充空穴，形成基区复合电流同时电源不断向基区补充空穴，形成基区复合电流IBN，它基本上等于基极电流
31、它基本上等于基极电流IB。3.3.集电极收集扩散过来的电子集电极收集扩散过来的电子 由于集电结由于集电结，有利于，有利于电子的漂移，扩散到集电结电子的漂移，扩散到集电结边缘的电子，在电场力作用边缘的电子，在电场力作用下，几乎全部漂移过集电结，下，几乎全部漂移过集电结，形成集电极电流形成集电极电流ICN。同时集电区少子同时集电区少子(空穴空穴)和和基区本身的少子基区本身的少子(电子电子)，也，也要向对方漂移，形成反向饱要向对方漂移，形成反向饱和电流和电流ICBO。ICBO数值很小，但受温度影响很大，易使管子工作不数值很小，但受温度影响很大，易使管子工作不稳定，应设法减少。稳定，应设法减少。三、三
32、极管中的电流分配关系三、三极管中的电流分配关系CBOBNBCBOCNCCNBNENEIIIIIIIIII由上述方程可得由上述方程可得CBCBOCCBOBEIIIIIII)()(将从发射区扩散到基将从发射区扩散到基区的电子，到达集电极的区的电子，到达集电极的部分部分（ICN）与在基区复合与在基区复合的部分（的部分（IBN）之比称为直之比称为直流电流放大系数，用流电流放大系数，用 表示，表示，即即BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIIIBCIIBBBBCEIIIIII)(1CBEIIIIBICIEIBICIE 表征了三极管的电流放大能力。即发射区每向基区表征了三极管的电流放大能力。即发射区每向
33、基区提供一个复合用的载流子时，就向集电区供给提供一个复合用的载流子时，就向集电区供给 个载个载流子。同理，三极管内如有一个单位的基极电流流子。同理，三极管内如有一个单位的基极电流，就就会有会有 个单位的集电极电流，由于个单位的集电极电流，由于 值在几十几百值在几十几百之间，故一般之间，故一般 ICIE IB。它也表示了基极电流对集它也表示了基极电流对集电极电流的控制能力，就是以小的电极电流的控制能力，就是以小的 IB(A级级)，控制大，控制大的的IC(mA级级)。所以，三极管是一个。所以，三极管是一个，利用这一性质可以实现电流、电压放大作用。且由于利用这一性质可以实现电流、电压放大作用。且由于
34、电子和空穴同时参与导电，故也称为双极型三极管电子和空穴同时参与导电，故也称为双极型三极管 注：注：3.5.3 3.5.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线以共射接法的以共射接法的NPN管为例管为例常数CEuBEufi)(BuCE=0时，相当于两二极管并联时，相当于两二极管并联uCE1V时，输入特性重合，且与二极管的伏安特性时，输入特性重合，且与二极管的伏安特性曲线相似。曲线相似。1.输入特性输入特性 只有在发射结外加电压只有在发射结外加电压大于死区电压时，晶体管才大于死区电压时，晶体管才会出现会出现IB。正常导通工作情况下，正常导通工作情况下，NPN型型三极管的输入特性是非线性的，所以三极管的
35、输入特性是非线性的，所以。但输入特性的陡峭上升部分近似为一直线，在。但输入特性的陡峭上升部分近似为一直线，在这一段可认为这一段可认为iB与与uBE成正比，是输入特性的线性区。成正比，是输入特性的线性区。常数BCECifiu)(输出特性曲线输出特性曲线是以是以iB为参变量的一族曲为参变量的一族曲线。线。2.输出特性输出特性 输出特性可分为三输出特性可分为三个区：放大区、饱个区：放大区、饱和区、截止区和区、截止区0Bi 特点：特点：（1）截止区截止区 外加电压：外加电压：0BEu实际上只要发射实际上只要发射极电压小于其开极电压小于其开启电压，即截止。启电压，即截止。0CEu 发射结正偏、集电结反偏
36、发射结正偏、集电结反偏（2）放大区放大区 外加电压：外加电压：0BEua)放大性放大性b)恒流性恒流性c)可控性可控性 特点：特点：0CEu 发射结正偏、集电结正偏或零偏发射结正偏、集电结正偏或零偏（3）饱和区饱和区 外加电压：外加电压：0BEua)集电极电流不随基集电极电流不随基极电流增大而增大极电流增大而增大b)UCE=0.3V(硅管）、硅管）、0.1V（锗管）（锗管）特点：特点：a.根据根据UBEBE和和UCECE的数值：的数值：b.通过电流大小通过电流大小如图电路，临界饱和时的集电极如图电路，临界饱和时的集电极电流为电流为 CCCCESCCSRERUEI3.3.三极管工作状态的判定三极
37、管工作状态的判定CCCESBSREII若实际电路中的基极电流若实际电路中的基极电流CCCESBSBREIIRUEiBBEB说明三极管工作在饱和状态说明三极管工作在饱和状态，此时，此时:NPN管管UCE0.3V（硅管），硅管），UCE0.1V（锗管）锗管）若实际电路中的基极电流若实际电路中的基极电流CCCESBSBREIIi说明三极管工作在放大状态状态说明三极管工作在放大状态状态，此时，此时:UCEUCCICRC当当UBE0V时时IB0,三极管处于截止状态三极管处于截止状态临界饱和时的基极电流为临界饱和时的基极电流为 放大放大截止截止饱和饱和例：例：测量三极管三个电极对地电位如下图所示，测量三极
38、管三个电极对地电位如下图所示，试判断三极管的工作状态。试判断三极管的工作状态。解：由解：由UBEVBVE1.7-1=0.7V 可知三极管工作在饱和或者导通状态，且为硅管可知三极管工作在饱和或者导通状态，且为硅管 由由UCEVCVE1.2-1=0.2V可知，此管工作在饱和区，可知，此管工作在饱和区，NPN管。管。例：某三极管例：某三极管3 3个电极电位分别为个电极电位分别为V VE E1V1V，V VB B1.7V1.7V，V VC C1.2V1.2V，则问该三极管工作于哪一个区？是什么材料的则问该三极管工作于哪一个区？是什么材料的管子？哪个类型的？管子？哪个类型的？8.5.4 8.5.4 主要
39、参数主要参数（1 1）电流放大系数）电流放大系数 、直流（静态）电流放大系数直流（静态）电流放大系数 BCII 1.1.主要性能参数主要性能参数BCii交流（动态）电流放大系数为：交流（动态）电流放大系数为：在放大区内有：在放大区内有：故在手册和使用故在手册和使用时，一般用时，一般用代代替替 5.57)4060()2.235.3(uAmA55402.2uAmA 小功率硅管的通常在小功率硅管的通常在10200之间，一般采用之间，一般采用3080的三极管。的三极管。其数值可从输出特其数值可从输出特性曲线上直接求出性曲线上直接求出 对对A点：点：ICBO的数值很小，受温度的的数值很小，受温度的影响大
40、。影响大。（2）集基极反向饱和电流）集基极反向饱和电流ICBO 室温下，小功率硅管的室温下，小功率硅管的I ICBOCBO小于小于1 1AA，锗管约为几个锗管约为几个微安至几十微安。微安至几十微安。I ICEOCEO硅管在几个硅管在几个uAuA以下以下。由于是集电由于是集电极电流的一部分，会影响三极管的放大性能，故这两极电流的一部分，会影响三极管的放大性能，故这两个参数越小越好。个参数越小越好。（3）集）集-射极穿透电流射极穿透电流ICEO。它是它是ICBO的（的（1）倍，倍，受温度的影响更为严重。受温度的影响更为严重。当集电极电流当集电极电流IC超过一定值后，超过一定值后，将明显下降。一将明
41、显下降。一般规定，当般规定，当下降到正常值的下降到正常值的 2/3 时的集电极电流为集时的集电极电流为集电极最大允许电流电极最大允许电流ICM。U(BR)CEO是指基极开路时，加在集电极与发射极是指基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压。当集射极电压超过之间的最大允许电压。当集射极电压超过U(BR)CEO时，时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极管已击穿，导集电极电流会大幅度上升，此时，三极管已击穿，导致三极管损坏。致三极管损坏。2.三极管的主要极限参数三极管的主要极限参数（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM图图8-8-27 27 三极管的安全工作区三极管的安全工作区由
42、由PCM 、ICM 和和U(BR)CEO 围成的区围成的区域称为三极管的域称为三极管的 CECCMuiP 一般来说，锗管的允许结温一般来说，锗管的允许结温约为约为7090，硅管约为，硅管约为150。小功率管的。小功率管的PCM10W的。加装的。加装散热器，可使散热器，可使PCM大大提高。大大提高。（3）温度每升高）温度每升高 1 C，增加增加 0.5%1.0%。三极管的参数与温度的关系：三极管的参数与温度的关系：例例8-5 在检修电子设备时，若三极管上标号不清，可利在检修电子设备时，若三极管上标号不清，可利用测量三极管各电极电位的方法判断三极管的电极、类用测量三极管各电极电位的方法判断三极管的
43、电极、类型及材料。现测得两个晶体三极管各电极对地的电位分型及材料。现测得两个晶体三极管各电极对地的电位分别为：（别为：（1 1）V V1 16V6V，V V2 22.2V2.2V，V V3 32.0V2.0V；（2 2）V V4 4+9V+9V，V V5 5+3.7V+3.7V，V V6 6+3V+3V。试判断出各管的。试判断出各管的电极、三极管的类型和材料。电极、三极管的类型和材料。解：解：根据根据 UBE 的值（硅管的值（硅管0.60.8V,锗管锗管0.20.3V)判断判断B、E电极和材料，剩下一极为电极和材料，剩下一极为C，根据它的电压判断根据它的电压判断是是NPN（VC VB VE)还
44、是还是PNP（VC VB VE)(1):V1C；V2B；3E 为锗管，为锗管，PNP(2):V4C ；V5B；V6E 为硅管，为硅管，NPN 上一节讨论的三极管是上一节讨论的三极管是电流控制器件电流控制器件，其通过基极电流，其通过基极电流控制集电极电流的变化，输入端需从信号源取用电流。参控制集电极电流的变化，输入端需从信号源取用电流。参与导电的有电子和空穴两种载流子，也称其为双极性三极与导电的有电子和空穴两种载流子，也称其为双极性三极管。管。根据结构的不同，场效应管又分为结型和绝缘栅型根据结构的不同，场效应管又分为结型和绝缘栅型两种两种,无论哪一种都分为无论哪一种都分为N沟道和沟道和P沟道两类
45、沟道两类。而绝缘栅而绝缘栅型又分为增强型和耗尽型两种，在这儿主要介绍绝缘型又分为增强型和耗尽型两种，在这儿主要介绍绝缘栅型栅型N沟道场效应管。沟道场效应管。本节将要讨论另外一种三极管本节将要讨论另外一种三极管场效应管。其特场效应管。其特性如何？和双极性三极管相比，又有何特点呢？性如何？和双极性三极管相比，又有何特点呢？1.结构结构 在硅片表面覆盖一层很薄的二在硅片表面覆盖一层很薄的二氧化硅绝缘层，再在氧化硅绝缘层，再在S极和极和D极之极之间的绝缘层上喷一层金属作为间的绝缘层上喷一层金属作为，另外在衬底引出另外在衬底引出用一块掺杂浓度较用一块掺杂浓度较低的低的P型硅薄片作型硅薄片作为衬底，在其上
46、的为衬底，在其上的左右两侧扩散出两左右两侧扩散出两个相距很近高掺杂个相距很近高掺杂的的N型区，用金属型区，用金属引出两个电极作为引出两个电极作为和和由于栅极与其它电极是绝缘的，故称为绝缘栅场效应管。又由由于栅极与其它电极是绝缘的，故称为绝缘栅场效应管。又由于它是由金属、氧化物、半导体构成，又称为于它是由金属、氧化物、半导体构成，又称为MOSFET管，管，N沟沟道的简称道的简称NMOS管，管，P沟道的简称沟道的简称PMOS管。由于栅极绝缘，栅极管。由于栅极绝缘，栅极电流为零，栅源电阻电流为零，栅源电阻RGS很高，可达很高，可达1014。将源极将源极S和衬底接到一起，和衬底接到一起，漏源之间加一电
47、源漏源之间加一电源UDD2.2.工作原理工作原理漏、源极之间是两个背靠背的漏、源极之间是两个背靠背的PN结，不管漏源之间所加的结，不管漏源之间所加的电压极性如何，总有一个电压极性如何，总有一个PN处于反向偏置。漏极电流为零。处于反向偏置。漏极电流为零。(1)(1)当当u uGSGS0 0时时(2)0uGSuGS(th)（开启电压）开启电压）此时此时uGS就会在栅极下面的二氧就会在栅极下面的二氧化硅层产生一个指向化硅层产生一个指向P型衬底且垂型衬底且垂直电场。直电场。这个电场排斥栅极附近这个电场排斥栅极附近P P型衬底型衬底中的空穴，留下不能移动的负离子，中的空穴，留下不能移动的负离子，形成耗尽
48、层。同时吸引形成耗尽层。同时吸引P P型衬底中型衬底中的电子到上面去，形成反型层的电子到上面去，形成反型层 此时由于此时由于uGS比较小，吸引的电子少，不能形成比较小，吸引的电子少，不能形成N N型导型导电沟道，而将漏极和源极沟通，也就不能形成漏极电流电沟道，而将漏极和源极沟通，也就不能形成漏极电流ID。因因uGS够高够高，可形成电子导可形成电子导电沟道，将漏极和源极沟通。电沟道，将漏极和源极沟通。只要加上漏源电压只要加上漏源电压UDD ，就可，就可以形成漏极电流以形成漏极电流iD。(3)(3)当当时时 这种在这种在u uGSGS=0V=0V时时i iD D=0=0，只有当只有当u uGSGS
49、u uGS(thGS(th)后才会出现漏后才会出现漏极电流极电流i iD D的的N N沟道沟道MOSMOS管称为管称为N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS管管，简称为简称为NMOSNMOS。u uGSGS越大，导电沟道越宽，沟道越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，电阻越小，i iD D越大。越大。这就是这就是MOSMOS管管中栅源电压中栅源电压u uGSGS对输出电流对输出电流i iD D的控的控制原理。制原理。电压控制器件电压控制器件 场效应管的特性曲线包括转移特性场效应管的特性曲线包括转移特性iD Df（uGS）和和输出特性输出特性iD Df（uDS）3.3.特性曲线特性曲线N沟道增强型场
50、效应管的特性曲线如图沟道增强型场效应管的特性曲线如图8-30所示所示当当uGS0，使沟道加宽，使沟道加宽，iD增增大；当大；当uGS 0，使沟道变窄，使沟道变窄，iD减少；当减少；当uGS0且负到一且负到一定值时，导电沟道会消失，定值时，导电沟道会消失，iD 0，管子截止。这个使管，管子截止。这个使管子截止的电压子截止的电压uGS称为夹断电压，用称为夹断电压，用uGS（off）表示。耗尽型表示。耗尽型MOS管的输出特性和增强型相似，同样也分为管的输出特性和增强型相似，同样也分为4个区。个区。其特性曲线：其特性曲线：P沟道沟道MOS管与管与N沟道沟道MOS管的主要区别在于作为管的主要区别在于作为
