論文資料-半導(dǎo)體二極管和三極管（word）可編輯

1、1-33教 案 紙 第 次課 第 頁薆袃肅葿蚈聿莄蒈螀袁莀蒈羃肇芆蕆螞羀膂蒆螅膅肈蒅袇羈莇蒄薇膃芃薃蠆羆腿薂螁膂肅薂襖羅蒃薁蚃螇荿薀螆肅芅蕿袈袆膁薈薈肁肇薇蝕襖莆蚆螂聿節(jié)蚆襖袂膈蚅薄肈肄蚄螆袁蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄蟻蟻膄膀羋螃羇肆莇裊膃蒞莆薅羅芁蒞蚇膁膇莄袀羄膃莃羂袆蒁莃螞肂莇莂螄裊芃莁袆肀腿蒀薆袃肅葿蚈聿莄蒈螀袁莀蒈羃肇芆蕆螞羀膂蒆螅膅肈蒅袇羈莇蒄薇膃芃薃蠆羆腿薂螁膂肅薂襖羅蒃薁蚃螇荿薀螆肅芅蕿袈袆膁薈薈肁肇薇蝕襖莆蚆螂聿節(jié)蚆襖袂膈蚅薄肈肄蚄螆袁蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄蟻蟻膄膀羋螃羇肆莇裊膃蒞莆薅羅芁蒞蚇膁膇莄袀羄膃莃羂袆蒁莃螞肂莇莂螄裊芃莁袆肀腿蒀薆袃肅葿蚈聿莄蒈螀袁莀蒈羃肇芆蕆螞羀膂蒆螅膅肈蒅袇羈

2、莇蒄薇膃芃薃蠆羆腿薂螁膂肅薂襖羅蒃薁蚃螇荿薀螆肅芅蕿袈袆膁薈薈肁肇薇蝕襖莆蚆螂聿節(jié)蚆襖袂膈蚅薄肈肄蚄螆袁蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄蟻蟻膄膀羋螃羇肆莇裊膃蒞莆薅羅芁蒞蚇膁膇莄袀羄膃莃羂袆蒁莃螞肂莇莂螄裊芃莁袆肀腿蒀薆袃肅葿蚈聿莄蒈螀袁莀蒈羃肇芆蕆螞羀膂蒆螅膅肈蒅袇羈莇蒄薇膃芃薃蠆羆腿薂螁膂肅薂襖羅蒃薁蚃螇荿薀螆肅芅蕿袈袆膁薈薈肁肇薇蝕襖莆蚆螂聿節(jié)蚆襖袂膈蚅薄肈肄蚄螆袁蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄蟻蟻膄膀羋螃羇肆莇裊膃蒞莆薅羅芁蒞蚇膁膇莄袀羄膃莃羂袆蒁 講 授 內(nèi) 容課題一：半導(dǎo)體二極管和三極管（一）理論部分1.1 半導(dǎo)體的基本知識根據(jù)物體導(dǎo)電能力（電阻率）的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率為10-

3、310-9 W×cm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。1本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的四個電子稱為價電子。它們分別與周圍的四個原子的價電子形成共價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見圖1.1。(a) 硅晶體的空間排列 (b) 共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖圖1.1 硅原子空間排列及共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖2電子空穴對講

4、授 內(nèi) 容當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0 K時，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)（也稱熱激發(fā)）。 自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴?？梢娨驘峒ぐl(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合，如圖1.2所示。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會達(dá)到動態(tài)平衡。圖1.2本征激發(fā)和復(fù)合的過程 圖1.3空穴在晶格中的移動3空穴的移動自由

5、電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。如圖1.3所示。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。講 授 內(nèi) 容因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原

6、子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.4所示。2P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。 因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。 圖1.4 N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu) 圖1.5 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.05所示。圖1.6 PN

7、結(jié)的形成過程1.1.3 PN結(jié)1. PN結(jié)的形成講 授 內(nèi) 容在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: 因濃度差 ¯ 多子的擴散運動®由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴散 最后，多子的擴散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。PN結(jié)形成的過程可參閱圖1.6。2PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN

8、結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。如果外加電壓使：PN結(jié)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位稱為加正向電壓，簡稱正偏；PN結(jié)P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位稱為加反向電壓，簡稱反偏。（1）PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況如圖1.7所示。外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是，內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。（2）PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況如圖1.8所示。講 授 內(nèi) 容外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方

9、向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。圖1.7 PN結(jié)加正向電壓時 圖1.8 PN結(jié)加反向電壓時在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極

10、管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.9（a）、（b）、（c）所示。1.點接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。2.面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流1947年12月23日，美國新澤西州墨累山的貝爾實驗里，3位科學(xué)家巴丁博士、布菜頓博士和肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著實驗。他們在導(dǎo)體電路中正在進行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號放大的實驗。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在他們發(fā)明的器件中通過的一部分微量電流，竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流，因而產(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個器件，就是在科技史上具有劃時代意義的成果晶體管。這位科學(xué)家因講 授 內(nèi)

11、 容電路。1.2.2 二極管的伏安特性曲線半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如圖1.10所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示式中IS 為反向飽和電流，U D 為二極管兩端的電壓降，U T =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量， k為玻耳茲曼常數(shù)，q 為電子電荷量，T 為熱力學(xué)溫度。對于室溫（相當(dāng)T = 300 K ），則有VT = 26 mV。圖1.9 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖圖1.10 二極管的伏安特性曲線1. 正向特性當(dāng)U0，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段： 當(dāng)0UUth時，正向電流為零，Uth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。當(dāng)

12、UUth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。硅二極管的死區(qū)電壓Uth =0.5 V此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學(xué)獎。講 授 內(nèi) 容左右，鍺二極管的死區(qū)電壓Uth =0.1 V左右。2. 反向特性當(dāng)U0 時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：當(dāng)UBRU0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS。當(dāng)UUBR時，反向電流急劇增加，UBR稱為反向擊穿電壓。在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很?。绘N二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。從擊穿的機理上看，硅二極管若

13、|UBR|7 V時，主要是雪崩擊穿；若UBR4 V則主要是齊納擊穿，當(dāng)在4 V7 V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點。1.2.3二極管的主要參數(shù) 1主要參數(shù)（1）最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。（2）反向擊穿電壓UBR和最大反向工作電壓URM-二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓URM一般只按反向擊穿電壓UBR的一半計算。（3）反向電流IR-在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(mA)級。（

14、4）正向壓降UF-在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.60.8 V；鍺二極管約0.20.3 V。（5）動態(tài)電阻rd反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然，rd與工作電流的大小有關(guān)，即rd =DUF /DIF講 授 內(nèi) 容2溫度特性溫度對二極管的性能有較大圖1.11 溫度對特性曲線的影響的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加, 如硅二極管溫度每增加8，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12 ，反向電流大約增加一倍。另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加1 ，正向每增加1 ，正向壓降uF(ud)大約減小2mV，即具有負(fù)的溫

15、度系數(shù)。這些可以 從圖1.11所示二極管的伏安特性曲線上看出。1.2.4 特殊二極管1. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極(a) 符號 (b) 伏安特性 (c) 應(yīng)用電路圖1.12 穩(wěn)壓二極管的伏安特性管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二講 授 內(nèi) 容伏安特性曲線的反向區(qū)、符號和典型應(yīng)用電路如圖1.12所示。從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。（1）穩(wěn)定電壓UZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。（2）動態(tài)電阻rZ其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 RZ

16、愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rz =DUZ /DIZ（3）最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時，PN結(jié)的功率損耗為 PZ= VZ IZ，由 PZM和VZ可以決定IZmax。（4）最大穩(wěn)定工作電流IZMAX 和最小穩(wěn)定工作電流IZMIN 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而Izmin對應(yīng)VZmin。 若IZIZmin，則不能穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作

17、電流，從而起到穩(wěn)壓作用。2. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的光發(fā)射器件，簡稱LED，它是由鎵、砷、磷等元素的化合物制成。這些材料構(gòu)成的PN加上正向電壓時，就會發(fā)出光來，光的顏色取決于制造所用的材料。發(fā)光二極管通常用透明的塑料封裝，管腳長的為正極，管腳短的為負(fù)極。有的發(fā)光二極管有三個引出腳，根據(jù)管腳電壓情況能發(fā)出兩種顏色的光。發(fā)光二極管的符號和外形如圖1.13所示。發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓低、工作電流小，具有很強的抗振動和沖擊能力、體積小、可靠性高、耗電省和壽命長等優(yōu)點，廣泛用于講 授 內(nèi) 容（a）外形 （b）圖形符號圖1.13 發(fā)光二極管的外形與圖形符號信號指示等電路中。3. 光

18、電二極管圖1.14 光電二極管符號光電二極管又稱光敏二極管。它的管殼上備有一個玻璃窗口，以便于接受光照。其特點是，當(dāng)光線照射于它的PN結(jié)時，可以成對地產(chǎn)生自由電子和空穴，使半導(dǎo)體中少數(shù)載流子的濃度提高。這些載流子在一定的反向偏置電壓作用下可以產(chǎn)生漂移電流，使反向電流增加。因此它的反向電流隨光照強度的增加而線性增加，這時光電二極管等效于一個恒流源。當(dāng)無光照時，光電二極管的伏安特性與普通二極管一樣，其圖形符號如圖1.14所示。光電二極管被廣泛應(yīng)用于光電技術(shù)中，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。例如在光纜通信中，通過接收端的光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，在數(shù)控機床中作為光電控制器件或用來進行光的測量。大面積的

19、光電二極管可作為一種綠色能源，稱為光電池，可進行太陽能發(fā)電、高速公路沿途標(biāo)志牌的電源等。1.3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管也稱為雙極型半導(dǎo)體三極管，它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖講 授 內(nèi) 容圖1.15 半導(dǎo)體三極管，它的結(jié)構(gòu)示意圖1.15所示。它有兩種類型：NPN型和PNP型。中間部分稱為基區(qū)，相連電極稱為基極，用B或b表示（Base）；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，相連電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。 E-B間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)（Je）， C-B間的PN結(jié)稱為集電結(jié)（Jc）。雙極型三極管的符號在圖的下方給出，發(fā)射極的

20、箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。從外表上看兩個N區(qū)(或兩個P區(qū))是對稱的，實際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大?；鶇^(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。1.3.2三極管的放大作用和載流子的運動雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓?，F(xiàn)以 NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內(nèi)部的電流關(guān)系， 見圖1.16。發(fā)射結(jié)加正偏時，從發(fā)射區(qū)將有大量的電子向基區(qū)擴散，形成的電流為IEN。與PN結(jié)中的情況相同。從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，但其數(shù)量小，形成的電流為IEP。這是因為發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大

21、于基區(qū)的摻雜濃度。講 授 內(nèi) 容圖1.16 雙極型三極管的電流傳輸關(guān)系進入基區(qū)的電子流因基區(qū)的空穴濃度低，被復(fù)合的機會較少。又因基區(qū)很薄，在集電結(jié)反偏電壓的作用下，電子在基區(qū)停留的時間很短，很快就運動到了集電結(jié)的邊上，進入集電結(jié)的結(jié)電場區(qū)域，被集電極所收集，形成集電極電流ICN。在基區(qū)被復(fù)合的電子形成的電流是 IBN。另外，因集電結(jié)反偏，使集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。于是可得如下電流關(guān)系式：IE= IEN IEP 且有IEN>>IEPIEN=ICN+ IBN 且有IEN>> IBN ， ICN>>IBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IB

22、NICBO IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB 由以上分析可知，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵。若兩個PN結(jié)對接，相當(dāng)基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用，基區(qū)從厚變薄，兩個PN結(jié)演變?yōu)槿龢O管，這是量變引起質(zhì)變的又一個實例。1.3.3 三極管的特性曲線 本節(jié)對共發(fā)射極接法三極管的特性曲線進行討論。共發(fā)射極接法的供電電路和電壓電流關(guān)系如圖1.17所示。半導(dǎo)體三極管也稱雙極型晶體管，晶體三極管，簡稱三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。講 授 內(nèi) 容1. 輸入特性曲線簡單地看，輸入特性曲線類似于發(fā)射

23、結(jié)的伏安特性曲線，現(xiàn)討論iB和uBE之間的函數(shù)關(guān)系。因為有集電結(jié)電壓的影響，它與一個單獨的PN結(jié)的伏安特性曲線不同。 為了排除UCE的影響，在討論輸入特性曲線時，應(yīng)使uCE =const(常數(shù))。uCE的影響，可以用三極管的內(nèi)部的反饋作用解釋，即uCE對iB的影響。圖1.17 共發(fā)射極接法的電壓電流關(guān)系共發(fā)射極接法的輸入特性曲線見圖1.18。其中uCE =0V的那一條相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。當(dāng)uCE1V時，uCB = uCE - uBE 圖1.18 共發(fā)射極接法輸入特性曲線>0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復(fù)合減少，講 授 內(nèi) 容IC / IB增大，特性曲線將向右稍微移

24、動一些。但uCE再增加時，曲線右移很不明顯。曲線的右移是三極管內(nèi)部反饋所致，右移不明顯說明內(nèi)部反饋很小。輸入特性曲線的分區(qū)：死區(qū)、非線性區(qū)、線性區(qū)。2. 輸出特性曲線共發(fā)射極接法的輸出特性曲線如圖1.19所示，它是以iB為參變量的一族特性曲線?，F(xiàn)以其中任何一條加以說明,當(dāng)uCE =0 V時,因集電極無收集作用, iC =0。當(dāng)uCE微微增大時，發(fā)射結(jié)雖處于正向電壓之下,但集電結(jié)反偏電壓很小,如uCE < 1 V；uBE=0.7 V；uCB =uCE- uBE 0.7 V 。集電區(qū)收集電子的能力很弱，iC主要由UCE決定。當(dāng)UCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，如uCE 1 V，uBE 0.

25、7 V，運動到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電區(qū)收集，此后UCE再增加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進入與uCE軸基本平行的區(qū)域（這與輸入特性曲線隨uCE增大而右移的原因是一致的）。輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域：飽和區(qū)iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的數(shù)值較小，一般uCE 0.7 V(硅管)。此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB =0的曲線的下方。此時，圖1.19 共發(fā)射極接法輸出特性曲線講 授 內(nèi) 容發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于0.7 V左右（硅管）。1.3.4

26、 三極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)三大類。1. 直流參數(shù)（1）直流電流放大系數(shù)1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) （有時用表示）2）共基極直流電流放大系數(shù) 顯然與之間有如下關(guān)系 （2）極間反向電流1）集電極-基極間反向飽和電流ICBO ICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。2）集電極-發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO和ICBO有如下關(guān)系: ICEO=（1+）ICBO 相當(dāng)基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB =0那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。2. 交流參數(shù)（1）交

27、流電流放大系數(shù)1）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)b b=DiC/DiB2）共基極交流電流放大系數(shù)講 授 內(nèi) 容=DiC/DiE當(dāng)ICBO和ICEO很小時，a、b，可以不加區(qū)分。（2）特征頻率fT三極管的b值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號頻率增加時，三極管的b將會下降。當(dāng)b下降到1時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用fT表示。3. 極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM當(dāng)集電極電流增加時，b 就要下降，當(dāng)b值下降到線性放大區(qū)b值的7030時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于b值下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別。可見，當(dāng)ICICM時，并

28、不表示三極管會損壞。（2）集電極最大允許功率損耗PCM集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗，PCM =ICUCBICUCE，因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計算時往往用UCE取代UCB。（3）反向擊穿電壓反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力。1）U(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。下標(biāo)BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，C、B代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。2）U(BR)EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。3）U(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。對于U(BR)CER表示BE間接有電阻，U(BR)CES表示BE間是短路的

29、。幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系： U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR)EBO1.4 二極管和三極管使用的基本知識1.4.1 半導(dǎo)體器件型號命名方法講 授 內(nèi) 容1. 型號的五個組成部分第一部分-用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件的電極數(shù)第二部分-用漢語拼音字母表示器件的材料和極性第三部分-用漢語拼音字母表示器件的類型第四部分-用阿拉伯?dāng)?shù)字表示序號第五部分-用漢語拼音字母表示規(guī)格號2. 型號組成部分的符號及意義見教材第18頁1.4.2 二極管使用知識圖1.20 幾種常見二極管外形1. 二極管外形a）玻璃封裝b）塑料封裝c）金屬封裝2. 二極管的測試（1）極性判別晶體二極

30、管的正、負(fù)極可按下列方法來判別： 1）看外殼上的符號標(biāo)記通常在二極管的外殼上標(biāo)有二極管的符號。標(biāo)有三角形箭頭的一端為正極，另一端為負(fù)極。 2）看外殼上標(biāo)記的色點在點接觸二極管的外殼上，通常標(biāo)有色點（白色或紅色）。除少數(shù)二極管（如 2AP9 、2AP10 等）外，一般標(biāo)記色點的這端為正極。 3）透過玻璃看觸針對于點接觸型玻璃外殼二極管，如果標(biāo)記已磨掉，則可將外殼上的漆層（黑色或白色）輕輕刮掉一點，透過玻璃看哪頭是金屬觸針，哪頭是N型鍺片。有金屬觸針的那頭就是正極。 4）用萬用表 R×100 或 R×1K 檔，任意測量二極管的兩根講 授 內(nèi) 容引線，如果量出的電阻只有幾百歐姆（

31、正向電阻），則黑表筆（即萬用表內(nèi)電池正極）所接引線為正極，紅表筆（即萬用表內(nèi)電源負(fù)極）所接引線為負(fù)極。（見圖1.21）（2）好壞判斷判別二極管的好壞，可用如下方法： 用萬用表R×100 或 R圖1.21 二極管極性判別×1K 擋測量二極管的正反向電阻，如圖1.22所示，鍺點接觸型的2AP 型二極管正向電阻在 1K 左右，反向電阻應(yīng)在 100K 以圖1.22 二極管好壞的判斷上；硅面接觸型的 2CP 型二極管正向電阻在 5K 左右，反相電阻應(yīng)在 1000K 以上?？傊螂娮柙叫≡胶?，反向電阻越大越好。但若正向電阻太大或反相電阻太小，表明二極管的檢波與整流效率不高。若正向電

32、阻無窮大（表針不動），說明二極管內(nèi)部斷路；若反相電阻接近零，表明二極管已擊穿。內(nèi)部斷開或擊穿的二極管均不能使用，如圖1.23所示。3. 二極管的選用一般根據(jù)設(shè)備及電路技術(shù)要求，查閱半導(dǎo)體器件手冊，選用參數(shù)滿足要求的二極管，在挑選過程中應(yīng)盡量選用經(jīng)濟、通用、講 授 內(nèi) 容圖1.23 二極管極性判別市場容易買到的器件。具體選用普通二極管時應(yīng)注意以下幾點:（1）所選用二極管在使用時不能超過它的極限參數(shù)，特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。?）盡量選用反向電流、正向壓降小的管子。（3）二極管的型號應(yīng)根據(jù)使用場合不同來確定。若用于整流電路，由于工作時平均電流大，應(yīng)選用整流

33、二極管;若用于高頻檢波電路，應(yīng)選用點接觸型鍺管;若用于高速開關(guān)電路，則應(yīng)選用開關(guān)二極管等。1.4.3 三極管使用知識圖1.24 常見三極管的外形及管腳排列1. 三極管外形及管腳排列講 授 內(nèi) 容需要說明的是，圖1.24中的管腳排列方法是一般規(guī)律，對于外殼上有管腳指示標(biāo)志的，應(yīng)按標(biāo)志識別，對管殼上無管腳標(biāo)志的，應(yīng)以測量為準(zhǔn)。2. 三極管的測試（1）管型判別由圖1.25可見，對PNP型三極管而言，c、e極分別為其內(nèi)部兩個PN結(jié)的正極，b極為它們共同的負(fù)極；對NPN型三極管而言，情況恰好相反，c、e極分別為兩個PN結(jié)的負(fù)極，而b極則是它們共同的正極。根據(jù)這一點，用萬用表電阻擋可以很方便地進行管型識別

34、。具體方法如下：將萬用表撥在R×l00（或R×1K）擋，用黑表筆接觸三極管的一根引腳，紅表筆分別接觸另外兩根引腳，測得一組（兩個）電阻值；黑表筆依次換接三極管其余兩引腳，重復(fù)上述操作，又測得兩組電阻值。將測得的三組電阻值進行比較，當(dāng)某一組中的兩個阻值基本相同時，黑表筆所接的引腳為該三極管的基極。若該組兩個阻值為三組中的最小，則說明被測管是NPN型；若該組的兩個阻值力最大，則說明被測管是PNP型。圖1.25 確定三極管管型示意圖（2）管腳判別用萬用表識別三極管各引腳的方法是:用萬用表的電阻擋R×1K先確定基極和管型（是NPN或PNP），再確定集電極和發(fā)射極。關(guān)于前者

35、的識別方法已經(jīng)介紹了，這里主要介紹識別集電極和發(fā)射極的方法。1）NPN型三極管引腳識別 講 授 內(nèi) 容在判斷出管型和基極b的基礎(chǔ)上，將萬用表撥在R×1K擋上，用黑、紅表筆接基極之外的另兩根引腳，再用手同時捏住黑表筆所接的極與b極 （手相當(dāng)于一個電阻器），注意不要讓兩個電極直接相碰，如圖1.26a所示，此時注意觀察萬用表指針向右擺動的幅度；然后，將黑、紅表筆對調(diào)，重復(fù)上述的測試步驟。比較兩次檢測中表針向右擺動的幅度，以擺動幅度大的那次測量為準(zhǔn)，黑表筆接的為集電極，紅表筆接的為發(fā)射極。檢測原理如圖1.26b所示。圖1.26 NPN型三極管c、e極檢測示意圖2）PNP型三極管引腳識別 用萬

36、用表R×l00或R×1K擋，將紅、黑表筆接基極以外的另兩根引腳，再用手同時捏住紅表筆所接的極與b極，如圖1.27a所示，觀察萬用表指針向右擺動的幅度；然后將紅、黑表筆對調(diào)，重復(fù)上述測試步驟。比較兩次檢測中表針向右擺動的幅度，以擺動幅度大酌那次測量為準(zhǔn)，紅表筆接的為集電極，黑表筆接的為發(fā)射極。檢測原理如圖1.27b所示。圖1.27 PNP型三極管c、e極檢測示意圖3. 三極管的選用講 授 內(nèi) 容選用晶體管一要滿足設(shè)備及電路的要求，二要符合節(jié)約的原則。根據(jù)用途的不同，一般應(yīng)考慮以下幾個因素:頻率、集電極電流、耗散功率、反向擊穿電壓、電流放大系數(shù)、穩(wěn)定性及飽和壓降等。這些因素又具

37、有相互制約的關(guān)系，在選管時應(yīng)抓住主要矛盾，兼顧次要因素。（1）根據(jù)電路工作頻率確定選用低頻管和高頻管。原則上講，高頻管可以代換低頻管，但是高頻管的功率一般都比較小、動態(tài)范圍窄，在代換時應(yīng)注意功率條件。（2）根據(jù)三極管實際工作的最大集電極電流從ICm、管耗PCm以及電源電壓UCC選擇適合的三極管。要求選用的三極管的PCM PCm、ICM ICm、U(BR)CEO UCC。 對于三極管的值的選擇，不是越大越好, 值太大容易引起自激振蕩，何況一般值值高的管子工作多不穩(wěn)定，受溫度影響大。一般三極管的多選40一100之間。在實際應(yīng)用中，選用的管子穿透電流ICEO越小越好，這樣電路的溫度穩(wěn)定性就越好。普通

38、硅管的穩(wěn)定性比鍺管好得多，但硅管的飽和壓降較鍺管大，目前電路中一般都采用硅管。（二）技能部分1.5 二極管和三極管的判別與檢測1.5.1 二極管的判別與檢測1實訓(xùn)目的（1）了解二極管的外形和封裝。（2）掌握用萬用表粗略鑒別晶體二極管性能的方法。（3）熟悉二極管的特性及其測試方法2. 實訓(xùn)器材（1）2AP9、2CP21各1只。（2）MF47型萬用表或DT890型數(shù)字萬用表1只。講 授 內(nèi) 容（3）100mA、50mA電流表各1只。（4）1V、15V電壓表各1只。3實訓(xùn)內(nèi)容與步驟（1）極性和性能的判別1）判別極性將MF47型萬用表置于R×100擋或R×1K擋，兩表筆接到二極管兩

39、端，如圖1.21所示，若表針指在幾千歐姆以下的阻值，則接黑表筆一端為二極管的正極，二極管正向?qū)ǎ环粗?，如果表針指示很大（幾百千歐姆）的阻值，則接紅表筆的那一端為正極。2）鑒別性能將MF47型萬用表的黑表筆接二極管正極，紅表筆接二極管的負(fù)極，測得二極管的正向電阻；一般在幾千歐姆以下為好，要求正向電阻愈小愈好。將紅黑表筆對調(diào)，可測反向電阻；一般應(yīng)在200K以上。若反向電阻太小，二極管失去單向?qū)щ娮饔?。如果正、反向電阻都為無窮大，表面管子已斷路；反之，二者都為零，表明管子短路。（2）正、反向特性的測試1）正向特性的測試按圖1.28所示連接線路，UF用1V量程電壓表頭，PV用萬用表2.5V擋，電流表

40、用100mA表頭，二極管選用2CP21。圖1.28 二極管正向特性測試電路將RP2和RP1阻值調(diào)至最大位置。穩(wěn)壓電源輸出U調(diào)至5V，檢查無誤后，閉合開關(guān)S。講 授 內(nèi) 容分別調(diào)節(jié)RP2和RP1，觀察不同的UF時流過二極管的電流IP和PV的讀數(shù)，填入表1.1中。表1.1 正向特性測試記錄UF/V0.20.40.50.60.70.8IP/mAPV/V2）反向特性的測試按圖1.29所示連接線路，電壓表用15V量程電壓表頭，電流表用萬用表0.05mA擋。圖1.29 二極管反向特性測試電路穩(wěn)壓電源輸出U調(diào)至15V，閉合開關(guān)S。分別調(diào)節(jié)RP2和RP1，觀察不同的反向電壓時反向電流的大小，填入表1.2中。表

41、1.2 反向特性測試記錄UF/V03691215I/A4. 實訓(xùn)報告要求（1）寫明實訓(xùn)日期、目的、實訓(xùn)器材及詳細(xì)實訓(xùn)步驟。（2）記錄實訓(xùn)所測數(shù)據(jù)，繪制二極管伏安特性曲線。（3）對實訓(xùn)過程中出現(xiàn)的問題要進行分析討論。1.5.2 三極管的判別與檢測1實訓(xùn)目的講 授 內(nèi) 容（1）了解三極管的外形和封裝。（2）掌握用萬用表粗略鑒別晶體三極管性能的方法。10A、20A測量對應(yīng)的UBE值，填入表1.3中。調(diào)節(jié)RP1，使UCE5V，重復(fù)上述步驟。表1.3 輸入特性曲線測試記錄條件IB/A051020304050607080UCE=0VUBE/VUCE=5VUBE/V2）輸出特性曲線的測試調(diào)節(jié)RP2，使IB0

42、，調(diào)節(jié)RP1，分別使UCE0V、0.3V、0.5V、1V測量對應(yīng)的IC值，填入表1.4中。調(diào)節(jié)RP2，使IB20A、40A、60A重復(fù)上述步驟。表1.3 輸出特性曲線測試記錄條件UCE/V00.30.5123510IB =0AIC/mAIB =20AIC/mAIB =40AIC/mAIB =60AIC/mA4. 實訓(xùn)報告要求（1）寫明實訓(xùn)日期、目的、實訓(xùn)器材及詳細(xì)實訓(xùn)步驟。（2）記錄實訓(xùn)所測數(shù)據(jù)，繪制晶體三極管輸入、輸出特性曲線。（3）對實訓(xùn)過程中出現(xiàn)的問題要進行分析討論。1.6 二極管和三極管應(yīng)用電路的仿真實驗1.6.1 二極管應(yīng)用電路的仿真實驗1實訓(xùn)目的（1）熟悉EWB的操作環(huán)境。（2）學(xué)習(xí)EWB的電路圖輸入法和仿真實驗法。講 授 內(nèi) 容（3）掌握二極管雙向限幅電路的工作原理，加深理解二極管的特性。2實訓(xùn)內(nèi)容與步驟（1）進入Windows環(huán)境并建立用戶文件夾例如在Windows環(huán)境下建立自己的文件夾為“D：ZS”，以便保存“.ewb”文件。（2）創(chuàng)建二極管雙向限幅實驗電路1）雙擊EWB圖標(biāo)啟動EWB軟件。2）按圖1.31所示，在電路工作區(qū)連接電路。圖1.31 二極管雙向限幅實驗電路3）按要求給元器件標(biāo)識、賦值。4）通過設(shè)置導(dǎo)線顏色來區(qū)分示波器顯示輸入、輸出波形不