《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)課件PPT

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1、主 編 曾 令 琴 主 編 ： 劉 秋 香制 作 ： 劉 秋 香2014年 9月歡迎學(xué)習(xí) 1.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí)1.2 半 導(dǎo) 體 二 極 管1.3 特 殊 二 極 管1.4 雙 極 型 三 極 管1.5 單 極 型 三 極 管 了 解 本 征 半 導(dǎo) 體 、 P型 和 N型 半 導(dǎo) 體 的 特 征及 PN結(jié) 的 形 成 過(guò) 程 ； 熟 悉 二 極 管 的 伏 安 特 性及 其 分 類 、 用 途 ； 理 解 三 極 管 的 電 流 放 大 原理 ， 掌 握 其 輸 入 和 輸 出 特 性 的 分 析 方 法 ； 理解 雙 極 型 和 單 極 型 三 極 管 在 控 制 原 理

2、 上 的 區(qū)別 ； 初 步 掌 握 工 程 技 術(shù) 人 員 必 需 具 備 的 分 析電 子 電 路 的 基 本 理 論 、 基 本知 識(shí) 和 基 本 技 能 。 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 繞 原 子 核 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 核 外電 子 。 自 然 界 的 一 切 物 質(zhì) 都 是 由 分 子 、 原 子 組 成 的 。 原 子 又 由 一 個(gè) 帶 正 電 的 原 子 核 和 在 它 周 圍 高 速 旋 轉(zhuǎn) 著 的帶 有 負(fù) 電 的 電 子 組 成 。原 子 結(jié) 構(gòu) 中 ：原 子 核 原 子 核 中 有 質(zhì) 子 和 中 子 ，其 中 質(zhì) 子 ， 中 子 不 帶電 。1. 導(dǎo) 體 、 半 導(dǎo) 體

3、 和 絕 緣 體 （ 1） 導(dǎo) 體 導(dǎo) 體 的 最 外 層 電 子 數(shù) 通 常 是 13個(gè) ， 且 距 原 子 核 較 遠(yuǎn) ，因 此 受 原 子 核 的 束 縛 力 較 小 。 由 于 溫 度 升 高 、 振 動(dòng) 等 外 界的 影 響 ， 導(dǎo) 體 的 最 外 層 電 子 就 會(huì) 獲 得 一 定 能 量 ， 從 而 掙 脫原 子 核 的 束 縛 而 游 離 到 空 間 成 為 自 由 電 子 。 因 此 ， 導(dǎo) 體 在常 溫 下 存 在 大 量 的 自 由 電 子 ， 具 有 良 好 的 導(dǎo) 電 能 力 。 常 用的 導(dǎo) 電 材 料 有 銀 、 銅 、 鋁 、 金 等 。原 子 核 內(nèi) 部 含

4、有 大 量 的 自 由 電 子 （ 2） 絕 緣 體 絕 緣 體 的 最 外 層 電 子 數(shù) 一 般 為 68個(gè) ， 且 距 原 子 核 較近 ， 因 此 受 原 子 核 的 束 縛 力 較 強(qiáng) 而 不 易 掙 脫 其 束 縛 。 常 溫 下 絕 緣 體 內(nèi) 部 幾 乎 不 存 在 自 由 電 子 ， 因 此 導(dǎo) 電 能力 極 差 或 不 導(dǎo) 電 。 常 用 的 絕 緣 體 材 料 有 橡 膠 、 云 母 、 陶 瓷 等 。原 子 核 內(nèi) 部 幾 乎 沒(méi) 有 自 由 電 子 ，因 此 不 導(dǎo) 電 。 （ 3） 半 導(dǎo) 體 半 導(dǎo) 體 的 最 外 層 電 子 數(shù) 一 般 為 4個(gè) ， 在 常 溫

5、 下 存 在 的 自由 電 子 數(shù) 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 ， 因 而 在 常 溫 下 半 導(dǎo) 體 的導(dǎo) 電 能 力 也 是 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 。 常 用 的 半 導(dǎo) 體 材 料 有 硅 、 鍺 、 硒 等 。原 子 核 導(dǎo) 電 性 能 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之間 ， 但 具 有 光 敏 性 、 熱 敏 性 和 參雜 性 的 獨(dú) 特 性 能 ， 因 此 在 電 子 技術(shù) 中 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 金 屬 導(dǎo) 體 的 電 導(dǎo) 率 一 般 在 105s/cm量 級(jí) ； 塑 料 、 云 母 等 絕緣 體 的 電 導(dǎo) 率 通 常 是 10-2210

6、-14s/cm量 級(jí) ； 半 導(dǎo) 體 的 電 導(dǎo) 率則 在 10-9102s/cm量 級(jí) 。 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 能 力 雖 然 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 ， 但 半 導(dǎo)體 的 應(yīng) 用 卻 極 其 廣 泛 ， 這 是 由 半 導(dǎo) 體 的 獨(dú) 特 性 能 決 定 的 ：半 導(dǎo) 體 受 光 照 后 ， 其 導(dǎo) 電 能 力 大 大 增 強(qiáng) ；受 溫 度 的 影 響 ， 半 導(dǎo) 體 導(dǎo) 電 能 力 變 化 很 大 ；在 半 導(dǎo) 體 中 摻 入 少 量 特 殊 雜 質(zhì) ， 其 導(dǎo) 電 能 力 極 大 地 增 強(qiáng) ；半 導(dǎo) 體 材 料 的 獨(dú) 特 性 能 是 由 其 所 決 定 的 。2

7、. 半 導(dǎo) 體 的 獨(dú) 特 性 能 3. 本 征 半 導(dǎo) 體 最 常 用 的 半 導(dǎo) 體 為 硅 (Si)和 鍺 (Ge)。 它 們 的 共 同 特 征 是 四 價(jià)元 素 ， 即 每 個(gè) 原 子 最 外 層 電 子 數(shù) 為 4個(gè) 。+ Si(硅 原 子 ) Ge(鍺 原 子 )硅 原 子 和 鍺 原 子 的 簡(jiǎn) 化 模 型 圖因 為 原 子 呈 電 中 性 ， 所以 簡(jiǎn) 化 模 型 圖 中 的 原 子核 只 用 帶 圈 的 +4符 號(hào) 表 示 即 可 。 天 然 的 硅 和 鍺 是 不 能 制 作 成 半 導(dǎo) 體 器 件 的 。 它 們 必 須 先 經(jīng)過(guò) 高 度 提 純 ， 形 成 晶 格 結(jié)

8、 構(gòu) 完 全 對(duì) 稱 的 本 征 半 導(dǎo) 體 。 本 征 半 導(dǎo) 體 原 子 核 最 外 層 的 價(jià) 電 子 都 是 4個(gè) ， 稱 為 四 價(jià) 元素 ， 它 們 排 列 成 非 常 整 齊 的 晶 格 結(jié) 構(gòu) 。 在 本 征 半 導(dǎo) 體 的 晶 格結(jié) 構(gòu) 中 ， 每 一 個(gè) 原 子 均 與 相 鄰 的 四 個(gè) 原 子 結(jié) 合 ， 即 與 相 鄰 四個(gè) 原 子 的 價(jià) 電 子 兩 兩 組 成 電 子 對(duì) ， 構(gòu) 成 。 4 4 4 4 4 4 4 4 4 實(shí) 際 上 半 導(dǎo) 體 的晶 格 結(jié) 構(gòu) 是 三 維的 。晶 格 結(jié) 構(gòu)共 價(jià) 鍵 結(jié) 構(gòu) 4 4 4 4 4 4 4 4 4從 共 價(jià) 鍵

9、晶 格 結(jié)構(gòu) 來(lái) 看 ， 每 個(gè) 原子 外 層 都 具 有 8個(gè)價(jià) 電 子 。 但 價(jià) 電子 是 相 鄰 原 子 共用 ， 所 以 穩(wěn) 定 性并 不 能 象 絕 緣 體那 樣 好 。 在 游 離 走 的 價(jià) 電 子 原位 上 留 下 一 個(gè) 不 能 移動(dòng) 的 空 位 ， 叫 空 穴 。 受 光 照 或 溫 度 上 升影 響 ， 共 價(jià) 鍵 中 價(jià) 電子 的 熱 運(yùn) 動(dòng) 加 劇 ， 一些 價(jià) 電 子 會(huì) 掙 脫 原 子核 的 束 縛 游 離 到 空 間成 為 自 由 電 子 。 由 于 熱 激 發(fā) 而 在 晶 體 中 出 現(xiàn) 電 子 空 穴 對(duì) 的 現(xiàn) 象 稱 為 。 本 征 激 發(fā) 的 結(jié) 果

10、 ， 造 成 了 半 導(dǎo) 體 內(nèi) 部 自 由 電 子 載 流 子 運(yùn) 動(dòng) 的 產(chǎn)生 ， 由 此 本 征 半 導(dǎo) 體 的 電 中 性 被 破 壞 ， 使 失 掉 電 子 的 原 子 變 成 帶正 電 荷 的 離 子 。 由 于 共 價(jià) 鍵 是 定 域 的 ， 這 些 帶 正 電 的 離 子 不 會(huì) 移 動(dòng) ， 即 不 能 參與 導(dǎo) 電 ， 成 為 晶 體 中 固 定 不 動(dòng) 的 帶 正 電 離 子 。 4 4 4 4 4 4 4 4 4受 光 照 或 溫 度上 升 影 響 ， 共價(jià) 鍵 中 其 它 一些 價(jià) 電 子 直 接跳 進(jìn) 空 穴 ， 使失 電 子 的 原 子重 新 恢 復(fù) 電 中性 。

11、價(jià) 電 子 填 補(bǔ) 空 穴 的 現(xiàn) 象 稱 為 。 此 時(shí) 整 個(gè) 晶體 帶 電 嗎 ？為 什 么 ？ 參 與 復(fù) 合 的 價(jià) 電 子 又 會(huì) 留 下 一 個(gè) 新 的 空 位 ， 而 這 個(gè) 新 的空 穴 仍 會(huì) 被 鄰 近 共 價(jià) 鍵 中 跳 出 來(lái) 的 價(jià) 電 子 填 補(bǔ) 上 ， 這 種 價(jià)電 子 填 補(bǔ) 空 穴 的 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) 使 本 征 半 導(dǎo) 體 中 又 形 成 一 種 不 同于 本 征 激 發(fā) 下 的 電 荷 遷 移 ， 為 區(qū) 別 于 本 征 激 發(fā) 下 自 由 電 子載 流 子 的 運(yùn) 動(dòng) ， 我 們 把 價(jià) 電 子 填 補(bǔ) 空 穴 的 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) 稱 為 空穴 載 流

12、 子 運(yùn) 動(dòng) 。 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 機(jī) 理 與 金 屬 導(dǎo) 體 導(dǎo) 電 機(jī) 理 有 本 質(zhì) 上 的 區(qū) 別 ：金 屬 導(dǎo) 體 中 只 有 自 由 電 子 一 種 載 流 子 參 與 導(dǎo) 電 ； 而 半 導(dǎo) 體 中則 是 由 本 征 激 發(fā) 產(chǎn) 生 的 自 由 電 子 和 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 空 穴 兩 種載 流 子 。 兩 種 載 流 子 電 量 相 等 、 符 號(hào) 相 反 ， 電流 的 方 向 為 空 穴 載 流 子 的 方 向 即 自 由 電 子 載 流 子 的 反 方 向 。 4 4 4 4 4 4 4 4 4 自 由 電 子 載 流 子 運(yùn) 動(dòng) 可 以 形容 為 沒(méi) 有

13、座 位 人 的 移 動(dòng) ； 空 穴載 流 子 運(yùn) 動(dòng) 則 可 形 容 為 有 座 位的 人 依 次 向 前 挪 動(dòng) 座 位 的 運(yùn) 動(dòng) 。半 導(dǎo) 體 內(nèi) 部 的 這 兩 種 運(yùn) 動(dòng) 總 是共 存 的 ， 且 在 一 定 溫 度 下 達(dá) 到動(dòng) 態(tài) 平 衡 。半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 機(jī) 理 本 征 半 導(dǎo) 體 雖 然 有 自 由 電 子 和 空 穴 兩 種 載 流 子 ， 但 由 于 數(shù)量 極 少 導(dǎo) 電 能 力 仍 然 很 低 。 如 果 在 其 中 摻 入 某 種 元 素 的 微 量雜 質(zhì) ， 將 使 摻 雜 后 的 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 性 能 大 大 增 強(qiáng) 。五 價(jià) 元 素 磷

14、 (P) 4 4 4 4 4 4 4 4 4P 摻 入 磷 雜 質(zhì) 的 硅 半導(dǎo) 體 晶 格 中 ， 自 由電 子 的 數(shù) 量 大 大 增加 。 因 此 自 由 電 子是 這 種 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo)電 主 流 。 在 室 溫 情 況 下 ， 本 征 硅 中 的 磷 雜 質(zhì) 等 于 10-6數(shù) 量 級(jí) 時(shí) ， 電子 載 流 子 的 數(shù) 目 將 增 加 幾 十 萬(wàn) 倍 。 摻 入 五 價(jià) 元 素 的 雜 質(zhì) 半 導(dǎo)體 由 于 自 由 電 子 多 而 稱 為 電 子 型 半 導(dǎo) 體 ， 也 叫 做 N型 半 導(dǎo) 體 。 4. 本 征 半 導(dǎo) 體 4 4 4 4 4 4 4 4 4三 價(jià) 元 素 硼

15、(B)B 摻 入 硼 雜 質(zhì) 的 硅 半導(dǎo) 體 晶 格 中 ， 空 穴載 流 子 的 數(shù) 量 大 大增 加 。 因 此 空 穴 是這 種 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電主 流 。 一 般 情 況 下 ， 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 中 的 多 數(shù) 載 流 子 的 數(shù) 量 可 達(dá) 到 少 數(shù)載 流 子 數(shù) 量 的 1010倍 或 更 多 ， 因 此 ， 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 比 本 征 半 導(dǎo) 體的 導(dǎo) 電 能 力 可 增 強(qiáng) 幾 十 萬(wàn) 倍 。 摻 入 三 價(jià) 元 素 的 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 ， 由 于 空 穴 載 流 子 的 數(shù) 量 大 大 于 自由 電 子 載 流 子 的 數(shù) 量 而 稱 為 空 穴 型 半

16、 導(dǎo) 體 ， 也 叫 做 P型 半 導(dǎo) 體 。 在 P型 半 導(dǎo) 體 中 ， 多 數(shù) 載 流 子 是 空 穴 ， 少 數(shù) 載 流 子 是 自 由 電子 ， 而 不 能 移 動(dòng) 的 離 子 帶 負(fù) 電 。 不 論 是 N型 半 導(dǎo) 體 還 是 P型 半 導(dǎo) 體 ， 其 中 的 多 子 和 少 子 的移 動(dòng) 都 能 形 成 電 流 。 但 是 ， 由 于 多 子 的 數(shù) 量 遠(yuǎn) 大 于 少 子 的數(shù) 量 ， 因 此 起 主 要 導(dǎo) 電 作 用 的 是 多 數(shù) 載 流 子 。摻 入 雜 質(zhì) 后 雖 然 形 成 了 N型 或 P型 半 導(dǎo) 體 ， 但 整 個(gè) 半導(dǎo) 體 晶 體 仍 然 呈 電 中 性

17、。一 般 可 近 似 認(rèn) 為 多 數(shù) 載 流 子 的 數(shù) 量 與 雜 質(zhì) 的 濃 度 相 等 。P型 半 導(dǎo) 體 中 的 空 穴 多 于 自 由 電 子 ， 是 否意 味 著 帶 正 電 ？自 由 電 子 導(dǎo) 電 和 空穴 導(dǎo) 電 的 區(qū) 別 在 哪里 ？ 空 穴 載 流 子 的形 成 是 否 由 自 由 電子 填 補(bǔ) 空 穴 的 運(yùn) 動(dòng)形 成 的 ？ 何 謂 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 中 的 多 子和 少 子 ？ N型 半 導(dǎo) 體 中 的 多子 是 什 么 ？ 少 子 是 什 么 ？ 5. PN結(jié) 及 其 形 成 過(guò) 程PN結(jié) 的 形 成 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 能 力 雖 然 比 本 征

18、 半 導(dǎo) 體 極 大 增 強(qiáng) ， 但 它們 并 不 能 稱 為 半 導(dǎo) 體 器 件 。 在 電 子 技 術(shù) 中 ， PN結(jié) 是 一 切 半 導(dǎo)體 器 件 的 “ 元 概 念 ” 和 技 術(shù) 起 始 點(diǎn) 。在 一 塊 晶 片 的 兩 端 分 別 注 入 三 價(jià)元 素 硼 和 五 價(jià) 元 素 磷 + + + + + + + + + + + + + + + + 空 間 電 荷 區(qū) 內(nèi) 電 場(chǎng) 動(dòng) 畫(huà) 演 示 PN結(jié) 形 成 的 過(guò) 程 中 ， 多 數(shù) 載 流 子 的 擴(kuò) 散 和 少 數(shù) 載 流 子 的漂 移 共 存 。 開(kāi) 始 時(shí) 多 子 的 擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng) 占 優(yōu) 勢(shì) ， 擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng) 的 結(jié)果

19、 使 PN結(jié) 加 寬 ， 內(nèi) 電 場(chǎng) 增 強(qiáng) ； 另 一 方 面 ， 內(nèi) 電 場(chǎng) 又 促 使 了少 子 的 漂 移 運(yùn) 動(dòng) ： P區(qū) 的 少 子 電 子 向 N區(qū) 漂 移 ， 補(bǔ) 充 了 交 界面 上 N區(qū) 失 去 的 電 子 ， 同 時(shí) ， N區(qū) 的 少 子 空 穴 向 P區(qū) 漂 移 ，補(bǔ) 充 了 原 交 界 面 上 P區(qū) 失 去 的 空 穴 ， 顯 然 漂 移 運(yùn) 動(dòng) 減 少 了 空間 電 荷 區(qū) 帶 電 離 子 的 數(shù) 量 ， 削 弱 了 內(nèi) 電 場(chǎng) ， 使 PN結(jié) 變 窄 。最 后 ， 擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng) 和 漂 移 運(yùn) 動(dòng) 達(dá) 到 動(dòng) 態(tài) 平 衡 ， 空 間 電 荷 區(qū) 的寬 度 基 本

20、 穩(wěn) 定 ， 即 PN結(jié) 形 成 。 PN結(jié) 內(nèi) 部 載 流 子 基 本 為 零 ， 因 此 導(dǎo) 電 率 很 低 ， 相 當(dāng) 于 介 質(zhì) 。但 PN結(jié) 兩 側(cè) 的 P區(qū) 和 N區(qū) 導(dǎo) 電 率 很 高 ， 相 當(dāng) 于 導(dǎo) 體 ， 這 一 點(diǎn) 和電 容 比 較 相 似 ， 所 以 說(shuō) PN結(jié) 具 有 電 容 效 應(yīng) 。 4. PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 PN結(jié) 反 向 偏 置 時(shí) 的 情 況 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 PN結(jié) 的 上 述 “ 正 向 導(dǎo) 通 ， 反 向 阻 斷 ” 作 用 ， 說(shuō) 明 它 具 有， PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 是 它 構(gòu) 成 半 導(dǎo) 體 器 件 的 基

21、 礎(chǔ) 。 由 于 常 溫 下 少 數(shù) 載 流 子 的 數(shù) 量 不 多 ， 故 反 向 電 流 很 小 ， 而且 當(dāng) 外 加 電 壓 在 一 定 范 圍 內(nèi) 變 化 時(shí) ， 反 向 電 流 幾 乎 不 隨 外 加電 壓 的 變 化 而 變 化 ， 因 此 反 向 電 流 又 稱 為 反 向 飽 和 電 流 。 反向 飽 和 電 流 由 于 很 小 一 般 可 以 忽 略 ， 從 這 一 點(diǎn) 來(lái) 看 ， PN結(jié) 對(duì)反 向 電 流 呈 高 阻 狀 態(tài) ， 也 就 是 所 謂 的 作 用 。 值 得 注 意 的 是 ， 由 于 本 征 激 發(fā) 隨 溫 度 的 升 高 而 加 劇 ， 導(dǎo) 致電 子 空

22、穴 對(duì) 增 多 ， 因 而 反 向 電 流 將 隨 溫 度 的 升 高 而 成 倍 增長(zhǎng) 。 反 向 電 流 是 造 成 電 路 噪 聲 的 主 要 原 因 之 一 ， 因 此 ， 在 設(shè)計(jì) 電 路 時(shí) ， 必 須 考 慮 溫 度 補(bǔ) 償 問(wèn) 題 。 PN結(jié) 中 反 向 電 流 的 討 論 2. 半 導(dǎo) 體 受 溫 度 和 光 照 影 響 ， 產(chǎn) 生 本 征 激 發(fā) 現(xiàn) 象 而 出 現(xiàn) 電 子 、 空穴 對(duì) ； 同 時(shí) ， 其 它 價(jià) 電 子 又 不 斷 地 “ 轉(zhuǎn) 移 跳 進(jìn) ” 本 征 激 發(fā) 出 現(xiàn)的 空 穴 中 ， 產(chǎn) 生 價(jià) 電 子 與 空 穴 的 復(fù) 合 。 在 一 定 溫 度 下

23、 ， 電 子 、 空穴 對(duì) 的 激 發(fā) 和 復(fù) 合 最 終 達(dá) 到 動(dòng) 態(tài) 平 衡 狀 態(tài) 。 平 衡 狀 態(tài) 下 ， 半 導(dǎo) 體中 的 載 流 子 濃 度 一 定 ， 即 反 向 電 流 的 數(shù) 值 基 本 不 發(fā) 生 變 化 。1. 半 導(dǎo) 體 中 少 子 的 濃 度 雖 然 很 低 ， 但 少 子 對(duì) 溫 度非 常 敏 感 ， 因 此 溫 度 對(duì) 半 導(dǎo) 體 器 件 的 性 能 影 響 很大 。 而 多 子 因 濃 度 基 本 上 等 于 雜 質(zhì) 原 子 的 摻 雜 濃度 ， 所 以 說(shuō) 多 子 的 數(shù) 量 基 本 上 不 受 溫 度 的 影 響 。 4. PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性

24、 是 指 ： PN結(jié) 正 向 偏 置 時(shí) ， 呈 現(xiàn) 的 電 阻 很 小幾 乎 為 零 ， 因 此 多 子 構(gòu) 成 的 擴(kuò) 散 電 流 極 易 通 過(guò) PN結(jié) ； PN結(jié) 反 向偏 置 時(shí) ， 呈 現(xiàn) 的 電 阻 趨 近 于 無(wú) 窮 大 ， 因 此 電 流 無(wú) 法 通 過(guò) 被 阻 斷 。3. 空 間 電 荷 區(qū) 的 電 阻 率 很 高 ， 是 指 其 內(nèi) 電 場(chǎng) 阻 礙 多 數(shù) 載 流 子 擴(kuò)散 運(yùn) 動(dòng) 的 作 用 ， 由 于 這 種 阻 礙 作 用 ， 使 得 擴(kuò) 散 電 流 難 以 通 過(guò) 空間 電 荷 區(qū) ， 即 空 間 電 荷 區(qū) 對(duì) 擴(kuò) 散 電 流 呈 現(xiàn) 高 阻 作 用 。 6.

25、PN結(jié) 的 反 向 擊 穿 問(wèn) 題 PN結(jié) 反 向 偏 置 時(shí) ， 在 一 定 的 電 壓 范 圍 內(nèi) ， 流 過(guò) PN結(jié) 的 電流 很 小 ， 基 本 上 可 視 為 零 值 。 但 當(dāng) 電 壓 超 過(guò) 某 一 數(shù) 值 時(shí) ， 反向 電 流 會(huì) 急 劇 增 加 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 PN結(jié) 。 反 向 擊 穿 發(fā) 生 在 空 間 電 荷 區(qū) 。 擊 穿 的 原 因 主 要 有 兩 種 ： 當(dāng) PN結(jié) 上 加 的 反 向 電 壓 大 大 超 過(guò) 反 向 擊 穿 電 壓 時(shí) ， 處 在 強(qiáng)電 場(chǎng) 中 的 載 流 子 獲 得 足 夠 大 的 能 量 碰 撞 晶 格 ， 將 價(jià) 電 子 碰 撞

26、出 來(lái) ， 產(chǎn) 生 電 子 空 穴 對(duì) ， 新 產(chǎn) 生 的 載 流 子 又 會(huì) 在 電 場(chǎng) 中 獲 得足 夠 能 量 ， 再 去 碰 撞 其 它 價(jià) 電 子 產(chǎn) 生 新 的 電 子 空 穴 對(duì) ， 如 此連 鎖 反 應(yīng) ， 使 反 向 電 流 越 來(lái) 越 大 ， 這 種 擊 穿 稱 為 。 雪 崩 擊 穿 屬 于 碰 撞 式 擊 穿 ， 其 電 場(chǎng) 較 強(qiáng) ， 外 加 反 向 電 壓 相對(duì) 較 高 。 通 常 出 現(xiàn) 雪 崩 擊 穿 的 電 壓 均 在 7V以 上 。 (1)雪 崩 擊 穿 當(dāng) PN結(jié) 兩 邊 的 摻 雜 濃 度 很 高 ， 阻 擋 層 又 很 薄 時(shí) ， 阻 擋 層內(nèi) 載 流

27、 子 與 中 性 原 子 碰 撞 的 機(jī) 會(huì) 大 為 減 少 ， 因 而 不 會(huì) 發(fā) 生雪 崩 擊 穿 。(2)齊 納 擊 穿 PN結(jié) 非 常 薄 時(shí) ， 即 使 阻 擋 層 兩 端 加 的 反 向 電 壓 不 大 ， 也會(huì) 產(chǎn) 生 一 個(gè) 比 較 強(qiáng) 的 內(nèi) 電 場(chǎng) 。 這 個(gè) 內(nèi) 電 場(chǎng) 足 以 把 PN結(jié) 內(nèi) 中性 原 子 的 價(jià) 電 子 從 共 價(jià) 鍵 中 拉 出 來(lái) ， 產(chǎn) 生 出 大 量 的 電 子 空 穴 對(duì) ， 使 PN結(jié) 反 向 電 流 劇 增 ， 這 種 擊 穿 現(xiàn) 象 稱 為。 可 見(jiàn) ， 齊 納 擊 穿 發(fā) 生 在 高 摻 雜 的 PN結(jié) 中 ， 相 應(yīng) 的 擊 穿電

28、壓 較 低 ， 一 般 均 小 于 5V。 雪 崩 擊 穿 是 一 種 碰 撞 的 擊 穿 ， 齊 納 擊 穿 是 一 種 場(chǎng) 效 應(yīng) 擊穿 ， 二 者 均 屬 于 。 電 擊 穿 過(guò) 程 通 常 可 逆 ： 只 要 迅 速把 PN結(jié) 兩 端 的 反 向 電 壓 降 低 ， PN結(jié) 就 可 恢 復(fù) 到 原 來(lái) 狀 態(tài) 。 利 用 電 擊 穿 時(shí) PN結(jié) 兩 端 電 壓 變 化 很 小 電 流 變 化 很 大 的 特點(diǎn) ， 人 們 制 造 出 工 作 在 反 向 擊 穿 區(qū) 的 穩(wěn) 壓 管 。 若 PN結(jié) 兩 端 加 的 反 向 電 壓 過(guò) 高 ， 反 向 電 流 將 急 劇 增 長(zhǎng) ，造 成

29、PN結(jié) 上 熱 量 的 不 斷 積 累 ， 從 而 引 起 結(jié) 溫 持 續(xù) 升 高 ， 當(dāng)這 個(gè) 溫 度 超 過(guò) PN結(jié) 的 最 大 允 許 結(jié) 溫 時(shí) ， PN結(jié) 就 會(huì) 發(fā) 生， 熱 擊 穿 將 使 PN結(jié) 永 久 損 壞 。 熱 擊 穿 的 過(guò) 程 是 不 可 逆 的 ， 應(yīng) 當(dāng) 盡 量 避 免 發(fā) 生 。(3)熱 擊 穿 能 否 說(shuō) 出 PN結(jié) 有 何特 性 ？ 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo)電 機(jī) 理 與 金 屬 導(dǎo) 體 有 何 不 同 ？什 么 是 本 征 激 發(fā) ？什 么 是 復(fù) 合 ？ 少 數(shù)載 流 子 和 多 數(shù) 載 流子 是 如 何 產(chǎn) 生 的 ？ 試 述 雪 崩 擊 穿 和 齊 納

30、擊 穿的 特 點(diǎn) 。 這 兩 種 擊 穿 能 否 造成 PN結(jié) 的 永 久 損 壞 ？ 空 間 電 荷 區(qū) 的電 阻 率 為 什 么 很 高 ？ 1.2 半導(dǎo)體二極管 把 PN結(jié) 用 管 殼 封 裝 ， 然 后 在 P區(qū) 和 N區(qū) 分 別 向 外 引 出 一個(gè) 電 極 ， 即 可 構(gòu) 成 一 個(gè) 二 極 管 。 二 極 管 是 電 子 技 術(shù) 中 最 基本 的 半 導(dǎo) 體 器 件 之 一 。 根 據(jù) 其 用 途 分 有 檢 波 管 、 開(kāi) 關(guān) 管 、穩(wěn) 壓 管 和 整 流 管 等 。硅 高 頻 檢 波 管 開(kāi) 關(guān) 管 穩(wěn) 壓 管 整 流 管 發(fā) 光 二 極 管 電 子 工 程 實(shí) 際 中 ，

31、二 極 管 應(yīng) 用 得 非 常 廣 泛 ， 上 圖 所 示 即為 各 類 二 極 管 的 部 分 產(chǎn) 品 實(shí) 物 圖 。 1. 二 極 管 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 和 類 型： 結(jié) 面 積 小 ， 適 用 于 高 頻 檢 波 、 脈 沖 電 路 及 計(jì) 算 機(jī)中 的 開(kāi) 關(guān) 元 件 。外 殼 觸 絲N型 鍺 片正 極 引 線 負(fù) 極 引 線 N型 鍺結(jié) 面 積 大 ， 適 用 于 低 頻 整 流 器 件 。負(fù) 極 引 線 底 座金 銻 合 金PN結(jié)鋁 合 金 小 球 正 極 引 線普 通 二 極 管 圖 符 號(hào) 穩(wěn) 壓 二 極 管圖 符 號(hào) 發(fā) 光 二 極 管圖 符 號(hào)D DZ D 使 用 二 極

32、 管 時(shí) ， 必 須注 意 極 性 不 能 接 反 ， 否則 電 路 非 但 不 能 正 常 工作 ， 還 有 毀 壞 管 子 和 其他 元 件 的 可 能 。 2. 二 極 管 的 伏 安 特 性U(V)0.50 0.8-50 -25 I (mA)204060 (A)4020 二 極 管 的 伏 安 特 性 是 指 流 過(guò) 二 極 管 的電 流 與 兩 端 所 加 電 壓 的 函 數(shù) 關(guān) 系 。 二 極管 既 然 是 一 個(gè) PN結(jié) ， 其 伏 安 特 性 當(dāng) 然 具有 “ 單 向 導(dǎo) 電 性 ” 。 二 極 管 的 伏 安 特 性 呈 非 線 性 ， 特 性 曲線 上 大 致 可 分 為

33、四 個(gè) 區(qū) ： 外 加 正 向 電 壓 超 過(guò) 死 區(qū) 電 壓 (硅 管 0.5V， 鍺 管 0.1V)時(shí) ， 內(nèi) 電 場(chǎng)大 大 削 弱 ， 正 向 電 流 迅 速 增 長(zhǎng) ， 二 極 管 進(jìn) 入 正 向 導(dǎo) 通 區(qū) 。死 區(qū) 正 向?qū)?通 區(qū)反 向截 止 區(qū) 當(dāng) 外 加 正 向 電 壓 很 低 時(shí) ， 由 于 外 電 場(chǎng) 還不 能 克 服 PN結(jié) 內(nèi) 電 場(chǎng) 對(duì) 多 數(shù) 載 流 子 擴(kuò) 散 運(yùn)動(dòng) 的 阻 力 ， 故 正 向 電 流 很 小 ， 幾 乎 為 零 。這 一 區(qū) 域 稱 之 為 死 區(qū) 。 外 加 反 向 電 壓 超 過(guò) 反 向 擊 穿 電 壓 UBR時(shí) ， 反 向 電 流 突 然

34、 增 大 ， 二極 管 失 去 單 向 導(dǎo) 電 性 ， 進(jìn) 入 反 向 擊 穿 區(qū) 。反向擊穿區(qū) 反 向 截 止 區(qū) 內(nèi) 反 向 飽 和 電 流 很 小 ， 可 近 似 視 為 零 值 。 正 向 導(dǎo) 通 區(qū) 和 反 向 截 止 區(qū) 的 討 論U(V)0.50 0.8-50 -25 I (mA)204060 (A)4020 死 區(qū) 正 向?qū)?通 區(qū)反 向截 止 區(qū)反向擊穿區(qū) 當(dāng) 外 加 正 向 電 壓 大 于 死 區(qū) 電 壓 時(shí) ， 二極 管 由 不 導(dǎo) 通 變 為 導(dǎo) 通 ， 電 壓 再 繼 續(xù) 增加 時(shí) ， 電 流 迅 速 增 大 ， 而 二 極 管 端 電 壓卻 幾 乎 不 變 ， 此

35、時(shí) 二 極 管 端 電 壓 稱 為 正向 導(dǎo) 通 電 壓 。 硅 二 極 管 的 正 向 導(dǎo) 通 電 壓 約 為 0.7V，鍺 二 極 管 的 正 向 導(dǎo) 通 電 壓 約 為 0.3V。 在 二 極 管 兩 端 加 反 向 電 壓 時(shí) ， 將 有 很小 的 、 由 少 子 漂 移 運(yùn) 動(dòng) 形 成 的 反 向 飽 和電 流 通 過(guò) 二 極 管 。 反 向 電 流 有 兩 個(gè) 特 點(diǎn) ： 一 是 它 隨 溫 度 的 上 升 增 長(zhǎng) 很 快 ， 二 是在 反 向 電 壓 不 超 過(guò) 某 一 范 圍 時(shí) ， 反 向 電 流 的 大 小 基 本 恒 定 ， 而與 反 向 電 壓 的 高 低 無(wú) 關(guān) (與

36、 少 子 的 數(shù) 量 有 限 )。 所 以 通 常 稱 它 為反 向 飽 和 電 流 。 3. 二 極 管 的 主 要 參 數(shù) （ 1） 最 大 整 流 電 流 IDM： 指 二 極 管 長(zhǎng) 期 運(yùn) 行 時(shí) ， 允 許 通 過(guò)的 最 大 正 向 平 均 電 流 。 其 大 小 由 PN結(jié) 的 結(jié) 面 積 和 外 界 散 熱條 件 決 定 。 （ 2） 最 高 反 向 工 作 電 壓 URM： 指 二 極 管 長(zhǎng) 期 安 全 運(yùn) 行 時(shí) 所能 承 受 的 最 大 反 向 電 壓 值 。 手 冊(cè) 上 一 般 取 擊 穿 電 壓 的 一 半 作為 最 高 反 向 工 作 電 壓 值 。 （ 3） 反

37、 向 電 流 IR： 指 二 極 管 未 擊 穿 時(shí) 的 反 向 電 流 。 IR值 越小 ， 二 極 管 的 單 向 導(dǎo) 電 性 越 好 。 反 向 電 流 隨 溫 度 的 變 化 而 變化 較 大 ， 這 一 點(diǎn) 要 特 別 加 以 注 意 。 （ 4） 最 大 工 作 頻 率 f M： 此 值 由 PN結(jié) 的 結(jié) 電 容 大 小 決 定 。若 二 極 管 的 工 作 頻 率 超 過(guò) 該 值 ， 則 二 極 管 的 單 向 導(dǎo) 電 性 能 將變 得 較 差 。 4. 二 極 管 的 應(yīng) 用 舉 例分 析 實(shí) 際 電 路 時(shí) 為 簡(jiǎn) 單 化 ， 通 常 把 二 極 管 進(jìn) 行 理 想化 處

38、理 ， 即 正 偏 時(shí) 視 其 為 “ 短 路 ” ， 截 止 時(shí) 視 其 為 “ 開(kāi) 路 ” 。 UD=0 UD=正 向 導(dǎo) 通 時(shí) 相 當(dāng)一 個(gè) 閉 合 的 開(kāi) 關(guān) 反 向 阻 斷 時(shí) 相 當(dāng)一 個(gè) 打 開(kāi) 的 開(kāi) 關(guān)(1)二 極 管 的 開(kāi) 關(guān) 作 用 (2)二 極 管 的 整 流 作 用 將 交 流 電 變 成 單 方 向 脈 動(dòng) 直 流 電 的 過(guò) 程 稱 為 整 流 。 利 用二 極 管 的 單 向 導(dǎo) 電 性 能 就 可 獲 得 各 種 形 式 的 整 流 電 路 。二 極 管 半 波 整 流 電 路 二 極 管 全 波 整 流 電 路 橋 式 整 流 電 路 簡(jiǎn) 化 圖B220

39、V RLDIN4001 B220V RLD1D2二 極 管 橋 式 整 流 電 路D4B220V RLD1D2D3 B220V RL (3)二 極 管 的 限 幅 作 用 DuS 10K IN4148 u0iD 圖 示 為 一 限 幅 電 路 。 電 源 uS是 一 個(gè) 周 期 性 的 矩 形 脈 沖 ，高 電 平 幅 值 為 +5V， 低 電 平 幅 值 為 -5V。 試 分 析 電 路 的 輸 出電 壓 為 多 少 。uS+5V-5V t0 當(dāng) 輸 入 電 壓 u i= 5V時(shí) ， 二 極 管 反 偏 截 止 ， 此 時(shí) 電 路可 視 為 開(kāi) 路 ， 輸 出 電 壓 u0=0V； 當(dāng) 輸

40、入 電 壓 ui= +5V時(shí) ， 二 極 管 正 偏 導(dǎo) 通 ， 導(dǎo) 通 時(shí) 二 極 管管 壓 降 近 似 為 零 ， 故 輸 出 電 壓 u0+5V。 顯 然 輸 出 電 壓 u0限 幅 在 0+5V之 間 。u0 半 導(dǎo) 體 二 極 管 工 作 在擊 穿 區(qū) ， 是 否 一 定 被損 壞 ？ 為 什 么 ？ 何 謂 死 區(qū) 電 壓 ？ 硅 管和 鍺 管 死 區(qū) 電 壓 的 典型 值 各 為 多 少 ？ 為 何會(huì) 出 現(xiàn) 死 區(qū) 電 壓 ？ 把 一 個(gè) 1.5V的 干 電 池 直 接正 向 聯(lián) 接 到 二 極 管 的 兩 端 ， 會(huì) 出 現(xiàn) 什 么 問(wèn) 題 ？ 二 極 管 的 伏 安 特 性

41、 曲 線 上分 為 幾 個(gè) 區(qū) ？ 能 否 說(shuō) 明 二極 管 工 作 在 各 個(gè) 區(qū) 時(shí) 的 電 壓 、 電 流 情 況 ？ 為 什 么 二 極 管 的 反向 電 流 很 小 且 具 有飽 和 性 ？ 當(dāng) 環(huán) 境 溫度 升 高 時(shí) 又 會(huì) 明 顯增 大 ？ I(mA)40302010 0-5-10-15-20 ( A) 0.4 0.8 12 8 4 U(V) 穩(wěn) 壓 二 極 管 的 反 向 電 壓 幾 乎 不 隨 反 向 電 流 的 變 化 而 變 化 、這 就 是 穩(wěn) 壓 二 極 管 的 顯 著 特 性 。D 穩(wěn) 壓 二 極 管 是 一 種 特 殊 的面 接 觸 型 二 極 管 ， 其 反

42、向 擊穿 可 逆 。 正 向 特 性 與 普通 二 極 管 相 似反 向 IZ UZ 1.3 特殊二極管1. 穩(wěn) 壓 二 極 管實(shí) 物 圖 圖 符 號(hào) 及 文 字 符 號(hào) 顯 然 穩(wěn) 壓 管 的 伏 安 特 性 曲 線 比 普 通 二 極 管 的 更 加 陡 峭 。 USDZ使 用 穩(wěn) 壓 二 極 管 時(shí) 應(yīng) 該 注 意 的 事 項(xiàng)(1)穩(wěn) 壓 二 極 管 正 負(fù) 極 的 判 別 DZ(2)穩(wěn) 壓 二 極 管 使 用 時(shí) ， 應(yīng) 反 向 接 入 電 路 UZ(3)穩(wěn) 壓 管 應(yīng) 接 入 限 流 電 阻(4)電 源 電 壓 應(yīng) 高 于 穩(wěn) 壓 二 極 管 的 穩(wěn) 壓 值 ZS UU (5)穩(wěn) 壓

43、 管 都 是 硅 管 。 其 穩(wěn) 定 電 壓 UZ最 低 為 3V， 高 的 可 達(dá) 300V， 穩(wěn) 壓 二 極 管 在 工 作 時(shí) 的 正 向 壓 降 約 為 0.6V。 二 極 管 的 反 向 擊 穿 特 性 ： 當(dāng) 外 加 反 向 電 壓 超 過(guò) 擊 穿 電壓 時(shí) ， 通 過(guò) 二 極 管 的 電 流 會(huì) 急 劇 增 加 。 擊 穿 并 不 意 味 著 管 子 一 定 要 損 壞 ， 如 果 我 們 采 取 適 當(dāng)?shù)?措 施 限 制 通 過(guò) 管 子 的 電 流 ， 就 能 保 證 管 子 不 因 過(guò) 熱 而燒 壞 。 如 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 中 一 般 都 要 加 限 流 電 阻

44、R， 使穩(wěn) 壓 管 電 流 工 作 在 Izmax和 Izmix的 范 圍 內(nèi) 。 在 反 向 擊 穿 狀 態(tài) 下 ， 讓 通 過(guò) 管 子 的 電 流 在 一 定 范 圍 內(nèi)變 化 ， 這 時(shí) 管 子 兩 端 電 壓 變 化 很 小 ， 穩(wěn) 壓 二 極 管 就 是 利用 這 一 點(diǎn) 達(dá) 到 “ 穩(wěn) 壓 ” 效 果 的 。 穩(wěn) 壓 管 正 常 工 作 是 在 反向 擊 穿 區(qū) 。 發(fā) 光 二 極 管 是 一 種 能 把 電 能 直 接 轉(zhuǎn) 換 成 光 能 的 固 體 發(fā) 光 元件 。 發(fā) 光 二 極 管 和 普 通 二 極 管 一 樣 ， 管 芯 由 PN結(jié) 構(gòu) 成 ， 具有 單 向 導(dǎo) 電 性

45、 。實(shí) 物 圖 圖 符 號(hào) 和文 字 符 號(hào)D 單 個(gè) 發(fā) 光 二 極 管 常 作 為 電 子 設(shè) 備 通斷 指 示 燈 或 快 速 光 源 及 光 電 耦 合 器 中的 發(fā) 光 元 件 等 。 發(fā) 光 二 極 管 一 般 使 用砷 化 鎵 、 磷 化 鎵 等 材 料 制 成 。 現(xiàn) 有 的發(fā) 光 二 極 管 能 發(fā) 出 紅 黃 綠 等 顏 色 的 光 。 發(fā) 光 管 正 常 工 作 時(shí) 應(yīng) 正 向 偏 置 ， 因 發(fā) 光 管 屬 于功 率 型 器 件 ， 因 此 死 區(qū) 電 壓 較 普 通 二 極 管 高 ， 其正 偏 工 作 電 壓 至 少 要 在 1.3V以 上 。 發(fā) 光 管 常 用

46、來(lái) 作 為 數(shù) 字 電 路 的 數(shù) 碼 及 圖 形 顯示 的 七 段 式 或 陣 列 器 件 。2. 發(fā) 光 二 極 管 光 電 二 極 管 也 稱 光 敏 二 極 管 ， 是 將 光 信 號(hào) 變 成 電 信 號(hào) 的 半導(dǎo) 體 器 件 ， 其 核 心 部 分 也 是 一 個(gè) PN結(jié) 。 光 電 二 極 管 PN結(jié) 的 結(jié)面 積 較 小 、 結(jié) 深 很 淺 ， 一 般 小 于 一 個(gè) 微 米 。D 光 電 二 極 管 的 正 常 工 作 狀 態(tài) 是 反 向 偏 置 。 在 反 向 電 壓 下 ，無(wú) 光 照 時(shí) ， 反 向 電 流 很 小 ， 稱 為 暗 電 流 ； 有 光 照 射 時(shí) ， 攜 帶

47、能 量 的 光 子 進(jìn) 入 PN結(jié) ， 把 能 量 傳 給 共 價(jià) 鍵 上 的 束 縛 電 子 ，使 部 分 價(jià) 電 子 掙 脫 共 價(jià) 鍵 的 束 縛 ， 產(chǎn) 生 電 子 空 穴 對(duì) ， 稱 光生 載 流 子 。 光 生 載 流 子 在 反 向 電 壓 作 用 下 形 成 反 向 光 電 流 ，其 強(qiáng) 度 與 光 照 強(qiáng) 度 成 正 比 。3. 光 電 二 極 管 光 電 二 極 管 也 稱 光 敏 二 極 管 ， 同樣 具 有 單 向 導(dǎo) 電 性 ， 光 電 管 管 殼 上有 一 個(gè) 能 射 入 光 線 的 “ 窗 口 ” ， 這個(gè) 窗 口 用 有 機(jī) 玻 璃 透 鏡 進(jìn) 行 封 閉 ，入

48、 射 光 通 過(guò) 透 鏡 正 好 射 在 管 芯 上 。實(shí) 物 圖 圖 符 號(hào) 和文 字 符 號(hào) 1.利 用 穩(wěn) 壓 管 或普 通 二 極 管 的 正向 壓 降 ， 是 否 也可 以 穩(wěn) 壓 ？ 2. 現(xiàn) 有 兩 只 穩(wěn) 壓 管 ， 它 們 的 穩(wěn) 定 電 壓 分別 為 6V和 8V， 正 向 導(dǎo) 通 電 壓 為 0.7V。 試問(wèn) ： (1)若 將 它 們 串 聯(lián) 相 接 ， 可 得 到 幾 種穩(wěn) 壓 值 ？ 各 為 多 少 ？ (2)若 將 它 們 并 聯(lián) 相接 ， 又 可 得 到 幾 種 穩(wěn) 壓 值 ？ 各 為 多 少 ？3.在 右 圖 所 示 電 路 中 ， 發(fā) 光 二極 管 導(dǎo) 通 電

49、 壓 UD 1.5V， 正向 電 流 在 515mA時(shí) 才 能 正 常工 作 。 試 問(wèn) 圖 中 開(kāi) 關(guān) S在 什 么位 置 時(shí) 發(fā) 光 二 極 管 才 能 發(fā) 光？ R的 取 值 范 圍 又 是 多 少 ？ 1.4 雙極型三極管 三 極 管 是 組 成 各 種 電 子 電 路 的 核 心 器 件 。 三 極 管 的 產(chǎn) 生 使PN結(jié) 的 應(yīng) 用 發(fā) 生 了 質(zhì) 的 飛 躍 。1. 雙 極 型 三 極 管 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 和 類 型 雙 極 型 晶 體 管 分 有 NPN型 和 PNP型 ， 雖 然 它 們 外 形 各異 ， 品 種 繁 多 ， 但 它 們 的 共 同 特 征 相 同 ：

50、都 有 三 個(gè) 分 區(qū) 、兩 個(gè) PN結(jié) 和 三 個(gè) 向 外 引 出 的 電 極 ：發(fā) 射 極 e發(fā) 射 結(jié) 集 電 結(jié)基 區(qū)發(fā) 射 區(qū) 集 電 區(qū) 集 電 極 c 基 極 b 根 據(jù) 制 造 工 藝 和 材 料 的 不 同 ， 三 極 管 分 有 雙 極 型 和 單 極 型兩 種 類 型 。 若 三 極 管 內(nèi) 部 的 自 由 電 子 載 流 子 和 空 穴 載 流 子 同時(shí) 參 與 導(dǎo) 電 ， 就 是 所 謂 的 雙 極 型 。 如 果 只 有 一 種 載 流 子 參 與導(dǎo) 電 ， 即 為 單 極 型 。NPN型 三 極 管 圖 符 號(hào)大 功 率 低 頻 三 極 管 小 功 率 高 頻 三

51、 極 管中 功 率 低 頻 三 極 管 目 前 國(guó) 內(nèi) 生 產(chǎn) 的 雙 極 型 硅 晶 體 管 多 為 NPN型 (3D系 列 )， 鍺晶 體 管 多 為 PNP型 (3A系 列 )， 按 頻 率 高 低 有 高 頻 管 、 低 頻 管之 別 ； 根 據(jù) 功 率 大 小 可 分 為 大 、 中 、 小 功 率 管 。 PNP型 三 極 管 圖 符 號(hào)圖 中 箭 頭 方 向 為 發(fā) 射 極 電 流 的 方 向 。 2. 雙 極 型 三 極 管 的 電 流 放 大 作 用晶 體 管 實(shí) 現(xiàn) 電 流放 大 作 用 的(1)發(fā) 射 區(qū) 摻 雜 濃 度 很 高 ， 以 便 有足 夠 的 載 流 子 供

52、“ 發(fā) 射 ” 。(2)為 減 少 載 流 子 在 基 區(qū) 的 復(fù) 合 機(jī)會(huì) ， 基 區(qū) 做 得 很 薄 ， 一 般 為 幾 個(gè)微 米 ， 且 摻 雜 濃 度 極 低 。(3)集 電 區(qū) 體 積 較 大 ， 且 為 了 順 利收 集 邊 緣 載 流 子 ， 摻 雜 濃 度 界 于發(fā) 射 極 和 基 極 之 間 。 可 見(jiàn) ， 雙 極 型 三 極 管 并 非 是 兩 個(gè) PN 結(jié) 的 簡(jiǎn) 單 組 合 ， 而 是利 用 一 定 的 摻 雜 工 藝 制 作 而 成 。 因 此 ， 絕 不 能 用 兩 個(gè) 二 極 管來(lái) 代 替 ， 使 用 時(shí) 也 決 不 允 許 把 發(fā) 射 極 和 集 電 極 接 反

53、 。 晶 體 管 實(shí) 現(xiàn) 電 流 放 大 作 用 的UBBRB(1)發(fā) 射 結(jié) 必 須 “ 正 向 偏 置 ” ， 以 利 于 發(fā) 射 區(qū) 電 子 的 擴(kuò) 散 ， 擴(kuò)散電 流 即 發(fā) 射 極 電 流 i e， 擴(kuò) 散 電 子 的 少 數(shù) 與 基 區(qū) 空 穴 復(fù) 合 ， 形成 基 極 電 流 ib， 多 數(shù) 繼 續(xù) 向 集 電 結(jié) 邊 緣 擴(kuò) 散 。UCCRC(2)集 電 結(jié) 必 須 “ 反 向 偏 置 ” ， 以 利 于 收 集 擴(kuò) 散 到 集 電 結(jié) 邊 緣的多 數(shù) 擴(kuò) 散 電 子 ， 收 集 到 集 電 區(qū) 的 電 子 形 成 集 電 極 電 流 ic。 IE ICIB 整 個(gè) 過(guò) 程 中

54、 ，發(fā) 射 區(qū) 向 基 區(qū) 發(fā)射 的 電 子 數(shù) 等 于基 區(qū) 復(fù) 合 掉 的 電子 與 集 電 區(qū) 收 集的 電 子 數(shù) 之 和 ，即 ： 由 于 發(fā) 射 結(jié) 處 正 偏 ， 發(fā) 射 區(qū) 的 多 數(shù) 載 流 子 自 由 電 子 將 不 斷 擴(kuò) 散到 基 區(qū) ， 并 不 斷 從 電 源 補(bǔ) 充 進(jìn) 電 子 ， 形 成 發(fā) 射 極 電 流 IE。 由 于 基 區(qū) 很 薄 ， 且 多 數(shù) 載 流 子 濃 度 又 很 低 ， 所 以 從 發(fā) 射 極 擴(kuò) 散 過(guò)來(lái) 的 電 子 只 有 很 少 一 部 分 和 基 區(qū) 的 空 穴 相 復(fù) 合 形 成 基 極 電 流 IB， 剩下 的 絕 大 部 分 電

55、子 則 都 擴(kuò) 散 到 了 集 電 結(jié) 邊 緣 。 集 電 結(jié) 由 于 反 偏 ， 可 將 從 發(fā) 射 區(qū) 擴(kuò) 散 到 基 區(qū) 并 到 達(dá) 集 電 區(qū) 邊 緣的 電 子 拉 入 集 電 區(qū) ， 從 而 形 成 較 大 的 集 電 極 電 流 IC。只 要 符 合 三 極 管 發(fā) 射 區(qū) 高 摻 雜 、 基 區(qū) 摻 雜 濃 度 很 低 ， 集電 區(qū) 的 摻 雜 濃 度 介 于 發(fā) 射 區(qū) 和 基 區(qū) 之 間 ， 且 基 區(qū) 做 得 很薄 的 內(nèi) 部 條 件 ， 再 加 上 晶 體 管 的 發(fā) 射 結(jié) 正 偏 、 集 電 結(jié) 反偏 的 外 部 條 件 ， 三 極 管 就 具 有 了 放 大 電 流

56、 的 能 力 。 三 極 管 的 集 電 極 電 流 IC稍 小 于 IE， 但 遠(yuǎn) 大 于 IB， IC與 IB的比 值 在 一 定 范 圍 內(nèi) 基 本 保 持 不 變 。 特 別 是 基 極 電 流 有 微 小的 變 化 時(shí) ， 集 電 極 電 流 將 發(fā) 生 較 大 的 變 化 。 例 如 ， IB由 40A增 加 到 50A時(shí) ， IC將 從 3.2mA增 大 到 4mA， 即 ：8010)4050( 10)2.34( 63BC II 顯 然 ， 雙 極 型 三 極 管 具 有 電 流 放 大 能 力 。 式 中 的 值 稱 為三 極 管 的 電 流 放 大 倍 數(shù) 。 不 同 型 號(hào)

57、 、 不 同 類 型 和 用 途 的 三極 管 ， 值 的 差 異 較 大 ， 大 多 數(shù) 三 極 管 的 值 通 常 在 幾 十至 幾 百 的 范 圍 。 由 此 可 得 ： 微 小 的 基 極 電 流 I B可 以 控 制 較 大 的 集 電 極 電 流IC， 故 雙 極 型 三 極 管 屬 于 電 流 控 制 器 件 。 3. 雙 極 型 三 極 管 的 特 性 曲 線 所 謂 特 性 曲 線 是 指 各 極 電 壓 與 電 流 之 間 的 關(guān) 系 曲 線 ， 是 三極 管 內(nèi) 部 載 流 子 運(yùn) 動(dòng) 的 外 部 表 現(xiàn) 。 從 工 程 應(yīng) 用 角 度 來(lái) 看 ， 外部 特 性 更 為

58、重 要 。(1) 輸 入 特 性 曲 線以 常 用 的 共 射 極 放 大 電 路 為 例 說(shuō) 明 U CE=0V UBE /VIB /A0UCE =0VUBB UCCRC+RB令 UBB從 0開(kāi) 始 增 加 IB IE=IBUBE 令 UCC為 0 UCE=0時(shí) 的 輸入 特 性 曲 線UCE為0時(shí) UCE =0.5V U CE=0V UBE /VIB /A0UBB UCCRC+RB令 UBB重新 從 0開(kāi)始 增 加 IB ICUBE 增 大 UCC讓 UCE=0.5VUCE =1V U CE=0.5V UCE=0.5V的特 性 曲 線繼 續(xù) 增大 UCC讓 UCE=1V令 重新 從 開(kāi)始

59、增 加 U CE=1V UCE=1V的特 性 曲 線 繼 續(xù) 增 大 UCC使 UCE=1V以 上 的 多 個(gè) 值 ， 結(jié) 果 發(fā) 現(xiàn) ： 之 后的 所 有 輸 入 特 性 幾 乎 都 與 UCE=1V的 特 性 相 同 ， 曲 線 基 本 不再 變 化 。 實(shí) 用 中 三 極 管 的 UCE值 一 般 都 超 過(guò) 1V， 所 以 其 輸 入 特 性 通常 采 用 UCE=1V時(shí) 的 曲 線 。 從 特 性 曲 線 可 看 出 ， 雙 極 型 三 極管 的 輸 入 特 性 與 二 極 管 的 正 向 特 性 非 常 相 似 。 UCE1V的特 性 曲 線 (2) 輸 出 特 性 曲 線先 把

60、IB調(diào) 到某 一 固 定 值保 持 不 變 。 當(dāng) IB不 變 時(shí) ， 輸 出 回 路 中 的 電 流 IC與 管 子 輸 出 端 電 壓 UCE之 間 的 關(guān) 系 曲 線 稱 為 輸 出 特 性 。 然 后 調(diào) 節(jié) UCC使 UCE從 0增大 ， 觀 察 毫 安 表 中 IC的 變化 并 記 錄 下 來(lái) 。 UCEUBB UCCRCRB ICIBUBE mAA IE 根 據(jù) 記 錄 可 給 出 IC隨 UCE變 化 的伏 安 特 性 曲 線 ， 此 曲 線 就 是 晶 體管 的 輸 出 特 性 曲 線 。IB UCE / VIC /mA0 UBB UCCRCRB ICIBUBE mAA IE

61、再 調(diào) 節(jié) IB1至另 一 稍 小 的固 定 值 上 保持 不 變 。仍 然 調(diào) 節(jié) UCC使 UCE從 0增大 ， 繼 續(xù) 觀 察 毫 安 表 中 IC的 變 化 并 記 錄 下 來(lái) 。UCE 根 據(jù) 電 壓 、 電 流 的 記 錄 值 可 繪出 另 一 條 IC隨 UCE變 化 的 伏 安 特 性曲 線 ， 此 曲 線 較 前 面 的 稍 低 些 。UCE / VIC /mA0 IBIB1IB2IB3IB=0 如 此 不 斷 重 復(fù) 上 述 過(guò) 程 ， 我 們 即 可 得 到 不 同 基 極 電 流 IB對(duì) 應(yīng) 相 應(yīng) IC、 UCE數(shù) 值 的 一 組 輸 出 特 性 曲 線 。輸 出 曲

62、 線 開(kāi) 始 部 分 很陡 ， 說(shuō) 明 IC隨 UCE的 增加 而 急 劇 增 大 。 當(dāng) UCE增 至 一 定 數(shù) 值 時(shí) (一 般 小 于 1V)， 輸 出 特 性 曲 線 變 得 平 坦 ， 表 明 IC基本 上 不 再 隨 UCE而 變 化 。 當(dāng) IB一 定 時(shí) ， 從 發(fā) 射 區(qū) 擴(kuò) 散 到 基 區(qū)的 電 子 數(shù) 大 致 一 定 。 當(dāng) UCE超 過(guò) 1V以后 ， 這 些 電 子 的 絕 大 部 分 被 拉 入 集電 區(qū) 而 形 成 集 電 極 電 流 IC 。 之 后 即使 UCE繼 續(xù) 增 大 ， 集 電 極 電 流 IC也 不會(huì) 再 有 明 顯 的 增 加 ， 具 有 恒 流

63、 特 性 。UCE / VIC /mA0 20 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3 當(dāng) IB增 大 時(shí) ， 相 應(yīng) IC也 增 大 ， 輸 出 特 性 曲 線 上 移 ， 且 IC增 大 的幅 度 比 對(duì) 應(yīng) IB大 得 多 。 這 一 點(diǎn) 正 是 晶 體 管 的 電 流 放 大 作 用 。從 輸 出 特 性 曲 線 可 求 出 三 極 管 的 電 流 放 大 系 數(shù) 。IB=40 A取 任 意 再 兩 條 特 性 曲 線 上 的 平 坦 段 ， 讀 出 其 基 極 電 流 之 差 ；再 讀 出 這 兩 條 曲 線 對(duì) 應(yīng) 的 集 電 極 電 流 之 差 I

64、 C=1.3mA；IC于 是 我 們 可 得 到 三 極 管 的 電 流 放 大 倍 數(shù) ： UCE / VIC /mA0 20 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3輸 出 特 性 曲 線 上 一 般 可 分 為 三 個(gè) 區(qū) ：飽 和 區(qū) 。 當(dāng) 發(fā) 射 結(jié) 和集 電 結(jié) 均 為 正 向 偏 置時(shí) ， 三 極 管 處 于 飽 和狀 態(tài) 。 此 時(shí) 集 電 極 電流 IC與 基 極 電 流 IB之間 不 再 成 比 例 關(guān) 系 ，IB的 變 化 對(duì) IC的 影 響很 小 。截 止 區(qū) 。 當(dāng) 基 極 電流 IB等 于 0時(shí) ， 晶 體管 處 于 截 止 狀 態(tài)

65、。實(shí) 際 上 當(dāng) 發(fā) 射 結(jié) 電壓 處 在 正 向 死 區(qū) 范圍 時(shí) ， 晶 體 管 就 已經(jīng) 截 止 ， 為 讓 其 可靠 截 止 ， 常 使 UBE小 于 和 等 于 零 。 晶 體 管 工 作 在 放 大 狀 態(tài) 時(shí) ， 發(fā) 射 結(jié) 正偏 ， 集 電 結(jié) 反 偏 。 在 放 大 區(qū) ， 集 電 極 電流 與 基 極 電 流 之 間 成 倍 的 數(shù) 量 關(guān) 系 ，即 晶 體 管 在 放 大 區(qū) 時(shí) 具 有 電 流 放 大 作 用 。 4. 雙 極 型 三 極 管 的 電 流 放 大 位 數(shù) 和 極 限 參 數(shù)(1)電 流 放 大 倍 數(shù) BCII(2)極 限 參 數(shù) 集 電 極 最 大 允

66、 許 電 流 ICM CMI UCE / VIC /mA0 IB=043211.52.3 反 向 擊 穿 電 壓 U(BR)CEOceb UCCU(BR ) CEO基 極 開(kāi) 路 指 基 極 開(kāi) 路 時(shí) 集 電 極 與 發(fā) 射 極間 的 反 向 擊 穿 電 壓 。使 用 中 若 超 過(guò)此 值 ,晶 體 管 的集 電 結(jié) 就 會(huì) 出現(xiàn) 。 值 的 大 小 反 映 了 晶 體 管的 電 流 放 大 能 力 。ICICM時(shí) ， 晶 體 管 不 一 定 燒損 ， 但 值 明 顯 下 降 。 集 電 極 最 大 允 許 功 耗 PCMCMP 晶 體 管 上 的 功耗 超 過(guò) PCM， 管子 將 損 壞 。 晶 體 管 的 發(fā) 射 極 和 集 電 極 是不 能 互 換 使 用 的 。 因 為 發(fā) 射 區(qū) 和集 電 區(qū) 的 摻 雜 質(zhì) 濃 度 差 別 較 大 ，如 果 把 兩 個(gè) 極 互 換 使 用 ， 則 嚴(yán) 重影 響 晶 體 管 的 電 流 放 大 能 力 ， 甚至 造 成 放 大 能 力 喪 失 。晶 體 管 的 發(fā) 射 極和 集 電 極 能 否 互換 使 用 ？ 為 什 么 ? 晶 體 管