第一章第四节电子器件及电路

第4节电子器件及电路4.2二极管4.3稳压管4.4三极管4.5晶闸管4.1半导体特性退出4.1半导体的导电特性本征半导体：纯净的、晶体结构4.1.1本征半导体自由电子空穴共价键SiSiSiSi本征半导体中自由电子和空穴的形成硅或锗：四价空穴移动方向电子移动方向外电场方向SiSiSiSiSiSiSi4.1.2N型和P型半导体1.N型半导体自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子2.P型半导体掺三价元素硼，空穴多数载流子，电子是少数载流子SiSiSiSiSiSiSiB空位B空穴价电子填补空位4.1.3PN结及其单向导电性1.PN结的形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。P区N区N区的电子向P区扩散并与空穴复合PN结内电场方向2.PN结的单向导电性(1)外加正向电压内电场方向E外电场方向RIP区N区外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄扩散运动增强，形成较大的正向电流P区N区内电场方向ER空间电荷区变宽外电场方向IR2.外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过PN结形成很小的反向电流多数载流子的扩散运动难于进行返回4.2半导体二极管4.2.1基本结构按结构分：有点接触型和面接触型两类。点接触型表示符号正极负极金锑合金面接触型N型锗正极引线负极引线PN结底座铝合金小球引线触丝N型锗外壳4.2.2伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性I/mAU/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02锗管的伏安特性04.2.3主要参数1.最大整流电流IOM最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向工作峰值电压URWM它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。3.反向峰值电流IRM它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。4.3稳压管稳压管面接触型半导体硅二极管I/mAU/VOUZIZIZM+正向+反向UZIZ1.稳定电压UZ2.稳定电流IZ3.最大允许耗散功率PZMRLioD4D3D2D1~+u+uoRLio工作原理：在u的正半周，D1和D3导通，D2和D4截止(相当于开路)电流的通路如图中红色箭头所示。D4D3D2D1~+u+uo+–RLD4D3D2ioD1在u的负半周，D2和D4导通，D1和D3截止(相当于开路)，电流的通路如图中绿色箭头所示。~+u+uo+–totototo2323Im2233uD1uD3uD4uD2uOuuDiO平均值0O)(d)sin(21ttUUUU9.022U2U2U2承受的最高反向电压为UU2DRM+uoRLio~+u4.4半导体三极管4.4.1基本结构N型硅二氧化硅保护膜BECN型硅P型硅(a)平面型N型锗ECB铟球铟球PP(b)合金型返回1.NPN型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极B发射极EP不论平面型或合金型，都分成NPN或PNP三层，因此又把晶体管分为NPN型和PNP型两类。ECB符号T集电区集电结基区发射结发射区N集电极C发射极E基极BNPPN2.PNP型三极管CBET符号4.4.2电流分配和放大原理发射结正向偏置，集电结反向偏置。mAAVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100基极电路集电极电路BCEIIIBCIIIC和IE比IB大得多IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA0.0010.701.502.303.103.95IE/mA0.0010.721.542.363.184.05晶体管电流测量数据结论：(1)BCEIII符合基尔霍夫定律(2)IC和IE比IB大得多。从第三列和第四列的数据可得,5.3704.050.1BCII3.3806.030.2BCII这就是晶体管的电流放大作用。称为共发射极静态电流(直流)放大系数。电流放大作用还体现在基极电流的少量变化IB可以引起集电极电流较大的变化IC。4002.080.004.006.050.130.2BCII式中，称为动态电流(交流)放大系数+UBEICIEIBCTEB+UCENPN型晶体管+UBEIBIEICCTEB+UCEPNP型晶体管对于NPN型三极管应满足:UBE0UBC0即VCVBVE对于PNP型三极管应满足:UEB0UCB0即VCVBVE4.4.3特性曲线1.输入特性曲线IB=f(UBE)。O0.40.8IB/AUBE/VUCE≥1V604020803DG1002.输出特性曲线IC=f(UCE)(1)放大区NPN：UBE0，UBC0UCEUBEBCIIICEC=UCCIBRB+UBE+UCEEBCEB共发射极电路IC/mAUCE/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O3691243212.31.5放大区饱和区截止区(2)截止区IC0UCEUCC(3)饱和区UCE0ICUCC/RCIC/mAUCE/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O3691243212.31.5放大区晶体管的三种工作状态如下图所示+UBE0ICIB+UCE(a)放大UBC0+IC0IB=0+UCEUCC(b)截止UBC0++UBE0+UBE0IB+UCE0(c)饱和UBC0+CCCCRUI4.4.4主要参数1.电流放大系数，2.集—基极反向截止电流ICBOICBO是当发射极开路时流经集电结的反向电流，其值很小。3.集—射极反向截止电流ICEOICEO是当基极开路(IB=0)时的集电极电流，也称为穿透电流，其值越小越好。4.集电极最大允许电流ICM当值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。4.4.4主要参数1.电流放大系数，5.集—射反相击穿电压U(BR)CEO6.集电极最大允许耗散功率PCM基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集—射反相击穿电压U(BR)CEO。当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率，称为集电极最大允许耗散功率PCM。ICICMU(BR)CEOUCEPCMOICEO安全工作区由ICM、U(BR)CEO、PCM三者共同确定晶体管的安全工作区。返回