电工学简明教程第三版课件9章

[例 1] 图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？R 是限流电 阻，其值是否合适？
[解]
IZ

20 12 1.6 103
A

5 103
A

5
mA
IZ < IZM ，电阻值合适。
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9.4 双极型晶体管
9.4.1 基本结构
BE
二氧化硅保护膜
E 铟球
N 型硅 P 型硅 N 型硅
稳压二极管的主要参数有下面几个：
9.3.1 稳定电压 UZ
9.3.2 电压温度系数 U
9.3.3 动态电阻 rZ
rZ

U Z I Z
9.3.4 稳定电流 IZ
9.3.5 最大允许耗散功率 PZM
+20 V IZ
IZ R = 1.6 k
UZ = 12 V
DZ
IZM = 18 mA
例9.3.1的图
O
U/V
电压在一定范围内变化时，反向电 流很小。当反向电压增高到击穿电
+ IZ
压时，反向电流突然剧增，稳压二 极管反向击穿。此后，电流虽然在
IZ 反向
很大范围内变化，但稳压二极管两
IZM
端的电压变化很小。利用这一特性，
稳压二极管在电路中能起稳压作用。
UZ
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下图给出了起放大作用时晶体管中电流实际方向和发射结与 集电结的实际极性。
NPN 型晶体管
IC
IB B +
C+
T E
UCE

UBE

IE
PNP 型晶体管
IC
IB B +
C+ T UCE
E
UBE

IE
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对于 NPN 型晶体管应满足：
UBE > 0 UBC < 0 即 VC > VB > VE
空穴 价电空子位填补空位
Si
SBBi
Si
SSii
Si
Si
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9.1.3 PN 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。
PN结
P区
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第 9 章 二极管和晶体管
9.1 半导体的导电特性 9.2 二极管 9.3 稳压二极管 9.4 双极型晶体管 9.5 光电器件
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9.1 半导体的导电特性
9.1.1 本征半导体
本征半导体就是完全纯净的、具有 晶体结构的半导体。
引线
外壳 触丝 N 型锗
正极引线 铝合金小球 PN 结
N型锗
金锑合金 底座
负极引线
正极 负极
点接触型
面接触型
表示符号
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9.2.2 伏安特性
二极管和 PN 结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线 可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电 压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压 称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为 0.5 V。导通时的正 向压降，硅管约为 0.6 ~ 0.7 V。
DA DB
Y R
在这里，DA 起钳位作用，将
–12V
输出端电位钳制在 +2.7 V。
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[例 2]
D2 D1
6V 3k 12V
A + UAB –B
求：UAB 两个二极管的阴极接在一 起取 B 点作参考点，断开 二极管，分析二极管阳极 和阴极的电位。
V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵ UD2 > UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降, 二极管可看作短路, UAB = 0 V
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(2) P型半导体
在硅或锗的晶体中掺 入三价元素硼，在组成共 价键时将因缺少一个电子 而产生一个空位，相邻硅 原子的价电子很容易填补 这个空位，而在该原子中 便产生一个空穴，使空穴 的数量大大增加，成为多 数载流子，电子是少数载 流子，将这种半导体称为 P 型半导体。
+ V UBE
E
+
V UCE
mA IE

EC
生变化，测量结果如下表：

EB 基极电路
集电极电路
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IC
mA
IB
C
A
B 3DG100
RB
+ V UBE
E
+
V UCE
mA IE

EC

EB 基极电路
集电极电路
晶体管电流测量数据
IB/mA
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
E
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② 外加反向电压
外多电数场载驱流使子空自空的间由间扩电电电荷散荷子区运区移变动两走宽难侧于的进空行穴和
P区
N区
IR
内电场方向
R
少数载流子越过 PN 结形成
外电场方向
很小的反向电流
E
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9.2 二极管
9.2.1 基本结构
将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。 按结构分，有点接触型和面接触型两类。
硅管的伏安特性
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锗管死区电压为 0.1V，导通时的正向压降为 0.2 ~ 0.3 V。
I / mA
15 10 5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 U / V
–0.02
锗管的伏安特性
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9.2.3 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
的公共端。实验中用的是 NPN 型管，为了使晶体管具有放大作
用，电源 EB 和 EC 的极性必须使发射结上加正向电压(正向偏
置)，集电结加反向电压(反向偏置)。
IC
mA
设 EC = 6 V；
IB
C
A
B 3DG100
改变可变电阻 RB ，则基 极电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE都发
RB
N区
内电场方向 N区的电子向P区扩散并与空穴复合
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(2) PN 结的单向导电性
① 外加正向电压 外电场驱使空P间区电的N荷空区区穴变电进窄子入进空入间空间电荷区
P区
电荷区抵消一部分抵负消空一间部电分荷正空间电荷
N区
I
内电场方向
扩散运动增强，形
外电场方向
R
成较大的正向电流
IC/mA < 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
IE/mA < 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
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结论：(1) IE IC IB
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
用得最多的半导体是硅或锗,它们 都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形 成单晶体后，便形成共价键结构。在获 得一定能量(热、光等)后，少量价电子 即可挣脱共价键的束缚成为自由电子， 同时在共价键中就留下一个空位，称为 空穴。自由电子和空穴总是成对出现, 同时又不断复合。
共价键
自由电子 空穴
Si
Si
Si
Si
导通 截止
设二极管是理想的， 正向导通时二极管相当于短路， 反向截止时二极管相当于断开。
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低 或所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
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电子移动方向
Si
Si
i
可见在半导体中有自由电 子和空穴两种载流子，它们都 能参与导电。
空穴移动方向
外电场方向
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9.1.2 N 型半导体和 P 型半导体
本征半导体中由于载流
子数量极少，导电能力很低。
如果在其中掺入微量的杂质
Si
(某种元素)将使其导电能力
本征半导体中自由 电子和空穴的形成
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在外电场的作用下，自由 电子逆着电场方向定向运动形 成电子电流。带正电的空穴吸 引相邻原子中的价电子来填补， 而在该原子的共价键中产生另 一个空穴。空穴被填补和相继 产生的现象，可以看成空穴顺 着电场方向移动，形成空穴电 流。
IB / A
80 60 40 20
UCE ≥ 1V
0
0.4 0.8 UBE / V
3DG100
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(2) 输出特性曲线
输出特性曲线是指当基极电流 IB 为常数时，输出电路(集电极
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(2) PNP 型三极管
集电极 C
C NP
T