半导体二极管和晶体管(1)
第1章 半导体二极管和晶体管
型求出 IO 和 UO 的值。
+ UD -
解:
1、理想模型
UO = V = 6 V
E
IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA)
+
2 V ID
R UR
6KΩ
-
2、恒压降模型
UO = E – UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA)
反向击穿电压 I/mA 反向饱和电流
硅几 A
锗几十~几百 A UBR
硅管的温度稳
IS
O
U/V
定性比锗管好 反向 饱和电流
36
（二）极间电容
第三节、半导体二极管
C
1、PN结存在等效结电容
PN结中可存放电荷,相 当一个电容。
PN
+ ui –
R
– 2、对电路的影响：外加交流电源
+
时，当频率高时，容抗小，对PN
14
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
多一个 价电子
4
+5
4
掺杂
4
4
4
15
本征激发
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
4
+5
4
掺杂
正离子
电子
4
4
4
多子-------电子 少子-------空穴
N型半导体示意1图6
第一节、半导体的导电特性
P型半导体
多一个 空穴
4
+3
4
掺杂
4
4
4
17
本征激发
第一节、半导体的导电特性
半导体二极管和三极管 PPT课件
Si
Si
空穴
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
P型半导体的形成过程动画演示
1.1.3 PN结的形成及特性
1. PN结的形成 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气
体、液体、固体均有扩散运动。
1.1.3 PN结的形成及特性 1. PN结的形成
浓度差
多子扩散运动 动
空间电荷区
态
内电场
1.1.3 PN结的形成及特性
2. PN结的单向导电性
（3）PN结的i−u特性
uD
iD IS (enUT 1)
反向偏 置特性
iD/mA 1.0
0.5
正向偏 置特性
其中
iD = -IS
-1.0 -0.5
0.5 1.0 uD/V
IS ——反向饱和电流
PN结单向导电性的I−U特性曲线
n——发射系数，其值1-2。
平
衡
少子漂移运动
PN结：空间电荷区、耗尽层
电子扩散
N ++ + + +
++++
- - -----
P
++++ - - - -
++++ - - - -
空穴扩散
空间电 荷区
++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - -
内电场
1.1.3 PN结的形成及特性 1. PN结的形成
Si
二极管,三极管,晶体管概念和用途
二极管、三极管、晶体管概念和用途一、二极管的概念和用途二极管是一种具有两个电极的半导体器件，它具有单向导电特性。
当施加正向电压时，二极管正向导通，电流通过；当施加反向电压时，二极管反向截止，电流基本不通过。
二极管主要用于整流、稳压、开关和检波等电路中。
1、整流在交流电路中，二极管可以将交流信号转换为直流信号。
通过二极管整流，可以将交流电源转换为直流电源，以满足电子设备对直流电源的需求。
2、稳压二极管还可以作为稳压器使用。
在稳压电路中，通过合理连接二极管和电阻，可以实现对电压的稳定。
3、开关由于二极管具有导通和截止的特性，可以将其应用到开关电路中。
在开关电路中，二极管可以控制电流的通断，实现对电路的控制。
4、检波二极管还可以用作检波器。
在无线电接收机中，二极管可以将射频信号转换为音频信号，实现信息的接收和解调。
二、三极管的概念和用途三极管是一种具有三个电极的半导体器件，分为发射极、基极和集电极。
三极管具有放大、开关等功能，是现代电子设备中不可或缺的器件。
1、放大在放大电路中，三极管可以对输入信号进行放大处理。
通过合理设置电路参数，可以实现对电压、电流和功率等信号的放大。
2、开关与二极管类似，三极管也可以用作开关。
通过控制基极电流，可以实现对集电极与发射极之间的电流通断控制。
3、振荡在振荡电路中，三极管可以实现信号的自激振荡。
通过反馈电路的设计，可以使三极管产生稳定的振荡信号。
4、调制在通信系统中，三极管可以用于信号的调制。
通过三极管的放大和调制功能，可以实现对射频信号等信息的传输。
三、晶体管的概念和用途晶体管是一种半导体器件，是二极管的发展和改进，是现代电子技术的重要组成部分，被广泛应用于放大、开关、振荡和数字逻辑电路等领域。
1、放大晶体管可以作为放大器使用，实现对信号的放大处理。
晶体管的放大能力较强，可以应用于音频放大、射频放大等领域。
2、开关晶体管也可以用作开关。
与三极管类似，晶体管可以实现对电路的控制，用于开关电源、数码电路等领域。
第1章晶体二极管(1)
N型硅
扩散电流密度：
J pd dp( x ) qDp dx
载流子浓度 n0 p0
n(x)
p(x)
J nd
x
dn( x ) ( q ) Dn dx
20
扩散电流是半导体的特有电流。
小结
1.半导体依靠自由电子和空穴两种载流子导电。 本征半导体 存在本征激发和复合，两种载流子电子 和空穴成对出现，其浓度随温度升高迅速增大。
16
四、杂质补偿原理 实际在制作晶体管时，往往是在一种杂质 半导体中掺入浓度更高的另一种杂质。
当NdNa: 本征
当Nd>Na: N型
当Nd<Na: P型
当|Nd-Na|>>ni, 则为杂 质半导体；否则应视为 本征半导体。
17
第1章
晶体二极管
1.1.3 两种导电机理——漂移和扩散
一、漂移与漂移电流
|V反| ，速度 ，动能 ，碰撞。 PN 结掺杂浓度较高(l0 较窄) 发生条件 外加反向电压较小(< 6 V) 齐纳击穿 形成原因： 场致激发。
|V | ，E
，场致激发。
34
第1章
晶体二极管
击穿电压的温度特性
雪崩击穿电压具有正温度系数。
因为 T 载流子运动的平均自由路程 来自外电场的能量 V(BR)。
反向饱和电流
导通电压
30
正向：当V>0,V>>VT(大几倍)时，
I I S (e
V /VT
)
V VT ln I / I S
例：当I2=10I1时，V2=V1+26ln10=V1+60mV 思考：把一个1.5V的干电池直接接到二极 管两端（正偏），会不会发生什么问题？ 反向：当V<0,|V|>>VT(大几倍)时，
第1章-半导体器件基础
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
ui
ui
RL
uo
t
uo t
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
1.2.5 稳压二极管
-
曲线越陡， I
电压越稳
定。
+
UZ
稳压
动态电阻： 误差
r U Z
Z
I Z
rz越小，稳 压性能越好。
UZ
IZ
U IZ IZmax
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
（2）电压温度系数U（%/℃）
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
半导体器件基础知识
半导体基础知识一、半导体本础知识（一）半导体自然界的物质按其导电能力区别，可分为导体、半导体、绝缘体三类。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之前的物质，其电阻率在10-3~109Ω范围内。
用于制作半导体元件的材料通常用硅或锗材料。
（二）半导体的种类在纯净的半导体中掺入特定的微量杂质元素，能使半导体的导电能力大提高。
掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。
根据掺杂元素的性质不同，杂质半导体可分为N型和P型半导体。
（三）PN结及其特性1、PN结：PN结是构成半导体二极管、三极管、场效应管和集成电路的基础。
它是由P型半导体和N型半导体相“接触”后在它们交界处附近形成的特殊带电薄层。
2、PN结的单向导电性：当PN结外加正向电压（又叫正向偏置）时，PN结会表现为一个很小的电阻，正向电流会随外加的电压的升高而急速上升。
称这时的PN结处于导通状态。
当PN结外加反向电压（以叫反向偏置）时，PN结会表现为一个很大的电阻，只有极小的漏电流通过且不会随反向电压的增大而增大，这时的电流称为反向饱和电流。
称这时的PN结处于截止状态。
当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。
3、频率特性由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使PN结短路。
导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。
二、半导体二极管（一）半导体二极管及其基本特性1、半导体二极管：半导体二极管（简称为二极管）是由一个PN结加上电极引线并封装在玻璃或塑料管壳中而成的。
其中正极（或称为阳极）从P区引出，负极（或称为阴极）从N区引出。
以下是常见的一些二极管的电路符号：普通二极管稳压二极管发光二极管整流桥堆2、二极管的伏安特性二极管的伏安特征如下图所示：二极管的伏安特性曲线（二）二极管的分类二极管有多种分类方法1、按使用的半导体材料分类二极管按其使用的半导体材料可分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、磷化镓二极管等。
1半导体器件基础-BJT
80
2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
练习：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。在圆圈中
画出管子，分别说明它们是Si管还是Ge管。
解题思路与分析： （1）BJT硅管和锗管主要区别 硅管发射结导通电压约为0.7V 锗管发射结导通电压约为0.2V （2）放大电路中的BJT，管脚电位居中的为基极 电位与之相差为0.7V(硅管)或0.2V(锗管)的管脚为发射极 另一极可确定为集电极 （3）处于放大状态时，NPN与PNP管各极电压区别 NPN：UC > UB > UE （集电极电位最高） PNP：UE > UB > UC （集电极电位最低）
模拟电路基础课程组
85
2.5 BJT的主要参数
• 课堂练习
某晶体管的极限参数PCM = 200 mW，ICM = 100 mA，U(BR)CEO = 30 V， 若它的工作电压UCE为10 V，则工作电流不得超过 20 mA；若工作电 流IC = 1 mA，则工作电压不得超过 30 V。
模拟电路基础课程组
68
2.1 双极型晶体管简介
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
• BJT的结构与符号
在同一片半导体晶体基片上，按类似夹心饼干的样式做出P型半导体和N型半 导体，并且在结构和工艺上满足一定的要求，就可以制作出双极型晶体管。 BJT分为NPN型和PNP型。
BJT有三个极、三个区、两个PN结
模拟电路基础课程组
86
讨论
模拟电路基础课程组
86
讨论
模拟电路基础课程组
86
讨论
模拟电路基础课程组
86
University of Electronic Science and Technology of China
第7章 半导体器件
7.1 7.2 7.3 半导体二极管 半导体三极管 场效应晶体管
主页面
！
重点：
二极管的单向导电性 三极管的电流放大作用及三极管的 特性曲线
7.1 半导体二极管
7.1.1本征半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 导电能力
对温度的反应 非常灵敏
受光照非 常敏感
在纯净的半导体中掺 入微量的杂质（指其 他元素），它的导电 能力会大大增强
7.2.1三极管的基本结构、符号
PNP
集电极 C 集电极 C
NPN
C
C
集电区P 集电结 B 基极 基区N 发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结 发射区P E 发射极
B
B 基极
集电区N 集电结 基区P 发射结 发射区N E 发射极
B
E
E
集电区尺寸 比发射区大
C
集电极 N
基区很薄，杂 质浓度最低
B
基极 E
P
N
发射极
发射区杂质 浓度高
内电场 反向电流
PN 结单向导电性
PN 结具有单向导电性 。 PN 结加正向电压时，电路中有较大电流流过， PN 结导通； PN 结加反向电压时，电路中电流很小， PN 结截 止。
7.1.4半导体二极管
1.结构
硅二极管
按材料不同分 锗二极管 分类 点接触型
阳极 VD
阴极
按结构不同分
面接触型
2.二极管的伏安特性
要有良好接地。场效应管通常
漏极与源极互换使用，但有些
产品源极与衬底已连在一起，
这时漏极与源极不能互换。
画出图示电路输出电压波形。
VD + R ui － US + uo －
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2021/3/6
34
3、晶体管的极限参数
1） 集电极最大允许电流ICM 三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流， 一般指β下降到正常值的2/3时所对应的集电极电
流。
2） 集电极最大允许耗散功率PCM
※ PCM 表示集电极上允许损耗功率的最大值。 超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。 PCM值与环 境温度有关，温度愈高，则PCM值愈小。
（emitter） e
N
P
N （collecctor ）
c
发射极 发射区 基区 集电区 集电极
b
NPN
b（base）
e
基极
(a) NPN管的原理结构示意图 (b) 电路符号
2021/3/6
2
晶体管的结构
2021/3/6
3
符号中发射极上的箭 头方向，表示发射结 正偏时电流的流向。
c b
PNP
e
(a) PNP型三极管的原理结构
(b) 电路符号
2021/3/6
4
P
c
集电区 集电极
发射区
b ＊基极结构特点
(a)
c 1、三区两c 结 2、基b 区很薄
发射结 集电区
e
b
N＋
P
N型外延 N＋衬底
绝S缘i O层2
集电结 基区
3、e区重掺杂
e NP N
c区轻PN掺eP 杂
(b) b区掺杂最轻
c
图：平面管(c结) 构剖面图
4、集电区的面积则比发射区做得大，这是三 极管实现电流放大的内部条件。
，
1截至，2放大，3饱和
2021/3/6
39
β ＝100，β ＝50
2021/3/6
37
作业：4.16 测得放大电路中六只晶体管的直流电位如 图4.16所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管 还是锗管。
2021/3/6
38
作业：4.17 电路如图所示，晶体管导通时
，β=50。试分析
为0V、1V、3V三种情况下T 的工作状态及输 出电压的值。
(2) 1> uCE >0时，uCE↑，曲线右移，特别工作在饱和区时，移动量 更大。
（3）当 vCE>1V以后，由于集电结的反偏电压可以在单位时间内将 所有到202达1/3/集6 电结边上的载流子拉到集电极，故iC不随vCE变化，19所 以同样的vBE下的 iB不变，特性曲线几乎重叠。
么么么么方面
2021/3/6
21
iC/mA
uCE＝uBE 4
IB＝40¦ÌA
饱3 和 区2
放 30¦ÌA
大 20¦ÌA
区
10¦ÌA
1
0¦ÌA iB＝－ICBO
0
5
10
15
uCE/V
截止区
共射输出特性曲线
2021/3/6
22
一、放大区 饱 和
★发射结正向偏置，区 集电结反向偏置
iC/ mA uCE＝uBE
4 放
2021/3/6
27
3、截止区 饱 和 区
★发射结和集电结 均反向偏置
iC/ mA uCE＝uBE
4 放
3 大
2 区
1
0
5
IB＝40A
30A
20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
iB =-iCBO （此时iE =0 ）以下称为截止区。 工程上认为：iB =0 以下即为截止区。
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏)
2021/3/6
25
iC/ mA
饱 和
4
区
3
uCE＝uBE 放
大
2
区
1
0
5
IB＝40A
I C1
30A
b
20A
IB
10A
RB
0A iB＝－ICBO
IEP
UBB 10 15 uCE/ V
2021/3/6
5
4.3.2 晶体管的电流放大原理
（以NPN管为例）
1、放大状态下晶体管中载流子的运动
BJT 处于放大状态的条件： 内部条件：
发射区重掺杂(故管子e、 c极不能互换) 基区很薄(几个m) 集电结面积大 外部条件： 发射结正偏 集电结反偏
2021/3/6
6
对晶体管 发射区的作用是：向基区注入载流子； 基区的作用是：传送和控制载流子； 集电区的作用是：收集载流子。
输入特性曲线
输出特性曲线
16
下面以共射极电路为测试电路
RC
＋
iC mA
－
RB
iB
μA
＋＋
UCC
UBB
uBE V
V uCE
－－
2021/3/6
17
RC
1 共射极输入特性曲线
＋
iC mA
RB
iB
－
共管射的组输态入晶特体性：UBB
μA
＋＋
UCC
uBE V
V uCE
－－
它的是基指极一电定流集IB与电发极射和结发电射压极U电BE压之U间CE的下关，系三曲极线管。
2021/3/6
35
3）集电极—发射极间的反向击穿电压U(BR)CEO
U(BR)CEO指基极开路时，集电极—发射极间的 反向击穿电压。
2021/3/6
36
作业：4.15 现测得放大电路中两只管子两个电极的 电流如图4.15所示。分别求另一电极的电流，标出其 方向，并在圆圈中画出管子，且分别求出它们的电 流放大系数β。
3 大
2
区
1、基极电流 iB 对集电 1
极电流 iC 的控制作用 0
5
很强
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
IC
I B
uCE 常数
在数值上近似等于β
问题：特性图中β=？ β=100
2021/3/6
23
放大区
2、uCE 变化时, iC 影响很小（恒 流特性）
iB f (uBE ) uCE 常数
2021/3/6
18
iB/μA UCE＝0 UCE≥1
90
IC
c
I C1
ICN
N
60
b
IB
30
RB
0 0.5 0.7 0.9 uBE/V UBB
IEP
IBN
P
N IEN e IE
RC UCC
(1) 当vCE=0V时，晶体管相当于两个并联二极管，i B 很大，曲线明显左移。
• UCE(sat) = 0.3V （小功率Si管） ；
• UCE(sat) = 0.1V （小功率Ge管） 。
iC/ mA uCE＝uBE
4 放
3 大
2 区
1
0
5
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
（3）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管 类似于一个开关“导通”。
管内载流子的运动情况如下图所示。
2021/3/6
7
2021在/3三/6集极电另管结外内23上,有.基电集1两存为.区发子电种在双集射在区载极漂电流区基收型移区子向区集三运参本极基中扩动与身管区的散，导，存注扩过电由记在入散来，此为的电故与的B形少J称子复T电成此子合子电种，流三极ICB管O 8
外加偏置电压要求
• Sds绝对是假的
2 共射极输出特性曲线
共射组态晶体管的输出特性： 它是指一定基极电流IB下，三极管的输出 回路集电极电流IC与管压降UCE之间的关 系曲线。
iC f uCE iB 常数
典型的共射输出特性曲线如图所示。由 图可见，输出特性可以划分为三个区域， 对应于三种工作状态。现分别讨论如下。
2021/3/6
32
一、电流放大系数
1、共射直流放大系数
IC
IB
2、共射交流放大系数 iC
iB
常认为：
2021/3/6
33
• 二、
• 1集电极—基极反向饱和电流ICBO • ICBO指发射极开路时，集电极—基极间
的反向电流，称为集电极-基极反向饱 和电流。
• 2集电极—发射极反向饱和电流ICEO • O指基极开路时的集电极电流，称
2021/3/6
28
截止区 iC
※若不计穿透电流ICEO， 有iB、iC近似为0；
c ICBO
b
♀三个电极的电流都很 R iB
B
小，三极管类似于一
IEBO
N
R C
P 15V UCC
N
个开关“断开”。 UBB
e iE
2021/3/6
图2-7 截止区载流子运动情况
29
如何判断三极管的电极、管型和材料
2021/3/6
14
晶体管在电路中的连接方式
iB
b 输入 回路
iC
c
输出 回路
iB b
iE
e
iE
e
iC c
e
(a)共发射极
c
(b)共集电极
b
(c)共基极
晶体管的三种基本接法（组态）
2021/3/6
15
晶体管的特性曲线
概 念 特性曲线是 指各电极之 间的电压与 电流之间的 关系曲线