第3讲 半导体基础知识-三极管讲解
三极管工作原理(详解)
不设置正确的静态：
输出电压必然失真！
设置合适的静态工作点，主要是为了解决失真问题； 但Q点将影响所有动态参数！
4.2.3 两种实用放大电路
1.直接耦合放大电路
将两个电源 问题： 合二为一 静态时，U BEQ U Rb1 1、两种电源 2、信号源与放大电路不“共地” 动态时， uBE＝uI＋URb1 共地，且要使信号 驮载在静态之上
晶体管三个电极的电流有一定关系，公式如下
IE ＝ IB ＋IC
三极管的三种放大电路
当晶体管被用作放大器使用时，其中两个电极用作信号 (待放大信号) 的输入端子；两个电极作为信号 (放大后的 信号) 的输出端子。 那么，晶体管三个电极中，必须有一 个电极既是信号的输入端子，又同时是信号的输出端子， 这个电极称为输入信号和输出信号的公共电极。 按晶体管公共电极的不同选择，晶体管放大电路有 三种：共基极电路 ( Common base circuit)、共射极电 路(Common emitter circuit) 和 共集极电路(Common collector circuit)，如下图示。
三极管截止状态
a)基极(B)不加偏压使
(b)基极(B)加上反向偏
c)此时集极(C)与射极(E)
基极电流IB等于零
压使基极电流IB等于零
之间形同段路，负载无 电流通过
三极管饱合状态
当三极管之基极加入高电平时，因为IC≒IE=β×IB，射极和集极的电流 亦非常大，此时集极与射极之间的电压降非常低(VCE为0.4V以下)，其 意义相 当于集极与射极之间完全导通，此一状态称为三极管饱合状态
向偏置。
共射极放大电路
半导体基础知识PPT培训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
半导体基础知识
结电容： C j Cb Cd
清华大学 华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
导通电压
0.6~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 u i IS (eU T 1) 正向特性为
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
材料
硅Si 锗Ge
半导体、二级管和三极管概述
PN结加反向电压
PN结加反向电压时， 内建电场被增强，势垒 高度升高，空间电荷区 宽度变宽。这就使得多 子扩散运动很难进行， 扩散电流趋于零；
而少子漂移运动处于优势，形成微小的反向的电流。
流过PN结的反向电流称为反向饱和电流(即IS)， PN结呈现为大电阻。由于IS很小,可忽略不计,所 以该状态称为：PN结反向截止。 总结 PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电 流， PN结导通；PN结加反向电压时，仅有很小的 反向饱和电流IS，考虑到IS≈0，则认为PN结截止。
基区空穴 的扩散
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动Байду номын сангаас成基极电 流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
电流分配：
IE＝IB＋IC
IE－扩散运动形成的电流 IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC IB
iC iB
交流电流放大系数
I CEO (1 ) I CBO
稳压管的伏安特性
稳压管的主要参数 稳定电压Uz：Uz是在规定电流下稳压管的反向击 穿电压。 稳定电流IZ：它是指稳压管工作在稳压状态时， 稳压管中流过的电流，有最小稳定电流IZmin和最大 稳定电流IZmax之分。
（6）其它类型二极管 发光二极管：在正向导通其正向电流足够大时， 便可发出光，光的颜色与二极管的材料有关。广 泛用于显示电路。
图4 本征半导体中 自由电子和空穴
本征半导体的载流子的浓度 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空 穴对的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就 会填补空穴，使两者同时消失。 在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与 空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达 到动态平衡。即在一定温度下本征半导体的浓度是 一定的，并且自由电子与空穴浓度相等。
常用电子元件器件系列知识-三极管
电子元器件系列知识--三极管晶体三极管的结构和类型晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。
基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。
发射极箭头向外。
发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管的封装形式和管脚识别常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，如图对于小功率金属封装三极管，按图示底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为e b c；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为e b c。
目前，国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。
晶体三极管的电流放大作用晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。
这是三极管最基本的和最重要的特性。
我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。
电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
晶体三极管的三种工作状态截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。
《三极管基本知识》PPT课件
4
放
3
2
大
100A
80A 60A 40A
1
区
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
截止区
IC(mA ) 4 3
2
此1区00域A中 :
IB=800,IC=AICEO,U
B称E<为6死0截区A止电区压。，
40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
二、输出特性
IC(mA )
此区域满
ICBO A
ICBO是集
电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。
3.集电极最大电流ICM
集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，
当值下降到正常值的三分之二时的集电极电
流即为ICM。
4.集-射极反向击穿电压
当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，
三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、
注意：β和β数值很接近，通常不将他们严格区分。
四、三极管的特性曲线
IB
A RB
V UBE
RP
EB
IC mA
EC
V UCE
实验线路
一、输入特性
IB(A) 80 60 40
20
死区电压，
0.4
硅管0.5V
工作压降： 硅管 UBE0.6~0.7V
0.8 UBE(V)
一、输入特性
输入特性描述的是三极管基极电流IB和发射结两端电压UBE 之间的关系。
nnp发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极ppn发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极becnnp基极发射极集电极npn型pnp集电极基极发射极bcepnp型becnpn型becpnp型二极管检测用数字万用表测试二极管时是测量二极管的正向压降
三极管的基本知识
三极管的基本知识概念：半导体三极管也称双极型晶体管,晶体三极管,简称三极管,是一种电流控制电流的半导体器件。
作用:把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 作无触点开关。
三极管工作原理半导体电子器件，有两个PN结组成，可以对电流起放大作用，有3个引脚，晶体三极管分别为集电极（c)，基极（b)，发射极（e），有PNP和NPN型两种，以材料分有硅材料和锗材料两种，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。
三极管的三种工作状态截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。
放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。
饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。
三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
主要参数特征频率f T当f= f T时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率f大于f T,电路将不正常工作.工作电压/电流用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围.h FE电流放大倍数.V CEO集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压.P CM最大允许耗散功率.晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，在常见电路中有三种接法。
为了便于比较，将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下表，供大家参考。
名称共发射极电路共集电极电路（射极输出器）共基极电路输入阻抗中（几百欧～几千欧）大（几十千欧以上）小（几欧～几十欧）输出阻抗中（几千欧～几十千欧）小（几欧～几十欧）大（几十千欧～几百千欧）电压放大倍数大小（小于1并接近于1）大电流放大倍数大（几十）大（几十）小（小于1并接近于1）功率放大倍数大（约30～40分贝）小（约10分贝）中（约15～20分贝）频率特性高频差好好应用多级放大器中间级低频放大输入级、输出级或作阻抗匹配用高频或宽频带电路及恒流源电路应用NPN型三极管相当于常闭型水龙头，在没有用力打开水闸时，水龙头是关着的，NPN型三极管在基极（b）没有电压或接地时，集电极（c）到发射极（e）是关掉的，处于断路状态。
详解npn三极管的原理和应用
详解npn三极管的原理和应用一、npn三极管的原理npn三极管（NPN Transistor，NPN: Negative-Positive-Negative）是一种常见的双极型晶体管，属于半导体器件的一种。
它由两个P型半导体夹一个N型半导体构成。
以下是npn三极管的工作原理：1.基本结构：npn三极管由Emitter（发射极）、Base（基极）和Collector（集电极）三个区域组成。
NPN的发射极是N型半导体，Base是P 型半导体，Collector是N型半导体。
2.工作原理：当正向偏置电压(VBE)施加在Base和Emitter之间时，电流开始流动，因为N型发射极区域的多数载流子向P型基区域移动。
这被称为发射级。
当Collecto极施加一个正向电压(VCE)时，集电极区域的大多数载流子也向基区域移动。
这个区域称为集电级。
3.放大特性：npn三极管是一种放大器，输入电流的改变可以通过控制输出电流来放大。
这种放大效应是由于发射级和集电级之间的关系产生的。
二、npn三极管的应用npn三极管有很多应用，包括以下几个方面：1. 放大器npn三极管可以作为电流放大器，将小信号放大到更大的电流。
通过调节输入电流，可以控制输出电流的放大倍数。
这使得npn三极管可以在许多电子设备中用作声音放大器、电视和无线通信设备等。
2. 开关由于npn三极管具有电流放大特性，它也可以用作开关。
当基极-发射极间的电压(VBE)达到一定的阈值时，三极管会打开，导通电流。
当电压低于阈值时，三极管关闭，断开电流。
这使得npn三极管能够在数字电路中用作开关，实现许多逻辑电路。
3. 震荡器npn三极管可以构成震荡器，用于产生特定频率的振荡信号。
这种振荡器常用于无线电和通信设备中。
4. 温度传感器由于npn三极管的输入电流和输出电流之间有温度相关的特性，故npn三极管可以用作温度传感器。
温度变化会导致npn三极管的电流变化，通过测量这种变化可以获得温度信息。
半导体基础知识.
可以通过改变uGS来控制iD的大小。
漏极电流受栅-源电压的控制
电压控制元件
总结
1、场效应管是电压控制元件。 2、当uDS增加，使uDS = uGS - Vp时，d—s间预夹断。
3、预夹断前， uDS < uGS - Vp ，对应于不同的uDS ，d— s间等效成不同阻值的电阻。
4、预夹断后，uDS > uGS - Vp ，iD几乎只取决于uGS，与 uDS无关，d—s间可视为受uGS控制的电流源。
uGD > VP
uGD = VP
预夹断
预夹断前：
iD uDS
uGS 常 数
d - s间呈电阻特性 预夹断后：
uDS iD增大
uGD < VP
抵消
导电沟道电阻增大
iD与uDS无关，几乎只由uGS决定
iD不变
恒流特性
（3）当uGD<Vp时, uGS对iD的控制作用
在uGD<Vp，即uDS> uGS-Vp时, 当uDS为一常量时，对应于确 定的uGS，就有确定的iD。
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生 变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电 相同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载 流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释 放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
1. 伏安特性
由一个PN结组成， 反向击穿后在一 定的电流范围内 端电压基本不变， 为稳定电压。
限流电阻
进入稳压区的最小电流
2. 主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ
不至于损坏的最大电流
三极管基础知识
三极管基础知识三极管是一种半导体器件，也是电子电路中最常用的元件之一。
它由三个掺杂不同材料的半导体层构成，分别为发射极、基极和集电极。
三极管的主要作用是放大电流和控制电流，因此被广泛应用于放大器、开关电路、振荡器等电子电路中。
三极管的结构三极管的结构可以分为PNP型和NPN型两种。
PNP型三极管的结构是以P型半导体为基底，两个N型半导体夹在中间，形成一个NPN结构。
NPN型三极管的结构则是以N型半导体为基底，两个P型半导体夹在中间，形成一个PNP结构。
在三极管中，发射极和集电极之间的区域被称为“空间电荷区”，而基极则是控制电流的关键部分。
三极管的工作原理三极管的工作原理可以用PNP型三极管为例来说明。
当PNP型三极管的发射极接通正电压，基极接通负电压时，发射极和基极之间的空间电荷区会变窄，电子就可以从发射极流向基极。
当基极电压变化时，空间电荷区的宽度也会发生变化，从而控制电子的流动。
当基极电压足够大时，空间电荷区会变得非常窄，电子就可以从基极流向集电极，从而放大电流。
三极管的放大作用三极管的放大作用是通过控制基极电流来实现的。
当基极电流变化时，空间电荷区的宽度也会发生变化，从而控制电子的流动。
当基极电压足够大时，空间电荷区会变得非常窄，电子就可以从基极流向集电极，从而放大电流。
因此，三极管可以将微弱的信号放大成较大的信号，从而实现放大作用。
三极管的开关作用三极管的开关作用是通过控制基极电流来实现的。
当基极电流为零时，三极管处于关闭状态，集电极和发射极之间的电阻非常大，电流无法通过。
当基极电流足够大时，三极管处于开启状态，集电极和发射极之间的电阻非常小，电流可以通过。
因此，三极管可以用作开关电路，实现电路的开关控制。
三极管的振荡作用三极管的振荡作用是通过控制基极电流来实现的。
当基极电流变化时，空间电荷区的宽度也会发生变化，从而控制电子的流动。
当基极电压足够大时，空间电荷区会变得非常窄，电子就可以从基极流向集电极，从而放大电流。