“模擬電子技術”特點處理對象：模擬信號處理目的：放大、穩定、濾波、產生信號分析方法：工程分析方法（抓住主要因素，忽略次要因素）難點：交流、直流疊加，工程分析方法學習方法：認真聽講、多做練習主要內容半導體器件基礎二極管的工作原理、分析方法三極管的工作原理、分析方法場效應管的工作原理、分析方法

基本放大電路差分放大電路集成運算放大電路負反饋放大電路功率放大電路器件電路學習方法：基本內容的處理原則：電子器件——管——外部特性基本電路——路——學習重點應用電路——用——廣泛了解原則：三者結合，管為路用，以路為主第14章半導體二極管和三極管本章要求：一、理解PN結的單向導電性，三極管的電流分配和電流放大作用；二、了解二極管、穩壓管和三極管的基本構造、工作原理和特性曲線，理解主要參數的意義；三、會分析含有二極管的電路。

學會用工程觀點分析問題，就是根據實際情況，對器件的數學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。

對電路進行分析計算時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數值。器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。

對于元器件，重點放在特性、參數、技術指標和正確使用方法，不要過分追究其內部機理。討論器件的目的在于應用。導體、半導體和絕緣體一、導體自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。二、絕緣體有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。三、半導體另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。14.1半導體的導電特性半導體的導電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環境溫度升高時，導電能力顯著增強14.1.1本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現象稱為本征激發。空穴溫度愈高，晶體中產生的自由電子便愈多。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。14.1.2N型半導體和P型半導體

摻雜后自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變為自由電子失去一個電子變為正離子在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。

在N

型半導體中自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子。14.1.2N型半導體和P型半導體

摻雜后空穴數目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體。摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導體中空穴是多數載流子，自由電子是少數載流子。B–硼原子接受一個電子變為負離子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。1.在雜質半導體中多子的數量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba14.2.2PN結的單向導電性1.PN結加正向電壓（正向偏置）PN結變窄P接正、N接負外電場IF內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場P接負、N接正內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN結變寬2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、N接正溫度越高少子的數目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖1–12半導體二極管的結構和符號14.3半導體二極管二極管的結構示意圖陰極陽極(

d

)符號D14.3.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內保持常數。14.3.3主要參數1.最大整流電流

IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。3.反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向導電性差，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若V陽<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。電路如圖，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–忽略管壓降兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優先導通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–按PN結結構分：有點接觸型和面接觸型二極管。點接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結電容小，可在高頻下工作。面接觸型二極管

PN結的面積大，允許流過的電流大，但只能在較低頻率下工作。按用途劃分：有整流二極管、檢波二極管、穩壓二極管、開關二極管、發光二極管、變容二極管等。按半導體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。二極管的類型14.4穩壓二極管1.符號UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩壓管在電路中可起穩壓作用。_+UIO3.主要參數(1)穩定電壓UZ

穩壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數ｕ環境溫度每變化1C引起穩壓值變化的百分數。(3)動態電阻(4)穩定電流IZ、最大穩定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩壓性能愈好。1.光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加符號光電二極管特殊二極管2.發光二極管

發光二極管是一種將電能轉換為光能的半導體器件，它包含了可見光、不可見光、激光等類型。

可見光發光二極管也稱為LED，符號如圖所示。發光顏色目前有紅色、綠色、橙色、黃色等。發光二極管的電特性與普通二極管一樣，伏安特性曲線也類似，同樣具有單向導電性。但正向導通電壓比普通二極管高，紅色的導通電壓在1.6~1.8V間，綠色的為2V左右。發光二極管14.5半導體三極管

又稱雙極型三極管(BJT)

、晶體管，或簡稱為三極管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN和PNP型。主要以NPN型為例進行討論。14.5半導體三極管14.5.1基本結構NNP基極發射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管基區：最薄，摻雜濃度最低發射區：摻雜濃度最高發射結集電結BECNNP基極發射極集電極結構特點：集電區：面積最大cNNPebbec表面看晶體管若實現放大，必須從晶體管內部結構和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用晶體管內部結構要求：NNPebcNNNPPP1）發射區高摻雜。2）基區做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。3）集電結面積大。

晶體管放大的外部條件：外加電源的極性應使發射結處于正向偏置狀態，而集電結處于反向偏置狀態。15.5.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發射結正偏、集電結反偏PNP發射結正偏VB<VE集電結反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發射結正偏VB>VE集電結反偏VC>VB

前提：EC>EB

IBIC發射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發射極電路測量晶體管特性的實驗線路EBRB輸入回路輸出回路ICmAAVUCEUBEIBECV++––––++三極管的三種組態2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結論:1）三電極電流關系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。3.三極管內部載流子的運動規律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區空穴向發射區的擴散可忽略。發射結正偏，發射區電子不斷向基區擴散，形成發射極電流IE。

進入P區的電子少部分與基區的空穴復合，形成電流IBE，多數擴散到集電結。從基區擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。集電結反偏，有少子形成的反向飽和電流ICBO。3.三極管內部載流子的運動規律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發射極電流放大倍數集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE015.5.3特性曲線即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。為什么要研究特性曲線：1）直觀地分析管子的工作狀態2）合理地選擇偏置電路的參數，設計性能良好的電路重點討論應用最廣泛的共發射極接法的特性曲線發射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發射極電路輸入回路輸出回路測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.輸入特性特點:非線性死區電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發射結電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區輸出特性曲線通常分三個工作區：(1)放大區在放大區有IC=IB

，也稱為線性區，具有恒流特性。在放大區，發射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區IB<0以下區域為截止區，有IC0

。在截止區發射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態。飽和區截止區（3）飽和區

當UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態。在飽和區，IBIC，發射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。管型飽和區放大區截止區備注UBEUCEUBEUBE一般可靠截止硅0.70.30.7<0.50對于PNP管，相應的各極電壓符號相反鍺0.30.10.3<0.1-0.115.5.4主要參數1.電流放大系數，直流電流放大系數交流電流放大系數當晶體管接成發射極電路時，表示晶體管特性的數據稱為晶體管的參數，晶體管的參數也是設計電路、選用晶體管的依據。注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。可用萬用電表測得例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。4.