第9章半导体二极管和三极管(讲课4学时,共2次课) 第1次课:二极管和稳压管 、学时:2学时 二、目的和要求:了解二极管和稳压管的结构、工作原理 掌握特性曲线、主要参数和应用 理解PN结的单向导电性。 三、重点:掌握主要特性、主要参数的含义,掌握各元件的应用 四、难点:PN结的单向导电性 五、教学方式:多媒体 六、习题按排:921~9.23 七、教学内容: 9.1半导体的导电特性 1、物质按导电性分类: (1)导体:金属 (2)绝缘体:橡胶、塑料、陶瓷等 (3)半导体:硅、锗、一些流化物、氧化物 2、载流子(即在电场作用下,能作定向运动的粒子 (1)自由电子 (2)空穴 3、本征半导体(纯净9999999 O.O.- (1)将元素的原子排列整齐时的结构(单晶体与多晶体) (2)原子核外层的电子:价电子决定化学性质(Si+4价、Ge+4价) (3)稳定时共价健中的价电子不能成为自由电子,受外界激发(光照、加热) ①挣脱束缚:形成自由电子并在原共价键中留下空位(即空穴) ②填补空位:自由电子与穴同时消失(即复合) 4、掺杂半导体 (1)硅(锗)晶体内掺入少量的五价元素(磷、锑) ①多子(主要导电的载粒子):自由电子 ②少子:空穴(热激发形成) 主要导电方式取决于多子,称电子型或N型半导体 (2)硅(锗)晶体内掺入少量的三价元素(硼、铝) ①多子:空穴 ②少子:自由电子(热激发形成) 导电方式取决于多子(空穴)称空穴型或P型半导体 5、半导体特性 (1)热敏性:温度敏感元件(热敏电阻) (2)光敏性:光敏元件(光敏电阻、二极管、三极管、电池) (3)掺杂性 6、PN结及单向导电性 (1)PN结的形成 ①扩散 ②漂移 6④⑤ ③动态平衡 空穴自由电子 内电场方 (2)单向导电性
第 9 章 半导体二极管和三极管(讲课 4 学时，共 2 次课) 第 1 次课：二极管和稳压管 一、学时：2 学时 二、目的和要求：了解二极管和稳压管的结构、工作原理; 掌握特性曲线、主要参数和应用; 理解 PN 结的单向导电性。 三、重点：掌握主要特性、主要参数的含义，掌握各元件的应用。 四、难点：PN 结的单向导电性。 五、教学方式：多媒体 六、习题按排：9.2.1 ～9.2.3 七、教学内容： 9．1 半导体的导电特性 1、 物质按导电性分类： （1）导体：金属 （2）绝缘体：橡胶、塑料、陶瓷等 （3）半导体：硅、锗、一些流化物、氧化物 2、载流子（即在电场作用下，能作定向运动的粒子）： （1）自由电子 （2）空穴 3、 本征半导体（纯净 99.99999%） （1）将元素的原子排列整齐时的结构（单晶体与多晶体） （2）原子核外层的电子：价电子决定化学性质（Si +4 价、Ge +4 价） （3）稳定时共价健中的价电子不能成为自由电子，受外界激发（光照、加热） ①挣脱束缚：形成自由电子并在原共价键中留下空位（即空穴） ②填补空位：自由电子与穴同时消失（即复合） 4、 掺杂半导体 （1）硅（锗）晶体内掺入少量的五价元素（磷、锑） ①多子（主要导电的载粒子）：自由电子 ②少子：空穴（热激发形成） 主要导电方式取决于多子，称电子型或 N 型半导体 （2）硅（锗）晶体内掺入少量的三价元素（硼、铝） ①多子：空穴 ②少子：自由电子（热激发形成） 导电方式取决于多子（空穴）称空穴型或 P 型半导体 5、 半导体特性 （1）热敏性：温度敏感元件（热敏电阻） （2）光敏性：光敏元件（光敏电阻、二极管、三极管、电池） （3）掺杂性 6、 PN 结及单向导电性 （1）PN 结的形成 ①扩散 ②漂移 ③动态平衡 （2）单向导电性
①PN结加正向电压(正偏置) ◆高电位端P区 空问电区 ◆低电位端N区 E外与E内方向相反,削弱内电场,空间电 荷区变薄,多子的扩散加强,形成扩散电 外电场方向 流(I正):E外越大,I正越大(PN结导通 呈低阻状态)。 ②PN结加反向电压(反偏置) ◇高位端N区 ◆低位端P区 E外与E内方向相同,增强内电场,空间电荷区变宽,少子的漂移运动加强,形成漂移电 流(I;)。少子数量少且与温度有关,故Ik小且与温度有关而与E外无关(PN结截止,呈高 阻状态) 9.2半导体二极管 1结构 (1)点接触:PN结面积小,极间电容小,小电流(高频检波、脉冲数字电路中的开头元件) (2)面接触:PN结面积大,胡间电容大,电流大(整流) 2符号: 阳(+) 阴(-) I/mAI 3伏安特性 I=f (U) (1)正向特性 ①死区电压 ◇硅管:0.5V ◆锗管:0.1 ②工作电压(正向导通区) ◆硅管:0.7V ◆锗管:0.3V (2)反向特性 ①反向饱和电流 ◆硅管:纳安级 ◇锗管:微安级 因少子数量小,故Ik小 但是:tc→少子↑→I反↑ ②反向击穿特性 ◇齐纳击穿(可恢复):外强电场强行把共价健的电子拉出 ◇雪崩击穿(可恢复):被拉出的电子撞击原子使自由电子增加↑ ◇热击穿(不可恢复):高速运动的电子热量增加→材料温度禁用 4主要参数 (1)大整流电流IoM (2)反向工作峰值电压UwM (3)反向峰值电流IRM 5应用
①PN 结加正向电压（正偏置） 高电位端 P 区 低电位端 N 区 E 外与 E 内方向相反，削弱内电场，空间电 荷区变薄，多子的扩散加强，形成扩散电 流（I 正）；E 外越大，I 正越大（PN 结导通， 呈低阻状态）。 ②PN 结加反向电压（反偏置） 高位端 N 区 低位端 P 区 E 外与 E 内方向相同，增强内电场，空间电荷区变宽，少子的漂移运动加强，形成漂移电 流（I 反）。少子数量少且与温度有关，故 I 反小且与温度有关而与 E 外无关（PN 结截止，呈高 阻状态） 9．2 半导体二极管 1.结构 （1）点接触：PN 结面积小，极间电容小，小电流（高频检波、脉冲数字电路中的开头元件） （2）面接触：PN 结面积大，胡间电容大，电流大（整流） 2.符号： 阳（+） 阴（-） 3.伏安特性 I = f（U） （1）正向特性 ①死区电压 硅管：0.5V 锗管：0.1V ②工作电压（正向导通区） 硅管：0.7V 锗管：0.3V （2）反向特性 ①反向饱和电流 硅管：纳安级 锗管：微安级 因少子数量小，故 I 反小 但是：t o c↑→少子↑→I 反↑ ②反向击穿特性 齐纳击穿（可恢复）：外强电场强行把共价健的电子拉出 雪崩击穿（可恢复）：被拉出的电子撞击原子使自由电子增加↑ 热击穿（不可恢复）：高速运动的电子热量增加→材料温度禁用 4.主要参数 （1）大整流电流 IOM （2）反向工作峰值电压 URWM （3）反向峰值电流 IRM 5.应用
(1)检波—一把已调制好的高频信号中的低频信号取出 调制:低频信号使高频信号的幅度、频率等随之变化 (2)整流一一把交流变换成直流 (3)钳位 (4)限幅 问题讨论 D ETv a、当u=0v、6V时 b、当u:=6sinωt时,画u。波形。 解:a、u:=0v时,D反偏截止,u。=0 u=6v时,D正偏导通 若管压降为零,则us=E=3v 若管压降为0.7v,则u。=E+0.7=3.7v b、u;=6 sing tv(请同学分析作图) u瞬时值大于E时,D永远为正偏,导通u。=E=3v u1瞬时值小于E时,D取反偏,截止u。=u;=3v: 例题分析: 如图所示电路,输入端A的电位=+3V,B点的电位D=0V,电阻R接电源电压为-15V, 求输出端F的电位l。 【解】因为D和D为共阴极连接,A、B两端为它们 的阳极,因此厶、l中的高电位对应的管子将会优先导通 由厶>l可知,D将会优先导通。如果D为硅二极管,其 正向压降约为0.7V,则此时l=+3-0.7=+2.3V。当D4导 通后,D因承受反向电压而截止。 在此处,D4起的就是钳位作用,把F端的电位钳置在 2.3V;D起隔离作用,把输入端B和输出端F隔离开
（1）检波——把已调制好的高频信号中的低频信号取出 调制：低频信号使高频信号的幅度、频率等随之变化 （2）整流——把交流变换成直流 （3）钳位 （4）限幅 ➢ 问题讨论： a、 当 ui=0v、6V 时，u。=？ b、 当 ui=6sinωt 时，画 u。波形。 解：a、ui=0v 时，D 反偏截止，u。=0 ui=6v 时，D 正偏导通 若管压降为零，则 u。=E=3v 若管压降为 0.7v,则 u。= E +0.7=3.7v b、 ui=6sinωtv（请同学分析作图） ui 瞬时值大于 E 时，D 永远为正偏，导通 u。=E=3v ui 瞬时值小于 E 时，D 取反偏，截止 u。=ui=3v； ➢ 例题分析： 如图所示电路，输入端 A 的电位 UA＝+3V，B 点的电位 UB＝0V，电阻 R 接电源电压为-15V， 求输出端 F 的电位 UF。 【解】 因为 DA 和 DB 为共阴极连接，A、B 两端为它们 的阳极，因此 UA、UB 中的高电位对应的管子将会优先导通。 由 UA＞UB 可知，DA 将会优先导通。如果 DA 为硅二极管，其 正向压降约为 0.7V，则此时 UF＝+3-0.7＝+2.3V。当 DA 导 通后，DB 因承受反向电压而截止。 在此处，DA 起的就是钳位作用，把 F 端的电位钳置在 +2.3V；DB 起隔离作用，把输入端 B 和输出端 F 隔离开。 u0 ui t t E 3V uo O ui D R
第2次课 稳压管和三极管 学时:2学时 二、目的和要求:了解稳压管、三极管的结构 掌握特性曲线、主要参数和应用 理解稳压管稳压原理、三极管的电流放大作用。 三、重点:掌握主要特性、主要参数的含义 稳压管稳压原理、三极管的电流放大作用。 四、难点:三极管放大原理 五、教学方式:多媒体 六、习题按排:9.2.1~9.2.3 七、教学内容: 9.3稳压管(稳压二极管) 1、符号 中亭本 DE 2、伏安特性 I = f(U) (1)反向曲线陡直 (2)工作于反向击穿区(反向联结) (3)△Uz小,△Iz大,R2=△U/△I2 (4)可串D2来提高稳压值 (5)D2不可并联使用 ①U2高的不导通,用不上 ②U低的因过载而损坏 (6)同一型号的D2其稳压值不同(范围 3、稳压管的主要参数 (1)稳定电压U2 (2)电压温度系数an (3)动态电阻rz (4)稳定电流Iz (5)最大允许耗散功率这Pa 例题讨论 在图示电路中,稳压管的Ia=18mA,Uz=12V, R=1.6KΩ通过稳压电流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=5mA Iz<Iz,电阻值合适。 9.4半导体三极 1、结构 (2) PNP
第 2 次课 稳压管和三极管 一、学时：2 学时 二、目的和要求：了解稳压管、三极管的结构; 掌握特性曲线、主要参数和应用; 理解稳压管稳压原理、三极管的电流放大作用。 三、重点：掌握主要特性、主要参数的含义; 稳压管稳压原理、三极管的电流放大作用。 四、难点：三极管放大原理。 五、教学方式：多媒体 六、习题按排：9.2.1 ～9.2.3 七、教学内容： 9.3 稳压管（稳压二极管） 1、符号 ＋ 阳 － 阴 2、伏安特性 I = f(U) ⑴ 反向曲线陡直 ⑵ 工作于反向击穿区（反向联结） ⑶ △UZ 小，△IZ 大，RZ=△Uz/△Iz ⑷ 可串 Dz 来提高稳压值 ⑸ Dz 不可并联使用 ①Uz 高的不导通，用不上 ②Uz 低的因过载而损坏 ⑹同一型号的 Dz 其稳压值不同（范围） 3、稳压管的主要参数 （1）稳定电压 UZ （2）电压温度系数αU （3）动态电阻 rZ （4）稳定电流 IZ （5）最大允许耗散功率这 PZM ➢ 例题讨论： 在图示电路中，稳压管的 IZM＝18mA，UZ＝12V， R＝1.6KΩ通过稳压电流 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＝5mA IZ < IZM，电阻值合适。 9.4 半导体三极管 1、结构 （1）NPN （2）PNP DZ IZ R +20V
2、电流分配与放大作用 (1)电流放大的条件:Je正偏、Jc反偏 ①NPN:Ve>V>VE ②PNP:V>VB>Ve (2)电流分配: IE= IB+ Ic Ic/IB=β(直) △Ic/△IB=B(动) 3、特性曲线 Ie(nA) 100μA 饱和区 区20A Un(V (1)输入特性 IB=f(Un)|uc常量 (2)输出特性 IB=常量 ①载止区:对应I=0以下的区域 Ic=Ico=0,Uε0、U<0,I受I控制(e结正偏、c结反偏 ③饱和区:U=U(Ua=0),Ic不受I控制,Uas=0.3V(c结、e结均为正偏) 4、主要参数 (1)特性参数 ①电流放大系数B,B ②集一基极反向截止电流 ③集一射极反向截止电流Ico 2)极限参数 ①集电极最大允许电流Ia ②集一射极向击穿电压UcEo ③集电极最大允许耗散功率Pa 例题讨论 ◇有两只晶体管,一只的B=200,lcEo=200μA:另一只的B=100,lcEo=10uA, 其它参数大致相同。你认为应选用哪只管子?为什么? 解:选用β=100、lBo=10μA的管子,因其β适中、lo较小,因而温度稳定性较另 只管子好 ◇已知两只晶体管的电流放大系数β分别为50和100,现测得放大电路中这两只管 子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流,标出其实际方向,并在圆圈中画出管 子
2、电流分配与放大作用 （1）电流放大的条件：Je 正偏、Jc 反偏 ①NPN: VC > VB > VE ②PNP: VE > VB > VC （2）电流分配： IE = IB + IC IC /IB =β(直) △IC /△IB =β（动） 3、 特性曲线 （1）输入特性 IB = f(UBE)│U CE=常量 （2）输出特性 IC = f(UCE)│IB=常量 ①载止区：对应 IB＝0 以下的区域 IC＝ICE0＝0,UBE＜0；可靠截止 c、e 结均处于反偏 ②放大区：UBE＞0、UBC＜0，IC 受 IB 控制（e 结正偏、c 结反偏） ③饱和区：UCE＝UBE（UCB＝0），IC 不受 IB 控制，UCES＝0.3V（c 结、e 结均为正偏） 4、主要参数 (1)特性参数 ①电流放大系数 ， ②集－基极反向截止电流 ICB0 ③集－射极反向截止电流 ICE0 (2)极限参数 ①集电极最大允许电流 ICM ②集－射极向击穿电压 U(BR)CEO ③集电极最大允许耗散功率 PCM ➢ 例题讨论： 有两只晶体管，一只的β＝200，ICEO＝200μA；另一只的β＝100，ICEO＝10μA， 其它参数大致相同。你认为应选用哪只管子？为什么？ 解：选用β＝100、ICBO＝10μA 的管子，因其β适中、ICEO 较小，因而温度稳定性较另 一只管子好。 已知两只晶体管的电流放大系数β分别为 50 和 100，现测得放大电路中这两只管 子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管 子
解:答案如解图所示 LOma 5mA ◇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,并分 别说明它们是硅管还是锗管。 912V 15V 解:晶体管三个极分别为上、中、下管脚,答案如下表所示 管型 PN NPN PNP 材料 1 Ge
解：答案如解图所示： 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，并分 别说明它们是硅管还是锗管。 解：晶体管三个极分别为上、中、下管脚，答案如下表所示： 管号 T1 T2 T3 T4 T5 T6 上 e c e b c b 中 b b b e e e 下 c e c c b c 管型 PNP NPN NPN PNP PNP NPN 材料 Si Si Si Ge Ge Ge
