第五章电工学之 半导体二极管和三极管解剖

A、稳定电压 UZ：稳压管反向击穿后的稳定工作电压 B、电压温度系数αu：稳压值受温度变化影响系数
低于6V稳压管，为αu负
高于6V稳压管，为αu正 C、动态电阻rz:稳压管两端电压的变化量与相应电流 变化量比值 rZ =ΔUZ/ΔIZ 反向伏安特性越陡，动态电阻越小，稳压管越好 D、稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时的工作电流 E、最大耗散功率PM：管子不致于产生热击穿时的功 率损耗。
PNP型
B 发射结
VT
E
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2、电流分配与放大原理 共发射极结法：EB＞EE
发射结加正向电压P+→N-
集电结加反向电压EC＞EB
实验最终：IE=IC+IB IC、IE比IB大得多 NPN型
IC/IB是晶体管电流放大作用
晶体管放大作用条件：
内部条件： a）发射区杂质浓度>>集电区>>基区 b）基区很薄 外部条件： a) 发射结正偏; b) 集电结反偏
∴VDA起钳位作用，Y端电位钳在+2.7V
VDB起隔离作用，将输入B与输出Y隔离
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二、特殊二极管
1、稳压管
（1）符号及特性曲线
VZ
曲线越陡， 电压越稳 定。 UZ
I
符号
稳压 误差 UZ
IZ IZ
U
IZmax
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电工电子技术基础
（2）主要参数
2、杂质半导体
Si
Si
Si
Si
B-
Si
P+
Si
P型
硅或锗中掺棚等三价元素
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N型
硅或棚中掺磷等五价元素

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5.1.4 杂质半导体
三价元素硼(B)
掺通入常三杂价质元半素导的体杂中质的半导多体子，的由数于量空可穴达载到流少子子的数数量量大的大10于10自倍由或电 更子多载，流因子此的，数掺量杂而半称导为空体穴要型比半本导征体半，导也体叫的做导P型电半能导力体增。强P型几半十 万导倍体。的多子是空穴，少子是自由电子，不能移动的离子带负电。
极管，由于反向饱和电流很小可以忽略不计， 穿
因此这一段范围可称为反向截止区。
区
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向 导电性，进入反向击穿区。
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5.2.3 二极管的主要技术参数
最大耗散功 率Pmax指通过 二极管的电 流与加在二 极管两端电 压的乘积。 最大耗散功 率是二极管 不能承受的 最高温度的 极限值。超 过此值，二 极管将烧损。
内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小， 几乎为零。这一区域称之为死区。
外加正向电压超过死区电压（硅管0.5V， 锗管0.1V）时，内电场大大削弱，正向电流
正
向 导 通 死区 区
迅速增长，二极管进入正向导通区。
反向截止区
当二极管两端加反向电压时，将有很小的、 反
向
由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二 击
外壳 金属触丝 PN结
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1
1. 点接触型
2
2. 面接触型
3
3. 平面型
铝合金小球 底座
正极引线 PN结 金锑合金
负极引线
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面接触型二极管特点
面接触型二极管 的PN结面积较大 ，允许通过较大 的电流(几安到 几十安)，主要 用于把交流电变 换成直流电的整 流电路中，也可 以用于大电流开 关元件。

（一）理想二极管等效电路
iD 当外加正向电压时，二极
管导通，正向压降uD=0,
D
相当于开关闭合；
当外加反向电压时，二极
管截止，反向电流IR=0，
相当于开关断开。
等效电路
0
uD
特性曲线的近似
(1-30)
(二）考虑正向压降的等效电路
在二极管充分导通且工 作电流不是很大时，可
以 近 似 认 为 UD 为 常 数 ， 用 一 个 直 流 电 压 源 UD
PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区 加负、N 区加正电压。
(1-22)
一、PN 结正向偏置
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
_ N
外电场
R
内电场
E
(1-23)
二、PN 结反向偏置
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
பைடு நூலகம்
内电场被被加强，多子
uo
t
(1-36)
例15.2：分析uR、uC的波形 ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
(1-37)
例15.3 设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中
的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之间的电压ＵAB值。
D1
A
D1
A
D2
+
D2
+
R 2KW UAB
V1 15V V2
10V _
B
10V _

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自由电子
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出 现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复 合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态 平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。 注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
－ － － － － －
+ + + + + +
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽。
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14.2.2 PN结的单向导电性
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
动画
P
内电场 外电场