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第十四章 半导体二极管和三极管 一、本征半导体 本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断进行复合。在一定温度下，载流子的产生与复合会达到动态平衡，即载流子浓度与温度有关。温度愈高，载流子数目就愈多，导电性能就愈好——温度对半导体器件的性能影响很大。 半导体中的价电子还会受到光照而激发形成自由电子并留下空穴。光强愈大，光子就愈多，产生的载流子亦愈多，半导体导电能力增强。故半导体器件对光照很敏感。 杂质原子对导电性能的影响将在下面介绍。 二. N型半导体和P型半导体 1. 本征半导体与掺杂半导体 2. N型半导体 当在硅或锗的晶体中掺入微量磷(或其它五价元素)时，磷原子与周围的四个硅原子形成共价键后，磷原子的外层电子数将是 9 ，比稳定结构多一个价电子。 掺入磷杂质的硅半导体晶体中，自由电子的数目大量增加。自由电子是这种半导体的导电方式，称之为电子半导体或N型半导体。 一、PN结的形成 二极管的分类 例 三. 特性曲线 晶体管的特性曲线是表示一只晶体管各电极电压与电流之间关系的曲线。是应用晶体管和分析放大电路的重要依据。 1. 输入特性曲线 2. 输出特性曲线 输出特性曲线是在IB为常数时，IC与UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得到不同的曲线，即晶体管的输出特性曲线是一组曲线(见下图)。 通常将晶体管的输出特性曲线分为三个工作区： (3) 饱和区 1.电流放大系数 、 四. 主要参数 2. 集-基极反向截止电流 ICBO 4. 集电极最大允许电流 ICM (4). 要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置、集电结必须反向偏置——具有放大作用的外部条件。 这就是晶体管的电流放大作用，IB的微小变化可以引起IC的较大变化(第三列与第四列的电流增量比)。 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05 IE(mA) 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95 IC(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 IB(mA) (3). 当IB=0(基极开路)时，IC也很小(约为1微安以下)。 1、发射区向基区扩散电子 电流放大作用原理 —— 内部载流子运动规律 发射结处于正向偏置，掺杂浓度较高的发射区向基区进行多子扩散。 放大作用的内部条件： 基区很薄且掺杂浓度很低。 2、电子在基区的扩散和复合 基区厚度很小，电子在基区继续向集电结扩散。（但有少部分与空穴复合而形成IBE ? IB） 3、集电区收集扩散电子 集电结为反向偏置使内电场增强，对从基区扩散进入集电结的电子具有加速作用而把电子收集到集电区，形成集电极电流(ICE ? IC)。 由电流分配关系示意图可知发射区向基区注入的电子电流IE将分成两部分ICE和IBE，它们的比值为 它表示晶体管的电流放大能力，称为电流放大系数。 在晶体管中，不仅IC比IB大很多；当IB有微小变化时还会引起IC的较大变化。 根据晶体管放大的外部条件，发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。则 对于NPN型晶体管 且 对于PNP型晶体管 且 最常用的是共发射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线，实验测绘是得到特性曲线的方法之一。特性曲线的测量电路见右图。 ?A V mA V EC RB IB UCE UBE IC EB 用晶体管特性图示仪也可直接测量及显示晶体管的各个特性曲线。 输入特性曲线当UCE为常数时的IB与UBE之间的关系曲线。(参见右图) 0 0.4 20 0.8 40 60 80 UBE(V) IB(?A) UCE?1V 3DG6的输入特性曲线 对硅管来说，当 UCE ?1V时，集电结已处于反向偏置，发射结正向偏置所形成电流的绝大部分将形成集电极电流， UCE对 IB不再有明显的影响，IB与UBE的关系依然与PN结的正向类似。(当UCE更小， IB才会明显增加) 硅管的死区电压为0.5V，锗管的死区电压不超过0.2V。 放大状态时，硅NPN管UBE=0.6~0.7V；锗PNP管UBE = – 0.2~ –0.3V。 当IB一定时，UCE超过约1V以后就将形成IC，当UCE继续增加时， IC 的增加将不再明显。这是晶体管的恒流特性。 当IB增加时，相应的IC也增加，曲线上移，而且IC比IB 增加得更明显。这是晶体管的电流放大作用。 (1) 放大区 特性曲线进于水平的区域。在放大区 也称线性区。此时发射结正向偏置，集电结反向偏置。 (2) 截止区 IB=0曲线以下的区域。 IB=0时IC= ICEO。对于硅管当UBE 0.5V时即开始截止。为了可靠截止常使UBE?0。即截止时两个P