【正文】 時 ， 晶體管進入截止?fàn)顟B(tài) 。 這時 UBE = UBE(on) ， UCE = UCE(sat) ， UCB = UCE UBE， 再由這三個極間電壓和外電路計算 IB、 IC和 IE。 IC = ?IB = mA， UCB = UC UB = (UCC ICRC) (UCC IBRB) = V 0， 所以集電結(jié)反偏 ， 晶體管處于放大狀態(tài) ， IB = ?A， IC = mA，UCE = UCB + UBE(on) = V。 當(dāng) UI = 0 V時 ， 晶體管處于截止?fàn)顟B(tài) ， IC = 0， UO = UCC ICRC = 12 V；當(dāng) UI = 3 V時 ， 晶體管處于放大或飽和狀態(tài) ， 假設(shè)晶體管處于放大狀態(tài) ，IB = [UI UBE(on)] / RB = 40 ?A， IC = ?IB = 2 mA， UCB = UC UB = (UCC ICRC) UBE(on) = V 0， 所以集電結(jié)反偏 ， 假設(shè)成立 ，UO = UC = 4 V；當(dāng) UI = 5 V時 ， 計算得到 UCB = V 0， 所以晶體管處于飽和狀態(tài) ， UO = UCE(sat) 。 如果發(fā)射結(jié)反偏或正偏電壓不到 | UBE(on) | ， 則晶體管處于截止?fàn)顟B(tài) ， IB、 IC和 IE均為零 ， 再由外電路計算極間電壓 UBE、 UCE和 UCB； 2． 如果第 1步判斷發(fā)射結(jié)正偏電壓達到 | UBE(on) | ， 則晶體管處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài) ， 再判斷集電結(jié)是正偏還是反偏 。 波形如圖 (b) 所示 。分析電路的工作原理，并作出輸出信號 uo的波形。輸入電壓 ui的波形在圖 (b) 中給出，作出輸出電壓 uo的波形。 所以 D2實現(xiàn)了上限幅 。 當(dāng) ui V時 ， D導(dǎo)通 ， 所以 uo = V；當(dāng) ui V時 ， D截止 ， 其支路等效為開路 ， uo = ui。 ui ( a ) R1 uo R2 D1 D2 ui ( b ) R1 uo R2 ui ( c ) R1 uo R2 ( d ) t ui 0 t uo 0 uo ui 0 12RR?? ? A ? ? A ? ? A ? 48 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 48 例 。 RL D1 ? ? ui ? ? uo t ui 0 ( a ) ( b ) D3 D4 D2 ? 45 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 45 解：當(dāng) ui 0時 ， D1和 D2上加的是正向電壓 ， 處于導(dǎo)通狀態(tài) ，而 D3和 D4上加的是反向電壓 ， 處于截止?fàn)顟B(tài) 。 N 型 半導(dǎo)體 ( a ) 金屬 ( b ) (a)結(jié)構(gòu)示意圖； (b)電路符號 + + + + + + + + + + + + 與 PN結(jié)二極管比較： 相同點：具有單向?qū)щ娦裕? 相異點：肖特基二極管是依靠多數(shù)載流子工作的器件，無少子存 儲效應(yīng)（ CD），高頻特性好。 變?nèi)荻O管符號 ? 38 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 38 其它二極管簡介 二 、 光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件 ， 其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似 ， 只是管殼上留有一個能入射光線的窗口 。 同時 ， 外電路必須對 IZ進行限制 ， 防止其太大使管耗過大 ， 甚至燒壞 PN結(jié) ， 如果穩(wěn)壓二極管的最大功耗為PM， 則 IZ應(yīng)小于 IZmax ? PM ? UZ。 三 、 二極管的電阻 Q( U D , I D ) u D i D 0 Q( U D , I D ) I D U D ( a ) u D i D 0 ( b ) ? i ? u D1RD1r圖 4 .3 .4 二極管電阻的幾何意義 ( a ) 直流電阻 R D ； ( b ) 交流電阻 r D QDDD IUR ?QD iur???直流電阻 交流電阻 ? 30 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 30 RD 和 rD 隨工作點的位置變化而改變 DTSTQSTDTDTddIUeIUeIUiuiurUUUu??????? 溫度對二極管伏安特性的影響 T 增大 ； Is 增大， T增大 10倍， Is增大一倍。 ? 26 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 26 二、擴散電容 P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) ? ? u P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) ? ? u ? ? u 0 0 n p0 p n0 p n ? ? n n n p ? ? p p ? Q n ? Q p uuQC???????? pnD PN 結(jié)的結(jié)電容為勢壘電容和擴散電容之和 ， 即 Cj = CT + CD。 IS : 反向飽和電流，與 PN結(jié)材料、制作工藝、溫度等有關(guān) UT=kT/q : 溫度的電壓當(dāng)量或熱電壓。 擴散電流： 半導(dǎo)體中載流子濃度不均勻分布時，載流子會從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散，從而形成擴散電流， 該電流的大小正比于載流子的濃度差即濃度梯度的大小。 我們可以 人工少量摻雜某些元素的原子 ， 從而顯著提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 ， 這樣獲得的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體 。 空穴的移動實際上是 束縛電子 的反移動。 共價鍵中的價電子是不能導(dǎo)電的束縛電子 。m 。 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 ? 41 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) ? 42 PN結(jié) ? 43 晶體二極管 ? 44 雙極型晶體管 ? 45 場效應(yīng)管 ? 5 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 簡單介紹半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識 ， 包括本征半導(dǎo)體 ， 雜質(zhì)半導(dǎo)體 ， PN結(jié)；分別討論晶體二極管的特性和典型應(yīng)用電路 ， 雙極型晶體管和場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) 、 工作機理 、 特性和應(yīng)用電路 ， 重點是掌握器件的特性 。 硅和鍺的原子最外層軌道上都有四個電子 ， 稱為價電子 ，每個價電子帶一個單位的負(fù)電荷 。 因此 ， 在本征激發(fā)的作用下 ， 本征半導(dǎo)體中出現(xiàn)了帶負(fù)電的 自由電子和帶正電的空穴 ， 二者都可以參與導(dǎo)電 ， 統(tǒng)稱為載流子 。 復(fù) 合 激發(fā) 禁帶 寬度 導(dǎo)帶 價帶 ? 13 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 13 T ni (pi) 。 P 型半導(dǎo)體中每摻雜一個雜質(zhì)元素的原子 ， 就提供一個空穴 ， 從而大量增加了空穴的濃度 一一 受主電離 多數(shù)載流子一一空穴 少數(shù)載流子一一自由電子 但半導(dǎo)體仍保持電中性 +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 +4 +4 空位 受主原子 圖 P 型半導(dǎo)體空間晶格結(jié)構(gòu)的平面示意 而自由電子的濃度 np 為 環(huán)境溫度也明顯影響 np 的取值 。而在反偏時，少子只能提供很小的漂移電流，并且基本上不隨反向電壓而變化。 可逆性： P=UI PMAX 串限流電阻 穩(wěn)壓二極管 ? 25 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 25 PN 結(jié)的電容特性 PN 結(jié)能夠存貯電荷，而且電荷的變化與外加電壓的變化有關(guān)，這說明 PN 結(jié)具有電容效應(yīng)。 Z:整流 (1N4001) ； K:開關(guān) (1N4148) GaAsAlGaAs 諧振腔發(fā)光二極管 Ge二極管 Si二極管 ? 28 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 28 晶體二極管 二極管的伏安特性 一一 指數(shù)特性 )1()1( TDD /S/SD ???? UukTqu eIeIiIS 為反向飽和電流， q 為電子電量 ( ? 10? 19C) ； UT = kT/q，稱為熱電壓，在室溫 27℃ 即 300 K 時，UT = 26 mV。 節(jié)點 A 的電壓 UA ? E ? I1R1 ? ? I2R2 ? ? E ? UD(on) ? ? ， 解得 I1 ? mA， I2 ? mA， 于是 ID ? I1 ? I2 ? mA 。 它的電路符號如圖所示 。 當(dāng)發(fā)光二極管正偏時 ， 注入到 N區(qū)和 P區(qū)的載流子被復(fù)合時 ， 會發(fā)出可見光和不可見光 。 于是可以根據(jù) ui的波形得到 uo的波形 ， 如圖 (b) 所示 ， 傳輸特性則如圖 (c) 所示 。 R L D 1 ? ? u i ? ? uo t u i 0 t u o 0 ( a ) ( b ) D 3 D 4 D 2 ( c ) u o u i 0 1 ? 1 ? 46 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 46 ［例 ］分析圖示電路的輸出電壓 uo的波形和傳輸特性。 ui R uo1 R D1 D2 R R ? 2 R uo ? ? A1 ? ? A2 ? 49 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 49 二 、 限幅電路 ［例 ］二極管限幅電路如圖 (a) 所示，其中二極管 D的導(dǎo)通電壓 UD(on) = V，交流電阻 rD ? 0。 當(dāng) ui V時 ， D1導(dǎo)通 ， uo = V；當(dāng) ui V時 ， D1截止 ， 支路等效為開路 ， uo = ui。 ? 54 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 54 圖中 ， 當(dāng) V ui V時 ， 二極管 D1和 D2都截止 ，ui直接輸入 A / D；當(dāng) ui V時 ， D1導(dǎo)通 ， D2截止 ， A / D的輸入電壓被限制在 V；當(dāng) ui V時 ， D1截止 ， D2導(dǎo)通 ， A / D的輸入電壓被限制在 V。仍然認(rèn)為 DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓為 UZ，而導(dǎo)通電壓 UD(on) 近似為零。 R E u i2 u o t u i1 0 ( a ) D 1 u i1 D 2 t u i2 0 t u o 0 ( b ) 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 ? 60 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 60 u i u o1 D uo C ( a ) ? ? A 1 A 2 u i , u o t 0 u o u i ( b ) u G V ? ? A 2 四 、 峰值檢波電路 ［例 ］分析圖 示 峰值檢波電路的工作原理。 晶體管電流方程： TUueIiiBESCE ??? 68 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 68 晶體管的近似伏安特性和簡化直流模型 0 uCE iC I III II 0 uBE iB III I ， II UC E ( s a t ) UB E ( on) IB UB E ( on) b c e BI?I UB E ( on) b c e b c e II III UC E ( s a t ) 近似伏安特性 簡化直流模型 I—— 放大區(qū) II—— 飽和區(qū) III—— 截止區(qū) ? 69 ? 第四章