【文章內(nèi)容簡介】 的一端為負極； 還有的二極管用色環(huán)或色點來標志 (靠近色環(huán)的一端是負極 ， 有色點的一端是正極 )。 第 1章 基本半導體分立器件 2） 性能測試 二極管正 、 反向電阻的測量值相差愈大愈好 ， 一般二極管的正向電阻測量值為幾百歐姆 ， 反向電阻為幾十千歐姆到幾百千歐姆 。 如果測得正 、 反向電阻均為無窮大 ， 說明內(nèi)部斷路； 若測量值均為零 ， 則說明內(nèi)部短路； 如測得正 、 反向電阻幾乎一樣大 ， 這樣的二極管已經(jīng)失去單向?qū)щ娦?， 沒有使用價值了 。 第 1章 基本半導體分立器件 特 殊 二 極 管 穩(wěn)壓二極管 1． 穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線 穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管 ， 是一種用特殊工藝制造的面結型硅半導體二極管 ， 可以穩(wěn)定地工作于擊穿區(qū)而不損壞 。 穩(wěn)壓二極管的外形 、 內(nèi)部結構均與普通二極管相似 ， 其電路符號 、 伏安特性曲線如圖 118所示 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 118 穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與電路符號 （ a） 伏安特性曲線 。 （ b） 電路符號 第 1章 基本半導體分立器件 2． 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1） 穩(wěn)定電壓 UZ UZ就是穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓 ， 它的大小取決于制造時的摻雜濃度 。 2） 最小穩(wěn)定電流 IZmin 穩(wěn)壓管正常工作時的最小電流值定義為最小穩(wěn)定電流 ， 記為 IZmin， 一般在幾毫安以上 。 穩(wěn)壓管正常工作時的電流應大于 IZmin， 以保證穩(wěn)壓效果 。 第 1章 基本半導體分立器件 3） 最大穩(wěn)定電流 IZM和最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管允許流過的最大電流和最大功耗叫做最大穩(wěn)定電流 IZM和最大耗散功率 PZM。 通過管子的電流太大 ， 會使管子內(nèi)部的功耗增大 ， 結溫上升而燒壞管子 ， 所以穩(wěn)壓管正常工作時的電流和功耗不應超過這兩個極限參數(shù) 。 一般有 PZM=UZIZM （ 15） 第 1章 基本半導體分立器件 4） 動態(tài)電阻 rz 穩(wěn)壓管反向擊穿時的動態(tài)電阻， 定義為電流變化量 ΔIZ引起的穩(wěn)定電壓變化量 ΔUZ。 2IUr Zz ???（ 16） 動態(tài)電阻是反映穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓性能好壞的重要參 數(shù) ， rz越小 ， 反向擊穿區(qū)曲線越陡 ， 穩(wěn)壓效果就越好 。 第 1章 基本半導體分立器件 5） 穩(wěn)定電壓 UZ的溫度系數(shù) K 穩(wěn)定電壓 UZ的溫度系數(shù) K定義為溫度變化 1 ℃ 引起的穩(wěn)定電壓 UZ的相對變化量 ， 即 )/(%/ CT UUK ZZ ?? ??（ 17） 第 1章 基本半導體分立器件 發(fā)光二極管與光電二極管 發(fā)光二極管和光電二極管都屬于光電子器件 ， 光電子器件在電子系統(tǒng)中也有十分廣泛地應用 ， 具有抗干擾能力強 、 損耗小等優(yōu)點 。 1． 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管屬于電光轉換器件的一種 ， 是可以將電能直接轉換成光能的半導體器件 ， 簡稱 “ LED”， 是英文 Light Emitting Diode的縮寫 ， 其電路符號如圖 119所示 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 119 發(fā)光二極管的電路符號 第 1章 基本半導體分立器件 發(fā)光二極管也具有單向?qū)щ娦裕? 當外加反偏電壓時 ， 二極管截止 ， 不發(fā)光； 當外加正偏電壓導通時 ， 因流過正向電流而發(fā)光 。 其發(fā)光機理是由于正偏時電子與空穴復合并釋放出能量所致 ， 而顏色與發(fā)光二極管的材料和摻雜元素有關 。 發(fā)光二極管可以分為發(fā)不可見光和發(fā)可見光兩種 。 前者有發(fā)紅外光的砷化鎵發(fā)光二極管等 。 后者有發(fā)紅光 、 黃光 、 綠光以及藍光和紫光的發(fā)光二極管等 。 第 1章 基本半導體分立器件 發(fā)光二極管的工作電流一般約為幾至幾十毫安， 正偏電壓比普通二極管要高， 約為 ～ 3 V， 具有功耗小， 體積小， 可直接與集成電路連接使用的特點。 并且穩(wěn)定、 可靠、 長壽（ 105～ 106小時）、 光輸出響應速度快（ 1～ 100 MHz）， 應用十分方便和廣泛， 除應用于信號燈指示（儀器儀表、 家電等）、 數(shù)字和字符指示（接成七段顯示數(shù)碼管）等發(fā)光顯示方式以外， 另一種重要應用是將電信號轉變?yōu)楣庑盘枺? 通過光纜傳輸， 接受端配合光電轉換器件再現(xiàn)電信號， 實現(xiàn)光電耦合、 光纖通信等應用。 第 1章 基本半導體分立器件 2． 光電二極管 光電二極管也叫光敏二極管 ， 它的結構和一般二極管相似 ， 也具有單向?qū)щ娦?。 光電二極管的 PN結被封裝在透明玻璃外殼中 ， 其 PN結裝在管子的頂部 ， 可以直接受到光的照射 。 光敏二極管的電路符號如圖120所示 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 120 光電二極管的電路符號 第 1章 基本半導體分立器件 圖 121 遠距離光電傳輸?shù)脑? 第 1章 基本半導體分立器件 * 變?nèi)荻O管 我們在討論半導體二極管時已經(jīng)知道： 二極管在高頻應用時 ， 必須要考慮結電容的影響 ， 而所謂的變?nèi)荻O管 ， 就是結電容隨反向電壓的增加而減小的二極管 。 圖 122（ a） 所示為變?nèi)荻O管的電路符號 ， 圖 122（ b） 為某種變?nèi)荻O管的特性曲線 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 122 變?nèi)荻O管 （ a） 電路符號 。 （ b） 結電容與反偏電壓的關系 （ 縱坐標為對數(shù)刻度 ） 第 1章 基本半導體分立器件 結電容由勢壘電容 CB和擴散電容 CD兩部分組成 。 我們知道 ， 當 PN結兩端的電壓發(fā)生改變時 ， 會使空間電荷區(qū)寬度發(fā)生改變 ， 空間電荷區(qū)存儲電荷的多少發(fā)生變化就表現(xiàn)為 PN結的電容效應 。 在二極管正偏的多子擴散過程中 ， 多子擴散到對方區(qū)域后 ， 在對方區(qū)域形成一定的濃度梯度 ， 越靠近 PN結處的濃度越大 ， 這個梯度隨外加正向電壓的大小而增減 ， 這也是一種存 、 放電荷的作用 。 所以我們可以得到圖 123所示的PN結 （ 二極管 ） 高頻等效電路 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 123 PN結的高頻等效電路 第 1章 基本半導體分立器件 半導體三極管 三極管的結構與類型 半導體三極管又叫晶體三極管， 由于它在工作時半導體中的電子和空穴兩種載流子都起作用， 因此屬于雙極型器件， 也叫做 BJT（ Bipolar Junction Transistor， 雙極結型晶體管）。 第 1章 基本半導體分立器件 半導體三極管的種類很多 ， 按照半導體材料的不同可分為硅管 、 鍺管； 按功率分有小功率管 、 中功率管和大功率管； 按照頻率分有高頻管和低頻管； 按照制造工藝分有合金管和平面管等 。 通常 ， 按照結構的不同分為兩種類型： NPN型管和 PNP型管 ， 圖 124給出了 NPN和 PNP管的結構示意圖和電路符號 ， 符號中的箭頭方向是三極管的實際電流方向 。 圖 125所示為幾種常見三極管的外形圖 ， 三極管的型號命名方法參見附錄 A。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 124 三極管的結構與電路符號 （ a） NPN型三極管 。 （ b） PNP型三極管 第 1章 基本半導體分立器件 圖 125 常見三極管的外形 第 1章 基本半導體分立器件 三極管的基本工作原理 由于 NPN管和 PNP管的結構對稱 ， 工作原理完全相同 ， 下面以 NPN管為例 ， 討論三極管的基本工作原理 。 1． 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程 和二極管一樣 ， 要使三極管能控制載流子的傳輸以達到電流放大的目的 ， 必須給三極管加上合適的偏置電壓 ， NPN三極管的偏置情況如圖 126所示 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 126 三極管內(nèi)的載流子運動規(guī)律 第 1章 基本半導體分立器件 1） 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ， 形成發(fā)射極電流 IE 在圖 126中 ， 由于發(fā)射結正偏 ， 因此 ， 高摻雜濃度的發(fā)射區(qū)多子 （ 自由電子 ） 越過發(fā)射結向基區(qū)擴散 ， 形成發(fā)射極電流 IE， 發(fā)射極電流的方向與電子流動方向相反 ， 是流出三極管發(fā)射極的 （ 與此同時 ， 基區(qū)多子空穴也向發(fā)射區(qū)擴散 ， 但因基區(qū)摻雜濃度低 ， 數(shù)量和發(fā)射區(qū)的電子相比很少 ， 可以忽略不計 ） 。 第 1章 基本半導體分立器件 2） 電子在基區(qū)的擴散與復合 ， 形成基極電流 IB 發(fā)射區(qū)來的電子注入基區(qū)后 ， 由于濃度差的作用繼續(xù)向集電結方向擴散 。 但因為基區(qū)多子為空穴 ， 所以在擴散過程中 ， 有一部分自由電子要和基區(qū)的空穴復合 。 在制造三極管時 ， 基區(qū)被做得很薄 ， 只有微米數(shù)量級 、 摻雜濃度又低 ， 因此被復合掉的只是一小部分 ， 大部分自由電子可以很快到達集電結 。 而 UBB的正極接三極管的基區(qū) ， 所以不斷地從基區(qū)抽走電子形成新的空穴以補充被復合掉的空穴 ， 維持基區(qū)空穴濃度不變 ， 這些被抽走的電子形成了流入基極的基極電流 IB。 第 1章 基本半導體分立器件 3） 集電區(qū)收集電子形成集電極電流 IC 大部分從發(fā)射區(qū) “ 發(fā)射 ” 來的自由電子很快擴散到了集電結 。 由于集電結反偏 ， 在這個較強的從 N區(qū)（ 集電區(qū) ） 指向 P區(qū) （ 基區(qū) ） 的內(nèi)電場的作用下 ， 自由電子很快就被吸引 、 漂移過了集電結 ， 到達集電區(qū) ， 形成集電極電流的主要成分 I′C。 集電極電流的方向是流入集電極的 。 第 1章 基本半導體分立器件 2． 電流分配關系 發(fā)射極電流 IE在基區(qū)分為基區(qū)內(nèi)的復合電流 I′B和繼續(xù)向集電極擴散的電流 I′C兩個部分 ， I′C與 I′B的比例 ， 取決于制造三極管時的結構和工藝 ， 管子制成后 ， 這個比例基本上是個定值 。 定義三極管的直流電流放大系數(shù) β 為 I′C與 I′B的比值 ， 即 BCC B OC B OCBCIIIIBIIII ???????? （ 18） 第 1章 基本半導體分立器件 因為從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的載流子在基區(qū)復合掉的很少 ， 所以 β一般在幾十到二百之間 。 β越大 ， 三極管的電流放大能力越強 。 從式 （ 18） 中可以解出 （ 19） 式中 ， ICEO=(1+β)ICBO叫做穿透電流 。 C E OC B OBC IIII ????? ??? )1(第 1章 基本半導體分立器件 將三極管看成是一個節(jié)點 ， 還可以得到發(fā)射極電流 IE與 IB、 IC的關系 ， 即 IE=IC+IB=（ 1+β） IB （ 111） 由于 β較大 ， 通常認為 IE≈IC。 一般小功率管基極電流通常是微安級別 ， 而 IC和 IE的數(shù)量級可以達到毫安級 。 BC II ?? （ 110） 第 1章 基本半導體分立器件 3． 三極管的電流放大作用 如圖 12