【正文】 和 IB的比例基本上保持一定 。 為了衡量集電極電子電流 ICN所占發(fā)射極電流 IE的比例大小 ， 一般將 ICN和IE的比值定義為 共基直流電流放大系數(shù) ， 記作 ， 即 ?ECNII?? （ 110） 將式 (110)代入式（ 18）可得 C B OEC III ?? ?（ 111） 當 ICBOIC時，可將 ICBO忽略，則： ECII?? （ 112） 第一章半導體器件 將式（ 19）代入式（ 111），即得 C B OCBC IIII ??? )(?C B OBC III ??????? 111（ 113） 令 ????? 1（ 114） 稱為 共射直流電流放大系數(shù) 。 若兩個 PN結對接，相當基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用，基區(qū)從厚變薄，兩個 PN結演變?yōu)槿龢O管，這是量變引起質變的又一個實例。 IE=IEN + IEP 且 IEN IEP IC= ICN +ICBO ICN= IEN IBN IB= IEP + IBN ICBO 第一章半導體器件 由此寫出三極管三個電極的電流： N P Nebc電子 空穴IEN ICN IEP ICBO IE IC IB IBN IE=IEN + IEP 且 IEN IEP IC= ICN +ICBO ICN= IEN IBN IB= IEP + IBN ICBO 發(fā)射極電流： IE= IEN＋ IEP 且有 IENIEP 集電極電流： IC=ICN+ ICBO ICN=IEN IBN 且有 IEN IBN ， ICNIBN 基 極電流： IB=IEP+ IBN－ ICBO 所以，發(fā)射極電流又可以寫成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ ICBO)=IC+IB 第一章半導體器件 從以上分析可知 ， 對于 NPN型三極管： 集電極電流和基極電流是 流入 三極管 ， 發(fā)射極電流是 流出 三極管 ， 流進的電流 等于 流出的電流 。 N P Nebc電子 空穴IEN ICN IEP ICBO IE IC IB IBN 注意： 圖中畫的是載流子的運動方向，空穴流與電流方向相同； 電子流與電流方向相反。 若在放大工作狀態(tài)： 發(fā)射結加正向電壓 ， 集電結加反向電壓 。 第一章半導體器件 3. 三極管內部載流子的運動和各級電流的形成 雙極型三極管在制造時要求： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大 ， 基區(qū)摻雜濃度低并要制造得很薄， 集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結面積較大 。因此有三種接法也稱 三種組態(tài) ，見下圖。 實現(xiàn)發(fā)射結正偏 、 集電結反偏 ， 三個電極的電位關系是： NPN管： UCUBUE； PNP管 ： UCUBUE。因為實際上： 第一章半導體器件 1． 三極管的 PN結偏置 為使三極管正常工作 ， 必須給三極管的兩個 PN結加上合適的直流電壓 ， 或者說 ， 兩個 PN結必須有合適的偏置 。 基區(qū)要制造得很薄 ，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。 發(fā)射極箭頭方向：發(fā)射極電流的實際方向。 場效應型半導體三極管僅由一種載 流子參與導電，是一種 VCCS器件 。 半導體三極管有兩大類型， ? 一是雙極型半導體三極管 (BJT)， Bipolar Junction Transistor ? 二是場效應半導體三極管 (FET)。 (3) 檢驗限流電阻 R的功率定額： 當 UI=UIM且為滿負載的情況下， R上所消耗的功率為： PR=URIR=(UIMUZ) (UIMUZ)/R=() ()/51= 為了安全和可靠起見，限流電阻 R以選用 1W的電阻為宜。 試分析此穩(wěn)壓電路能否正常工作。 穩(wěn)壓管主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓 Uz=9V，穩(wěn)定電流的范圍 Iz= 5mA~56mA，額定功率為 1W。 圖 120 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 RLID ZVD ZR＋－Ui＋Uo－IL第一章半導體器件 RL IZR+UiUoIL IR例 3：一穩(wěn)壓電路如圖所示，其中的直流輸入電壓 Ui是由汽車上的鉛酸電池供電，電壓在 12～ 。 由圖可見 ， 穩(wěn)壓管并聯(lián)在負載 RL的兩端 ， 以使負載兩端電壓在 Ui和 RL變化時保持穩(wěn)定 。 通常穩(wěn)定電壓低于 4V的穩(wěn)壓管具有負溫度系數(shù) （ 屬于齊納擊穿 ） ， 即溫度升高時 ， 穩(wěn)定電壓值下降； 穩(wěn)定電壓大于 7V的穩(wěn)壓管具有正溫度系數(shù) （ 屬于雪崩擊穿 ） ， 即溫度升高時 ， 穩(wěn)定電壓值上升； 穩(wěn)定電壓在 4 ~7V之間的穩(wěn)壓管 ， 溫度系數(shù)較小 ， 說明管子的穩(wěn)定電壓受溫度的影響小 ， 性能比較穩(wěn)定 。 對于同一個穩(wěn)壓管 ， 工作電流越大 ， rz越小 。 （ 4） 動態(tài)電阻 rz： 穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時 ， 其端電壓變化量與端電流變化量之比 ， 即 rz=ΔUZ/ΔIDZ。 （ 3） 額定功耗 PZM： 穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定電流 IZM（ 或記作 IZmax） 和穩(wěn)定電壓 UZ的乘積 。 1． 穩(wěn)壓管的伏安特性 IUOIZ m i nIZ m ax? I? U陰極陽極VD Z( a )( b )Uz第一章半導體器件 2． 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) （ 1） 穩(wěn)定電壓 UZ： 穩(wěn)壓管反向擊穿后的穩(wěn)定電壓值 。 第一章半導體器件 ? (1) UDD=10V ? 使用 理想模型： ? UD=0V, ID=UDD/R=10V/10K=1mA ? 使用 恒壓降模型： ? UD=, ID=(UDDUD)/R=()/10K= ? 使用 折線模型： ? ID=(UDDUon)/(R+rD)=()/(10K+)= ? UD=Uon+IDrD=+ = ? (2) UDD=1V ? 使用 理想模型： ? UD=0V, ID=UDD/R=1V/10K= ? 使用 恒壓降模型： ? UD=, ID=(UDDUD)/R=()/10K= ? 使用 折線模型： ? ID=(UDDUon)/(R+rD)=()/(10K+)= ? UD=Uon+IDrD=+ = 第一章半導體器件 例 2 由二極管組成的開關電路如圖 118所示 ， 判斷圖中二極管是導通還是截止 ， 并確定電路的輸出電壓 Uo（ 設二極管是理想二極管 ） 。 U DU onRDD I D( b ) 習慣畫法URDDU I D( a ) 簡單二極管電路注意： 上述各種等效電路模型都是在不同的條件下得出的。 （ 1） UDD=10V（ 2） UDD=1V。 圖 117 二極管的微變等效模型 (a) UI特性； (b) 代表符號 +Δ UD Δ ID( a )O UD Δ UDΔ IDIDUDQID( b )rd第一章半導體器件 動態(tài)電阻 rd還可利用二極管的電流方程求得： )1( / ?? TD UUSD eII取 ID對 UD的微分，得微變電導： TDUUTSDUUSDDd UIeUIdUeIddUdIg TDTD ????? // )]1([則 DTDDDDd IUdIdUIUr ?????在室溫（ T=300K）時： )()(26mAImVIUrDDTd ??（ 16） 式中 , ID為靜態(tài)工作點 Q的電流。 因此等效模型為一理想二極管和恒壓源 Uth及正向電阻 rD相串聯(lián) 。 所謂 “ 等效 ” ， 是指在一定的條件下 ， 在電路中如果兩個電路具有相同的外部效果 ， 即它們在相同的外部連接時 ， 從外部看進去相應的電壓 ， 電流完全一樣 ， 則稱這兩個電路是等效的 。 為了便于分析 ， 在一定的條件下 ， 可用線性模型來代替二極管 ， 模型稱為二極管的等效模型 （ 或等效電路 ） 。 這里主要介紹 等效電路分析法 。 此值越小 ， 二極管的單向導電性越好 ， 隨著溫度的增加 ， 反向電流會急劇增加 ， 使用時要注意溫度的影響 。 通常： UR為二極管反向擊穿電壓 U(BR)的一半 。 超過此值 ， 由于二極管結電容的作用 ， 二極管的單向導電性將遭到破壞 。 常用的二極管主要參數(shù)有： (1) 最大整流電流 IF：二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流 。 ID / m AO UonUD / V第一章半導體器件 二極管的主要參數(shù) 器件的參數(shù)是器件特性的定量描述 ， 也是合理選擇和安全運用器件的依據(jù) 。 但是 ， 由于管子存在 電中性區(qū)的體電阻和引線電阻 等 ， 在外加正向電壓相同的情況下 ， 二極管的正向電流要小于 PN結的電流 ， 大電流時更為明顯； 當外加反向電壓時 ， 由于二極管 表面漏電流 的存在 ， 使反向電流增大 。 （ 15） 第一章半導體器件 半導體二極管 半導體二極管的結構和符號 將一個 PN結用管殼封裝起來 ， 在兩端加上電極引線就構成了二極管 。 這種隨著外加正向電壓的增大或減小而引起的非平衡少子電荷量變化的電容效應 ， 稱為擴散電容 Cd。當 外加正向電壓一定 時 ， 靠近空間電荷區(qū)邊界的中性區(qū)非平衡少子濃度高 ， 遠離邊界的中性區(qū)非平衡少子濃度低 。 P 區(qū)N 區(qū)空 間 電 荷 區(qū)第一章半導體器件 2） 擴散電容 Cd(Diffusion Capacitance) PN結處于平衡狀態(tài)時的少子稱為 平衡少子 。 勢壘電容的大小可用下式表示： lSUQCb ????? (14) 勢壘電容的大?。? 與 PN結的結面積 S成正比 ， 與空間電荷區(qū)的寬度 l成反比 ， ε為半導體材料的介電系數(shù) 。 第一章半導體器件 1） 勢壘電容 Cb(Barrier Capacitance) 當 PN結外加正向電壓時 ， 空間電荷區(qū)變窄 ， 電荷量變??； 當 PN結外加反向電壓時 ， 空間電荷區(qū)變寬 ， 電荷量增加 。 當外加電壓變化很快時 ， PN結的單向導電性就不完全成立 ， 其主要原因是 PN結的電容效應 。 理論分析表明 ， 雪崩擊穿電壓隨溫度升高而增大 ， 具有正的溫度系數(shù)；齊納擊穿電壓隨溫度的升高而降低 ， 具有負的溫度系數(shù) 。 所以當溫度升高時 ， PN結的正向特性曲線向左移動 ， 反向特性曲線向下移動 。 第一章半導體器件 4． PN結的溫度特性 由式 （ 12） 可知 ， PN結電流的大小與 UT和 IS有關 ， 而 UT和IS均為溫度的函數(shù) ， 所以 PN結的伏安特性與溫度有關 。 通常情況下 ， 反向擊穿電壓在 7V以上屬于雪崩擊穿 ， 4V以下屬于齊納擊穿 ，在 4~7V之間的擊穿則兩種情況都有 。 空間電荷區(qū)變寬 —— 內電場加強 —— 飄移運動加速 —— 動能加大 —— 共價鍵價電子碰撞 —— 產生電子 空穴對 —— 電場加速 —— 碰撞其他中性原子 —— 產生新的電子空穴對 。 圖 110 PN結的擊穿特性 U( BR)I / m AU / V反 向 電 流急 劇增大O第一章半導體器件 PN結