2．二极管微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
ui=0时直流电源作用
小信号作用
根据电流方程，
，Q越高，
越小。
1.2.5稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。
稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如下图所示。
不至于损坏的最大电流
进入稳压区的最小电流
（1）稳定电压UZ
（2）动态电阻rZ＝ΔUZ/ΔIZ
（3）最大耗散功率PZM＝IZMUZ
（4）最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin
（5）稳定电压温度系数α
1.2.6其它类型二极管
（1）发光二极管
有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几~几十mA
符号：
（2）光电二极管
利用半导体的光敏特性，其反向电流随光照强度的增加而上升。
符号：
[例题1]判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。
解：
（a）断开二极管，UD=4V，则二极管为正偏处于导通状态。
所以，UD=0.7V。
（b）断开二极管D1、D2，UD1=2V，UD2=8V，则二极管D2先导通。
则UD2=0.7V，UD1=0.7-3-3=-5.3V。
D1反向截止。
[例题2]1.V＝2V、5V、10V时二极管中的直流电流各为多少？
2.若输入电压的有效值为5mV，则上述各种情况下二极管中的交流电流各为多少？
解：
1．V＝2V较小时应实测伏安特性，用图解法求ID。
V＝5V，
V＝10V，
2．
，
V＝2V，ID≈2.6mA，
，
V＝5V，ID≈21.5mA，
，
V＝10V，ID≈50mA，
，
在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！
1.3双极性晶体管
1.3.1晶体管管的结构及类型
三极管的主要类型
（1）根据结构分:
NPN型和PNP型
（2）根据使用的半导体材料分:
硅管和锗管
1.NPN型三极管和PNP型三极管结构示意图和符号：
2、三极管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）：
晶体管又称半导体三极管，是最重要的一种半导体器件。
它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展。
我们首先从管子的内部结构开始，逐步了解它的特性及应用。
其结构特点是：
（1）发射区小，掺杂浓度大。
（2）集电区掺杂浓度低，集电结面积大。
（3）基区掺杂浓度很低，且很薄。
1.3.2晶体管电流放大作用（以NPN型管为例）
依据两个PN结的偏置情况：
发射结正向偏置、集电结反向偏置。
如图所示：
一、晶体管内部载流子的运动
a.发射结正向偏置，发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。
b.基区向发射区扩散空穴，形成空穴电流。
因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流忽略不记。
c.扩散到基区自由电子与空穴形成基极电流复合IB。
d.集电结反向偏置，漂移运动形成集电极电流IC。
二、晶体管的电流分配关系
三极管内部载流子的运动规律
IE=IEN+IEP=ICN+IBN+ICBO
IC=ICN+ICBO≈ICE
IB=IBN+IEP-ICBO=IB’-ICBO
总结：
IE=IC+IB
三、晶体管的共射电流放大系数
ICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数：
若IB=0,则IC≈ICE0，称集－射极穿透电流,当温度升高时，ICEO增大。
忽略ICEO，有
共射交流电流放大系数
在一定范围内，可以
取值为几十至一百多倍。
太小，放大能力不强，太大，性能不够稳定。
1.3.3晶体管共射特性曲线
晶体管的特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。
为什么要研究特性曲线：
1）直观地分析管子的工作状态
2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路
我们重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线，来看测量晶体管特性的实验线路：
发射极是输入回路、输出回路的公共端。
一、输入特性曲线：
是指当集-射极电压UCE为常数时，输入电路中基极电流IB与基-射极电压UBE之间的关系曲线。
，特点:
非线性。
对硅管而言，当UCE≥1V时，集电结已反向偏置，而基区又薄，可以把从发射区扩散到基区的电子几乎全部拉入集电区，此后，UCE对IB就不再有影响，就是说，UCE>1V后的特性曲线是重合的。
与二极管特性曲线一样，晶体管输入特性曲线也有一段死区，只有当发射结外加电压大于死区电压时，才有电流IB。
正常工作时发射结电压：
NPN型硅管UBE≈0.6~0.7V，PNP型锗管UBE≈－0.2~-－0.3V。
二、输出特性曲线：
是指当基极电流IB为常数时，输出电路（集电极电路）中集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线，
。
输出特性曲线通常分三个工作区：
（1）放大区：
在放大区有IC=βIB，也称为线性区，具有恒流特性。
在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。
（2）截止区：
IB<0以下区域为截止区，有IC≈0。
在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。
（3）饱和区：
当UCE≤UBE时，晶体管工作于饱和状态（输出特性曲线上升段附近）。
在饱和区，βIB≥IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。
此时，UCE≈0，
。
深度饱和时，硅管UCES≈0.3V，锗管UCES≈0.1V。
1.3.4晶体管的主要参数：
晶体管的特性除用特性曲线表示外，还可用一些数据表示，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。
1.共射电流放大系数
，
：
当晶体管接成共发射极电路时，在静态时集电极电流IC与基极电流IB的比值称直流电流放大系数:
。
当晶体管工作在动态时，集电极电流变化量
与基极电流变化量
的比值称交流电流放大系数:
。
和
的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值接近。
，
常用晶体管的
值在20~200之间。
例：
在UCE=6V时，在Q1点IB=40mA，IC=1.5mA；在Q2点IB=60mA，IC=2.3mA。
解：
在Q1点，有
由Q1和Q2点，得
在以后的计算中，一般作近似处理：
=
。
2.集-基极反向截止电流ICBO
ICBO是当发射极开路时由于集电极反向偏置，集电区和基区的少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。
ICBO越小越好。
温度升高，ICBO增大。
3.集-射极反向截止电流（穿透电流）ICEO
当IB=0时，（将基极开路），集电结处于反向偏置和发射结处于正向偏置时的集电极电流ICEO，ICEO受温度的影响大。
温度升高，ICEO增大，所以IC也相应增加。
三极管的温度特性较差。
二、极限参数
1.集电极最大允许电流ICM
集电极电流IC上升会导致三极管的b值的下降，当b值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。
2.集-射极反向击穿电压U（BR）CEO
当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。
手册上给出的数值是25°C、基极开路时的击穿电压U（BR）CEO。
3.集电极最大允许耗散功耗PCM
PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。
PC≦PCM=ICUCE
硅管允许结温约为150°C，锗管约为70~90°C。
1.3.5晶体管参数与温度的关系
1、温度每增加10°C，ICBO增大一倍。
硅管优于锗管。
2、温度每升高1°C，UBE将减小–（2~2.5）mV，即晶体管具有负温度系数。
3、温度每升高1°C，
增加0.5%~1.0%。
1.3.6半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3DG110B
第一位：
三极管
第二位：
用字母表示材料。
A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管
第三位：
用字母表示器件的种类：
X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
第五位：
用数字表示同种器件型号的序号
第六位：
用字母表示同一型号中的不同规格
1.4场效应管
1.4.1结型场效应管
JFET的结构如图所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。
一个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。
结型场效应三极管的结构
一、结型场效应三极管的工作原理
根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。
现以N沟道为例说明其工作原理。
1.栅源电压对沟道的控制作用
当VGS=0时，在漏极与源极之间加有一定电压，在漏、源间将形成多子漂移运动，产生漏极电流。
当VGS＜0时，PN结反偏，耗尽层加厚，漏、源间的沟道将变窄、电阻增大、ID减小，VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。
当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS（off）。
2.漏源电压对沟道的控制作用
在栅极加上电压，且VGS＞VGS（off），若漏源电压VDS从零开始增加，则VGD=VGS-VDS将随之减小。
使靠近漏极处的耗尽层厚度加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。
当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VGS（off）时，在紧靠漏极处出现预夹断，当VDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。
3.结型场效应三极管的特性曲线
JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。
它与MOSFET的特性曲线基本相同，只不过MOSFET的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。
JFET的特性曲线如图所示。
（a）漏极输出特性曲线（b）转移特性曲线
N沟道结型场效应三极管的特性曲线
1.4.2绝缘栅场效应三极管
绝缘栅型场效应管MOSFET分为:
增强型→N沟道、P沟道
耗尽型→N沟道、P沟道
一、N沟道增强型MOS管
结构示意图和符号见图。
其中：
D（Drain）为漏极，相当于集电极C；G（Gate）为栅极，相当于基极B;S（Source）为源极，相当于发射极E。
1.工作原理
当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS（th）时，耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所
以不可能以形成漏极电流ID。
随着VGS的继续增加，ID将不断增加。
在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS（th）后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。
a）转移特性曲线b）漏极输出特性曲线
ID=f（VGS）∣VDS=constID=f（VDS）∣VGS=const
二、N沟道耗尽型MOS管
（a）结构示意图（b）转移特性曲线
N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线
1.4.3场效应管的主要参数
（1）开启电压VGS（th）（或VT）
（2）夹断电压VGS（off）（或VP）
（3）饱和漏极电流IDSS
（4）输入电阻RGS
（5）低频跨导gm
（6）最大漏极功耗PDM
1.4.4双极型和场效应型三极管的比较
一．场效应管用栅源电压
控制漏极电流
，栅极基本不取电流；晶体管工作是基极总要索取一定的电流。
二．场效应管只有多子参与导电；晶体管内既有多子又有少子参与导电。
场效应管的温度稳定性好，抗辐射能力强。
在环境变化大的情况下应选用场效应管。
三．场效应管的噪声系数小，所以低噪声放大器的输入级和要求信噪比较高的电路应选用场效应管。
四．场效应管的漏极与源极可以互换使用，互换后特性变化不大；而晶体管的发射极与集电极互换后特性差异很大。
五．场效应管比晶体管的种类多，在组成电路时更灵活。
六．场效应管和晶体管均可用于放大电路和开关电路。
小结：
本章重点介绍了半导体的基础知识，以及两个重要的半导体器件：
二极管和晶体管。
半导体的基础知识是要求大家了解即可，对于二极管的伏安特性曲线以及晶体管的输入、输出特性曲线一定要牢记，对于其主要参数也要特别注意，在应用中十分有用。
对与二极管的应用，本章只是作了简单介绍，在后面直流稳压电源一章还要作具体的介绍。
升级会员 