《晶体二极管与晶体三极管》课件

晶体二极管与晶体三极管本课程深入探讨半导体器件基础，重点分析二极管与三极管工作原理、特性与应用半导体概念回顾半导体定义常见材料型半导体型半导体P N导电性能介于导体与绝缘体之硅、锗、砷化镓掺杂三价元素，主要载流子为掺杂五价元素，主要载流子为间空穴电子晶体二极管诞生与发展1234年年年现代187419401962卡尔费迪南德布劳恩发明硅晶体二极管诞生第一个商用发明纳米级二极管研发··LED猫须二极管二极管结构与符号结构电路符号P-N型半导体与型半导体连接箭头指示电流正向流动方向P N形成结区特性存在空间电荷区，阻碍载流子移动二极管的类型分类普通二极管肖特基二极管整流、开关应用金属半导体结，低正向压降-发光二极管齐纳二极管电能转光能，显示应用稳压应用，反向击穿特性二极管核心参数参数名称符号典型值正向压降硅，锗VF

0.7V

0.3V反向击穿电压VBR50V-1000V最大整流电流IFmax1A-100A反向恢复时间几至几trr nsμs二极管的单向导电性正向偏置区接正，区接负，导通P N势垒降低载流子克服势垒，形成漂移电流反向偏置区接负，区接正，截止P N势垒增高仅存在极小反向饱和电流二极管伏安特性曲线二极管失效模式与原因击穿失效老化失效反向电压超过额定值长期工作参数漂移••过电压瞬态导致击穿封装材料蜕变••表现为短路漏电流增大••热失控散热不良导致温度失控•形成热击穿•表现为性能恶化•二极管在整流电路中的应用半波整流全波整流桥式整流单个二极管，仅导通半个周期两个二极管中心抽头变压器四个二极管组成桥路+输出含较大交流成分交流正负半周均被利用无需中心抽头，效率高全波桥式整流电路交流输入正弦波输入，频率50Hz桥式结构四个二极管形成导通路径电流路径正半周负载D1→→D3负半周负载D2→→D4输出波形全正弦波，频率100Hz二极管在限幅电路中的作用输入信号正弦波或方波信号二极管限幅当信号超过阈值，二极管导通输出波形顶部或底部被削平的波形应用场景信号整形、过压保护二极管钳位电路正钳位电路负钳位电路将信号钳位至正电平将信号钳位至负电平正向导通时形成钳位与基准电压比较决定钳位点D二极管检测电路高频调制信号调幅波AM二极管整流仅保留正半周滤波RC滤除高频载波包络检波恢复原始低频信号发光二极管（）介绍LED结构原理类型多样应用广泛特殊结材料，电子空穴复合释放光子不同材料对应不同波长，产生不同颜色显示屏、指示灯、照明、通信PN-二极管在电压稳压中的应用齐纳稳压原理应用优势利用反向击穿区电压恒定特性结构简单通过串联电阻限流成本低适合小功率场合齐纳二极管的伏安特性二极管静态参数测试方法万用表档位选择选择二极管测试档或电阻档正向测试红表笔接阳极，黑表笔接阴极反向测试红表笔接阴极，黑表笔接阳极数据分析正向约，反向开路

0.7V二极管动态特性与反向恢复正向导通结区存储电荷反向切换少数载流子需时间消散恢复完成二极管重新阻断二极管保护作用ESD瞬态过电压保护静电释放路径电路保护实例吸收高压尖峰，保护敏提供电流低阻抗通接口、天线输入、ESD USB感器件道电源线路二极管市场主流封装从左至右封装、直插封装、功率封装、玻璃封装、桥式整流器封装SMD晶体二极管典型产品选型型号类型主要参数典型应用整流二极管低压整流1N40011A/50V整流二极管高压整流1N54083A/1000V开关二极管快速开关逻辑电路1N4148齐纳二极管参考电压1N5231B

5.1V/

0.5W晶体二极管产业动态25%年增长率功率二极管市场扩张速度亿580市场规模全球二极管市场（人民币）40%中国份额全球产能中国占比18%增速SiC碳化硅二极管年增长复习与思考二极管部分结构原理特性曲线掌握结基本构造理解伏安特性与工作区间PN应用电路思考题能分析基本整流、稳压电路为何肖特基二极管适合高频应用？晶体三极管的起源年基础意义1947肖克利、巴丁和布拉顿发明点接触型三极电子学革命的起点管获年诺贝尔物理学奖1956贝尔实验室第一个晶体管开启固态电子时代三极管基本结构与类型型电流方向型电流方向NPN PNP两块型半导体夹一块型主电流从集电极流向发射极两块型半导体夹一块型主电流从发射极流向集电极N PP N三极管电路符号与封装符号、符号、小信号封装、功率封装、贴片封装NPN PNPTO-92TO-220SOT-23三极管工作原理精析电流放大小基极电流控制大集电极电流1载流子注入基极薄，多数载流子穿透至集电区放大系数β×，典型值Ic=βIb50-300三极管输入输出特性曲线三极管静态工作点偏置设计/静态工作点偏置方式无信号时的电流、电压值固定偏置决定放大器性能分压偏置发射极反馈偏置放大电路基础共集电极输入阻抗高共基极电压增益1共射极输入阻抗低输出同相输入阻抗中等电压增益大电压增益大输出同相输出反相适合高频放大1共射极放大电路详解电路特点增益表达式应用领域输入接基极电压增益音频放大••Av≈-Rc/re•输出取自集电极前置放大••re≈26mV/Ie•发射极接地或去耦负号表示反相信号处理•••共集电极（射极跟随器）应用场景阻抗转换缓冲器功率驱动高阻抗变低阻抗，驱动隔离上下级，防止负载驱动耳机、扬声器等低能力强效应阻负载三极管作为开关元件开关原理开关优势利用三极管截止饱和特性控制电流小-基极电流控制通断开关速度快驱动电路简单饱和截止区详解/截止区1基极无电流，集电极无电流放大区×，线性关系Ic=βIb饱和区集电极电流不再随基极电流增大三极管在数字电路中的应用逻辑非门电路集成电路DTL TTL三极管反相特性实现二极管三极管逻辑三极管三极管逻辑--三极管多级放大器输入信号微弱信号源前置放大提升信号电压中间级放大进一步增益功率放大提供足够驱动能力三极管参数与选型参数名称符号选型重要性电流放大系数或决定放大能力βhFE最大集电极电流决定承载能力ICmax集射极击穿电压决定工作电压上限-VCEO最大功耗决定散热要求Pmax截止频率决定高频性能fT三极管稳压与功放电路基准电压齐纳二极管提供稳定参考电压放大驱动三极管提高输出电流能力输出调整负反馈使输出电压跟随基准电压变化过流保护电流检测电路限制最大输出电流晶体三极管失效与保护热失效保护过流保护散热片、热敏电阻监测限流电阻、熔断器过压保护次级击穿二极管、缓冲网络雪崩效应导致集电结永久性损坏TVS RC三极管主要市场产品新型三极管与管IGBT V-MOS特点特点IGBT V-MOS结合与双极型优势垂直沟道结构MOSFET高输入阻抗，低导通损耗开关速度快，功率密度高射频（）与高频三极管RF高频特性射频应用典型型号低结电容天线前端放大•••2N3904/3906高转换频率混频器系列•fT••BFR低噪声系数振荡器系列•••2SC三极管微型化与集成工艺三极管从分立器件向超小型集成电路演变，现代工艺可实现纳米级尺寸晶体管发展对信息社会的推动年19471第一个晶体管诞生世纪年代22050晶体管收音机出现世纪年代20603集成电路大规模应用世纪年代42070个人计算机问世世纪215物联网与智能设备爆发晶体二极管与三极管比较三极管两个结PN具有放大功能2二极管主要用于放大、开关单个结PN1单向导电互补应用主要用于整流、稳压稳压放大组合+信号检测放大+开关电路协同前沿技术与未来趋势展望碳化硅半导体高温、高压、高频应用氮化镓器件高效率功率转换纳米晶体管量子效应，超低功耗有机半导体柔性电子，可印刷电路实验操作与原理验证建议整流电路实验放大电路实验仪器使用验证半波、全波整流原理测量电压增益与输入输出特性示波器观察波形，万用表测量参数典型故障分析与电路诊断现象观察无输出、波形异常、发热参数测量检测电流、电压、波形器件测试测量二极管导通反向，三极管值/β替换验证更换可疑元件，确认故障点总结与课后思考知识点回顾应用延伸二极管单向导电原理整流、稳压、放大、开关电路三极管放大开关特性/思考问题为何三极管替代真空管带来电子革命？集成电路如何从晶体管演变？。