三极管工作原理

三极管工作原理（精选8篇）

篇1：三极管工作原理

1、晶体三极管简介。

晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合，两个pn结之间的相互影响，使pn结的功能发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。如图2-17所示。(用Q、VT、PQ表示)三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工艺上的两个特点：(1)基区的宽度做的非常薄;(2)发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。

2、晶体三极管的工作原理。

其次，三极管工作必要条件是(a)在B极和E极之间施加正向电压(此电压的大小不能超过1V);(b)在C极和E极之间施加反向电压(此电压应比eb间电压较高);(c)若要取得输出必须施加负载。

(1)基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。

(2)基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间施加了反向电压，所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因

而就没有集电极电流产生。

综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是三极管的开关作用(开关特性)。

3、晶体三极管共发射极放大原理。

A、vt是一个npn型三极管，起放大作用。

B、ecc 集电极回路电源(集电结反偏)为输出信号提供能量。

C、rc 是集电极直流负载电阻，可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。

D、基极电源ebb和基极电阻rb，一方面为发射结提供正向偏置电压，同时也决定了基极电流ib.E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合电容。

F、rl是交流负载等效电阻。

交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui负端。

(1)在日常使用中采用两组电源不便，可用一组供电。

(2)为简化电路，用“UCC”的端点和“地”表示直流电源。

(3)把输入信号电压、输出信号电压和直流电源的公共端点称为“地”并用符号“丄”表示，以地端作零电位参考。

三极管原理总结

1.一定要有多子少子的概念，p类半导体多子是空穴，少子是电子，n类半导体多子是电子，少子是空穴。

2.PN结内部会形成内电场，方向为N到P，(N区的多子进入P区，在原地留下空穴，显正电性，P区的空穴被N区的电子进入，显负电性)抑制多子的继续扩散，然而内电场却利于少子的漂移，少子漂移削弱了内电场，又有利于多子的扩散，最终达到动态平衡。

3.二极管正向偏压时，外加电压削弱了pn结中的内电场，使得多子继续扩散，最终形成电流，二极管导通。

4.二极管反向偏压时，外加电压增强了pn结中的内电场，使得多子更加难以扩散，然而却增强了少子的漂移，所以会形成微弱的少子电流，称为反向饱和电流。

5.反偏时少数载流子反向通过PN结是很容易的，甚至比正偏时多数载流子正向通过PN结还要容易。

6.三极管be结正向偏置时，cb反向偏置时，e区的多子：自由电子会作为cb结p区的少子注入到cb区，而cb结的内电场使得be过来的自由电子极易通过，最终形成Ic。(以下讨论均基于npn三极管)

7.集电极电流Ic和Uce没有关系，Uce的作用主要是维持bc结的反偏状态，满足三极管放大态的外部电路条件。(当然，当Uce小到一定程度时，就会影响到Ic)

8.三极管的饱和状态：增大Ib，Ic会随之增大，然而总存在一个临界的Ib，再增大Ic也不会再随之增大了，此时三极管进入饱和状态。这是因为Ic越大，Uce上分到的电压就越少，最终Uce又会反过来影响Ic，使Ic减小，最终达到平衡。

9.三极管可以构成出电流源(保持Ib恒定)，但此电流源是有限制的：负载上的分压是以Uce的减小为代价的，当负载越来越大，导致Uce过小时，便无法再维持Ic稳定不变了。

10.当三极管构成电流源时，此时可以把三极管看成一个神奇的动态电阻：当负载RL变化时，此动态电阻的值为Vcc / Ic-RL，动态电阻通过自身的阻值变化，总是想维持Ic的恒定。

篇2：三极管工作原理

NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。

NPN是用B—E的电流（IB）控制C—E的电流（IC），E极电位最低，且正常放大时通常C极电位最高，即VC>VB>VE。

PNP是用E—B的电流（IB）控制E—C的电流（IC），E极电位最高，且正常放大时通常C极电位最低，即VC

2、三极管的三种工作状态：放大、饱和、截止

（1）放大区：发射结正偏，集电结反偏。对于NPN管来说，发射极正偏即基极电压Ub>发射极电压Ue，集电结反偏就是集电极电压Uc>基极电压Ub。放大条件：NPN管：Uc>Ub>Ue；PNP管：Ue>Ub>Uc。

（2）饱和区：发射结正偏、集电结正偏--BE、CE两PN结均正偏。即饱和导通条件：NPN管：Ub>Ue,Ub>Uc，PNP型管：Ue>Ub,Uc>Ub。饱合状态的特征是：三极管的电流Ib、Ic 都很大，但管压降Uce 却很小，Uce≈0。这时三极管的c、e 极相当于短路，可看成是一个开关的闭合。饱和压降，一般在估算小功率管时，对硅管可取0.3V，对锗管取0.1V。此时的，iC几乎仅决定于Ib，而与Uce无关，表现出Ib对Ic的控制作用。

（3）截止区：发射结反偏，集电结反偏。由于两个PN 结都反偏，使三极管的电流很小，Ib≈0，Ic≈0，而管压降Uce 却很大。这时的三极管c、e 极相当于开路。可以看成是一个开关的断开。

3、三极管三种工作区的电压测量

如何判断电路中的一个NPN硅晶体管处于饱和,放大,截止状态？用电压表测基极与射极间的电压Ube。

饱和状态 eb有正偏压约0.65V左右,ce电压接近0V.放大状态 eb有正偏压约0.6V,ce电压大于0.6V小于电源电压.截止状态 eb电压低于0.6V,ce电压等于或接近电源.在实际工作中，可用测量BJT各极间电压来判断它的工作状态。NPN型硅管的典型数据是：饱和状态Ube=0.7V，Uce=0.3V；放大区Ube=0.7V；截止区Ube=0V。这是对可靠截止而言，实际上当Ube<0.5V时，即已进入截止状态。对于PNP管，其电压符号应当相反。

截止区：就是三极管在工作时，集电极电流始终为0。此时，集电极与发射极间电压接近电源电压。对于NPN型硅三极管来说，当Ube在0～0.5V 之间时，Ib很小，无论Ib怎样变化，Ic都为0。此时，三极管的内阻（Rce）很大，三极管截止。当在维修过程中，测得Ube低于0.5V或Uce接近电源电压时，就可知道三极管处在截止状态。放大区：当Ube在0.5～0.7V 之间时，Ube的微小变化就能引起Ib的较大变化，Ib随Ube基本呈线性变化，从而引起Ic的较大变化（Ic=βIb）。这时三极管处于放大状态，集电极与发射极间电阻（Rce）随Ube可变。当在维修过程中，测得Ube在0.5～0.7V之间时，就可知道三极管处在放大状态。

饱和区：当三极管的基极电流（Ib）达到某一值后，三极管的基极电流无论怎样变化，集电极电流都不再增大，一直处于最大值，这时三极管就处于饱和状态。三极管的饱和状态是以三极管集电极电流来表示的，但测量三极管的电流很不方便，可以通过测量三极管的电压Ube及Uce来判断三极管是否进入饱和状态。当Ube略大于0.7V后，无论Ube怎样变化，三极管的Ic将不能再增大。此时三极管内阻（Rce）很小，Uce低于0.1V，这种状态称为饱和。三极管在饱和时的Uce 称为饱和压降。当在维修过程中测量到Ube在0.7V 左右、而Uce低于0.1V 时，就可知道三极管处在饱和状态。

截止区：Ub<=Uce且Uce>Ube 放大区：Ube>Uon且UCE>=Ube，即Uc>Ub>Ue。饱和区：Ube>Uon且UceVb,Vc>Vb，ec间电压也约等于0.3V。NPN型三极管截止时只需发射极反偏即可，PNP型三极管与NPN型三极管截止条件相同。

4、三极管用于开关电路的原理

两个PN结都导通，三极管导通，这时三极管处于饱和状态，即开关电路的“开”状态，这时CE极间电压小于BE极间电压。两个PN结均反偏，即为开关电路的“关”状态，三极管截止。

5.三极管构成放大器有三种电路连接方式

共射极放大器，发射极为公共端，基极为输入端，集电极为输出端。共集极放大器，集电极为公共端，基极为输入端，发射极为输出端。共基极放大器，基极为公共端，发射极为输入端，集电极为输出端。

6、PNP管和NPN管的用法

a.如果输入一个高电平，而输出需要一个低电平时，首选择NPN。b.如果输入一个低电平，而输出需要一个低电平时，首选择PNP。c.如果输入一个低电平，而输出需要一个高电平时，首选择NPN。d.如果输入一个高电平，而输出需要一个高电平时，首选择PNP。NPN基极高电压，极电极与发射极短路(导通).低电压，极电极与发射极开路.也就是不工作。

PNP基极高电压,极电极与发射极开路，也就是不工作。如果基极加低电位，集电极与发射极短路（导通）。

7、晶体三极管是一种电流控制元件。在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻(在三极管的集电极与电源之间接一个电阻)转变为电压放大作用。

共射极电路的电流放大系数为β，共基极电路的电流放大倍数为α。α的值小于1但接近于1，而β的值则远大于1（通常在几十到几百的范围内），所以Ic>>Ib。由于这个缘故，共射极电路不但能得到电压放大，还可得到电流放大，致使共射极电路是目前应用最广泛的一种组态。

8、三极管在电路的应用

由于单片机的输出电流很小，不能直接驱动LED，需要加装扩流电路，最简单的就是加装一个射极跟随器（共集电极电路）足以驱动LED了。射极跟随器的发射极接负载，集电极接地，基极接单片机IO口。

共射极接法和共集电极接法的区别

共集、共基、共射指的是电路，是三极管电路的连接状态而不是三极管。所谓“共”，就是输入、输出回路共有的部分。其判断是在交流等效电路下进行的。在交流通路下，电源正极相当于接地。哪一个极接地，就是共哪个极电路。共集电极电路----三极管的集电极接地，集电极是输入与输出的公共极； 共基极电路----三极管的基极接地，基极是输入与输出的公共极； 共发射极电路----三极管的发射极接地，发射极是输入与输出的公共极。8.1、NPN管在电路中的应用

区别很大。

首先，你的图有些问题，在B极、E或C极回路上必须要有限流电阻，不然会烧元件或者拉低电压的。

Q1应该是共集电极电路吧，Q2算共射电路。此处输入电压3V3代表3.3V。一般情况不使用Q1电路，都使用Q2电路。

Q1电路中，随着Q1的导通，E极电压上升，升到E极电压上升到3V（锗管）或2.6V（硅管）时，Q1的BE结电压开始减小，使Q1欲退出饱和状态，如此Q1的电压就钳在3V或2.6V左右，Q1的输出电压相对较低，不可能超过3V（按锗管算，BE也得0.3V的压降）。因为Ube=0.7V（硅管）/0.3V（锗管）。

Q1电路无法进入饱和状态?如果Q1进入饱和状态,电流Ic增大,集电极本来就有限流电阻R,Ic*R>Vcc-Ie*Rled? Rled为LED的电阻。

Q2电路简单，只要BE电压达到0.3V（锗管）或0.7V（硅管），Q2饱和导通，5V电压就加于负载。负载电压不受B极驱动电压的影响。

综上所述：NPN管（高电平导通）采用共集电极接法时输出电压较低，采用共射极接法时输出电压相对较高。

8.2 PNP管在电路中的应用

两种接法各有用途，不能说哪种更好

左边是共发射极接法，右边是共集电极接法，由于发射极和基极间的电位只差0.7V，大致可看成Ve=Vb，因此又叫做射级跟随器。

当目的是要驱动一个数字量器件（如继电器/蜂鸣器）时，左边的共射电路是最标准的用法：T1要么截止要么饱和导通，导通时T1上的压降很小，电源电压几乎都落到负载B1上，T1相当于一个开关。采用右图的射随接法继电器/蜂鸣器虽也能工作，但因三极管不会饱和，使得负载得不到接近电源的电压，反而要使三极管的功耗增大，是值得注意的。

左图：拉低T1的基极电平使其导通（限流电阻不可省），T1即饱和，Vce仅约0.2V。

右图：拉低T2的基极电平（假设为0.3V），T2虽导通但无法完全饱和，因导通的条件是Vbe（实际应为Veb）上有0.7V，所以T2的Vce（实际应为Vec）=0.3+0.7=1V。

可见左右两种电路在三极管c-e上的压降不同，右图三极管的功耗要大于左图，负载上得到的电压则较低。

综上所述，PNP管（低电平导通）采用共集电极接法时无法进入饱和状态，采用共射极接法时饱和压降低。

所以在电路中不管是PNP管还是NPN管一般采用共射极接法，即集电极接负载；共集电极接法（又称射级跟随器）有电流放大而无电压放大。如果把三极管当开关用，负载最好接在集电极（不管是NPN还是PNP管），这样接导通时饱和压降小一点。接在集电极作负载的是电压放大，接在发射极做负载的是电流放大。

不管是NPN还是PNP三极管负载可以接在集电极也可以接在发射极，至于哪种接法要根据放大电路的要求来定，负载接在集电极的叫共射放大电路，具有电压放大作用，另一种负载接在发射极的称共集电极放大电路，具有电流放大作用，具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，同样是一种放大电路又称阻抗匹配电路。

8.3 一般典型用法是三极管基极接单片机IO口（P0-P3）。

三极管的集电极电流（Ic）小可以更容易进入饱和状态。三极管的饱和电流由C极负载决定,这里说的是e极上无电阻的情况.一般说负载大是指电流大,也就是电阻小。

怎么使三极管进入饱和状态？（此处NPN三极管基极接单片机IO口，发射极接地，集电极通过负载接5V电源）答案：增加基极电流，使基极电流乘以放大倍数大于集电流。因为三极管放大倍数有离散性,所以计算时要用你所用一三极管中可能的最小放大倍数。用最小放大倍数算,放大倍数较大的管子上去也能用,只是饱和深度深些,多少影响点响应速度。用最大放大倍数算,放大倍数较小的管子上去就不能保证饱和。如果单片机输出电流不够就要加放大级。

假如发射极直接接地而不串联电阻，如果三极管是NPN管，单片机IO口输出高电平，则加在三极管的电流会过大而烧毁三极管。另一种情况，假设为PNP管（E极接Vcc），单片机IO口输出低电平时三极管烧毁。一般会在单片机与三极管基极间加限流电阻（？）。

驱动蜂鸣器的电路要求工作在饱和状态下是为了提高电源的使用效率,并不是必需条件.比如说使用的蜂鸣器额定电压低于电源电压,这时就要在C极上串电阻或采用恒流电路来限制电流.pnp与npn的用法有所不同，一般来说pnp的管子射极接电源，且b极接上拉以确保关断，npn的管子射极接地，b极下拉。9013是npn管，高电平导通，9012是pnp管，低电平导通。这种做法只适应于相对较高输入阻抗电路，以提高抗干扰特性，防误触发。如果还想可靠点，此电阻上还可加一只103～104独石。

三极管如工作在饱和状态也就是开的状态，那么就是双结正偏 这是书上的解释

我自己的理解是这样的：

饱和状态和从放大状态转变过来的，极电结和发射结正偏是结果，而不是原因 就是说，三极管首先工作在放大状态，极电结反偏，发射结正偏

当基级电流增大时，一直增大到三极管的非线性区（这里指的是饱和区），注意，在这一瞬间偏置情况并未改变，也就是说依然是极电结反偏，发射结正偏。当三极管完全进入饱和区之后，才使得极电结正偏 我的核心意思是，使得三极管进入饱和导通的外界原因是基级电流增大到进入饱和的程度，而不是通过给三极管加2个正向偏压使得三极管导通

我这样理解，请问有问题吗？

答：你的理解没有错误，理解到这种程度已经下了功夫了。但确实还有一点问题，主要在于：

1、过于在意“极电结正偏”了。其实，在饱和区，即便是极电结正偏，也还没有达到极电结的正向导通电压。不过，一般人都会被“正偏”误导。

2、饱和的含义：集电极电流是随着基极电流的增大而增大的，当集电极电流增大到一定程度时，再增加基极电流，集电极电流不再随着增加了，这种现象就叫做饱和。而“三极管如工作在饱和状态，那么就是双结正偏”是现象或因果关系，也不算解释。饱和的实质正是由于集电结正偏而使Ic脱离了与Ib的线性关系（请复习三极管构造）。

3、三极管的饱和状态，是包括Ic趋于0的状态的，这一点请自已体会、理解。

4、通过给三极管发射结加上正向导通偏压，同时给集电结加上正偏，三极管一定是在饱和区（一定不在放大区，包含Ic为零的情形）。

以上这些关键点，补课也补不来的。当然，不学的人也看不到这个问题。

篇3：二极管工作原理及其主要应用

在当今社会随着人们对电子产品的需求不断增加，二极管的优点也日益突出，几乎现在所有的电子电路中，都需要用到半导体二极管，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用非常的广泛，在很多领域都起着不可取代的作用。如今，二极管的更新使电子产品日益优化，给人们的生活提供了很多帮助。

1 二极管工作原理

二极管的主要原理就是利用PN结的单向导电性,在PN结上加上引线和封装就成了一个二极管。

1）首先对PN结的形成作一些简要简要介绍

P型半导体是在本征半导体(一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体)掺入少量三价元素杂质，如硼等，因硼原子只有三个价电子，它与周围的硅原子形成共价键，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空位，当相邻共价键上的电子获得能量时就有可能填补这个空位，使硼原子成了不能移动的负离子，而原来的硅原子的共价键则因缺少一个电子，形成了空穴，但整个半导体仍呈中性。

这种P型半导体中以空穴导电为主，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。

N型半导体形成的原理和P型原理相似。在本征半导体中掺入五价原子，如磷等。掺入后，它与硅原子形成共价键，产生了自由电子。在N型半导体中，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。

因此，在本征半导体的两个不同区域掺入三价和五价杂质元素，便形成了P型区和N型区，根据N型半导体和P型半导体的特性，可知在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异，电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，它们的扩散使原来交界处的电中性被破坏。

2)PN结的单向导电性

在PN结外加正向电压V，在这个外加电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，P区中的空穴和N区的电子都要PN结移动，空穴和PN结P区的负离子中和，电子和PN结N区的正离子中和，这样就使PN结变窄。随着外加电场的增加，扩散运动进一步增强，漂移运动减弱。当外加电压超过门槛电压，PN结相当于一个阻值很小的电阻，也就是PN结导通。

2 二极管主要应用

1）几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管。

半导体二极管在电路中的使用能够起到保护电路，延长电路寿命等作用。半导体二极管的发展，使得集成电路更加优化，在各个领域都起到了积极的作用。二极管在集成电路中的作用很多，维持着集成电路正常工作。下面简要介绍二极管在以下四种电路中的作用。

(1）开关电路

在数字、集成电路中利用二极管的单向导电性实现电路的导通或断开，这一技术现在已经得到广泛应用。开关二极管可以很好的保护的电路，防止电路因为短路等问题而被烧坏，也可实现传统开关的功能。开关二极管还有一个特性就是开关的速度很快。，这是传统开关所无法比拟的。

(2）限幅电路

在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理。它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分信号。目前，大多数二极管都可作为限幅使用，但有些时候需要用到专用限幅二极管，如保护仪表时。

(3）稳压电路

在稳压电路中通常需要使用齐纳二极管，它是一种利用特殊工艺制造的面结型硅把半导体二极管，这种特殊二极管杂质浓度比较高，空间电荷区内的电荷密度大，容易形成强电场。当齐纳二极管两端反向电压加到某一值，反向电流急增，产生反向击穿。

(4）变容电路

在变容电路中常用变容二极管来实现电路的自动频率控制、调谐、调频以及扫描振荡等。

2）经过多年来科学家们不懈努力，半导体二极管发光的应用已逐步得到推广，目前发光二极管广泛应用于各种电子产品的指示灯、光纤通信用光源、各种仪表的指示器以及照明。

发光二极管的很多特性是普通发光器件所无法比拟的，主要具有特点有：安全、高效率、环保、寿命长、响应快、体积小、结构牢固。因此，发光二极管是一种符合绿色照明要求的光源。目前，发光二极管在很多领域得到普遍应用，下面介绍几点其主要应用：

(1）电子用品中的应用

发光二极管在电子用品中一般用作屏背光源或作显示、照明应用。从大型的液晶电视、电脑显示屏到媒体播放器MP3、MP4以及手机等的显示屏都将发光二极管用作屏背光源。

(2）汽车以及大型机械中的应用

发光二极管在汽车以及大型机械中得到广泛应用。汽车以及大型机械设备中的方向灯、车内照明、机械设备仪表照明、大前灯、转向灯、刹车灯、尾灯等都运用了发光二极管。主要是因为发光二极管的响应快、使用寿命长(一般发光二极管的寿命比汽车以及大型机械寿命长)。

(3）煤矿中的应用

由于发光二极管较普通发光器件具有效率高、能耗小、寿命长、光度强等特点，因此矿工灯以及井下照明等设备使用了发光二极管。虽然还未完全普及，但在不久将得到普遍应用，发光二极管将在煤矿应用中取代普通发光器件。

(4）城市的装饰灯

在当今繁华的商业时代，霓虹灯是城市繁华的重要标志，但霓虹灯存在很多缺点，比如寿命不够长等。因此，用发光二极管替代霓虹灯有着很多优势，因为发光二极管与霓虹灯相比除了寿命长，还有节能、驱动和控制简易、无需维护等特点。发光二极管替代霓虹灯将是照明设备发展的必然结果。

3 结论

在当今社会，二极管的发展使人民的生活水平得到不断提升。二极管在电路中的应用使电路得到保护，能够长时间正常工作。目前，二极管在显示、发光方面的应用非常的广泛，因为发光二极管有着普通发光器件所无法比拟的很多优点。在当今社会，“绿色”理念已经逐步渗入人们的思想，各类产品都追求环保、节能等特性。因此，二极管的应用前景非常广泛，它将逐步取代普通发光器件。

摘要：几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,半导体二极管在电路中能起到保护电路、延长电路寿命等作用。经过多年来科学家们不懈努力,半导体二极管发光的应用已逐步得到推广,目前发光二极管广泛应用于各种电子产品的指示灯、光纤通信用光源、各种仪表的指示器以及照明。

关键词：半导体二极管,电子产品,PN结,发光二极管

参考文献

[1]方志烈.发光二极管材料与器件的历史、现状和展望[J].湖南:湖南理工学院学报,2007(6):42-46.

[2]殷尚彬.高亮度发光二极管的应用前景[J].新电子,2004(1):16-18.

[3]殷登祥.科学技术与社会概论.广州:广东教育出版社,2007.

篇4：对三极管基本放大电路原理的分析

如图1所示，三极管共射基本放大电路的工作原理是：电路利用三极管的电流放大作用，把电流放大转换成电压放大，即对交流信号电压起放大与倒相的作用。它是三极管构成模拟电路的一个典型应用，是电子技术基础的重点和难点内容之一。理解并掌握这一原理，是学习和运用晶体管电路及电子技术的入门。

二、电路工作原理分析

当ui=0（静态）时，电容C1被充电到UC1=UBE，电容C2被充电到UC2=UCE。输入信号ui后，设ui=uimSinωt为一正弦量，则输入电压uBE=UBE+ui，基极电流iB=IB+ib。由于三极管的电流放大作用，集电极电流iC=βiB=β（IB+ib）=IC+ic（β为三极管的电流放大系数，β≥1）。因ic流过集电极电阻RC，在RC上要产生电压降，故在三极管的输出端即管子集—射极间将产生放大了的信号电压uCE=UCE+uce。uBE、iB、iC、uCE，它们都是在直流分量的基础上叠加以交流分量，如图2（a）～（d）所示，这就是三极管共射放大电路电压放大的基本工作过程。然而，要考虑该电路放大电压信号的输出，则要分输出端是“空载”还是“负载”两种情况来讨论。

1.输出端不接负载电阻RL，即电路“空载”输出时的工作情况

此时，图1中RL=∞，io=0，uo=0，且iC=iRC，则电路输出即管子集—射极间电压为：

uCE=UCC—iRCRC=UCC—iCRC=UCC—（IC+ic）RC=UCC—ICRC—icRC=UCE—icRC=UCE+uce

它表明uCE由直流分量与交流分量uce=—icRC两部分组成，在这里交流分量。在这种情况下，如图3所示，由于输出端未接入负载电阻RL，输出电压uce既加于三极管的集、射极间，同时也加在集电极电阻RC两端。

RC一方面形成集电极的直流通路，使直流电源电压通过RC加到集电结上；另一方面，它又是负载电阻，把被三极管放大了的集电极电流转化为输出电压u0=uce，使放大器具有电压（功率）放大的功能。从集电极电阻RC所承受的交流输出电压表达式可知uce=—icRC=—βibRC，与输入信号电压ui=ibrbe（rbe为小信号放大情况下三极管的等效输入电阻，通常rbe≤RC）相比，输出电压uce幅度被放大了。

Av=■=■=■=

—β■，∵Av≥1∴UO=Uce≥Ui），

但二者的相位相反，这是因为输入信号ui正半周，uBE↑→IB↑→IC↑→uCE↓，可见，输出与输入相位相反，在输入信号ui负半周亦然。如果在输出端即在电容C2与地间接入负载电阻RL，此时输出电压的直流分量UCE将被电容C2隔断，而交流分量uCE可通过电容C2传送给负载，对这种情况下电路的讨论分析将如下所述。

2.输出端接入负载电阻RL，即电路“带载”输出时的工作情况

如图4所示，由于电路的交流通路多了一条交流负载支路，输出总电流即流过管子集电极的电流iC为两条支路电流的合成，即iC=iRC+iO ，其中直流负载RC支路电流iRC=IC+■RC，由直流分量IC与交流分量■RC两部分所组成，iO为交流负载RL支路电流。于是，有电路输出电压即管子集—射极间电压为：

uCE=UCC—iRCRC=UCC—（IC+■RC）RC=UCE—■RCRC=UCE+uce，

这里uce=—■RCRC。因为iC=IC+■RC+iO=IC+iC，其中iC=■RC+iO为对应于交流等效负载电阻（即RC与RL二者的并联）RL'所通过的电流，则又有uCE=UCE+uce=UCE—iORL=UCE—iCRL'=UCE—（iC—IC）RL'=UCE+ICRL'—iCRL'令UCC'=UCE+ICRL'，称之为接入负载电阻RL情况下电路的等效直流电源电压，则管子集—射极间输出电压表达式可写为uCE=UCC'—iCRL'，此时电路“带载”的电压放大倍数为：

Av'=■=■=■=—β■，∵RL'（=RL∥RC）

即“带载”输出电压放大倍数小于“空载”输出电压放大倍数。根据式uCE=UCC'—iCRL'，可在三极管输出特性曲线上作出其所表示的直线，称之为电路的交流负载线。

如图5所示，图中的直流负载线是指电路静态情况下输出回路的电压电流关系式uCE=UCC—ICRC所对应的直线。交流负载线能直观地分析电路的工作情况，包括求各直流量（静态工作点Q）、放大倍数、分析电路中信号的传输及失真情况等的依据，这种通过作交、直流负载线研究分析电路的方法称之为电路的图解分析法。

三、现行教材欠妥之处与改正建议

笔者发现，一些现行教材在阐述三极管共射放大电路的工作原理，对其“带载”与“空载”两种情况进行分析时却不够缜密，出现了将二者混淆的欠妥之处。之所以出现上述问题，其根本原因就在于忽略了电路在“动态”工作情况下交流负载支路中电流的存在。笔者认为，对三极管共射基本放大电路工作原理的分析，若对于中等职教，考虑到教材一般到本节时尚未引入交流通路概念，加之学习者的学习基础和认识能力有限，为简易起见，一种是以电路的“空载”输出情况作分析，另一种是仍可采用原图、式（即“带载”的电路图、“空载”电路的输出电压的表达式），但必须说明：该式所对应的仅是电路的“空载”情况，即假设负载电阻未接入，然后可补充说明：在电路接入负载电阻的情况下，输出信号电压的交流分量可通过电容分离出来，传送到输出端，使负载上得到输出电压，或在等效负载电阻上得到输出电压；若对于高职高专等教育层次，不妨针对电路“带载”输出情况加以分析。由上述可知，“带载”分析不仅电路物理概念全面清晰，而且导出输出电压表达式（该式与作直流负载线所依据的表达式具有相同的形式）为图解分析作输出回路的交流负载线打下了基础，这对于促进学生发散思维，提高其分析认识电路与解决实际问题的能力都具有重要的意义。

篇5：晶体三极管教案

第＿＿＿周 课时＿＿＿节 执教者：＿＿＿

一、教学目标

1.知识目标：使学生掌握三极管的结构、符号、类型及其电流的放大作用。2.能力目标：使学生对三极管的内部结构及放大工作原理有更具体的了解及认识。

二、教学重点、难点

（1）使学生掌握三极管的结构、符号、类型及其电流的放大作用。（2）掌握半导体三极管中的电流分配关系；

（3）理解半导体三极管的放大作用，共发射极电路的输入、输出特性曲线，主要参数及温度对参数的影响。

三、教学过程：

（1）.晶体三极管的基本结构和符号：

有3个区――发射区、基区、集电区；

2个结――发射结(BE 结)、集电结(BC 结)；

3个电极――发射极 e(E)、基极 b(B)和集电极 c(C)；

2种类型――PNP 型管和NPN型管。

（2）工艺要求：

发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。

晶体三极管的符号

箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。

（3）三极管的放大的条件 ：发射结正偏

、集电结反偏

从电位的角度看：NPN管，发射结正偏VB>VE；集电结反偏，VC>VB。

PNP管，发射结正偏VB

(4)晶体三极管有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。

(5)三极管内电流的分配和放大作用

三极管中电流分配关系如下：

因

很小，则

晶体三极管的电流放大作用-------基极电流微小的变化，引起集电极电流 IC 较大变化。

交流电流放大系数 b——表示三极管放大交流电流的能力

直流电流放大系数

——表示三极管放大直流电流的能力

通常，所以

可表示为

(6)三极管的输入和输出特性: 输入特性曲线：

集射极之间的电压

一定时，发射结电压

与基极电流

之间的关系曲线。特性曲线有如下特点：

1．当

≥2V 时，特性曲线基本重合。

2．当

很小时，等于零，三极管处于截止状态。

3．当

大于门坎电压(硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V)时，逐渐增大，三极管开始导通。

4．三极管导通后，基本不变。硅管约为 0.7 V，锗管约为 0.3 V，称为三极管的导通电压。

5． 与

成非线性关系。

输出特性曲线：

在基极电流 一定时，集、射极之间的电压

与集电极电流的关系曲线

1．截止区

外部条件：发射结反偏或两端电压为零。

工作特点：，管子工作在截止状态。

2．饱和区

外部条件：发射结和集电结均为正偏。

工作特点：，管子工作在饱和状态。

称为饱和管压降，小功率硅管约 0.3 V，锗管约为 0.1 V。

3、放大区

外部条件：发射结正偏和集电结反偏。工作特点：Ic保持恒定

(7)三极管的主要参数

1．集电极最大允许电流

三极管工作时，当集电极电流超过时，管子性能将显著下降，并有可能烧坏管子。

2．集电极最大允许耗散功率

当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。

3．集电极――发射极间反向击穿电压

管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。当电压越过此值时，管子将发生电压击穿，若电击穿导致热击穿会损坏管子。

四、教学小结：

篇6：三极管基本认识(教案)

晶体三极管教案

本课学习的是“中等职业教育规划教材”电子工业出版《电子技术基础》的第一章第三节的第一部分内容。这节课内容包括三极管的结构，三极管的类型符号、三极管的分类方法和三极管的放大作用。【地位和作用】

这节课是在学生学习了半导体、PN结和二极管之后安排的，也是为今后学习三极管工作原理打下理论基础。三极管是电子电路中最重要的电子元器件。【教学目标】

1.知识目标：

①、了解三极管的概念、分类、符号。

②、掌握晶体三极管的结构及类型的判断。③、了解三极管内部载流子的运动。④、掌握晶体三极管的电流放大作用。

2.能力目标：

①培养学生分析问题及解决问题的能力。②培养学生的实际动手操作能力。

③激发学生创新精神和创造思维，以达到知识探索、能力培养、素质提高的目的。3．情感目标：

①激发学生学习这门课程的兴趣及热情,学以致用。

②培养学生事实求是的科学态度和一丝不苟的严谨作为和主动探索的精神 【课堂类型】 精讲型（理论基础课）【教学重/难点】

重点：三极管的结构及类型的判断，三极管电流的放大条件。难点：晶体三极管的电流放大作用及内部载流子的运动。【学生情况分析】

学生基础相对薄弱，初中刚刚毕业，且物理学习成绩很差。【教学工具】

教材 电子元器件三极管若干个 粉笔 【教学方法】

引导思考法 互动教学法 类比推理法 【课时安排】

二节课 【教学过程】

一、课前复习

1、PN结

①提问：什么是PN结？

答：把P型半导体和N型半导体制作在同一硅片或锗片上，所形成的交接面。②提问：PN结具有什么特性？ 答：单向导电性

2、二极管

③提问：二极管与PN结有什么联系？

答：PN结用外壳材料封装起来，并加上电极引线就形成了二极管。P区接阳极，N区接阴极。

④提问：二极管的导电性是否与PN结一样了？ 答：是

二、新课导入

如图所示是一个扩音器的示意图：

声音信号转换为电信号声音放大电路电信号转换为声音信号声音话筒图 1 扩音器示意图

扬声器其中如图所示：话筒是将声音信号转换为电信号，经放大电路放大后，变成大功率的电信号，推动扬声器，再将其还原为声音信号。

放大电路又称放大器，是指能把微弱的电信号转换为较强的电信号的电子线路。放大器的核心元件（即放大元件）是半导体三极管。

这节课我们就来学习三极管的基础知识。

三、新授课

（一）晶体三极管的概念、分类、结构、符号及类型判断

1、晶体管的概念

在一块硅片或者锗片上根据不同的掺杂方式制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体三极管。晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故也称之为双极性晶体管（BJT）。它主要的功能是电流放大和开关作用，配合其他元器件还可以构成振荡器

2、晶体管分类

三极管的种类很多。

按功率分有：按半导体所用材料分有：硅管和锗管 按三极管的导电极性分有：NPN型管和PNP型管 按功率分有：小功率管，中功率管和大功率管； 按频率分有：低频管和高频管； 按用途分有：放大管和开关管；

按三极管的封装材料分有:金属封装和玻璃封装等

3、晶体管结构

在一块极薄的硅或锗材料的半导体基片上，经过特殊的工艺加工，制造出两个PN结，这两块PN结将整个半导体基片分为3个区域：集电区，基区和发射区。

如图所示：

C集电极N集电区B基极P基区B基极C集电极P集电区N基区N发射区发射极ENPN型P发射区发射极EPNP型图 2 三极管结构(3区2结)示意图

其中：基区相对很薄，集电区面积很大，发射区载流子的掺杂浓度很高。

对应着三个区分别引出三个电极；即：基极，集电极和发射极。分别用英文字母B,C和E来表示。

三极管是由两个PN结组成的。我们把基极和发射极之间的PN结称作发射结，基极和集电极之间的PN结称作集电结。

3、三极管的类型符号

由于半导体材料的不同，按照两个PN结的组合方式的不同，可以将三极管分为PNP和NPN两大类。

其符号如图所示：

CCBVTBVTEPNP图 3 三极管符号ENPN

4、三极管的分类

三极管的种类很多。

按功率分有：按半导体所用材料分有：硅管和锗管 按三极管的导电极性分有：NPN型管和PNP型管 按功率分有：小功率管，中功率管和大功率管； 按频率分有：低频管和高频管； 按用途分有：放大管和开关管；

按三极管的封装材料分有:金属封装和玻璃封装等

3.小结

本节课作为电子元器件晶体三极管理论基础课。分别从晶体三极管的结构，符号和分类等三个方面进行了学习。通过动画演示让学生们更直观的了解了三极管的组成结构特点；然后通过让学生们传着看电子元器件三极管的实物，使学生们对本课的学习更有收获。4.知识拓展

三极管的命名方法：

我国生产的晶体管有一套命名规则，其型号命名由五部分组成。其中：

第一部分用数字来表示半导体器件的电极的数目； 第二部分用字母来表示器件的材料和结构及极性； A： PNP型锗材料 B： NPN型锗材料 C： PNP型硅材料 D： NPN型硅材料 第三部分用字母来表示功能或类别： U：光电管 K：开关管

X：低频小功率管 G：高频小功率管 D：低频大功率管 A：高频大功率管。

另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。第四部分用数字来表示器件的序号；第五部分用字母来表示代号。5.作业布置（2分钟）

1.画出三极管的符号

2.说出三极管的内部结构特点 6.课后反思

篇7：三极管放大电路实验报告

要求设计一放大电路，电路部分参数及要求如下：

（1）

信号源电压幅值：

0.5V ；（2）

信号源内阻：

50kohm ；（3）

电路总增益：倍；（4）

总功耗：小于 30mW ；（5）

增益不平坦度：~ 200kHz 范围内小于 0.1dB。、问题分析：

通过分析得出放大电路可以采用三极管放大电路。

2.1 对三种放大电路的分析（1）共射级电路要求高负载，同时具有大增益特性；（2）共集电极电路具有负载能力较强的特性，但增益特性不好，小于 1 ；（3）共基极电路增益特性比较好，但与共射级电路一样带负载能力不强。

综上所述，对于次放大电路来说单采用一个三极管是行不通的，因为它要求此放大电路 具有比较好的增益特性以及有较强的带负载能力。

2.2 放大电路的设计思路 在此放大电路中采用两级放大的思路。

先采用共射级电路对信号进行放大，使之达到放大两倍的要求；再采用共集电极电路 提高电路的负载能力。、实验目的（1）进一步理解三极管的放大特性；（2）掌握三极管放大电路的设计；（3）掌握三种三极管放大电路的特性；（4）掌握三极管放大电路波形的调试；（5）提高遇到问题时解决问题的能力。、问题解决 测量调试过程中的电路：

增益调试：

首先测量各点（电源、基极、输出端）的波形：

结果如下:

绿色的线代表电压变化，红色代表电源。

调节电阻 R2、R3、R5 使得电压的最大值大于电源 电压的 2/3。

V A =R2 〃 R3 〃

(1+ 3)R5 / [R2//R3//(1+ 3)R5+R1]，其中由于 R1 较大因此 R2、R3 也相对 较大。

第一级放大输出处的波形调试(采用共射级放大电路)：

结果为：

红色的电压最大值与绿色电压最大值之比即为放大倍数。

则需要适当增大 R2，减小 R3 的阻值。

总输出的调试：

如果放大倍数不合适，则调节 R4 与 R5 的阻值。即当放大倍数不足时，应增大 R4，减小 R5。

如果失真则需要调节 R6，或者适当增大电源的电压值，必要时可以返回 C 极，调节 C 极的 输出。

功率的调试：

由于大功率电路耗电现象非常严重，因此我们在设计电路时，应在满足要求的情况下尽可能 的减小电路的总功耗。减小总功耗的方法有：)尽可能减小输入直流电压； 2)尽可能减小 R2、R3 的阻值； 3)尽可能增大 R6 的阻值。

电路输入输出增益、相位的调试：

由于在放大电路分别采用了共射极和共集电极电路，因此输出信号和输入信号相位相差 180 度。体现在波形上是，当输入交流信号电压达到最大值是，输出信号到达最小值。

由于工作频率为 1kHz，当采用专门的增益、相位仪器测量时需要保证工作频率附近出的增 益、相位特性比较平稳，尤其相位应为± 180 度附近。一般情况下，为了达到这一目的，通 常采用的方法为适当增大 C6(下图为 C1)的电容。

最终调试电路：

电路图:

根据此图可以分析出该电路功耗还是有点大。・s£ Cl —-1卜 *5.■W XfiNL + ¥-4l-!t+n 15^ F4H XKPl 十 IN _

pir 测量结果如下:(1)功耗图：

WaftTneter XWMT X 272239 mWPowtr 134 QI EJT 3?K 和 TW BIT KTH XSC

(2)输入输出波形图:

由此图可以分析出：输入输出的波形图相同，B 通道的电压值是 A 通道的电压值的二倍, 因此电压增益为二倍，即电路达到了放大二倍的效果。

(3)相位图:

TT1 1-18D E3eg 2D kHz Bode PLotter-XBPI c-18D E3eg 2D kHz Bode PLotter-XBPI Ciut In i-

由以上两个图可分析出相位的变化范围：

20Hz~20KHz ,-179.796Deg ~ 180Deg;(4)幅频特性图: Bode Platte r-XPPl

2D H E

Mtode h/bg nitude Phase Refers 亡 | 話耳皀

| Sei...Hk))rizarrii.al ^rtical fubd& i 油卯 fltud 电 P 佔瓢 +1 2DkHi

■

kHz

Ccrrtmls io-

dB-lb dB

Lug Iri |ZD kHi [2D-

Controls Reverse Horizontal I-10

%fart»il F 10 Ourt 一

由以上两个图可以分析出：幅度变化 20Hz~20KHz，6.686dB。

实验感受：

通过本次实验我获得了很大的收获，将我们上学期所学的模电理论知识进行了实践仿 真，让我们真是感受到了三极管的放大作用，以及参数对放大效果的影响，了解各个器件起 的作用，在老师的指导下，让我们将所学的理论知识融会贯通，而且对放大电路的要求也有 了一定的了解，从开始无从下手到最后仿真应用自如，一步一步改进，在理论和实践上双丰 收！

篇8：三极管工作原理

光照射到半导体时, 如果入射光子的能量E小于半导体的禁带宽度Eg, 光会透射过此物质, 半导体表现为透明状;反之, 光子将被半导体吸收, 光子流和半导体内的电子相互作用, 从而改变电子的能量状态, 引起各种电学效应, 统称为光子效应。

P型半导体和N型半导体接触时会产生PN结, 又称为空间电荷区、势垒区等, 这些空间电荷在结区形成了一个从N区指向P区的电场, 称为内建电场。PN结开路时 (零偏状态) , 在热平衡下, 由于浓度梯度而产生的扩散电流与由于内电场作用而产生的漂移电流相互抵消, 总电流为零, 也就是说没有净电流流过PN结。这时如果有光辐射到半导体上, 且E>Eg, 光子将被吸收, 光子流强度随着深入半导体材料的距离指数衰减。定义单位距离内所吸收的相对光子数为吸收系数α, 它是入射光能和禁带宽度的函数。随着入射光能增加吸收系数迅速增大, 以至于在半导体表面很薄的一层内光能就被完全吸收。以硅为例, 如果入射光波长λ=1.0μm, 则对应的吸收系数α≈102cm-1, 可以算出入射光子流被吸收90%处的距离是0.23 mm;如果λ=0.5μm, 则对应的吸收系数α≈104cm-1, 入射光子流被吸收90%处的距离是2.3μm, 表明光的吸收实际上集中在半导体很薄的表层内。

光辐射到半导体时, 入射光子流与价电子相互作用, 把电子激发到导带, 在价带里产生空穴, 形成电子―空穴对, 称为非平衡载流子或过剩少子, 其产生率与光强有关。由于入射光强随着深入半导体材料的距离指数衰减, 电子―空穴对的产生率也迅速下降。再以硅为例, 如果入射光强为0.1 w cm-2, 波长λ=0.6μm, 假设少子寿命为10-7s, 则距表面5μm和20μm处的光子通量分别为0.013 5 w cm-2、3.35×10-5w cm-2, 电子―空穴对的产生率分别为1.63×1020cm-3s-1, 4.05×1017cm-3s-1, 过剩载流子浓度分别为1.63×1013cm-3, 4.05×1010cm-3。可见, 有光照时半导体表面薄层内产生了大量的过剩载流子, 光辐射越强, 过剩少子数目越多 (与入射光强成正比) , 并且随着距离的深入迅速衰减。这样, 半导体材料的表面和体内就形成了浓度梯度, 自然会引起扩散。光照前多子的热平衡浓度本来就很高, 光生载流子对多子的浓度影响很小, 而少子的热平衡浓度本来就很低, 光生载流子对其浓度的影响就很大, 表面附近的少子浓度会急剧增加。在P区, 光生电子向体内扩散, 如果P区厚度小于电子扩散长度, 那么大部分光生电子将能穿过P区到达PN结 (少部分被复合) 。一旦进入PN结, 将在内建电场作用下被迅速扫到N区;同样, 在N区, 光生空穴向体内扩散到PN结, 也因电场力作用被迅速扫到P区。这样, 光生电子―空穴对就被内建电场分开, 空穴集中在P区, 电子集中在N区, 半导体两端就会产生P区正N区负的开路电压, 如果将P区和N区短接, 就会有反向电流流过PN结。这种光照零偏PN结产生开路电压的现象就称为光伏效应。

事实上, 不仅光照零偏PN结会产生光伏效应, 光照反偏PN结、PIN结或肖特基势垒都能产生光伏效应。典型的应用器件有光电池和光电二极管两类, 光电池是利用光生伏特效应制成的无偏压光电转换器件。而光电二极管是在反向偏压下工作的光伏器件, 它在微弱、快速光信号探测方面有着非常重要的作用。

光电二极管可以等效为一个普通二极管和一个恒流源的并联 (入射光强恒定时光电流也恒定可以看作恒流源) , 利用理想二极管的特性方程可得

其伏安特性如图1所示, PN结正偏情况不作讨论, 因为正偏时正向电流很大, 光电流几乎不起作用。

光电二极管是工作在光导模式的结型光伏探测器, 它工作于第三象限, 此时二极管加反偏电压, 内电场增强, PN结加宽, 少子的漂移运动增强, 多子的扩散运动减弱, 扩散电流小于漂移电流, 热平衡被打破, 但由于少子数量少, 无光照时光功率P=0, 这时IS=0, I=ID就是PN结的反向饱和电流, 称为暗电流, 曲线是普通二极管的反向特性;当有光辐射时, 若入射光能量E大于半导体禁带宽度Eg, λ<λc, 光子被半导体吸收, 从而产生额外的电子———空穴对, 也叫光生载流子, 光照越强, 产生的电子———空穴对越多。此时IS不为零, 且随入射光功率的增大而增加。I=ID-IS, 反向特性曲线随之下移, 光照越强 (P3>P2>P1) 下移越多, 反向电流也越大, 光生电流与光功率P成正比, 入射光功率越大, 产生的电子———空穴对越多, 光生电流也就越大, 与外加电压几乎无关。

2 光电二极管的特性

2.1 光谱特性

光电二极管只能对大于禁带宽度的光子能量产生响应, 不同材料的光谱响应范围也不一样, 如图2是硅和锗的光谱响应曲线。对每一种探测器件, 都有一个响应的峰值, 其对应的光子能量E稍大于禁带宽度Eg。当E=hν<Eg时, 响应呈迅速下降的趋势, 而hν>Eg时, 响应也降低, 如图2中所示。入射光从短波长逐渐增加到峰值波长时, 响应度逐渐增大。由于入射光所产生的光生载流子只有进入到结区才能形成光电流, 所以, 为了提高入射光的量子效率, 应使入射光尽量照射在PN结势垒区内。

2.2 频率响应

光电二极管同样存在PN结的势垒电容, 会影响到它的频率特性, 主要因素是载流子的渡越时间和RC时间常数。光生载流子在向结区扩散和漂移过势垒区都需要一定的渡越时间, 它限制了光电二极管对高频调制的响应能力, 由于漂移速度远比扩散速度快, 所以耗尽层型光电二极管在频率响应上要优于扩散型。RC时间常数主要取决于结电容和负载电阻, 要使结电容尽量小, 可减小结面积, 增大耗尽层厚度并适当加大反偏电压, 这样可以提高频率上限。

2.3 噪声特性

光电二极管工作时, 所吸收的光辐射不仅有信号光还有背景光, 同时反偏PN结还存在暗电流, 它会产生散粒噪声和热噪声, 同时光信号本身也有量子噪声。

3 其他结构类型的光电二极管

3.1 PIN型光电二极管

它是在P型和N型半导体之间夹有一层相当厚度的高电阻率的本征半导体———I层。反偏时, 耗尽层可在整个I区展开, 它扩了光电转换的有效工作区域, 对提高量子效率有利。与普通PN结光电二极管相比, PIN型提高了频率响应能力, 有利于高频运用, 同时击穿电压更高, 主要运用于光通信、光测距、光度测量和光电控制方面。利用PIN结构制作的四象限光电二极管, 可以对运动目标进行探测, 实行跟踪、定位和制导。

3.2 雪崩光电二极管

它是在PN结或PIN结加上足够大的反偏电压, 引起雪崩式的碰撞电离, 产生大量的电子———空穴对。其电流增益可达102~104。这种器件结电容小, 响应速度快, 灵敏度高, 常用于探测高频, 低强度的可见光和近红外辐射, 也能响应调制在微波频率的光波。

3.3 肖特基势垒光电二极管

这是一种非结型 (没有PN结) 器件, 它是利用金属与半导体接触形成势垒, 也产生耗尽层。势垒中发生的光电效应与PN结中一样。利用不同的金属与半导体材料接触, 可以制成多种肖特基势垒光电二极管。因为并非所有的半导体材料都能既制成P型又能制成N型, 从而形成PN结, 所以肖特基势垒光电二极管对那些不能形成PN结的半导体材料特别有意义。

此外, 还有金属-氧化物-金属结构的点接触光电二极管和光电三极管等光伏探测器件。

参考文献

[1]杨小丽.光电子技术基础[M].北京:北京邮电大学出版社, 2005.

[2]Donald A.Neamen.半导体物理与器件[M].北京:电子工业出版社, 2005.