半導(dǎo)體器件---電子技術(shù)

1、一、理解一、理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕w管的電流結(jié)的單向?qū)щ娦?，晶體管的電流 分配和電流放大作用；分配和電流放大作用；二、了解二極管、穩(wěn)壓管和晶體管的基本構(gòu)二、了解二極管、穩(wěn)壓管和晶體管的基本構(gòu) 造、工作原理和特性曲線，理解主要參造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)數(shù) 的意義；的意義；三、會分析含有二極管的電路。三、會分析含有二極管的電路。半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體 完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。1、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、本征半導(dǎo)體的晶

2、體結(jié)構(gòu)晶體中原子的排列方式晶體中原子的排列方式SiSiSiSiSiSi硅單晶中的共價健結(jié)構(gòu)硅單晶中的共價健結(jié)構(gòu)SiSiSiSiSiSi共價鍵：共價鍵：相鄰兩個原子共相鄰兩個原子共用一對最外層電子（價電用一對最外層電子（價電子）的組合稱為共價鍵。子）的組合稱為共價鍵。自由電子自由電子：共價鍵中的電子獲得：共價鍵中的電子獲得一定能量（溫度升高或受光照）一定能量（溫度升高或受光照）后，掙脫共價鍵的束縛（后，掙脫共價鍵的束縛（本征激本征激發(fā)發(fā)），形成自由電子。），形成自由電子?？昭昭ǎ弘娮訏昝摴矁r鍵的束：電子掙脫共價鍵的束縛形成自由電子后，共價鍵縛形成自由電子后，共價鍵中留下一個空位，稱為空穴。中留

3、下一個空位，稱為空穴。空穴帶正電?？昭◣д?。一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體2、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子電子電子載流子載流子空穴空穴本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中的電流中的電流電子電流電子電流空穴電流空穴電流外電場作用外電場作用3、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度（1 1）自由電子和）自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復(fù)空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。（2 2）本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少）本征半導(dǎo)

4、體中載流子數(shù)目極少, , 其導(dǎo)電性能很差；其導(dǎo)電性能很差；（3 3）溫度愈高，）溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多載流子的數(shù)目愈多, ,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。能也就愈好。所以，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。所以，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體二、二、P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 摻入微量雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。按摻入微量雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。按摻入雜質(zhì)元素不同，可形成摻入雜質(zhì)元素不同，可形成N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。1、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (摻入硼摻入硼B(yǎng))B原子與相鄰的原

5、子與相鄰的Si原原子形成共價鍵時，子形成共價鍵時，少一個電子而形成少一個電子而形成一個空位（中性）一個空位（中性）相鄰原子中的價電相鄰原子中的價電子很容易受到熱或子很容易受到熱或其他的激發(fā)填補(bǔ)這其他的激發(fā)填補(bǔ)這個空位，產(chǎn)生一個個空位，產(chǎn)生一個空穴空穴B-B原子接受原子接受一個電子一個電子形成帶負(fù)形成帶負(fù)電的離子電的離子多數(shù)載流子多數(shù)載流子-空穴空穴 少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子2、N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (摻入磷摻入磷P)P原子與相鄰的原子與相鄰的Si原子形成共價鍵原子形成共價鍵時，多一個電子時，多一個電子 在常溫下多余電在常溫下多余電子很容易形成自子很容易形成自由電子由電子P+P原子失

6、去原子失去一個電子一個電子形成帶正形成帶正電的離子電的離子多數(shù)載流子多數(shù)載流子-自由電子自由電子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子-空穴空穴 注意注意三、三、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動少子的漂移運(yùn)動濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空間擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)也稱也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦裕?） PN 結(jié)外加正向電壓導(dǎo)通結(jié)外加正向電壓導(dǎo)通PN 結(jié)變窄結(jié)變窄外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+（2） PN 結(jié)外加反向電壓截止結(jié)外加反向電壓

7、截止+ 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)觸絲觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小，高頻性能好。一般用電流小，高頻性能好。一般用于高頻小功率的電路或數(shù)字電于高頻小功率的電路或數(shù)字電路中的開關(guān)元件。路中的開關(guān)元件。鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型 結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)結(jié)面

8、積大、正向電流大、結(jié)電容大，工作頻率較低，一般電容大，工作頻率較低，一般用于低頻電路或整流電路。用于低頻電路或整流電路。陰極陰極陽極陽極(c)(c) 符號符號VD二、伏安特性二、伏安特性反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降 外加電壓大于死區(qū)電外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。壓二極管才能導(dǎo)通。 外加電壓大于反向擊穿電壓二極外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦哉蛱匦苑聪蛱匦苑聪蛱匦訳I死區(qū)電壓死區(qū)電壓PN+PN+ 反向電流在反向電流在一定電壓范圍一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。內(nèi)保持常數(shù)。三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 最大整流電流最大

9、整流電流 IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。電流。2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓URM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。導(dǎo)電性被破壞，甚至過熱而燒壞。3. 反向峰值電流反向峰值電流IRM指在室溫時，二極管承受最高反向工作電壓時的反向漏電指在室溫時，二極管承受最高反向工作電壓時的反向漏電流。反向電流小，說明管子的單向?qū)щ?/p>

10、性越好，流。反向電流小，說明管子的單向?qū)щ娦栽胶?，IRM受溫度的受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。影響，溫度越高反向電流越大。 例例1-1 已知電路如圖所示，已知電路如圖所示，VDA和和VDB為硅二極為硅二極管，若管，若UA=3V，UB=0V時，求輸出端時，求輸出端F的電壓值的電壓值UF。 解：兩個二極管存在優(yōu)先導(dǎo)解：兩個二極管存在優(yōu)先導(dǎo)通現(xiàn)象。通現(xiàn)象。VDB優(yōu)先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通VDA反向截止。反向截止。UF=UB+0.7=0.7V 例例1-2 電路如圖所示，已知電源電壓電路如圖所示，已知電源電壓US=5V， 輸入信號輸入信號ui=10sint V，設(shè)二極管為理想元件，試畫設(shè)二極管為理想元件，試

11、畫出輸出電壓出輸出電壓uo的波形。的波形。解：解：理想二極管正向?qū)▔航禐槔硐攵O管正向?qū)▔航禐?，反向截止漏電流為，反向截止漏電流為0。 當(dāng)當(dāng)ui US時二極管導(dǎo)通，時二極管導(dǎo)通，輸出電壓輸出電壓 uo = US = 5V； 當(dāng)當(dāng)ui US時二極管導(dǎo)通，輸出電壓時二極管導(dǎo)通，輸出電壓 uo = US = 5V；當(dāng)當(dāng)ui 1VUBE/VIB/A（1）當(dāng)）當(dāng)UCE =0 時，相當(dāng)于兩個時，相當(dāng)于兩個PN結(jié)并聯(lián)，此時的輸入特性曲線與二結(jié)并聯(lián)，此時的輸入特性曲線與二極管的正向伏安特性曲線相似；極管的正向伏安特性曲線相似；（2）當(dāng)）當(dāng)UCE0 時，輸入特性曲線時，輸入特性曲線將向右移，即在將向右移，

12、即在UBE一定時，一定時，IB將將隨著隨著UCE的增大而減小。的增大而減小。（3）當(dāng)）當(dāng)UCE1V時，輸入特性曲線重合時，輸入特性曲線重合.（4）存在一段死區(qū)）存在一段死區(qū) 當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓大于死區(qū)電壓時，才會有電流當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓大于死區(qū)電壓時，才會有電流iB。輸入特性曲線輸入特性曲線2、輸出特性曲線、輸出特性曲線UCE / VIC / mAIB=0IB=20AIB=40AIB=60AIB=80AIB=100A03691212341.52.3 輸出特性是指當(dāng)基極電流輸出特性是指當(dāng)基極電流IB為常數(shù)時，輸出電路為常數(shù)時，輸出電路集電極電流集電極電流IC與集射極電壓與集射極電壓UCE之間的關(guān)系。之間的關(guān)

13、系。 常數(shù)常數(shù) BICECUfI IB一定時，當(dāng)一定時，當(dāng)UCE很小時，很小時，集電結(jié)的反向電壓很小，對集電結(jié)的反向電壓很小，對發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子吸發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子吸引力不夠，故引力不夠，故IC很小。很小。 IC隨隨UCE的增加顯著增加。當(dāng)?shù)脑黾语@著增加。當(dāng)UCE1V時，電子絕大部分時，電子絕大部分被拉入集電區(qū)，所以被拉入集電區(qū)，所以UCE再再增大，增大，IC也無明顯變化。也無明顯變化。UCE / VIC / mAIB=0IB=20AIB=40AIB=60AIB=80AIB=100A03691212341.52.3截止區(qū)截止區(qū) 通常輸出特性曲線分為三個區(qū)通常輸出特性曲線分為三個區(qū)：（

14、1）截止區(qū)）截止區(qū) IB0曲線以下的曲線以下的區(qū)域，區(qū)域，uBE0.5V晶晶體管截止，可靠截止體管截止，可靠截止uBE 0V；發(fā)射結(jié)反發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。偏，集電結(jié)反偏。（2）放大區(qū)）放大區(qū)放大區(qū)放大區(qū) 輸出特性曲線近于水平部分的區(qū)域，也稱為線性區(qū)。在放大輸出特性曲線近于水平部分的區(qū)域，也稱為線性區(qū)。在放大區(qū)，區(qū)， ， IB和和IC成正比的關(guān)系。成正比的關(guān)系。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 BCII 飽和區(qū)飽和區(qū)UCE / VIC / mAIB=0IB=20AIB=40AIB=60AIB=80AIB=100A03691212341.52.3放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)（3）飽

15、和區(qū)）飽和區(qū) 在特性曲線靠近縱坐標(biāo)軸的區(qū)域，此時在特性曲線靠近縱坐標(biāo)軸的區(qū)域，此時UCE UBE ，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。輸出特性曲線輸出特性曲線RBEBEC=UCCRCIBICUBEUCE+-BCECCCCCERIUU EC一定，如果增大一定，如果增大IB，IC隨之增大，隨之增大，RC上的壓降也增上的壓降也增大，大，UCE相應(yīng)減小。相應(yīng)減小。 當(dāng)當(dāng)UCE下降到接近甚至低于下降到接近甚至低于UBE時，集電結(jié)由反偏轉(zhuǎn)時，集電結(jié)由反偏轉(zhuǎn)為零甚至正偏，集電結(jié)失去收集電子的能力，這時為零甚至正偏，集電結(jié)失去收集電子的能力，這時IC將將不再隨不再隨IB的增大而增加，這種現(xiàn)象稱為飽

16、和。的增大而增加，這種現(xiàn)象稱為飽和。BCII 深度飽和時，深度飽和時，CCCCCERUIVU ,0 例例1-4 圖示電路中，設(shè)晶體管的電流放大系數(shù)圖示電路中，設(shè)晶體管的電流放大系數(shù) =50，UBE=0.7V，EC=12V，RC=6k，RB=50k。當(dāng)當(dāng)UI= 2V、6V和和2V時，試判斷晶體管的工作狀態(tài)。時，試判斷晶體管的工作狀態(tài)。 RBECRCIBICUCE+-UI+-V解：解：（1）當(dāng)）當(dāng)UI=2V 發(fā)射結(jié)處于反偏，晶體管處于發(fā)射結(jié)處于反偏，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，截止?fàn)顟B(tài)，IB=0，IC=0，UCE=EC（2）當(dāng)）當(dāng)UI=6V 發(fā)射結(jié)處于正向?qū)òl(fā)射結(jié)處于正向?qū)╩AmARUUIBBEIB1

17、1. 0507 . 06 RBECRCIBICUCE+-UI+-V基極臨界飽和電流為：基極臨界飽和電流為：mAmARERUEICCCCECBS04. 065012 IBIBS，晶體管處于飽和狀態(tài)。，晶體管處于飽和狀態(tài)。（3）當(dāng)）當(dāng)UI2VBSBBEIBImAmARUUI 03. 0507 . 02晶體管工作在放大狀態(tài)。晶體管工作在放大狀態(tài)。 例例1-5： 測得放大電路中晶體管的直流電位測得放大電路中晶體管的直流電位如圖所示。在圓圈中畫出管子，并分別說明如圖所示。在圓圈中畫出管子，并分別說明它們是硅管還是鍺管。它們是硅管還是鍺管。 12V3V3.7VVBCE硅管硅管12V14.8V15VVBCE

18、鍺管鍺管四、四、主要參數(shù)主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)， BC_II 當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時，當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時，BCII 例例1-5 在下圖中所給出在下圖中所給出3DG100晶體管的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線上，（上，（1）計算）計算Q1點(diǎn)處的點(diǎn)處的 ；（；（2）由）由Q1和和Q2兩點(diǎn)，計兩點(diǎn)，計算算 。 1.52.3解：解：（1）在）在Q1點(diǎn)處點(diǎn)處mAIAIVUCBCE5 . 1,40,6 5 .3704. 05 . 1 BCII 1.52.3（2）由）由Q1 、Q2兩點(diǎn)兩點(diǎn)4004. 006. 05 . 13 . 2 BCII 2.集集- -基極反向飽和電流基極反向

19、飽和電流 ICBO ICBO是當(dāng)發(fā)射極開路時由于集電結(jié)處于反向是當(dāng)發(fā)射極開路時由于集電結(jié)處于反向偏置，集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載流子向?qū)Ψ狡破?，集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載流子向?qū)Ψ狡七\(yùn)動所形成的電流。運(yùn)動所形成的電流。3.集集- -射極反向飽和電流射極反向飽和電流 ICEO ICEO是當(dāng)基極開路，集電結(jié)處于反向偏置和發(fā)射是當(dāng)基極開路，集電結(jié)處于反向偏置和發(fā)射結(jié)處于正向偏置時，集電極與發(fā)射極間的反向電流。結(jié)處于正向偏置時，集電極與發(fā)射極間的反向電流。4.集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM 集電極電流集電極電流IC超過一定值時，晶體管的超過一定值時，晶體管的值要值要減小。減小。ICM表示當(dāng)表示當(dāng)值下降到正常數(shù)值的三分之二值下降到正常數(shù)值的三分之二時的集電極電流。時的集電極電流。5. 集集- -射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓U(BR)CEO 基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當(dāng)晶體管的集射極電壓電壓。當(dāng)晶體管的集射極電壓UCE 大于大于U(BR) CEO時，時，ICEO突然大幅度上升，說明晶體管已被擊穿。突然大幅度上升，說明晶體管已被擊穿。6. 集電極最大允許耗散功耗集