半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

1、關(guān)于半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共76頁1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一，金屬一般都是導(dǎo)體。般都是導(dǎo)體。 有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。 另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等?；?、氧化物等。 半導(dǎo)體的電阻率為半導(dǎo)體的電阻率為1010-3-310109 9 cmcm。一、半導(dǎo)體及其特性一

2、、半導(dǎo)體及其特性1、什么是半導(dǎo)體、什么是半導(dǎo)體現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共76頁現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。）都是四個。GeSi電子器件所用的半導(dǎo)體具有晶體結(jié)構(gòu)，因此電子器件所用的半導(dǎo)體具有晶體結(jié)構(gòu)，因此把半導(dǎo)體也稱為把半導(dǎo)體也稱為晶體晶體?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共76頁2、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1）熱敏性）熱敏性 與溫度有關(guān)。溫度升高，導(dǎo)電能力增強。與溫度有關(guān)。溫度升高，導(dǎo)電能力增強。2）光敏性）光敏性 與光照強弱有關(guān)。光照強，導(dǎo)電能力增強與光照強弱有關(guān)。光照強，導(dǎo)電能力增強3

3、）摻雜性）摻雜性 加入適當(dāng)雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增強。加入適當(dāng)雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增強。3、常用半導(dǎo)體材料、常用半導(dǎo)體材料1）元素半導(dǎo)體）元素半導(dǎo)體 如：硅、鍺如：硅、鍺2）化合物半導(dǎo)體）化合物半導(dǎo)體 如：砷化鎵如：砷化鎵3）摻雜或制成其他化合物半導(dǎo)體的材料）摻雜或制成其他化合物半導(dǎo)體的材料 如；硼、磷、銦、銻如；硼、磷、銦、銻現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共76頁1、本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。如硅晶體中，原子之間靠的很近，分屬于每個如硅晶體中，原子之間靠的很近，分屬于每個原子的價電子受到相鄰原子的影響，而使價電子為

4、原子的價電子受到相鄰原子的影響，而使價電子為兩個原子所共有，每個原子與其相臨的原子之間形兩個原子所共有，每個原子與其相臨的原子之間形成成共價鍵共價鍵，共用一對價電子。，共用一對價電子。 在高度純凈的硅晶體中，所有外層電子均用在高度純凈的硅晶體中，所有外層電子均用于構(gòu)成共價鍵，沒有多余的自由電子，只有通于構(gòu)成共價鍵，沒有多余的自由電子，只有通過很強的力才能使電子脫離晶體束縛。過很強的力才能使電子脫離晶體束縛。1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)）內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、半導(dǎo)體物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機理一、半導(dǎo)體物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共76頁硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4

5、+4+4+4+4+4表示除去表示除去價電子后的價電子后的原子原子現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共76頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共76頁2）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對在絕對0度（度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時）和沒有外界激發(fā)時,價價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子，它的導(dǎo)電能力沒有可以運動的帶電粒子，它的導(dǎo)電能力為為0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于在常溫下，由于熱激發(fā)熱激發(fā)，使一些價電子，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為為自由電子自由電子，同時共價鍵上留下一

6、個空位，稱，同時共價鍵上留下一個空位，稱為為空穴空穴。 電子電子空穴對的產(chǎn)生空穴對的產(chǎn)生現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共76頁+4+4+4+4電子電子空穴對的產(chǎn)生空穴對的產(chǎn)生自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共76頁兩種導(dǎo)電方式兩種導(dǎo)電方式+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引臨近的價電空穴吸引臨近的價電子來填補。這樣的結(jié)子來填補。這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，于正電荷的移動，即即：空穴電流：空穴電流在外電場作用下，有在外電場作用下，有兩部分電流：兩部分電流：1、自、自由電子定向移動。由電子

7、定向移動。2、空穴電流、空穴電流現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共76頁說明說明復(fù)合：復(fù)合： 激發(fā)：激發(fā)： 激發(fā)和復(fù)合成對產(chǎn)生成對消失激發(fā)和復(fù)合成對產(chǎn)生成對消失載流子：電子和空穴載流子：電子和空穴漂移運動：載流子在電場力的作用下的定向運動漂移運動：載流子在電場力的作用下的定向運動自由電子向電源正極移動，空穴向負極移動。雖然電子、自由電子向電源正極移動，空穴向負極移動。雖然電子、空穴的運動方向相反，但在外電路中形成電流卻一致?？昭ǖ倪\動方向相反，但在外電路中形成電流卻一致。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高。溫度是影響半導(dǎo)體性溫度越高，

8、載流子的濃度越高。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共76頁2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。大增加。使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體），使空穴濃度大（電子半導(dǎo)體），使空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體

9、稱為P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)（空穴半導(dǎo)體）。體）。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共76頁1）N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)或銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出個與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每

10、個磷原子給出一個電移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為子，稱為施主原子施主原子?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共76頁+4+4+5+4N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子+N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共76頁N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同同。2、本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。、本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。3、摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以、摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子

11、稱為，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)多數(shù)載流子載流子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共76頁2）P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半代，硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為

12、不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為所以稱為受主原子受主原子。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共76頁+4+4+3+4空穴空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體硼原子硼原子P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共76頁總總 結(jié)結(jié)1、N型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少數(shù)。電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少數(shù)。 N型型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電

13、作用的主要是多子。近似認。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。為多子與雜質(zhì)濃度相等。2、P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。3、多子由摻雜濃度決定，少子由溫度決定。、多子由摻雜濃度決定，少子由溫度決定?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共76頁三、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)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)型半導(dǎo)體和體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了們的交界面處就形成了PN結(jié)。結(jié)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共76頁P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半

14、導(dǎo)體+擴散運動內(nèi)電場E漂移運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)1）多數(shù)）多數(shù)載流子的載流子的擴散擴散運動運動及空間電荷區(qū)的及空間電荷區(qū)的產(chǎn)生產(chǎn)生(即即:PN結(jié)的產(chǎn)生結(jié)的產(chǎn)生)(濃度差產(chǎn)生濃度差產(chǎn)生)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共76頁2、擴散的結(jié)果是使空、擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。間電荷區(qū)越寬。漂移運動P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動內(nèi)電場E2）內(nèi)電場的形成及其作用）內(nèi)電場的形成及其作用1、內(nèi)電場越強，就使漂移、內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。電荷區(qū)變薄。阻擋多子擴散阻擋多子擴散促進少子漂移促進少子漂移

15、3）矛盾）矛盾運動運動3、所以擴散和漂、所以擴散和漂移這一對相反的移這一對相反的運動最終達到平運動最終達到平衡，相當(dāng)于兩個衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不區(qū)的厚度固定不變。變?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共76頁+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N N型區(qū)型區(qū)P P型區(qū)型區(qū)電位電位U UU U0 04）內(nèi)建電勢差）內(nèi)建電勢差現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共76頁1、空間電荷區(qū)中沒有載流子。、空間電荷區(qū)中沒有載流子。2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P中的空穴、中的空穴、N中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\動（）向?qū)Ψ竭\動（擴擴散運動散運

16、動）。）。3、P中的電子和中的電子和N中的空穴（中的空穴（都是少子都是少子），數(shù)），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。量有限，因此由它們形成的電流很小。請注意請注意現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共76頁2 PN結(jié)的特性結(jié)的特性-單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?PN結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是：的意思都是： P區(qū)加正、區(qū)加正、N區(qū)加負區(qū)加負電壓。電壓。 PN結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P區(qū)加負、區(qū)加負、N區(qū)加正區(qū)加正電壓。電壓?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共76頁1)PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變薄變薄PN+_內(nèi)電場被削

17、弱內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加多子的擴散加強強能夠形成較大能夠形成較大的的擴散電流。擴散電流?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共76頁2)PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被被加強內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受，多子的擴散受抑制。少子漂移抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)加強，但少子數(shù)量有限，只能形量有限，只能形成較小的反向電成較小的反向電流。流?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共76頁 在在PNPN結(jié)的兩結(jié)的兩端加上電壓后端加上電壓后，通過管子的，通過管子的電流電流I I隨管子兩隨管子兩端電壓端電壓V V變化的變化的曲線曲線- -伏安特性伏安特性。PN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，

18、呈小電阻，電流較大結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大; 反偏截止，電阻很大，電流近似為零。反偏截止，電阻很大，電流近似為零。PN結(jié)伏安特性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共76頁1.2 二極管二極管的結(jié)構(gòu)和分類二極管的結(jié)構(gòu)和分類二極管的二極管的符號和型號符號和型號二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)二極管的溫度特性二極管的溫度特性二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共76頁一、一、 二極管的結(jié)構(gòu)和分類二極管的結(jié)構(gòu)和分類 在在PNPN結(jié)上加上引線和外殼，就成為一個二極管。二結(jié)上加上引線和外殼，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)一般分有極管按結(jié)構(gòu)一般分有點接觸型、面接

19、觸型點接觸型、面接觸型(1) (1) 點接觸型二極管點接觸型二極管(a)(a)點接觸型點接觸型 圖圖 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PNPN結(jié)面積小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共76頁 圖圖 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(c)(c)平面型平面型(3) (3) 平面型二極管平面型二極管 往往用于集成電路制造工往往用于集成電路制造工藝中。藝中。PN PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) (2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PNPN

20、結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共76頁2、分類、分類1）按材料分：硅管和鍺管）按材料分：硅管和鍺管2）按結(jié)構(gòu)分：點接觸和面接觸）按結(jié)構(gòu)分：點接觸和面接觸3）按用途分：檢波、整流）按用途分：檢波、整流4 4）按頻率分：高頻和低頻）按頻率分：高頻和低頻二、符號和型號二、符號和型號AK陽極、陽極、P型材料型材料陰極、陰極、N型材料型材料現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共76頁半導(dǎo)體二極管的型號半導(dǎo)體二極管的型號國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共76頁

21、三、三、 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 式中式中I IS S 為反向飽和電流，為反向飽和電流，u u為二極管兩端的電壓為二極管兩端的電壓降，降，U UT T = =kT/qkT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量，稱為溫度的電壓當(dāng)量，k k為玻耳茲曼常為玻耳茲曼常數(shù)，數(shù)，q q 為電子電荷量，為電子電荷量，T T 為熱力學(xué)溫度。為熱力學(xué)溫度。對于室溫（對于室溫（相當(dāng)相當(dāng)T T=300 K=300 K），則有），則有U UT T=26 mV=26 mV。) 1(eTSUuII二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共76頁圖 二極管的伏安特性曲線圖示) 1

22、(eTSUuII現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共76頁1 1、正向特性、正向特性 硅硅二極管的死區(qū)電壓二極管的死區(qū)電壓U Uthth=0.6V-0.7V=0.6V-0.7V左右，左右， 鍺鍺二極管的死區(qū)電壓二極管的死區(qū)電壓U Uthth=0.2V-0.3V=0.2V-0.3V左右。左右。 當(dāng)當(dāng)0 0U UU Uthth時，正向電流為時，正向電流為零，零，U Uthth稱為死區(qū)電壓或開啟電稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。壓。 當(dāng)當(dāng)U U0 0即處于正向特性區(qū)域。即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：正向區(qū)又分為兩段： 當(dāng)當(dāng)U UU Uthth時，開始出現(xiàn)正向電流時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。，并按指

23、數(shù)規(guī)律增長。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共76頁2 2、反向特性、反向特性當(dāng)當(dāng) U0時，即處于反向特性區(qū)時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域： 當(dāng)當(dāng)UBRU0時，反向電流時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流反向飽和電流I IS S 。 當(dāng)當(dāng)UUBR時，反向電流急劇增加，時，反向電流急劇增加，UBR稱稱為為反向擊穿電壓反向擊穿電壓 ?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共76頁PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共76頁四、二極管的

24、參數(shù)四、二極管的參數(shù) (1) (1) 最大整流電流最大整流電流I IF F二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二作時，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) (2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U UBRBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓U UBRBR。 為安全計，在實際為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓工作時，最大反向工作電壓U URMRM一般只按反向擊穿電壓一般只按反向擊穿電壓U UBRBR的一半計算。的一半計算。最大反向工作電壓最大反向工作電壓URM-現(xiàn)在學(xué)習(xí)

25、的是第三十八頁，共76頁 (3) (3) 反向電流反向電流I IR R (4) (4) 正向壓降正向壓降U UF F(5) (5) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻r rd d 硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)(nA)級；鍺二極管級；鍺二極管在微安在微安( ( A)A)級。級。 在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.60.60.8V0.8V；鍺二極管約；鍺二極管約0.20.20.3V0.3V。 反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然，反映了二極

26、管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然， r rd d與工作電流的大小有關(guān)，即與工作電流的大小有關(guān)，即 r rd d = = U UF F / / I IF F現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共76頁iDUDIDUDQ iD UDrD是二極管特性曲線工作是二極管特性曲線工作點點Q附近電壓的變化與電附近電壓的變化與電流的變化之比：流的變化之比：DDDIUr顯然，顯然，rD是對是對Q附近的微附近的微小變化量的電阻。小變化量的電阻?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共76頁五、二極管的溫度特性五、二極管的溫度特性 溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二

27、極管高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加溫度每增加88，反向電流將約增加一倍；鍺二極，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加管溫度每增加1212，反向電流大約增加一倍。，反向電流大約增加一倍。 另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加小，每增加11，正向壓降，正向壓降U UF F( (U UD D) )大約減小大約減小2mV2mV，即具有負的溫度系數(shù)。即具有負的溫度系數(shù)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共76頁 圖 溫度對二極管伏安特性曲線的影響圖示現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共76頁例例1 1 一限幅電路如圖（一限幅電路如圖（a a），），

28、 R R=1k,=1k,U UREFREF=3V=3V。（。（1 1）當(dāng)）當(dāng)ui=0Vui=0V、6V6V時，分別求輸出時，分別求輸出u uO O的值；（的值；（2 2）當(dāng)）當(dāng)u ui i=6sint V=6sint V時，畫出輸出電壓時，畫出輸出電壓u uo o的波形（正向壓降的波形（正向壓降為零）。為零）。六、二極管的應(yīng)用六、二極管的應(yīng)用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共76頁例例 2、 二極管構(gòu)成二極管構(gòu)成“門門”電路，設(shè)電路，設(shè) V1、V2 均為理想二均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓極管，當(dāng)輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時，求輸出電壓的不同組合時

29、，求輸出電壓 UO 的值。的值。0 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通5 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通0 V現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共76頁輸入電壓輸入電壓理想二極管理想二極管輸出輸出電壓電壓UAUBV1V20 V0 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通0 V0 V5 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通反偏反偏截止截止0 V5 V0 V反偏反偏截止截止正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通5 V現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共76頁例例 3、 畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在ui = 15sin t (V) 作用下輸出作用下輸出 uO 的波形。的波形。( (按理想模型按理想模型) )

30、Otui / V15RLV1V2V3V4uiBAuO現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共76頁OtuO/ V15現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共76頁1.3 1.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣的伏安特性曲線完全一樣(b)(b)一、特性一、特性(a)(a)二、符號二、符號現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共76頁 (1) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓U UZ Z (2) (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻r rZ Z 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電

31、流電流I IZ Z下，所對應(yīng)的反向工作電下，所對應(yīng)的反向工作電壓。壓。 其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 r rZ Z愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 r rZ Z = = U UZ Z / / I IZ Z三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁，共76頁 (3) (3) 最大耗散功率最大耗散功率 P PZMZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于取決于PNPN結(jié)的面積和散熱等條件結(jié)的面積和散熱等條件。反

32、向工作時。反向工作時PNPN結(jié)的功率損耗為結(jié)的功率損耗為 P PZ Z= = U UZ Z I IZ Z，由，由 P PZMZM和和U UZ Z可以決定可以決定I IZmaxZmax。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流 I IZmax Zmax 和最小穩(wěn)定工作和最小穩(wěn)定工作 電流電流I IZmin Zmin 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即電流取決于最大耗散功率，即P PZmax Zmax = =U UZ ZI IZmax Zmax 。而。而I Izminzmin對應(yīng)對應(yīng)V VZminZmin。 若若I IZ ZI IZminZmin則不能穩(wěn)壓

33、。則不能穩(wěn)壓?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十頁，共76頁 穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。串入一只電阻。 電阻的作用一是起限流作用，電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓以保護穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。壓作用。(c)(c)四、穩(wěn)壓管的應(yīng)用四、穩(wěn)壓管的應(yīng)用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十一頁，共76頁1、光電二極管、光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強度的增加而

34、上升。IV照度增加照度增加五、其它特殊二極管五、其它特殊二極管現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十二頁，共76頁2、發(fā)光二極管、發(fā)光二極管有正向電流流過時有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電見波段的光，它的電特性與一般二極管類特性與一般二極管類似。常用作顯示器件似。常用作顯示器件?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十三頁，共76頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十四頁，共76頁1.4 晶體三極管晶體三極管一、結(jié)構(gòu)、符號和分類一、結(jié)構(gòu)、符號和分類NNP發(fā)射極發(fā)射極 E基極基極 B集電極集電極 C發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)

35、 集電區(qū)集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB兩個結(jié)、三個區(qū)、三個極兩個結(jié)、三個區(qū)、三個極E的箭頭方向為發(fā)射結(jié)加正向電壓時電流的方向的箭頭方向為發(fā)射結(jié)加正向電壓時電流的方向基本結(jié)構(gòu)與分類基本結(jié)構(gòu)與分類1、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十五頁，共76頁BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極1）基區(qū)：最）基區(qū)：最薄，摻雜濃薄，摻雜濃度最低度最低3）集電）集電區(qū)：面積區(qū)：面積較大較大2）發(fā)射區(qū)：摻）發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高雜濃度最高2、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十六頁，共76頁3、分類、分類：1）按材料分：）按材料分： 硅管、鍺管硅管、鍺管4）按功

36、率分：）按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十七頁，共76頁半導(dǎo)體三極管圖片半導(dǎo)體三極管圖片現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十八頁，共76頁二、電流放大原理二、電流放大原理1. 三極管放大的條件三極管放大的條件內(nèi)部內(nèi)部條件條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大集電結(jié)面積大外部外部條件條件發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏2. 滿足放大條件的三種電路滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共發(fā)射極共集電極共集電極共基極共基極現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十九頁，共76頁3. 三極管內(nèi)部載流子的傳

37、輸過程三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程1) ) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子電子， 形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 IE。I CN多數(shù)向多數(shù)向 BC 結(jié)方向擴散形成結(jié)方向擴散形成 ICN。IE少數(shù)與空穴復(fù)合，形成少數(shù)與空穴復(fù)合，形成 IBN 。I BN基區(qū)空基區(qū)空穴來源穴來源基極電源提供基極電源提供( (IB) )集電區(qū)少子漂移集電區(qū)少子漂移( (ICBO) )I CBOIBIBN IB + ICBO即：即：IB = IBN ICBO 2) )電子在基區(qū)擴散與復(fù)合電子在基區(qū)擴散與復(fù)合電子到達基區(qū)后電子到達基區(qū)后( (基區(qū)空穴運動因濃度低而忽略基區(qū)空穴運動因濃度低而忽略) )現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是

38、第六十頁，共76頁I CNIEI BNI CBOIB 3) ) 集電區(qū)收集擴散過集電區(qū)收集擴散過 來的載流子形成集來的載流子形成集 電極電流電極電流 ICICI C = ICN + ICBO 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十一頁，共76頁三、三極管的電流控制作用三、三極管的電流控制作用當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII CEOBCBOBC)1 (IIIII 穿透電流穿透電流CBOBCBOCIIII 1

39、、電流分配關(guān)系、電流分配關(guān)系IE= IC+ IB2、電流的放大作用、電流的放大作用直流放大系數(shù)直流放大系數(shù)BCII現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十二頁，共76頁IE = IC + IBCEOBCIII BCEIII BC II BE )1(II CEOBE )1(III 定義：定義：BCII為交流放大系數(shù)為交流放大系數(shù)一般的一般的，當(dāng)當(dāng)EBIBIcRcIc(IB=EB/RB)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十三頁，共76頁四、四、 晶體三極管的特性曲線晶體三極管的特性曲線、輸入特性、輸入特性輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路常數(shù)常數(shù) CE)(BEBuufi0CE u與二極管特性相似與二極管特性相似時時現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十四頁，

40、共76頁BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u特性基本特性基本重合重合( (電流分配關(guān)系確定電流分配關(guān)系確定) )特性右移特性右移( (因集電結(jié)開始吸引電子因集電結(jié)開始吸引電子) )導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 UBE( (on) )硅管：硅管： (0.6 0.8) V鍺管：鍺管： (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.2 V現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十五頁，共76頁、輸出特性、輸出特性常數(shù)常數(shù) B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321）截止區(qū)：）截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0 條件：條

41、件：兩個結(jié)反偏兩個結(jié)反偏截止區(qū)截止區(qū)ICEO特點：分三個區(qū)特點：分三個區(qū)CEOBCIII 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十六頁，共76頁iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212）放大區(qū)：）放大區(qū)：CEOBCIII 放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)條件：條件： 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏特點：特點： 水平、等間隔水平、等間隔ICEOBI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十七頁，共76頁iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213）飽和區(qū)：）飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u B

42、E 0條件：條件：兩個結(jié)正偏兩個結(jié)正偏特點：特點：IC IB臨界飽和時：臨界飽和時： uCE = uBE深度飽和時：深度飽和時：0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (鍺管鍺管) )放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)ICEOIc的大小取決于的大小取決于Ec和和Rc，RcEcIcs現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十八頁，共76頁五、溫度對特性曲線的影響五、溫度對特性曲線的影響1. 溫度升高，輸入特性曲線溫度升高，輸入特性曲線向左移。向左移。溫度每升高溫度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高溫度每升高 10 C，ICBO 約增大約增大 1 倍。倍。BEuBiOT2 T1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十九頁，共76頁2. 溫度升高，輸出特性曲線溫度升高，輸出特性曲線向上移。向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高溫度每升高 1 C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。輸出特性曲線間距增大。O現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十頁，共76頁六、六、 晶體三極管的主要參數(shù)晶體三極管的主要參數(shù)、電流放大系數(shù)