第1章--半導(dǎo)體二極管和三極管

1、第一章第一章 半導(dǎo)體二極管和三極管半導(dǎo)體二極管和三極管了解半導(dǎo)體二極管的基本類型、伏安特性和了解半導(dǎo)體二極管的基本類型、伏安特性和主要參數(shù)，了解二極管的整流作用、鉗位作用主要參數(shù)，了解二極管的整流作用、鉗位作用和限幅作用。和限幅作用。了解穩(wěn)壓二極管的主要特性及其穩(wěn)壓作用。了解穩(wěn)壓二極管的主要特性及其穩(wěn)壓作用。了解雙極型晶體管的基本類型、特性曲線和了解雙極型晶體管的基本類型、特性曲線和主要參數(shù)，理解晶體管的三種工作狀態(tài)。主要參數(shù)，理解晶體管的三種工作狀態(tài)。1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三

2、極管4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管31.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.11.1物質(zhì)的導(dǎo)電性物質(zhì)的導(dǎo)電性自然界中的物質(zhì)按照導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、絕緣自然界中的物質(zhì)按照導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體。體與半導(dǎo)體。導(dǎo)體導(dǎo)體：導(dǎo)電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。導(dǎo)電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。 絕緣體絕緣體：不能導(dǎo)電或?qū)щ娔芰懿畹奈矬w，如橡：不能導(dǎo)電或?qū)щ娔芰懿畹奈矬w，如橡 膠、陶瓷、玻璃、塑料等。膠、陶瓷、玻璃、塑料等。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。 1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 典型的元素半導(dǎo)體有典型的元素半導(dǎo)體有

3、硅硅SiSi和和鍺鍺GeGe，此外，還有化，此外，還有化合物半導(dǎo)體合物半導(dǎo)體砷化鎵砷化鎵GaAsGaAs等。等。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge硅和鍺最外層軌道硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子價(jià)電子。1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 Si Si Si Si1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子空穴空穴自由電子自由電子 價(jià)電子在獲得一定價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，能量（溫度升高或受光照）后，掙脫原子核的束縛，成為掙脫原子核的束

4、縛，成為自由自由電子電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為中留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴（帶正電）。（帶正電）。本征激發(fā)：本征激發(fā)：溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子、空穴愈多。電子、空穴愈多。1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(5) (5) 當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，載流子定向運(yùn)動(dòng)當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，載流子定向運(yùn)動(dòng) （漂移運(yùn)動(dòng)），在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流（漂移運(yùn)動(dòng)），在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流 自由電子作定向運(yùn)動(dòng)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流電子電流 價(jià)電子遞補(bǔ)空穴價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流空穴電流結(jié)論：結(jié)論：(1) (1) 半導(dǎo)體

5、有半導(dǎo)體有兩種載流子兩種載流子: :（負(fù)）電子、（正）空穴。（負(fù)）電子、（正）空穴。(2) (2) 自由電子和自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生，同時(shí)又不斷復(fù)合。在一定溫度空穴成對(duì)地產(chǎn)生，同時(shí)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)到下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。一定的數(shù)目。(3)(3) 載流子的數(shù)量少，故導(dǎo)電性能很差。載流子的數(shù)量少，故導(dǎo)電性能很差。(4) (4) 載流子的數(shù)量受溫度影響較大，溫度高數(shù)量就多。載流子的數(shù)量受溫度影響較大，溫度高數(shù)量就多。所以，溫所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。1.1

6、.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.31.3雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 Si Si Si Si多余多余電子電子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ皇ヒ粋€(gè)電子個(gè)電子變?yōu)檎優(yōu)檎x子離子p+1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴 因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。個(gè)空穴。1.1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(1) N 型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）形成：向本征半導(dǎo)體中摻入少量的形成：向本征

7、半導(dǎo)體中摻入少量的 5 價(jià)元素價(jià)元素特點(diǎn)：特點(diǎn)：（a）含有）含有大量的電子大量的電子多多數(shù)載流數(shù)載流子子 （b）含有）含有少量的空穴少量的空穴少少數(shù)載流數(shù)載流子子(2) P 型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）形成：向本征半導(dǎo)體中摻入少量的形成：向本征半導(dǎo)體中摻入少量的 3 價(jià)元素價(jià)元素特點(diǎn)：特點(diǎn)：（a）含有）含有大量的空穴大量的空穴多多數(shù)載流數(shù)載流子子 （b）含有）含有少量的電子少量的電子少少數(shù)載流數(shù)載流子子思考題：思考題：多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電

8、荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+ 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)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+2.2.半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2.1 2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN陽陽極極陰陰極極兩層半導(dǎo)體兩層半導(dǎo)體 一個(gè)一個(gè)PN結(jié)結(jié)按結(jié)面積分按結(jié)面積分點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型金屬觸絲金屬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)

9、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2.2.半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管按材料分按材料分硅管硅管鍺管鍺管按用途分按用途分普通管普通管整流管整流管2.2.半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2.2 2.2 伏安特性伏安特性二極管電流與電壓之間的關(guān)系二極管電流與電壓之間的關(guān)系UIOAABB硅硅鍺鍺半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性正向：死區(qū)（正向：死區(qū)（ OA 段）段）: 硅管約硅管約 0.5 V， 鍺管約鍺管約 0.2 V；正向?qū)▍^(qū)正向?qū)▍^(qū): 硅管約硅管約 0.7 V，鍺管約，鍺管約0.3 V反向：截止區(qū)（反向：截止區(qū)（ OB 段）段）: I 近似為近似為 0；

10、擊穿區(qū)擊穿區(qū): 管子被擊穿管子被擊穿2.2.半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2.2 2.2 伏安特性伏安特性二極管電流與電壓之間的關(guān)系二極管電流與電壓之間的關(guān)系UIOAABB硅硅鍺鍺半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性UIOUDUIO(a) (a) 近似特性近似特性 (b) (b) 理想特性理想特性2.3 2.3 主要參數(shù)主要參數(shù)（1 1）（2 2）UR M：最高反向工作電壓：最高反向工作電壓（3 3）IRM：最大反向電流：最大反向電流二極管電路分析：先二極管電路分析：先判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止分析方法分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高將二極管斷開，

11、分析二極管兩端電位的高低或所加電壓低或所加電壓U UD D的正負(fù)。的正負(fù)。若若 V陽陽 V陰陰或或 UD為正，二極管導(dǎo)通為正，二極管導(dǎo)通若若 V陽陽 Vb，D導(dǎo)通，導(dǎo)通，uo = u2 ； u2 負(fù)半周，負(fù)半周，VaV陰陰 二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則，否則， UAB低于低于6V一個(gè)管壓降一個(gè)管壓降，為為6.3或或6.7V 取取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。陰極的電位。例例3：求：求：UAB=？流過？流過 D2 的電流，的電流， D1承受反向電壓。承受反

12、向電壓。BD16V12V3k AD2UAB+兩個(gè)二極管的陰極接在一起兩個(gè)二極管的陰極接在一起取取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽陽 =6 V，V2陽陽=0 V，V1陰陰 = V2陰陰= 12 VUD1 = 6V， UD2 =12V UD2 UD1 D2 優(yōu)先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通，鉗位，使鉗位，使 D1截止截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V流過流過 D2 的電流為的電流為mA43122D I例例4 4：當(dāng)：當(dāng)VA =3V，VB =0V時(shí)，分析輸出端的電位時(shí)，分析輸出端

13、的電位VY。+6VRDAVA AVB BVY YDB-6VRDAVA AVB BVY YDB理想二極管：理想二極管：VY=VB =0V UDB UDA DB 優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， DA截止。截止。 鍺二極管：鍺二極管：VY=VB +UD =0.3V 硅二極管：硅二極管：VY=VB +UD =0.7V UDAUDB DA 優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通，DB截止。截止。理想二極管：理想二極管：VY=VA=3V 鍺二極管：鍺二極管：VY=VA -UD =2.7V 硅二極管：硅二極管：VY=VA UD =2.3V作業(yè)P18： 1-3， 1-5電工技術(shù)試驗(yàn)安排電工技術(shù)試驗(yàn)安排時(shí)間時(shí)間：第七周周三第二大節(jié)（采礦第七

14、周周三第二大節(jié)（采礦09-1班班 ） 第七周周三第三大節(jié)（采礦第七周周三第三大節(jié)（采礦09-2班班 ） 第七周周三第四大節(jié)（采礦第七周周三第四大節(jié)（采礦09-3班班 ） 第七周周五第二大節(jié)（采礦第七周周五第二大節(jié)（采礦09-4班班 ） 第八周周三第二大節(jié)（采礦第八周周三第二大節(jié)（采礦09-5班班 ） 第八周周三第四大節(jié)（采礦第八周周三第四大節(jié)（采礦09-6班班 ）地點(diǎn)地點(diǎn)：一號(hào)實(shí)驗(yàn)樓一號(hào)實(shí)驗(yàn)樓421 實(shí)驗(yàn)室不得大聲喧嘩，不得嬉鬧，注意安實(shí)驗(yàn)室不得大聲喧嘩，不得嬉鬧，注意安全。全。在實(shí)驗(yàn)室不允許玩手機(jī)，不允許吃喝，注意在實(shí)驗(yàn)室不允許玩手機(jī)，不允許吃喝，注意保持實(shí)驗(yàn)室的整潔衛(wèi)生保持實(shí)驗(yàn)室的整潔衛(wèi)生

15、 。實(shí)驗(yàn)完成后認(rèn)真寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙由實(shí)驗(yàn)完成后認(rèn)真寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙由班長(zhǎng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一在五樓杜老師處購(gòu)買，每人五張。班長(zhǎng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一在五樓杜老師處購(gòu)買，每人五張。3.3.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管_+UZIZIZM UZ IZUIOZZ ZIUrZZ ZIUr 例：穩(wěn)壓二極管的例：穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ = 5V，正向壓降忽略不計(jì)，正向壓降忽略不計(jì)。當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓Ui 分別為分別為 直流直流10 V、3 V、-5V時(shí)，求（時(shí)，求（1）輸）輸出電壓出電壓UO；（；（2）若）若 ui = 10sin tV，試畫出，試畫出 uo 的波形。的波形。DZRuoui+Ui = 10V： DZ

16、工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓，工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓，UO = UZ = 5VUi = 3V：DZ 反向截止，反向截止，UO = Ui = 3VUi = -5V： DZ 工作在正向?qū)顟B(tài)，工作在正向?qū)顟B(tài)，UO = 0Vui = 10sintV：ui正半周，當(dāng)正半周，當(dāng)ui UZ，DZ 反向擊穿，反向擊穿，uO = 5V當(dāng)當(dāng)ui UZ，DZ 反向截止，反向截止，uO = uiui負(fù)半周，負(fù)半周，DZ 正向?qū)ǎ驅(qū)?，uO = 0Vuit 10V5V （2）若）若 ui = 10sin tV， uo 的波形如下：的波形如下：DZRuoui+4.4.半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管NNPBECIBIEI

17、CBECIBIEIC4.4.半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基區(qū)：最薄，基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高雜濃度最高發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)：面積大集電結(jié)：面積大BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極集電區(qū)：集電區(qū)：尺寸最大尺寸最大EEBRBRC共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+IEBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII BC II有 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。是分析放大電路的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸