第1章半導體器件

1、電電 子子 技技 術(shù)術(shù)主講人：王艷新主講人：王艷新 實訓樓實訓樓1443電工教研室電工教研室電話：電話：67791023電子技術(shù)是一門技術(shù)基礎課。 它所研究的對象是電子器件和由電子器件構(gòu)成的各種基本功能電路以及由基本功能電路組成的各種用途的裝置或系統(tǒng)。具體應于自動控制、無線電通訊、計算機技術(shù)等許多方面。課程性質(zhì)課程性質(zhì) 電子技術(shù)基礎包括模擬電子技術(shù)基礎和數(shù)字電子技術(shù)基礎兩部分。 模電 電信號在時間上或數(shù)值上是連續(xù)變化的模擬信號。 數(shù)電 電信號是不連續(xù)變化的脈沖信號。 它處理 的是輸入與輸出間的大小及相位關(guān)系 。它處理 的是輸入與輸出間的邏輯關(guān)系 。課程內(nèi)容課程內(nèi)容平時成績30：上課出勤率、提問

2、、作業(yè)每周三交上周作業(yè)，請準備兩個作業(yè)本作業(yè)：畫電路圖、務必弄懂 公式和計算過程不能省略 課程要求課程要求本課程屬考試課：卷面成績70%電子元件發(fā)展過程 1883 年美國發(fā)明家愛迪生發(fā)現(xiàn)了熱電子效應 1904年，弗萊明發(fā)明二極管1906年，德弗雷斯發(fā)明了電子三極管 電子元件發(fā)展過程二、三十年代是電子管、真空管時期四十年代末（ 1948年）貝爾實驗室成功研制了具有放大能力的晶體管電子元件發(fā)展過程1958年，美國人提出了用半導體制作全部電路的集成電路化方案硅谷崛起1961年，得克薩斯儀器公司批量生產(chǎn)集成電路1.1 半導體的基礎知識半導體的基礎知識1.1 半導體的基礎知識半導體的基礎知識共價健共價健

3、 Si Si Si Si價電子價電子 Si Si Si Si價電子價電子這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。空穴空穴自由電子自由電子 Si Si Si Sip+多多余余電電子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ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子動畫動畫 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴動畫動畫多子的擴散運動多子的擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結(jié)果使擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +動畫動畫形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正

4、、N接負接負 外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+動畫動畫+動畫動畫+ 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，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動畫動畫+陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面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 ) 點接觸型點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)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 12 半導體二極管的結(jié)構(gòu)和符號半導體二極管的結(jié)

5、構(gòu)和符號 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+UI0.7V0.3V D為非線性元件，分析電路時區(qū)分導通和截止兩種為非線性元件，分析電路時區(qū)分導通和截止兩種情況。情況。如何判斷二極管的工作狀態(tài)？如何判斷二極管的工作狀態(tài)？例例1：例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUr穩(wěn)壓管與二極管的區(qū)別：穩(wěn)壓管與二極管的區(qū)別： 穩(wěn)壓管的反向特性比二極管陡。 穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓比二極管小。 穩(wěn)壓管的擊穿是電擊穿（可逆） 二極管的擊穿是熱擊穿（不可逆）例：例： ，=12si

6、ntV， 雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，它們的正向壓降UD=0V，求 波形？NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子；注入載流子；基區(qū)傳遞和控基區(qū)傳遞和控制載流子；制載流子；集電區(qū)收集載集電區(qū)收集載流子流子EEBRBRC+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶體管；型晶體管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE 電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性(b) PNP 型晶體管型晶體管例：一個三極管接在電路中，現(xiàn)測得其管腳的電位如下：例：一個三極管接在電路中，現(xiàn)測得其管腳的電位如下：請判斷此三

7、極管的類型、材料和三個管腳。請判斷此三極管的類型、材料和三個管腳。管腳123電位/V2.7210解：解：102.72 ， 1號管腳為基極號管腳為基極B2.720.7V ， 2號管腳為發(fā)射極號管腳為發(fā)射極E， 則則3號為集電極號為集電極CB、E相差相差0.7V ，為硅材料。，為硅材料。VBVE，為，為NPN型三極管。型三極管。BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子即管子各

8、電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，內(nèi)部載流子運動的外部表現(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)。 重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點討論應用最廣泛的共發(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入回路輸出回路輸出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)常常數(shù)數(shù)

9、 B)(CECIUfI 晶體管有三種工作狀態(tài)，因而晶體管有三種工作狀態(tài)，因而輸出特性曲線輸出特性曲線分為分為三個工作區(qū)三個工作區(qū)3DG100晶體管的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0對對 NPN 型管型管而言而言, 應使應使 UBE 0, UBC UBE。IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0對對NPN型硅管，當型硅管，當UBE0.5V時時, 即已即已開始截止開始截止, 為使晶體為使晶體管可靠截止管

10、可靠截止 , 常使常使 UBE 0。截止時截止時, 集集電結(jié)也處于反向偏電結(jié)也處于反向偏置置( (UBC 0),),此時此時, IC 0, UCE UCC 。IB = 0 的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB = 0 時時, IC = ICEO( (很小很小) )。(ICEOIC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0 IC UCC/RC 。 當當 UCE 0) )，晶體管工作于飽和狀態(tài)。晶體管工作于飽和狀態(tài)。晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流(a)放大放大+ UBE

11、0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB = 0+ UCE UCC UBC 0 IB+ UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 當晶體管飽和時，當晶體管飽和時， UCE 0，發(fā)射極與集電極之，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關(guān)的接通，其間電阻很??；當晶體管間如同一個開關(guān)的接通，其間電阻很小；當晶體管截止時，截止時，IC 0 ，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關(guān)，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關(guān)的斷開，其間電阻很大，可見，的斷開，其間電阻很大，可見，晶體管除了有放大晶體管除了有放大作用外，還有開關(guān)作用。作用外，還有開關(guān)作用。 0 0.1 0.5 0.10.7 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3硅管硅管( (NPN) )鍺管鍺管( (PNP) ) 可靠截止可靠截止開始截止開始截止 UBE/V UBE/VUCE/V UBE/V 截截 止止 放大放大 飽和飽和 工工 作作 狀狀 態(tài)態(tài) 管管 型型晶體管結(jié)電壓的典型值晶體管結(jié)電壓的典型值 BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全