電路與模擬電子技術(shù)原理第6章1半導(dǎo)體課件

1、電路與模擬電子技術(shù)原理第六章半導(dǎo)體元器件*1第6章 半導(dǎo)體元器件6.1 從電子管到晶體管6.2 半導(dǎo)體6.3 半導(dǎo)體二極管 6.4 晶體管6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管*26.1 從電子管到晶體管真空電子二極管單向?qū)щ娦裕宏帢O加熱后發(fā)射電子，陽極吸收電子真空電子三極管放大效應(yīng)柵極電壓控制從陰極到達(dá)陽極電子的數(shù)量電壓控制電流*3真空管（電子管）*4第6章 半導(dǎo)體元器件6.1 從電子管到晶體管6.2 半導(dǎo)體6.3 半導(dǎo)體二極管 6.4 晶體管6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管*56.2 半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，稱為半導(dǎo)體。熱敏性測(cè)溫光敏性測(cè)光光伏電池發(fā)光光源*66.2.1 本征半導(dǎo)體純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)

2、體稱為本征半導(dǎo)體。四價(jià)元素硅鍺*7本征半導(dǎo)體（續(xù)）四價(jià)元素構(gòu)成本征半導(dǎo)體*8本征半導(dǎo)體（續(xù)）帶負(fù)電的自由電子，和帶正電的空穴，統(tǒng)稱為載流子。 在受熱（熱激發(fā)）或者光照（光激發(fā)）時(shí)，共價(jià)鍵中的價(jià)電子可能獲得一定的能量，少數(shù)價(jià)電子擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下空位，稱為空穴*9本征半導(dǎo)體（續(xù)）“本征” 的含義，是指載流子的濃度取決于半導(dǎo)體自身的固有（本征）特征。在一定溫度下，載流子的濃度保持一定 產(chǎn)生過程與復(fù)合過程相對(duì)平衡。 本征半導(dǎo)體中的載流子濃度除了與半導(dǎo)體材料自身特性有關(guān)以外，還與溫度、光照等因素有關(guān)。 *106.2.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，熱穩(wěn)定性也很差

3、，改進(jìn)方式摻入雜質(zhì)根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同， N（Negative）型半導(dǎo)體P（Positive）型半導(dǎo)體 *111N型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體中摻入微量五價(jià)元素，如磷、銻、砷等 自由電子為多數(shù)載流子（多子），空穴為少數(shù)載流子（少子）。 *122P型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素，如硼、鋁、鎵等 空穴為多子自由電子為少子 *136.2.3 PN結(jié) PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的核心 在一塊硅片上，一邊N型半導(dǎo)體，另一邊P型半導(dǎo)體，交界面處形成PN結(jié)。 *142PN結(jié)的單向?qū)щ娦哉珜?dǎo)通，反偏截止*153PN結(jié)的反向擊穿特性 當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值時(shí)，PN結(jié)電阻突然減小、反向電流突然增大，這種現(xiàn)象稱為P

4、N結(jié)的反向擊穿。PN結(jié)的反向擊穿有兩種類型：齊納擊穿 雪崩擊穿 電擊穿是可逆的，熱擊穿不可逆 *164PN結(jié)方程 流過PN結(jié)的電流i與外加電壓u之間的關(guān)系為 IS為PN結(jié)的反向飽和電流；UTkT/q，為溫度的電壓當(dāng)量或熱電壓，在T300K（室溫）時(shí)，UT26mV。 *17PN結(jié)的伏安特性曲線 溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移動(dòng)，反向特性曲線向下移動(dòng)。 *185PN結(jié)的電容效應(yīng) 當(dāng)PN結(jié)上的外加電壓變化時(shí)，會(huì)引起PN結(jié)（即耗盡層）所存儲(chǔ)的電荷量的變化，PN結(jié)所具有的這種“電壓變化引起電荷量變化”的特征，就是PN結(jié)的的電容效應(yīng)。根據(jù)結(jié)電容的成因，可分為勢(shì)壘電容擴(kuò)散電容。 *19第6章 半導(dǎo)體元器件6

5、.1 從電子管到晶體管6.2 半導(dǎo)體6.3 半導(dǎo)體二極管 6.4 晶體管6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管*206.3 半導(dǎo)體二極管 二極管（Diode）的核心特性單向?qū)щ娦栽谝粋€(gè)電流方向上的電阻很?。ɡ硐肭闆r是零），在另一個(gè)電流方向上的電阻卻很大（理想情況是無窮大） *216.3.1 基本結(jié)構(gòu) *226.2.2 二極管的特性 1二極管的伏安特性曲線 *23二極管的伏安特性曲線（續(xù)）（1）正向特性死區(qū)電壓（也稱開啟電壓）Uth 導(dǎo)通電壓Uon （2）反向特性 反向飽和反向擊穿 （3）溫度特性 溫度升高，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移 *242二極管的特性參數(shù) （1）最大整流電流IF （2）最大反向工

6、作電壓URM （3）反向電流IR （4）最高工作頻率fM *256.2.3 二極管的應(yīng)用 利用二極管的特性：單向?qū)щ娦苑聪驌舸┨匦岳硐攵O管：正向?qū)〞r(shí)，二極管視為短路，正向電阻為零，正向壓降忽略不計(jì)；反向截止時(shí)，二極管視為開路，反向電阻為無窮大，反向電流忽略不計(jì)。 *261二極管整流（檢波）電路 利用：單向?qū)щ娦?272二極管限幅電路 利用：單向?qū)щ娦?28二極管限幅電路（續(xù)）二極管限幅電路實(shí)際上就是確保輸出電壓不能高于電壓源US。由于限幅電路能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)中超出指定幅度的部分削平，所以也稱為削波電路。 換個(gè)角度看，也可以說二極管限幅電路實(shí)際上是在電壓源US和輸入電壓ui之間選擇一個(gè)較低的電

7、壓作為輸出。 *293二極管電平選擇電路（邏輯門電路） 利用：單向?qū)щ娦?30二極管與門電路在數(shù)字電路中，通常把高于2.4V的電平當(dāng)作高電平，記為邏輯1，把低于0.8V的電平當(dāng)作低電平，記為邏輯0，此時(shí)6-13（a）所示的電路的輸出信號(hào)就等于兩個(gè)輸入信號(hào)的邏輯“與”，所以該電路又稱為二極管與門電路。 *314穩(wěn)壓二極管 利用：反向擊穿特性*32穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) （1）穩(wěn)定電壓UZ （2）最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin 要保證穩(wěn)壓管的反向電壓穩(wěn)定于Uz，必須確保IzminIzIzmax （3）額定功耗PZM 允許的最大功耗PZM=UZ IZmax *33穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例

8、【例6-1】已知UZ6V，IZmin5mA，PZM150mW，限流電阻R1K，負(fù)載電阻RL500。分別計(jì)算Ui為15V、30V、45V時(shí)輸出電壓UO的值。 *34穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）【分析】要讓穩(wěn)壓管起到穩(wěn)壓作用，必須滿足兩個(gè)條件：穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿狀態(tài)；流過穩(wěn)壓管的反向電流必須在IZmin和IZmax之間?！窘狻浚?）根據(jù)PZM計(jì)算IZmax *35穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）（2）當(dāng)Ui=15V時(shí)，假設(shè)DZ開路（穩(wěn)壓管反向截止），計(jì)算此時(shí)的穩(wěn)壓管兩端電壓 因?yàn)镈Z開路時(shí)時(shí)，所計(jì)算得到的穩(wěn)壓管兩端電壓小于UZ，所以穩(wěn)壓管截止，UO5V。 *36穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）（3）類似地，當(dāng)Ui=30V時(shí)

9、，假設(shè)DZ開路，計(jì)算此時(shí)的穩(wěn)壓管兩端電壓穩(wěn)壓管已經(jīng)處于反向擊穿狀態(tài)，滿足穩(wěn)壓條件。再假設(shè)穩(wěn)壓管工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，并計(jì)算此時(shí)的穩(wěn)壓管反向電流*37穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）計(jì)算假定條件下的穩(wěn)壓管反向電流，并判斷其是否處于穩(wěn)壓電流范圍之內(nèi) *38穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）穩(wěn)壓管反向電流處在IZmin和IZmax之間，滿足穩(wěn)壓條件，所以穩(wěn)壓管可以正常工作，能起到穩(wěn)壓作用。所以 UOUZ6V *39穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）（4）類似地，當(dāng)Ui=45V時(shí)，假設(shè)DZ開路，計(jì)算此時(shí)的穩(wěn)壓管兩端電壓 穩(wěn)壓管已經(jīng)處于反向擊穿狀態(tài)，滿足穩(wěn)壓條件。再假設(shè)穩(wěn)壓管工作，計(jì)算此時(shí)的穩(wěn)壓管反向電流 *40穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例（續(xù)）IZIR- IL39-12=27(mA) IZmax 穩(wěn)壓管反向電流超過IZmax，將因功耗過大而損壞，電路不能正常工作。 *415發(fā)光二極管 發(fā)光二極管（LED） 正向偏置時(shí)，二極管導(dǎo)通，N區(qū)的自由電子