二極管、三極管課件

半導(dǎo)體器件1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)，P型硅，N型硅2PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管3特殊二極管4半導(dǎo)體三極管5場(chǎng)效應(yīng)管1.1本征半導(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(jià)電子）都是四個(gè)。Si硅原子Ge鍺原子§1半導(dǎo)體的基本知識(shí)化學(xué)元素周期表硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+41.2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)，就會(huì)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大增加。載流子：電子，空穴N型半導(dǎo)體（主要載流子為電子，電子半導(dǎo)體）P型半導(dǎo)體（主要載流子為空穴，空穴半導(dǎo)體）N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSiP型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)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(gè)價(jià)電子，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。硅或鍺+少量硼P型半導(dǎo)體空穴P型半導(dǎo)體硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以移動(dòng)2.1PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)?！?PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。在半導(dǎo)體中由于濃度差別，多數(shù)載流子（多子）從濃度高向濃度低的區(qū)域移動(dòng)，稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；形成擴(kuò)散電流。少數(shù)載流子（少子）在內(nèi)電場(chǎng)作用下，有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)；形成漂移電流。漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。一、PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)－－－－++++REPN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，擴(kuò)散飄移，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流(正向電流）。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

空間電荷區(qū)變薄正向電流PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)PN結(jié)正向偏置的意思是：P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。只允許一個(gè)方向的電流通過(guò)。形成正向電流，稱正向?qū)?。二、PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)NP+_內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。RE空間電荷區(qū)變厚PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)反向電流PN結(jié)反向偏置的意思是：P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。反向電流極小，稱反向截止。2.3半導(dǎo)體二極管(1)基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。PNPN符號(hào)陽(yáng)極陰極二極管主要參數(shù)最大整流電流：最大正向平均電流IOm；最大反向電壓：最高反向工作電壓URm；最大反向電流：IRm反映二極管的單向?qū)ㄌ匦远O管的應(yīng)用整流防反接限幅門電路……例1：二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降=0.7V(硅二極管)理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0RLuiuOuiuott二極管半波整流3.其它類型二極管光電二極管光照影響反向電流，光強(qiáng)度高、反向電流大；發(fā)光二極管（LED）單管LED七段式數(shù)碼管矩陣式LED顯示屏穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管IZmax+-穩(wěn)壓二極管符號(hào)UIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作電流IZ在Izmax和

Izmin之間時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)正向同二極管穩(wěn)定電流穩(wěn)定電壓NPN型三極管三極管符號(hào)NPNCBEPNPCBEBECTBECTPNP型三極管CBENNP4.1基本結(jié)構(gòu)、類型與符號(hào)§4半導(dǎo)體三極管(雙極型晶體管）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：發(fā)射極摻雜濃度最大；基區(qū)摻雜濃度最小，寬度最窄；集電極面積最大。以使晶體管具有放大作用。4.2電流分配和放大原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散形成

IEP。IEP進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBN

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IEN。IBNIENIB=IBN+IEPIBBECNNPEBRBECIEIEPIBNIENIB=IBN+IEPIB集電結(jié)反偏，使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電結(jié)邊緣的電子，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，漂移進(jìn)集電區(qū)，形成ICN。ICN集電結(jié)反偏，有少子發(fā)生漂移運(yùn)動(dòng)，形成極小的反向電流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICN–ICBOIBN發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IEN。進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBN

，大部分?jǐn)U散到集電結(jié)邊緣?；鶇^(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散形成IEP。ICBO直流電流放大倍數(shù)PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)NP+_內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。RE空間電荷區(qū)變厚PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)反向電流PN結(jié)反向偏置的意思是：P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。反向電流極小，稱反向截止。B極C極ICBOICN集電結(jié)反偏，使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電結(jié)邊緣，數(shù)量極大的電子，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，漂移進(jìn)集電區(qū)，形成極大ICN。IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE

ICE與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)：要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。NPN型三極管PNP型三極管BECTIBIEICBECTICIBIE

三極管的電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)所處的極性：＋＋＋＋4.3特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

實(shí)驗(yàn)電路一、輸入特性曲線UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。輸入特性曲線是指UCE為常數(shù)時(shí)，IB與UBE之間的關(guān)系曲線。即：二、輸出特性曲線IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。輸出特性曲線是指IB為常數(shù)時(shí)，IC與UCE之間的關(guān)系曲線。即：IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：4.4主要參數(shù)1.電流放大倍數(shù)

和

在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：=例：UCE=6V時(shí)：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。2.集-基極反向截止電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。當(dāng)集電結(jié)反偏時(shí)，集電區(qū)的空穴漂移到基區(qū)而形成的ICBO3.集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。4.集電極最大允許電流ICM集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO當(dāng)集---射極之間的電壓UCE超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開(kāi)路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。6.集電極最大允許功耗PCM集電極電流IC

流過(guò)三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC=ICUCE必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)三極管開(kāi)關(guān)電路控制較大功率的LED開(kāi)關(guān)§5場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:N溝道P溝道耗盡型增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型MOS絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（N溝道）（1）結(jié)構(gòu)PNNGSDP型基底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層金屬鋁N