雙極型半導(dǎo)體器件詳解

雙極型半導(dǎo)體器件詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點優(yōu)選雙極型半導(dǎo)體器件目前二頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點2.電子空穴對自由電子:當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。圖1-1本征激發(fā)和復(fù)合的過程空穴:

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴。電子空穴對:因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會達(dá)到動態(tài)平衡.

3.空穴的移動I由空穴移動形成的電流由電子移動形成的電流自由電子移動方向空穴移動方向E圖1-2半導(dǎo)體中電子和空穴在外電場作用下的移動方向和形成的電流電子移動時是負(fù)電荷的移動，空穴移動時是正電荷的移動，電子和空穴都能運載電荷，所以他們都稱為載流子。

目前三頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。圖1-3N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖

摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體2.P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體的特點：自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，以自由電子導(dǎo)電為主。P型半導(dǎo)體的特點：空穴為多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，以空穴導(dǎo)電為主。圖1-4P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體的特性：

⑴光敏性和熱敏性。即半導(dǎo)體受到光照或熱的輻射時，其電阻率會發(fā)生很大的變化，導(dǎo)電能力將有明顯的改善，利用這一特性可制造光敏元件和熱敏元件。

⑵摻雜特性。即在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的其他元素，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力將有明顯的增加。目前四頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點擴散運動多子從濃度大向濃度小的區(qū)域運動。漂移運動少子向?qū)Ψ竭\動，漂移運動產(chǎn)生漂移電流。動態(tài)平衡擴散電流=漂移電流，PN結(jié)內(nèi)總電流為0。PN結(jié)穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，又稱為高阻區(qū)、耗盡層，PN結(jié)的接觸電位

內(nèi)電場的建立，使PN結(jié)中產(chǎn)生電位差。從而形成接觸電位Vf

接觸電位V決定于材料及摻雜濃度鍺：Vf=0.2～0.3V

硅：Vf=0.6～0.7V1.1.3PN結(jié)及單向?qū)щ娦訮型半導(dǎo)體空間電荷區(qū)N型半導(dǎo)體內(nèi)電場方向PN結(jié)退出1PN結(jié)目前五頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.PN結(jié)加正向電壓

P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；

外電場方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。PN結(jié)呈現(xiàn)低電阻。2.PN結(jié)加反向電壓P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏；

外電場與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，增強內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動阻礙增強，擴散電流大大減小。少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流加大。PN結(jié)呈現(xiàn)高電阻。內(nèi)外Sect2PN結(jié)的單向?qū)щ娦詢?nèi)外目前六頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點式中Is飽和電流;

VT=kT/q等效電壓

k波爾茲曼常數(shù)；

T=300K（室溫）時VT=26mV3.PN結(jié)電流方程由半導(dǎo)體物理可推出：當(dāng)加反向電壓時：當(dāng)加正向電壓時：(v>>VT)Sect目前七頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點4.PN結(jié)的反向擊穿反向擊穿PN結(jié)上反向電壓達(dá)到某一數(shù)值，反向電流激增。雪崩擊穿當(dāng)反向電壓增高時，少子獲得能量高速運動，在空間電荷區(qū)與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生碰撞電離。形成連鎖反應(yīng)，象雪崩一樣。使反向電流激增。齊納擊穿當(dāng)反向電壓較大時，強電場直接從共價鍵中將電子拉出來，形成大量載流子,使反向電流激增。擊穿可逆。摻雜濃度小的二極管容易發(fā)生擊穿可逆。摻雜濃度大的二極管容易發(fā)生不可逆擊穿—熱擊穿PN結(jié)的電流或電壓較大，使PN結(jié)耗散功率超過極限值，使結(jié)溫升高，導(dǎo)致PN結(jié)過熱而燒毀。Sect目前八頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.2.1晶體二極管的結(jié)構(gòu)類型在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管二極管按結(jié)構(gòu)分點接觸型面接觸型平面型PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。1.2半導(dǎo)體二極管退出目前九頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：

半導(dǎo)體二極管的型號圖片

目前十頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.2.2二極管的伏安特性伏安特性:是指二極管兩端電壓和流過二極管電流之間的關(guān)系。由PN結(jié)電流方程求出理想的伏安特性曲線1.當(dāng)加正向電壓時PN結(jié)電流方程為：2.當(dāng)加反向電壓時I隨U↑，呈指數(shù)規(guī)率↑I=-Is

基本不變3.門限電壓:正向起始部分存在一個死區(qū)或門坎。硅：Ur=0.6-0.7v;鍺：Ur=0.2-0.3v4.加反向電壓時，反向電流很小,即

Is硅(nA)<Is鍺(A)

硅管比鍺管穩(wěn)定5.反向擊穿電壓UB:當(dāng)反壓增大UB時再增加，反向激增，發(fā)生反向擊穿，目前十一頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.2.3半導(dǎo)體二極管的參數(shù)和模型1.半導(dǎo)體二極管的參數(shù):

最大整流電流IF、反向擊穿電壓UBR、最大反向工作電壓URM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結(jié)電容Cj。2.半導(dǎo)體二極管的溫度特性

溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降VF(VD)大約小2mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。這些可以從圖所示二極管的伏安特性曲線上看出。

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。目前十二頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點3.二極管特性的折線近似及模型(a)開關(guān)模型(b)固定正向壓降模型(c)折線化模型二極管的低頻模型:

開關(guān)模型主要用于低頻大信號電路之中，固定正向電壓降模型，主要用于低頻小信號電路，折線化模型，既考慮正向壓降，又考慮動態(tài)電阻rd。二極管的高頻模型:

將結(jié)電容與rd并聯(lián)。

目前十三頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點晶體二極管的電阻非線性電阻直流電阻R(也稱靜態(tài)電阻）交流電阻r（又稱動態(tài)電阻或微變電阻）一、直流電阻及求解方法定義二極管兩端的直流電壓UD與電流ID之比IDEDDRLUDIUED/RLEDQIDUD1.首先確定電路的靜態(tài)工作點Q：借助于圖解法來求由電路可列出方程：UD=ED-IDRL直流負(fù)載線UD=0ID=ED2.

由Q得ID和UD，從而求出直流電阻RID=0UD=ED/RL直流負(fù)載線與伏安特性曲線的交點1.2.4晶體二極管的電阻目前十四頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點二、交流電阻rRLEDDuIQUUI或?qū)嵸|(zhì)是特性曲線靜態(tài)工作點處的斜率交流電導(dǎo)：g=dI/dU=I/nUT交流電阻：r=1/g=nUT/I若n=1,室溫下：UT=26mv交流電阻：r=26mv/ID(mA)晶體二極管的正向交流電阻可由PN結(jié)電流方程求出：由此可得：靜態(tài)電阻：UQIQRD=目前十五頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點應(yīng)用舉例例1.2.1:圖(c),E=5V,Ui=10sinwtUi5V，二極管D截止Uo=EUi5V，二極管D導(dǎo)通Uo=Ui例1.2.2:圖(d),E1=E2=5V,Ui=10sinwtUi5VD1D2止Uo=UiUi5VD1通D2止Uo=5V-5VUi5VD1D2止Uo=UiUi-5VD1止D2通Uo=-5Va)整流器b）檢波器c)整形器d)限幅器目前十六頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.3.1穩(wěn)壓二極管1.穩(wěn)壓特性：在反向擊穿時，電流急劇增加而PN結(jié)兩端的電壓基本保持不變,正向部分與普通二極管相同,工作區(qū)在反向擊穿區(qū)特性參數(shù)：1.3各類二極管及其應(yīng)用RZUZ退出(1)

穩(wěn)定電壓

UZ(2)

動態(tài)電阻rZ

(3)最大耗散功率

PZM

(4)

最大穩(wěn)定工作電流IZmax

和最小穩(wěn)定工作電流IZmin

(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)

目前十七頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點3.在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。

電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管。其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)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)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓

作用。2.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理1.若輸入電壓UI發(fā)生變化，負(fù)載電流不變，

UI↑→UO=UZ↑→IZ↑→IR↑→IRR↑UO=UZ↓————————┘2.若負(fù)載電阻發(fā)生變化，即輸出電流

IO發(fā)生，輸入電壓不變，

IO↑→IR↑→IRR↑→UO=UZ↓→IZ↓→IR↓UO

↑——IRR↓——┘目前十八頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.3.2半導(dǎo)體光電器件目前十九頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.光電二極管定義：有光照射時，將有電流產(chǎn)生的二極管類型：PIN型、PN型、雪崩型結(jié)構(gòu)：和普通的二極管基本相同工作原理：利用光電導(dǎo)效應(yīng)工作，PN結(jié)工作在反偏態(tài)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時，束縛電子獲得光能變成自由電子，形成光生電子—空穴對，在外電場的作用下形成光生電流DEDDRLUDIP注意：應(yīng)在反壓狀態(tài)工作UD=-IPRL目前二十頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點2.發(fā)光二極管定義：將電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊半導(dǎo)體器件，當(dāng)管子加正向電壓時，在正向電流激發(fā)下，管子發(fā)光，屬電致發(fā)光常用驅(qū)動電路：直流驅(qū)動電路交流驅(qū)動電路注：在交流驅(qū)動電路中，為了避免發(fā)光二極管發(fā)生反向擊穿，通常要加入串聯(lián)或并聯(lián)的保護二極管發(fā)光二極管只有在加正向電壓時才發(fā)光目前二十一頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點LED顯示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共陽極電路共陰極電路控制端為高電平對應(yīng)二極管發(fā)光控制端為低電平對應(yīng)二極管發(fā)光e目前二十二頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點半導(dǎo)體三極管在英文中稱為晶體管(Transister)，半導(dǎo)體三極管有兩大類型:雙極型半導(dǎo)體三極管:是有兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個PN結(jié)組合而成，是一種電流控制型（CCCS）器件。場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管:僅有一種載流子參與導(dǎo)電，是一種電壓控制型（VCCS）器件。晶體管BJT分類：按頻率分：高頻管；低頻管按功率分：大功率管；中功率管；小功率管按材料分：硅管；鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN型;PNP型。1.4三極管(晶體管)目前二十三頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點Sect由三層半導(dǎo)體組成，有三個區(qū)、三個極、兩個結(jié)2.發(fā)射區(qū)摻雜濃度高、基區(qū)薄、集電結(jié)面積大發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩種結(jié)構(gòu)類型：NPN型PNP型發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極基極集電極BECBEC1.4.1三極管BJT的結(jié)構(gòu)目前二十四頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點Sect

半導(dǎo)體二極管和三極管的封裝種類繁多，半導(dǎo)體封裝主要有玻璃或陶瓷封裝、塑料封裝、金屬外殼封裝等。玻璃或陶瓷封裝主要用于小功率半導(dǎo)體二極管；塑料封裝用于小功率和中大功率的二極管和三極管；金屬封裝用于各種功率等級的二極管和三極管。它們的外形見圖1.35。目前中小功率二極管和三極管主要采用表面貼裝元器件。

半導(dǎo)體二極管和三極管的封裝(a)金屬圓殼封裝三極管

(b)塑料封裝三極管

(c)大功率三極管

目前二十五頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點Sect1.三極管的三種組態(tài)

三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)：

共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；=IC/IBVCE=Cα=IC/IE

VCB=C1.4.2三極管電流放大原理目前二十六頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點2三極管電流放大原理ECBEBW1RBAIBV1ECW2mAICV2UCE1、基極電流小

IE=Ic+IB

Ic2、電流放大作用交流放大系數(shù)

直流放大系數(shù)

晶體管特性的試驗電路

NPN型晶體管共發(fā)射極電路

外部工作條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓即發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)加反向電壓即集電結(jié)反偏目前二十七頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點1.Uce=0V時，

發(fā)射極與集電極短路，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏，實際上是兩個二極管并聯(lián)。2.當(dāng)Uce

≥1V時，Ucb=Uce

-Ube

>0，

集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復(fù)合減少，IC/IB

增大，特性曲線將向右稍微移動一些。但Uce再增加時，曲線右移很不明顯。通常只畫一條。輸入特性曲線分三個區(qū)②非線性區(qū)①死區(qū)③線性區(qū)①②③正常工作區(qū)，發(fā)射極正偏NPNSi:Ube=0.6~0.7VPNPGe:Ube=-0.2~-0.3VSectIB=f(UBE)UCE=C1.輸入特性曲線1.4.3、特性曲線晶體管特性曲線是指晶體管各電極之間電壓和電流的關(guān)系曲線。CEB目前二十八頁\總數(shù)三十三頁\編于二十三點IC=f(Uce)

Ib=CSect2.輸出特性曲線1.飽和區(qū):(1)IC受Uce顯著控制的區(qū)域