半導(dǎo)體二極管和三極管

半導(dǎo)體二極管和三極管第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.1

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(2).半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：摻雜性：光敏性：熱敏性：(1).半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之間。溫度↑→導(dǎo)電能力↑光照↑→導(dǎo)電能力↑摻雜↑→導(dǎo)電能力1.概念⑶常用的半導(dǎo)體材料硅

Si原子結(jié)構(gòu):2-8-4鍺

Ge原子結(jié)構(gòu):

2-8-18-4第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.1.1

本征半導(dǎo)體

完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱(chēng)為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子⑴本征半導(dǎo)體第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

Si

Si

Si

Si價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，少量?jī)r(jià)電子即可掙脫原子核的束縛，而成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)在共價(jià)鍵中就留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴（帶正電）。(2)本征激發(fā)這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)?？昭ㄗ杂呻娮幼杂呻娮颖菊骷ぐl(fā)成對(duì)產(chǎn)生空穴第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五(3)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流

①自由電子作定向運(yùn)動(dòng)

電子電流②

仍被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴

空穴電流注意：

(1)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。

(2)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；自由電子和空穴都稱(chēng)為載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(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)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

Si

Si

Si

Sip+磷原子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。⑴N型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素(如磷,原子結(jié)構(gòu):2-8-5)特點(diǎn)：多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴N型半導(dǎo)體++++++++示意圖第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

Si

Si

Si

SiB–⑵P型半導(dǎo)體特點(diǎn)：多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子多數(shù)載流子數(shù)目由摻雜濃度確定少數(shù)載流子數(shù)目與溫度有關(guān).溫度↑→少子↑結(jié)論：本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素(如硼,原子結(jié)構(gòu):2-3)無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。P型半導(dǎo)體－－－－－－－－示意圖第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

1PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動(dòng)畫(huà)形成空間電荷區(qū)第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1).PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄

P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的正向電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++動(dòng)畫(huà)+–第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五PN結(jié)變寬(2).PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR

P接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。動(dòng)畫(huà)–+

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.2半導(dǎo)體二極管9.2.1基本結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接觸型(b)面接觸型點(diǎn)接觸型：結(jié)面小、結(jié)電容小，適用高頻小電流場(chǎng)合。如：檢波電路、數(shù)字開(kāi)關(guān)電路結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。金屬觸絲陽(yáng)極引線(xiàn)N型鍺片陰極引線(xiàn)外殼(

a

)點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線(xiàn)PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(xiàn)(

b

)面接觸型陰極陽(yáng)極(

c

)符號(hào)D第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五半導(dǎo)體二極管圖片第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五半導(dǎo)體二極管圖片第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.2.2.伏安特性UBR——

反向擊穿電壓⑴正向特性死區(qū)電壓=0.1V（鍺管）0.5V（硅管）UD=0.2~0.3V

（鍺管）0.6~0.7V

（硅管）導(dǎo)通時(shí)的正向壓降：⑵反向特性UIo死區(qū)電壓+--+UBRUD第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五UIoUBRUDID⑶溫度對(duì)二極管的影響①溫度升高二極管正向壓降減小溫度↑→載流子↑→→導(dǎo)電能力↑→等效電阻↓→→正向壓降UD↓②溫度升高二極管反向電流增大溫度↑→少數(shù)載流子↑→反向電流↑溫度每升高10°C。反向電流增大一倍。第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五⑷理想二極管的開(kāi)關(guān)特性正向?qū)ǚ聪蚪刂?-開(kāi)關(guān)閉合+-開(kāi)關(guān)斷開(kāi)第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.2.3.主要參數(shù)（1）最大整流電流IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。（點(diǎn)接觸型<幾十mA，面接觸型較大）（2）反向工作峰值電壓URWM二極管不被反向擊穿時(shí)允許承受的最大反向電壓。一般URWM是UBR的一半（或三分之二）。（3）反向峰值電流IRM

二極管上加反向工作峰值電壓URWM

時(shí)的反向電流。IRM愈小愈好。第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù)）時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正）時(shí)，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓,二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?/p>

4.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大?？偨Y(jié):第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽(yáng)

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽(yáng)

<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開(kāi)。第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五FAB-12V0V+3VDARDB例1電路中，輸入端VA=+3V，VB=0V，試求輸出端F的電位VF。解：∵

UDA>UDB

∴DA優(yōu)先導(dǎo)通，DB截止?！?/p>

VA陽(yáng)

=3V，VB陽(yáng)=0V，VA陰

=VB陰=－12VUDA=15V，UDB=12V若忽略管壓降，二極管可看作短路，VF=3V否則，VF低于3V一個(gè)管壓降，為2.7Ｖ或2.3V第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電路如圖，求：UAB

V陽(yáng)

=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–例2第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開(kāi)路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫(huà)出uo

波形。8V二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開(kāi)關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動(dòng)畫(huà)例3第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五例4ui

RD（a）uoui

RD（b）uo圖示兩個(gè)電路。已知ui

=10sinωt（V），試畫(huà)出輸出電壓uo的波形。解：⑴圖(a)ui

＞0，D

導(dǎo)通，uo=0，

ui

＜0，D

截止，uo=ui

⑵圖(b)ui

＞0，D導(dǎo)通，uo=ui

，

ui

＜0，D截止，uo=010Voωtui-10Voωtui10Voωtui第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)

=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–例5第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.3穩(wěn)壓二極管1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)UIUZIZIZMUZIZoab-+DZ符號(hào)面接觸型硅二極管2.伏安特性正向特性與普通硅二極管相同⑴未擊穿區(qū)（oa段）I≈0，反向截止⑵擊穿區(qū)（穩(wěn)壓區(qū)

ab段）特性陡直，電壓基本不變，具有穩(wěn)定電壓作用動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻愈小穩(wěn)壓效果愈好⑶熱擊穿區(qū)（b點(diǎn)以下線(xiàn)段）過(guò)熱燒壞PN結(jié)穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（2）電壓溫度系數(shù)U（1）穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值（3）動(dòng)態(tài)電阻

越小，穩(wěn)壓性越好溫度變化1°C，穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。（4）穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM使用時(shí)穩(wěn)壓管的電流要大于IZ，小于最大穩(wěn)定電流IZM（5）最大允許功耗PZM穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.4半導(dǎo)體三極管9.4.1基本結(jié)構(gòu)B基極E發(fā)射極C集電極NPN型PNP型NNP發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECIBIEICTBECIBIEICTB基極E發(fā)射極C集電極PPN硅管主要是平面型,鍺管都是合金型。硅管多為NPN型,鍺管多為PNP型。第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：摻雜濃度最低并且很薄集電區(qū)：摻雜濃度較低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高9.4.2.電流分配和放大原理1.晶體管的電流放大的條件

(1)內(nèi)部條件

三個(gè)區(qū)摻雜濃度不同，厚薄不同。第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)外部條件

發(fā)射結(jié)加上正向電壓，集電結(jié)加上反向電壓NNPBEC++－－BECT++－－UBE

UBCPPNBEC－－++BECT－－++UBE

UBC即：NPN型或VB>VE,VC>VB

PNP型為：或VB<VE,VC<VB第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.晶體管的電流分配關(guān)系

mAAmAIETRBIBECEBICRC+－－+共發(fā)射極放大實(shí)驗(yàn)電路第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五②IC、IE>>IBIC與IB之比稱(chēng)為靜態(tài)電流（直流）放大系數(shù)①I(mǎi)E=IC+IB結(jié)論：IB(mA)

0

0.02

0.040.060.08

0.10IC(mA)<0.001

0.701.502.303.103.95IE(mA)<0.001

0.721.542.363.184.05晶體管電流測(cè)試數(shù)據(jù)

第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)論：③ΔIC、ΔIE>>ΔIB

，ΔIC與ΔIB之比稱(chēng)為動(dòng)態(tài)電流（交流）放大倍數(shù)IB(mA)

0

0.02

0.040.060.08

0.10IC(mA)<0.001

0.701.502.303.103.95IE(mA)<0.001

0.721.542.363.184.05晶體管電流測(cè)試數(shù)據(jù)

第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五IC電子在基區(qū)與空穴復(fù)合，形成電流IB，復(fù)合機(jī)會(huì)小，IB小IBIE發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射(擴(kuò)散)電子，形成發(fā)射極電流IE3.放大原理BENNPEBRBEC+－+-+-+集電結(jié)反偏，擴(kuò)散到基區(qū)的電子被收集(漂移)到集電區(qū)形成IC，收集能力強(qiáng)，IC大C第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9.4.3特性曲線(xiàn)及主要參數(shù)ICmAAV1V2UCEUBERBIBECEB

實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路輸入回路→輸入特性IB=f（UBE）|UCE輸出回路→輸出特性IC=f（UCE）|IB第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。令UCE=常數(shù)IB=f（UBE）1.輸入特性工作壓降：UBE0.6~0.7V,硅管UBE0.2~0.3V鍺管IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V0IB=f（UBE

）|UCE3DG100晶體管的輸入特性曲線(xiàn)第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.輸出特性1234IC(mA)UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A0⑴放大區(qū)IC=f（UCE）|IB第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱(chēng)為截止區(qū)。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A0⑵截止區(qū)ICEO第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五IC(mA)1234U