第2講半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用電路課件

第一章常用半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體知識1.2二極管及其特性1.4三極管及其特性1.5場效應(yīng)管1.3特殊二極管1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識一半導(dǎo)體基本知識二PN結(jié)單向?qū)щ娦砸弧?/p>

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體—導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體—純凈的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。載流子

—能夠參與導(dǎo)電的帶電粒子。主要有自由電子和空穴。特性—光敏性、熱敏性、摻雜性。雜質(zhì)半導(dǎo)體：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體中參入微量五價元素的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體。+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—

多子電子—

少子載流子數(shù)

空穴數(shù)P型半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體中參入微量三價元素的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體。P型、N型半導(dǎo)體的簡化圖示負離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體二、PN結(jié)及其特性一、PN結(jié)(PNJunction)的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴散2.復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū)(耗盡層)空間電荷區(qū)特點:無載流子，阻止擴散進行，利于少子的漂移。內(nèi)建電場P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場外電場外電場使多子向PN結(jié)移動,中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。IF限流電阻擴散運動加強形成正向電流IF。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向電壓(反向偏置)

—reversebias

P

區(qū)N

區(qū)內(nèi)電場外電場外電場使少子背離PN結(jié)移動，空間電荷區(qū)變寬。IRPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運動加強形成反向電流IRIR=I少子

0二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)三、PN結(jié)的伏安特性反向飽和電流溫度的電壓當(dāng)量電子電量玻爾茲曼常數(shù)當(dāng)T=300(27C)：UT

=26mVOu

/VI

/mA正向特性反向擊穿加正向電壓時加反向電壓時i≈–IS本節(jié)主要介紹了二極管的有關(guān)概念：本征半導(dǎo)體、空穴、載流子雜質(zhì)半導(dǎo)體：P型和N型半導(dǎo)體、多子、少子PN結(jié)形成：擴散、復(fù)合、空間電荷區(qū)（耗盡層、勢壘區(qū)、阻擋層、內(nèi)建電場）PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通、反偏截止PN結(jié)的特性曲線：正向特性：死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓反向特性：反向飽和電流、溫度影響大半導(dǎo)體有關(guān)概念小結(jié)思考與習(xí)題思考題：P41.；2.1.2半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路一、二極管的結(jié)構(gòu)和類型二、二極管的伏安特性三、二極管的主要參數(shù)四、二極管應(yīng)用電路五、其它類型二極管一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號：A(anode)C(cathode)分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點接觸型面接觸型平面型點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線

面接觸型N型鍺PN結(jié)

正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底常見二極管的外型封裝及符號二、二極管的伏安特性1.PN結(jié)的伏安方程反向飽和電流溫度的電壓當(dāng)量電子電量玻爾茲曼常數(shù)當(dāng)T=300(27C)：UT

=26mV2.二極管的伏安特性O(shè)uD/ViD/mA正向特性Uth死區(qū)電壓iD

=0Uth=

0.5V

0.2V(硅管)(鍺管)UUthiD急劇上升0U

Uth

UD(on)

=(0.60.8)V導(dǎo)通電壓硅管0.7V(0.20.3)V鍺管0.3V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)

U0iD=IS<0.1A(硅)幾十A

(鍺)U<

U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。

(擊穿電壓

<6V，負溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。—PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)?！狿N結(jié)燒毀。(擊穿電壓

>6V，正溫度系數(shù))擊穿電壓在6V左右時，溫度系數(shù)趨近零。硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020溫度對二極管特性的影響604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT升高時，UD(on)以(22.5)mV/C下降三、二極管的主要參數(shù)1.

IF—最大整流電流(最大正向平均電流)2.

URM—最高反向工作電壓，為U(BR)/2

3.

IR

—反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?4.

fM—最高工作頻率(超過時單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU(BR)IFURMO反向電阻測試正向電阻測試正向電阻很小，二極管導(dǎo)通。正向電阻很大，二極管截止。如何用萬用表的“”檔來辨別一只二極管？1.二極管限幅電路解：請觀看仿真波形!ID+vo--R10K+vi—20V例2-1電路圖VREF

例2-1.如圖1所示電路。試畫出VREF分別為0、10V時的波形。其中vi=20sintV。2.二極管開關(guān)電路

例2-2.如圖2所示電路。試求VI1、VI2為0和+5V時V0的值。R10KV0Vcc+5V例2-2電路圖VI1VI2D1D2000+5V000+5V+5V0+5V+5VV0VI1

VI2

四、二極管應(yīng)用電路u2負半周時：A點電位最低，B點電位最高，D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，uo=-u2。u2正半周時：A點電位最高，B點電位最低，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，uo=u2;電路及工作原理3.二極管單相橋式整流電路①伏安特性符號工作條件：反向擊穿iZ/mAuZ/VOUZIZminIZmaxUZIZIZ特性4.穩(wěn)壓二極管②主要參數(shù)a.穩(wěn)定電壓UZ流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。b.穩(wěn)定電流IZ越大穩(wěn)壓效果越好，小于Imin時不穩(wěn)壓。c.最大工作電流IZM最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZMd.動態(tài)電阻rZrZ=UZ/IZ越小穩(wěn)壓效果越好。幾幾十1.發(fā)光二極管與光敏二極管（1）發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)①符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導(dǎo)通電壓(12)V符號u/Vi

/mAO2特性五、其它類型的二極管②主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：IFM

，U(BR)，IR光學(xué)參數(shù)：峰值波長P，亮度

L，光通量發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點陣LED七段LED,（2）光敏二極管①符號和特性符號特性uiO暗電流E=200lxE=400lx工作條件：反向偏置②主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：暗電流，光電流，最高工作范圍光學(xué)參數(shù)：光譜范圍，靈敏度，峰值波長實物照片補充：選擇二極管限流電阻步驟：1.設(shè)定工作電壓(如0.7V；2V(LED)；UZ)2.確定工作電流(如1mA；10mA；5mA)3.根據(jù)歐姆定律求電阻R=(UIUD)/ID(R要選擇標稱值)本節(jié)主要介紹了二極管的有關(guān)概念：半導(dǎo)體二極管的構(gòu)成和類型：點接觸型、面接觸型、平面型；硅管、鍺管；整流管、開關(guān)管、檢波管、發(fā)光管、光敏管、穩(wěn)壓管等。半導(dǎo)體二極管的特性：與PN結(jié)基本相同。半導(dǎo)體二極管的參數(shù)PN結(jié)的特性曲線：正向特性：死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓反向特性：反向飽和電流、溫度影響大擊穿特性：電擊穿（雪崩擊穿、齊納擊穿）、熱擊穿二極管小結(jié)