常用半導(dǎo)體器

關(guān)于常用半導(dǎo)體器復(fù)習(xí)提問：模擬電路的特點(diǎn)

模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別模擬電路：處理的信號是時(shí)間上連續(xù)的信號數(shù)字電路：處理的信號是離散的信號第2頁,共105頁，2024年2月25日，星期天集成電路補(bǔ)充二、電子器件的發(fā)展電子管晶體管分立元件（（SSI（100以下）MSI（〈103）LSI（〈104）超大規(guī)模VLSI（105以上）1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)用了1.8萬只電子管，占地170平方米，重30噸，耗電150W。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。1948年，肖克利等發(fā)明了晶體管，其性能在體積、重量方面明顯優(yōu)于電子管，但器件較多時(shí)由分立元件組成的分立電路體積大、焊點(diǎn)多、電路的可靠性差。1960年集成電路出現(xiàn)，成千上萬個(gè)器件集成在一塊芯片，大大促進(jìn)了電子學(xué)的發(fā)展，尤其促進(jìn)數(shù)字電路和微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展。芯片中集成上萬個(gè)等效門，目前高的已達(dá)上億門。（摩爾定律）第3頁,共105頁，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)方法

深入理解模擬電路的基本概念

掌握典型電路的結(jié)構(gòu)及分析方法第4頁,共105頁，2024年2月25日，星期天考核標(biāo)準(zhǔn)：總評成績=平時(shí)成績

50%+期中考試20%+期末考試30%平時(shí)成績：出勤10分，筆記20分，作業(yè)20分每次講新課要檢查筆記，每次課有課后作業(yè)和課堂作業(yè)為大專四科統(tǒng)考課程之一，最終考試時(shí)有30分為本校老師給的平時(shí)分。第5頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第1章半導(dǎo)體器件

一、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)二、晶體二極管三、特殊二極管四、雙極型晶體管五、場效應(yīng)管

第6頁,共105頁，2024年2月25日，星期天§1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的特性本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體第7頁,共105頁，2024年2月25日，星期天一、半導(dǎo)體特性1、何謂半導(dǎo)體物體分類導(dǎo)體—

導(dǎo)電率為105s.cm-1，量級，如金屬絕緣體—

導(dǎo)電率為10-22-10-14s.cm-1量級，如：橡膠、云母、塑料等?！?/p>

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。如：硅、鍺、砷化鎵等。半導(dǎo)體2、

半導(dǎo)體特性摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率急劇增加摻雜特性半導(dǎo)體器件溫度增加使導(dǎo)電率大為增加溫度特性熱敏器件光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢光照特性光敏器件光電器件第8頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二、本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。純度：99.9999999%，“九個(gè)9”它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。常用的本征半導(dǎo)體Si+14284Ge+3228184+4第9頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導(dǎo)體

+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。價(jià)電子共價(jià)鍵圖1.1.2單晶體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度T=0

K時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。第10頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子價(jià)帶中留下的空位稱為空穴外電場E自由電子定向移動(dòng)形成電子流束縛電子填補(bǔ)空穴的定向移動(dòng)形成空穴流12第11頁,共105頁，2024年2月25日，星期天+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖1.1.3本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴自由電子空穴

若T

，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱。空穴可看成帶正電的載流子。第12頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體中有兩種載流子—自由電子和空穴它們是成對出現(xiàn)的2.在外電場的作用下，產(chǎn)生電流—電子流和空穴流電子流自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的與外電場方向相反空穴流價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的與外電場方向相同由此我們可以看出：第13頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體的載流子的濃度結(jié)論1.本征半導(dǎo)體中電子濃度ni=空穴濃度pi

2.載流子的濃度與T等有關(guān)

第14頁,共105頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)：導(dǎo)體：導(dǎo)電性能良好的金屬，如：銅、銀和鋁等；半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，一般為四價(jià)元素，如硅、鍺等；本征半導(dǎo)體：完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體；共價(jià)鍵：原子和原子之間共用的價(jià)電子對，讓每個(gè)原子都有八個(gè)價(jià)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；本征激發(fā)：純凈半導(dǎo)體受熱和受光照時(shí)，共價(jià)鍵的價(jià)電子跳出共價(jià)鍵成為自由電子，失去價(jià)電子的共價(jià)鍵空位稱為空穴，也能參與導(dǎo)電。第15頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1．半導(dǎo)體中傳導(dǎo)電流的載流子是（

）。

A．電子

B．空穴

C．自由電子和空穴

D．雜質(zhì)離子2．半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。（

）3.本征半導(dǎo)體中的載流子由本征激發(fā)產(chǎn)生。（）4．制作半導(dǎo)體器件時(shí)，使用最多的半導(dǎo)體材料是

和

。5．在熱和光作用下，半導(dǎo)體中同時(shí)出現(xiàn)電子流和空穴流．（）6.本征激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對的濃度隨溫度的升高而減少.（

）7．半導(dǎo)體主要靠空穴和離子導(dǎo)電。（

）6．半導(dǎo)體中導(dǎo)電的不僅有

，而且還有

，這是半導(dǎo)體區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)電的重要特征。7．純凈半導(dǎo)體又稱

半導(dǎo)體，其內(nèi)部空穴和自由電子數(shù)

。第16頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價(jià)雜質(zhì)元素，如磷P[15]、銻Sb[51]、砷As[33]等，即構(gòu)成N型半導(dǎo)體(或稱電子型半導(dǎo)體)。常用的5價(jià)雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。第17頁,共105頁，2024年2月25日，星期天+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.4

N型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第18頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

本征半導(dǎo)體摻入5價(jià)元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。

自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即n>>p。電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。第19頁,共105頁，2024年2月25日，星期天N型雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法第20頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二、P型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價(jià)雜質(zhì)元素，如硼B(yǎng)[5]、鎵Ga[31]、銦In[49]等，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體。+3空穴濃度多于電子濃度，即p>>n?？昭槎鄶?shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。3價(jià)雜質(zhì)原子稱為受主原子。受主原子空穴圖1.1.5

P型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第21頁,共105頁，2024年2月25日，星期天P型雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法第22頁,共105頁，2024年2月25日，星期天雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價(jià)雜質(zhì)元素，即構(gòu)成N型半導(dǎo)體(或稱電子型半導(dǎo)體)。自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，自由電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價(jià)雜質(zhì)元素，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體（或稱）空穴濃度多于電子濃度，空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。第23頁,共105頁，2024年2月25日，星期天說明：

1.摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。4.雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。(a)N型半導(dǎo)體(b)P型半導(dǎo)體圖1.1.6雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法第24頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1．在本征半導(dǎo)體中摻入（

）價(jià)元素雜質(zhì),就形成P型半導(dǎo)體。A．三

B．五

C．四

D．兩2．N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是（）。

A．正離子B．負(fù)離子C．自由電子D．空穴3．在半導(dǎo)體中摻入任何元素就形成稱雜質(zhì)半導(dǎo)體。（

）4．在P型半導(dǎo)體中，空穴多于電子，所以帶正電。（

）

5．在本征半導(dǎo)體硅中，摻入三價(jià)微量元素，就形成

型半導(dǎo)體，它的多子是

。少子是

。第25頁,共105頁，2024年2月25日，星期天三、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高。

摻入三價(jià)元素，如B（硼）、Al（鋁）等，形成P型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體。

摻入五價(jià)元素，如P（磷）、砷（As）等，形成N型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體。第26頁,共105頁，2024年2月25日，星期天§1.2PN結(jié)與晶體二極管PN結(jié)晶體二極管特殊類型的二極管第27頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結(jié)的形成P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散,稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流成為擴(kuò)散電流內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙多子向?qū)Ψ降臄U(kuò)散即阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)同時(shí)促進(jìn)少子向?qū)Ψ狡萍创龠M(jìn)了漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)=漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡3第28頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結(jié)的形成內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

因濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散,稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電流。漂移運(yùn)動(dòng)少子向?qū)Ψ狡?稱漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生漂移電流。動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散電流=漂移電流，PN結(jié)內(nèi)總電流=0。PN結(jié)穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，又稱勢壘區(qū)，也稱耗盡層。第29頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

V

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V

接觸電位V

決定于材料及摻雜濃度硅：V=0.7鍺：V=0.2第30頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外電場方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)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)低阻性。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；也就是正偏就是P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極內(nèi)4外第31頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外電場與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，增強(qiáng)內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)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。此時(shí)PN結(jié)區(qū)少子漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流。PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。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；反偏就是P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極內(nèi)5外第32頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。45第33頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

勢壘電容CT

勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加反偏電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。PN結(jié)電容效應(yīng)（知道了解）第34頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。

擴(kuò)散電容CDPN結(jié)電容效應(yīng)

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。第35頁,共105頁，2024年2月25日，星期天結(jié)電容=勢壘電容+擴(kuò)散電容勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容，并同時(shí)存在結(jié)電容與PN結(jié)的結(jié)面積成正比PN結(jié)正偏時(shí)，以擴(kuò)散電容為主PN結(jié)反偏時(shí)，以勢壘電容為主PN結(jié)電容效應(yīng)第36頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結(jié)的反向擊穿反向擊穿PN結(jié)上所加的反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，反向電流激增的現(xiàn)象。

雪崩擊穿當(dāng)反向電壓增高時(shí)，少子獲得能量高速運(yùn)動(dòng)，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(shí)，強(qiáng)電場直接從共價(jià)鍵中將電子拉出來，形成大量載流子,使反向電流激增。擊穿是可逆。摻雜濃度小的二極管容易發(fā)生擊穿是可逆。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。第37頁,共105頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)第38頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1．PN結(jié)形成后，它的最大特點(diǎn)是具有（

）。

A．導(dǎo)電性

B．絕緣性

C．單向?qū)щ娦?/p>

D．線性2．硅二極管的導(dǎo)通電壓為（

）伏。A．0.7B．0.5C．0.2D．0.1

3．.PN結(jié)反偏時(shí)，反向電流主要由少子的（

）運(yùn)動(dòng)形成。.A．漂移

B．?dāng)U散

C.定向

D．直線第39頁,共105頁，2024年2月25日，星期天4．二極管在正向?qū)〞r(shí)，管壓降為0．7V左右。（

）5.PN結(jié)正偏時(shí)電阻小，反偏時(shí)電阻大。（

）6．PN結(jié)正偏是指P區(qū)接電源

極，N區(qū)接電源

極。7.PN結(jié)加正向電壓時(shí)

，加反向電壓時(shí)

。8．PN結(jié)反偏是指P區(qū)接電源

極，N區(qū)接電源

極。第40頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

晶體二極管的結(jié)構(gòu)類型晶體二極管在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)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。第41頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的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，IU1.當(dāng)加正向電壓時(shí)PN結(jié)電流方程為：2.當(dāng)加反向電壓時(shí)I

隨U↑，呈指數(shù)規(guī)率↑I=-Is

基本不變第42頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的伏安特性1.正向起始部分存在一個(gè)門檻或閾值，稱為門限電壓。硅：Ur=0.5-0.6V;鍺：Ur=0.1-0.2V。2.加反向電壓時(shí)，反向電流很小即Is硅(nA)<Is鍺(A)

硅管比鍺管穩(wěn)定3.當(dāng)反壓增大到UB時(shí)再增加，反向激增，發(fā)生反向擊穿，UB稱為反向擊穿電壓。實(shí)測伏安特性IU①②③第43頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

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(dòng)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IDIUUDD第44頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的電阻直流電阻的求解方法：借助于靜態(tài)工作點(diǎn)來求1.首先確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q：借助于圖解法來求IDEDDRLUDIU由電路可列出方程：UD=ED-IDRL直流負(fù)載線UD=0ID=ED/RLID=0UD=EDED/RLEDQIDUD2.直流負(fù)載線與伏安特性曲線的交點(diǎn)由Q得ID和UD，從而求出直流電阻R第45頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的電阻二、交流電阻rRLEDDUIQU

U

I或?qū)嵸|(zhì)是特性曲線靜態(tài)工作點(diǎn)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：第46頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特殊類型的二極管

穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓特性：在反向擊穿時(shí)，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)RZUZ特性參數(shù)：1.穩(wěn)定電壓VZ:反向擊穿電壓。2.最大工作電流Izmax:受耗散功率的限制，使用時(shí)必須加限流電阻。第47頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特殊類型的二極管

穩(wěn)壓二極管特性參數(shù)：1.穩(wěn)定電壓VZ:2.最大工作電流Izmax:3.動(dòng)態(tài)電阻RZ很小，十幾歐姆~幾十歐姆

穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)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(hù)穩(wěn)壓管。其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，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。第48頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特殊類型的二極管

變?nèi)荻O管

利用結(jié)勢壘電容CT隨外電壓U的變化而變化的特點(diǎn)制成的二極管。符號：注意：使用時(shí)，應(yīng)加反向電壓。第49頁,共105頁，2024年2月25日，星期天光電二極管與發(fā)光二極管光電二極管發(fā)光二極管第50頁,共105頁，2024年2月25日，星期天光電二極管

定義：有光照射時(shí)，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(shí)，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第51頁,共105頁，2024年2月25日，星期天發(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(shí)，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(dòng)電路：直流驅(qū)動(dòng)電路交流驅(qū)動(dòng)電路注：在交流驅(qū)動(dòng)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(hù)二極管。發(fā)光二極管只有在加正向電壓時(shí)才發(fā)光。第52頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管的應(yīng)用整流電路濾波電路顯示電路第53頁,共105頁，2024年2月25日，星期天~220Ve2iDuL二極管應(yīng)用

整流電路整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，半波整流e2E2m+-iDuL整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。~220Ve2iDuL+-Udc≈0.45E2第54頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管應(yīng)用

整流電路全波整流~220VuLioRLe2e2’+--+~220VuLioRLe2’e2e2uLUdc≈0.9E2第55頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管應(yīng)用

整流電路橋式整流~220Ve2uL+-~220Ve2uL+-e2uLUdc≈0.9E2第56頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

依靠電容的沖放電作用可減小紋波：當(dāng)電壓小于電容兩端電壓時(shí)，由電容向負(fù)載放電。當(dāng)電壓大于電容兩端電壓時(shí)，由電壓向電容充電，并向負(fù)載提供電壓。二極管應(yīng)用

電容濾波電路直流信號電容相當(dāng)于開路交流信號第57頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管應(yīng)用

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第58頁,共105頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)

半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種物體。具有一系列特殊的性能，如摻雜、光照和溫度都可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。利用這些性能可制作成具有各種特性的半導(dǎo)體器件。

PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，具有單向?qū)щ娦?、非線性電阻特性、電容效應(yīng)、擊穿穩(wěn)壓特性。當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，呈現(xiàn)低阻特性。當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)截止，呈現(xiàn)高阻特性。第59頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

晶體二極管實(shí)際上就是一個(gè)PN結(jié)，描述二極管的性能常用二極管的伏安特性，可用二極管的電流方程來描述。即二極管兩端的電壓和流過的電流滿足I=Is(eU/UT-1)。硅管：當(dāng)UD>0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后，UD=0.7V鍺管：當(dāng)UD>0.3V時(shí)，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后，UD=0.3V

穩(wěn)壓管是一種應(yīng)用很廣的特殊類型的二極管，工作區(qū)在反向擊穿區(qū)?？梢蕴峁┮粋€(gè)穩(wěn)定的電壓。使用時(shí)注意加限流電阻。

晶體二極管基本用途是整流穩(wěn)壓和限幅。

半導(dǎo)體光電器件分光敏器件和發(fā)光器件，可實(shí)現(xiàn)光—電、電—光轉(zhuǎn)換。光電二極管應(yīng)在反壓下工作，而發(fā)光二極管應(yīng)在正偏電壓下工作。小結(jié)第60頁,共105頁，2024年2月25日，星期天重點(diǎn)：晶體二極管的原理、伏安特性及電流方程。難點(diǎn)：1.兩種載流子

2.PN結(jié)的形成3.單向?qū)щ娦?/p>

4.載流子的運(yùn)動(dòng)重點(diǎn)難點(diǎn)第61頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：附錄第62頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體二極管圖片附錄第63頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體二極管圖片附錄第64頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體二極管圖片附錄第65頁,共105頁，2024年2月25日，星期天雙極型晶體三極管晶體三極管的工作原理三極管的伏安特性曲線三極管的特性參數(shù)第66頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體三極管的工作原理

三極管的結(jié)構(gòu)E-B間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)C-B間的PN結(jié)成為集電結(jié)(Jc)從結(jié)構(gòu)上看主要有兩種類型：NPN型PNP型發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極E基極B集電極C第67頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體三極管的工作原理

三極管的結(jié)構(gòu)1.由三層半導(dǎo)體組成，有三個(gè)區(qū)、三個(gè)極、兩個(gè)結(jié)2.發(fā)射區(qū)摻雜濃度比集電區(qū)高得多基區(qū)摻雜低,且很薄。BECBEC第68頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理

三極管內(nèi)部載流子的傳輸規(guī)律三極管各區(qū)的作用:發(fā)射區(qū)向基區(qū)提供載流子基區(qū)傳送和控制載流子集電區(qū)收集載流子發(fā)射結(jié)加正向電壓集電結(jié)加反向電壓

三極管在工作時(shí)一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷翰拍芷鸱糯笞饔?。放大作用的外部條件發(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)反偏第69頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PNPebcIEIB’IPCICBOIBIC工作原理載流子的傳輸規(guī)律1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散空穴，形成發(fā)射極電流。2.空穴在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合，形成了基區(qū)復(fù)合電流IB’。3.集電極收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的空穴，形成了電流IPC。同時(shí)由于集電結(jié)反偏，少子在電場的作用下形成了漂移電流ICBO，影響IB和IC?？傻秒娏髦g的分配關(guān)系IB=IB’-ICBOIC=IPC+ICBOIE=IB+IC共基極電路第70頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理共基極直流放大系數(shù)從發(fā)射區(qū)注入的載流子到達(dá)集電極部分所占的百分比由前面得到的電流之間的分配關(guān)系IC=IPC+ICBO可得：的數(shù)值一般在0.9~0.99之間。說明從發(fā)射區(qū)注入的載流子絕大部分到達(dá)集電區(qū)，只有一小部分在基區(qū)復(fù)合。第71頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理EBECRbRcIBICIEEC>EB

共發(fā)射極連接的工作原理IB=IB’-ICBOIC=IPC+ICBOIE=IB+IC輸入電流輸出電流共射直流放大系數(shù)

當(dāng)IB=0時(shí)穿透電流由IB>>ICBO第72頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理

共發(fā)射極連接的工作原理EBECRbRcibicie+-

Ui

Uo共基交流電流放大系數(shù)

共射交流電流放大系數(shù)

=

IC/

IB

UCE=Cα=

IC/

IE

UCB=C共射電路的電壓放大倍數(shù)第73頁,共105頁，2024年2月25日，星期天三極管的特性參數(shù)

電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)

共射交流電流放大系數(shù)

=

Ic/

Ib（

Uce=0）α=

Ic/

Ie

（

Ucb=0）共射直流電流放大系數(shù)第74頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理

三極管的三種組態(tài)

雙極型三極管有三個(gè)電極，其中兩個(gè)可以作為輸入,兩個(gè)可以作為輸出，這樣必然有一個(gè)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；第75頁,共105頁，2024年2月25日，星期天三極管的伏安特性曲線三極管的伏安特性指管子各電極的電壓與電流的關(guān)系曲線B是輸入電極，C是輸出電極，E是公共電極。Ib是輸入電流，Ube是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。IC是輸出電流，Uce是輸出電壓，從C、E兩電極取出。輸入特性曲線:

Ib=f(Ube)

Uce=C輸出特性曲線:IC=f(Uce)

Ib=C本節(jié)介紹共發(fā)射極接法三極管的特性曲線：第76頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特性曲線

三極管輸入特性曲線1.Uce=0V時(shí)，發(fā)射極與集電極短路，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏。2.當(dāng)Uce

≥1V時(shí)，Ucb=Uce

-Ube

>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集載流子，且基區(qū)復(fù)合減少，IC/IB

增大，特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。但Uce再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。通常只畫一條。輸入特性曲線分三個(gè)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=0.2~0.3V第77頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特性曲線

三極管輸出特性曲線IC=f(Uce)

Ib=C2-2飽和區(qū):(1)

IC受Uce顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)Uce的數(shù)值較小，一般Uce＜0.7V(硅管)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏(2)Uces=0.3V左右截止區(qū)：——Ib=0的曲線的下方的區(qū)域Ib=0Ic=IceoNPN：Ube0.5V,管子就處于截止態(tài)通常該區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:第78頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特性曲線

三極管輸出特性曲線放大區(qū)—IC平行于Uce軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。(1)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓Ube大約0.7V左右(硅管)。(2)Ic=Ib,即Ic主要受Ib的控制。2-2判斷三極管工作狀態(tài)的依據(jù)：飽和區(qū):發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏或：Ube0.5V（Si)Ube0.2V（Ge)放大區(qū):發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第79頁,共105頁，2024年2月25日，星期天①集電極最大允許電流ICM

當(dāng)集電極電流增加時(shí)，

就要下降，當(dāng)

值下降到線性放大區(qū)

值的2/3時(shí)所對應(yīng)的最大集電極電流。

極限參數(shù)特性參數(shù)

當(dāng)IC＞ICM時(shí)，并不表示三極管會(huì)損壞。只是管子的放大倍數(shù)降低。②集電極最大允許功率損耗PCM集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，

PCM=ICUce

因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計(jì)算時(shí)往往用Uce取代Ucb。第80頁,共105頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)

晶體三極管是電流控制元件，通過控制基極電流或射極電流可以控制集電極電流。要使三極管正常工作并有放大作用，管子的發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。

三極管的特性可用輸入和輸出特性曲線來表示，也可用特性參數(shù)來表示。主要的特性參數(shù)有：電流放大系數(shù)

、

，極間反向電流Icbo、Iceo，極限參數(shù)ICM、PCM和BUCEO。第81頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

場效應(yīng)管及其基本放大電路MOS場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管第82頁,共105頁，2024年2月25日，星期天概述場效應(yīng)管與三極管的區(qū)別1.三極管是電流控制元件；場效應(yīng)管是電壓控制元件。2.三極管參與導(dǎo)電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場效應(yīng)管是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，因此稱其為單級型器件。3.三極管的輸入電阻較低，一般102~104

；場效應(yīng)管的輸入電阻高，可達(dá)109~1014

場效應(yīng)管的分類結(jié)型場效應(yīng)管JFETMOS型場效應(yīng)管第83頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MOS場效應(yīng)管增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管耗盡型MOS場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管分類第84頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MOS場效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型的MOS管P溝道增強(qiáng)型的MOS管N溝道耗盡型的MOS管P溝道耗盡型的MOS管第85頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管漏極D→集電極C源極S→發(fā)射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導(dǎo)體因此稱之為MOS管第86頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)UGS較小時(shí)，雖然在P型襯底表面形成一層耗盡層，但負(fù)離子不能導(dǎo)電。當(dāng)UGS=UT時(shí),在P型襯底表面形成一層電子層，形成N型導(dǎo)電溝道，在UDS的作用下形成ID。

N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管工作原理增強(qiáng)型MOS管UDSID++--++--++++----UGS反型層

當(dāng)UGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無論UDS之間加上電壓不會(huì)在D、S間形成電流ID,即ID≈0.

當(dāng)UGS>UT時(shí),溝道加厚，溝道電阻減少，在相同UDS的作用下，ID將進(jìn)一步增加開始無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在UGS

UT時(shí)才形成溝道,這種類型的管子稱為增強(qiáng)型MOS管。第87頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管特性曲線增強(qiáng)型MOS管UDS一定時(shí)，UGS對漏極電流ID的控制關(guān)系曲線

ID=f(UGS)

UDS=C轉(zhuǎn)移特性曲線UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT第88頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管特性曲線增強(qiáng)型MOS管UGS一定時(shí)，ID與UDS的變化曲線，是一族曲線

ID=f(UDS)

UGS=C輸出特性曲線UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)

當(dāng)UDS較小時(shí)，MOS管可以看做受UGS控制的可變電阻，稱之為可變電阻區(qū)當(dāng)UDS較大時(shí)，當(dāng)UGS一定時(shí)，ID基本不隨UDS變化，因此又稱之為恒流區(qū)第89頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管特性曲線增強(qiáng)型MOS管輸出特性曲線2.恒流區(qū)：該區(qū)內(nèi)，UGS一定，ID基本不隨UDS變化而變。3.擊穿區(qū)：

UDS

增加到某一值時(shí)，ID開始劇增而出現(xiàn)擊穿。當(dāng)UDS

增加到某一臨界值時(shí)，ID開始劇增時(shí)UDS稱為漏源擊穿電壓。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)第90頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用

當(dāng)UGS＞UT，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓UDS對漏極電流ID的影響。UDS的不同變化對溝道的影響。UGD=UGS－UDS

當(dāng)UDS為0或較小時(shí)，相當(dāng)UGD＞UT。

此時(shí)UDS

基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。在UDS作用下形成ID。增強(qiáng)型MOS管第91頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)UDS增加到使UGD=UT時(shí)，

當(dāng)UDS增加到UGD

UT時(shí)，增強(qiáng)型MOS管

漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用

這相當(dāng)于UDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷。此時(shí)的漏極電流ID

基本飽和。

此時(shí)預(yù)夾斷區(qū)域加長，伸向S極。UDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，ID基本趨于不變。第92頁,共105頁，2024年2月25日，星期天增強(qiáng)型MOS管

MOS管襯底的處理

保證兩個(gè)PN結(jié)反偏，源極—溝道—漏極之間處于絕緣態(tài)。NMOS管：UB