基本要求1、掌握二极管的结构特点、伏安特性和参数（含义、常见值）2、掌握双极结型三极管BJT的结构，工作原理（栅间电流分配），放大作用和开关特性。3、掌握场效应管的结构，工作原理，放大作用和开关特性。参见：模电书3章、4.1节、5.1节、5.3节半导体二极管、三极管及其场效应管1一、半导体的特性根据物体导电能力(电阻率)的不同，分为导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。3.1 半导体的基本知识1.导电能力：介于导体、绝缘体之间。2.光敏性、热敏性：0K时不导电，随着温度、光照增加，导电能力增强。3掺杂性：在纯净的半导体中掺入少量杂质，导电能力显著增强。2二、本征半导体、空穴及其导电作用1. 原子结构：以Si,Ge为例本征半导体化学成分纯净、没掺入杂质的半导体。物理结构上呈单晶体形态。硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上 的四个电子称为价电子SiGe32. 共价键（晶体结构）共价键结构平面示意图共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中， 称为束缚电子，T=0K=-273C时束缚电子能量不足 以脱离共价键成为自由电子，相当于绝缘体。 43. 本征激发（热激发）当温度升高（例如室温）或受 到光的照射时，价电子能量增 高，有的价电子可以挣脱共价 键的束缚，而参与导电，成为 自由电子。自由电子产生的同时，在其原 来的共价键中就出现一个空位 ，称这个空位为空穴。这一现象称为本征激发，也称热激发本征激发而出现的自由电子和空穴是成对出现 的，称为电子空穴对。5束缚电子从视为空穴从半导体中出现 两种载流子自由电子 空穴电量相等，极性相反， 同时参与导电 空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！空穴导电：空穴的移动是靠共价健中束缚电子的移动来实现的。因此说，空穴（与自由电子相同）也是一种载流子。 6三、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称 为杂质半导体。N型(电子)半导体掺入五价杂质元素(如磷P)P型(空穴)半导体掺入三价杂质元素(如硼B)7五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个 半导体原子中的价电子形 成共价键，而多余的一个 价电子因无共价键束缚而 容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子（多子)，它主 要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）, 由本征激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，故称为施主杂质。1. N型半导体主要依靠自由电子导电 !8因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一 个价电子而在共价键中留下 一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。因而三价杂质也称为受主杂质。2. P型半导体空穴主要依靠空穴导电!9掺杂对半导体的导电性能有很大的影响。T=300 K室温下,本征Si的电子和空穴浓度: n = p =1.41010/cm31多子浓度 少子浓度2掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=51016/cm33. 掺杂对半导体导电性影响的数据又在杂质半导体中，多子的浓度取决于杂质浓度； 而少子的浓度取决于温度。说明：杂质半导体导电能力主要由掺杂决定103.2.1 载流子的漂移与扩散漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。 扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。3.2 PN结的形成及特性113.2.2 PN结的形成在本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形 成N型半导体和P型半导体。12因浓度差 促使少子漂移 阻止多子扩散 正负离子不移动 形成无载流子的空间电荷区， 所以PN结也称耗尽层、势垒层。 （很薄，几微米 几十微米） 多子的扩散 = 少子的漂移 即达到动态平衡稳定的空间电荷区称为PN结由杂质正负离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 0方向方向多子的扩散运动133.2.3 PN结的单向导电性(1) PN结加正向电压(正偏)当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正 向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 外电场E 与内电场0 方向相反削弱内电场使势垒区变窄有利于多子扩散不利于少 子漂移最后形成较大的正向电流14(2) PN 结加反向电压(反偏)外电场E 与内电场0方向一致加强了内电场，使势垒 区变宽阻碍多子扩散有利于少子漂移最后形成很小的反向漂 移电流（A级）在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子 形成的漂移电流是恒定的，基本上与 所加反向电压的大小无关，这个电流 称为反向饱和电流IS 。 15PN结加正向电压时， 具有较大的正向扩散电流。 PN结呈现低电阻，导通。PN结加反向电压时， 具有很小的反向漂移电流。 PN结呈现高电阻，截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。16(3) PN结V-I 特性表达式其中IS 反向饱和电流VT 温度的电压当量且在常温下（T=300K）PN结的伏安特性17(3) PN结V-I 特性表达式PN结的伏安特性当VD为正且VDVT时当VD为负且VDVT18在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。(1) 点接触型二极管(a)点接触型 3.3 半导体二极管3.3.1 二极管的结构二极管按结构分有：点接触型、面接触型和平面型PNAKPN结面积小， 不适用于整流；结电 容小，用于检波和变 频等高频电路。rC图 2.3.519(3) 平面型二极管往往用于集成电路中。(2) 面接触型二极管PN结面积大，宜用 于整流；结电容也大， 不宜用于高频电路。(b)面接触型(c)平面型(4) 二极管的代表符号D光刻窗口扩散而成20Si二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， Ge二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。 i)当0VDVth时，外电场不足以克服PN结的内电场，正向电流为零，Vth称为死区或开启电压当VD0 即处于正向特性区域，正向区又分为两段：ii) 当VDVth时，内电场大为削弱，开始出现正向电流，并按指数规律增长。 Vth3.3.2 二极管的V-I 特性(1) 正向特性DD与PN结伏安特性基本相同21Si二极管的饱和电流Is Vth 二极管导通，导通后 VD= Vth VD Vth?是:D导通否:D截止对于理想D，只要V阳 V阴是导通且箝位，否则截止导通后即箝位将D断开26(3)关于优先导通(V阳V阴)大的二极管优先导通且箝位D2:V阳2V阴2=6v-(-3v)=9vD1:V阳1V阴1=0v-(-3v)=3vD2优先导通且箝位(短路) VAO = 6v，D1受反压截止例:?27(1)整流(半波、全波) 利用D的单向导电性半波导通tV ViVOViVo(2)限幅(削波)单向削波tV二极管应用举例28(3)低压稳压VD=VthVo(4)开关作用（二极管可在数字电路中做数字开关）D导通:开关闭和D截止:开关断开没有稳压值 3V的稳压管，同时 稳压管输出稳压值过低，效果不 理想要得到3V的稳压值，通常利用 把几个二极管串联的方法。293.5 特殊二极管1. 稳压二极管（齐纳二极管）稳定直流电压，工作于反向击穿状态2. 变容二极管：结电容随U反而显著用于高频电路中3.光电二极管4. 发光二极管5. 激光二极管光信号电信号，反向电流光照度用于光度测量、光电耦合电路接收端电信号光信号，发光亮度正向导 通电流，用于显示、光电耦合电路发 送端6. 肖特基二极管30（a）符号 （b）正向V-I特性31光电传输系统 光信号传输损耗小，抗干扰能力强。32稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管,工作 在反向击穿状态（齐纳击穿）。其反向击穿是 可逆的,且反向电压较稳定（V-I特性较陡）。稳压二极管（齐纳二极管）R:限流电阻限制流经稳压管的反向电流防止稳压管进入热击穿。配合稳压管稳压IZmaxVBR(VZ )IZIV IZmin33练习1VA= 1VVB= 3.5V10K140K18K2K25K5KAB15V10V+-DD承受反偏而截止先假设D断开34练习2电路如图所示，已知ui5sint (V)，二极管导通电压UD0.7V。 试画出ui与uO的波形，并标出幅值。 35练习3 写出下列各图所示电路的输出电压值，设二极管导通电压 UD0.7V。 解 ：UO11.3V，UO20V，UO31.3V，UO42V，UO51.3V，UO62V。36作业3.4.5、3.4.6(b)、(c) 3.4.2374.1.1 BJT的结构简介(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管4.1 半导体三极管(BJT、晶体管)381.结构发射极用e 表示(Emitter)集电极用c 表示(Collector)基极用b表 示(Base)发射区集电区基区半导体三极管为三层半导体形成两个PN结组成 。它有两种类型:NPN型和PNP型。结构如图所 示，有三层半导体、两个结、三个电极。集电结(Jc)发射结(Je)三极管符号(箭头为发射结正偏 时，射极电流流向）392.分类 (3) 按功率： 小、大、中功率管 (1) 按材料Si管 Ge管(2) 按结构NPN管PNP管型号命名方法 (模拟四版 P44)如3DG6、2DW7(4) 按工作频率 ： 低频管、高频管403.结构特点 发射区e掺杂浓度最高； 集电区c掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区b很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低 。这些特点使BJT不同于两个单独的PN结，而呈现出极间电流放 大作用。414.1.2 放大状态下BJT的工作原理外部条件：NPN 管:PNP 管:放大状态下BJT中载流子的传输过程e结正偏，c结反偏421.内部载流子的传输过程 (以NPN为例)(1)e区向b区注入电子流 e结正偏有利于多子 扩散 主要为e区向b区注入电 子流，形成流出e极的射 极电流 IE(2)电子在b区扩散与复合浓度差电子继续向c极扩散，同时有一小部分与空穴复合 形成b区复合电流 IBN 又b区掺杂极低且薄 IBN很小。 放大状态下BJT中载流子的传输过程43(3)c结收集扩散过来的电子 c 结反偏，电子漂移渡过c结 c区形成集电极电流 IC电子扩散 电流c、b间的反向 饱和电流BJT内两种载流子都参与导电，称为双极型晶体管。另有代入放大状态下BJT中载流子的传输过程442. BJT的三种组态(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。(b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；BJT的三种组态45根据传输过程可知 只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关 ，与外加电压无关。一般 0.90.993. 极间电流分配(ICBO0)共基极电流放大倍数放大状态下BJT中载流子 的传输过程体现了共基接法时输入电流对输出电流的控制作用46又BJT相当于一个广义节点（KLV ）放大状态下BJT中载流子 的传输过程有将上式代入得令则则共射极电流放大倍数 一般 几十几百b极开路时ce间的反向 饱和电流(穿透电流)(ICEO0)体现了共射接法时输入电流 对输出电流的控制作用47结论(BJT放大状态下的极间电流分配）很小又体现了共集电极接法时输入电流对输出电流的控制作用48电压放大倍数比如iE = -1 mA，则 iC = iE = -0.98 mA，vO = -i