第三节 半导体三极管,第四节 场效应管,第二节半导体二极管,第一节、半导体的导电特性,第一章半导体器件,第一节 半导体的基础知识,一、半导体的特点,二、本征半导体,三、N型半导体和P型半导体,3,1、热敏特性：Ta,2、光敏特性：光照,3、掺杂特性：掺入微量元素,第一节、半导体的导电特性,一、半导体特点,4,第一节、半导体的导电特性,纯净的具有晶体结构的半导体。,二、本征半导体,价电子,4价元素（硅、锗）,5,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,晶体结构 纯净半导体原子排列整齐,共价键结构 两个相邻原子共有一对价电子,价电子受相邻原子核的束缚,处于相对稳定状态。,6,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,本征激发价电子受热或光照后，挣脱束缚成为自由电子。常温下仅极少数。,本征激发,7,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,本征激发,8,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,本征激发,自由电子,空穴,9,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,自由电子,空穴,本征激发,10,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,电子流电场作用下，自由电子的定向移动。,自由电子,电 场,电子流,11,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,电子递补,空穴流,空穴流电场作用下，电子依次递补空穴的运动。,电 场,12,第一节、半导体的导电特性,共价键结构,半导体电流 = 电子流 + 空穴流,电 场,空穴流,电子流,13,第一节、半导体的导电特性,三、N型半导体和P型半导体,杂质半导体在本征半导体中掺入适量的杂质元素(非半导体元素)。,14,第一节、半导体的导电特性,N型半导体,+5,多一个价电子,掺杂,15,第一节、半导体的导电特性,N型半导体,多子-电子 少子-空穴,+5,掺杂,本征激发,电子,正离子,16,第一节、半导体的导电特性,P型半导体,3,多一个空穴,+3,掺杂,17,第一节、半导体的导电特性,多子-空穴 少子-电子,P型半导体,3,+3,负离子,空穴,掺杂,本征激发,第二节PN结,一、PN结的形成,二、PN结的单向导电性,19,第二节、PN结,负离子,空穴,正离子,电子,正负电荷中和，不带电,一、PN结的形成,20,第二节、PN结,P区,N区,扩散运动浓度差造成运动。,复合自由电子填补空穴，两者同时消失的现象。,漂移运动载流子在电场力作用下的运动。,多子扩散运动,少子漂移运动,暴露了失去电子的正离子,暴露了失去空穴的负离子,21,第二节、PN结,P区,N区,浓度差多子扩散运动复合产生内电场阻碍 多子扩散有利少子漂移运动扩散运动和漂移运 动达到动态平衡形成一定宽度PN结,多子扩散运动,少子漂移运动,22,PN结: P区和N区交界面处形成的区域,空间电荷区: 区内只剩离子,带电,耗尽层: 区内载流子少,第二节、PN结,电位差约为零点几伏,宽度为几微米到几十微米,23,（一）外加正向电压导通,二、PN结的单向导电性,（二）外加反向电压截止,第二节、PN结,24,P区,N区,外加正向电压,外电场抵削内电场,有利于多子的扩散,很大,限流,防止电流太大,第二节、PN结,PN结,多子中和部分离子,使空间电荷区变窄,25,P区,N区,外加反向电压,外电场增强内电场,有利于少子的漂移,很小,第二节、PN结,PN结,少子背离 PN 结移动，,空间电荷区变宽,第三节 半导体二极管,一、二极管的结构,三、二极管的伏安特性,四、二极管的主要参数,五、二极管应用举例,二、二极管的单向导电性,27,一、二极管的结构,3、分类：,按材料分,硅二极管,锗二极管,按结构分,点接触型,面接触型,平面型,1、构成：,2、符号：,第三节、半导体二极管,28,第三节、半导体二极管,外壳,阴极引线,金属丝,N型锗片,N型硅,二氧化硅保护层,底座,N型硅,金锑合金,铝合金小球,PN结,点接触型,面接触型,平面型,29,（一）外加正向电压,二、二极管单向导电性,导通，ID大,（二）外加反向电压,截止，I反很小,电流不为零,第三节、半导体二极管,限流,防止电流太大,30,三、二极管的伏安特性,UT,导通电压: 硅0.6-0.8 锗0.2-0.3,第三节、半导体二极管,导通电压死区电压,方能正常导通。,（一）正向特性,死区电压: 硅0.5 锗0.1,31,UT,导通电压: 硅0.6-0.8 锗0.2-0.3,死区电压: 硅0.5 锗0.1,反向 饱和电流,反向击穿电压,第三节、半导体二极管,（二）反向特性,1、U反较小时:I反很小,称为反向饱和电流。,32,第三节、半导体二极管,3、产生反向击穿的原因,4、危害:二极管损坏,电击穿:,U反大到一定值时, 把共价键中的价电子强行拉出,强电场引起自由电子加速与原子碰撞，将价电子从共价键中轰出,33,UT,导通电压: 硅0.6-0.8 锗0.2-0.3,死区电压: 硅0.5 锗0.1,反向 饱和电流,反向击穿电压,第三节、半导体二极管,归纳,34,第三节、半导体二极管,四、二极管的主要参数 正确选择和安全使用二极管的指标。,最大正向平均电流,可在半导体手册中查到,35,第三节、半导体二极管,（三）反向电流IR：即反向饱和电流。,（二）最高反向工作电压UR 二极管不被击穿所容许的最高反向工作电压,为UBR的一半。,反向 饱和电流,反向击穿电压,硅管的温度稳定性比锗管好,36,第三节、半导体二极管,（二）极间电容,1、PN结存在等效结电容 PN结中可存放电荷,相当一个电容。,2、对电路的影响：外加交流电源时，当频率高时，容抗小，对PN结旁通，单向导电性被破坏。,（三）最高工作频率fM,37,第三节、半导体二极管,将二极管的特性线性化处理,按线性电路方法处理。,1、二极管理想化模型 导通视为短路 截止视为开路,（一）二极管等效模型,五、二极管应用举例,2、二极管恒压降模型 导通导通电压UD 截止开路,38,第三节、半导体二极管,导通电压: 硅管 取0.7V 锗管 取0.2V,例1-3-1分别用二极管理想模型和恒压降模型求出 IO 和 UO 的值。,IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA),UO = V = 6 V,UO = E UD = 6 0.7 = 5.3 (V),IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA),解:,1、理想模型,2、恒压降模型,39,第三节、半导体二极管,1、整流：改变信号波形，正弦波变脉动波。,已知：二极管理想化 求：uO波形,（二）二极管应用举例,40,第三节、半导体二极管,、检波作用：从载波信号中检出音频信号。,讨论,旁路高频信号,载波信号经二极管后负半波被削去,检出音频信号,41,第三节、半导体二极管,、限幅：把输出信号的幅度限制在某电平范围内。,已知：二极管UD0.7V 求：uO波形,讨论,42,第三节、半导体二极管,A、二极管有导通电压 导通UD=0.7V。 截止视为开路。,讨论,43,第三节、半导体二极管,已知: UD0.7V 求： uA、 uB 分别为0.3V、3V 不同组合时的uO,、箝位与隔离,讨论,隔离作用二极管D截止时，相当于断路，阳极与阴极被隔离。,箝位作用二极管D导通时，管压降小，强制阳极与阴极电位基本相同。,1、硅稳压二极管及其特性,2、硅稳压二极管主要参数,45,第四节、稳压管,一、硅稳压二极管及其特性,（一）稳压作用 工作在反向击穿区域 。 I大变化,U基本不变。,（二）稳压管符号,正向运用：相当导通二极管 UZ=0.7V,反向运用： UZ U击，起稳压作用,46,(三)应用,稳压管反向击穿不会损坏: 经特殊工艺处理。 加限流电阻,保证 IZIZmax 。,UI增加,UO基本不变,增加量由R承担 。,限流电阻 调节电阻,第四节、稳压管,Uo = UZ,47,1、稳定电压 UZ： 反向击穿时电压值。 2、稳定电流 IZ和最大稳定电流IZmax ： IZ指对应稳定电压时的反向电流。 IZmax指稳压管允许通过的最大反向电流。,4、动态电阻 rZ ： 愈小稳压效果好。,二、硅稳压二极管主要参数,第四节、稳压管,IZmax,3、最大耗散功耗： PZM= UZ IZmax,48,5、电压温度系数：说明稳定电压随温度的变化程度。,第四节、稳压管,电压温度系数当环境温度变化1时稳定电压变化的百分比。,例：2CW15的U=0.07%/ ,温度提高，稳定电压增加,49,第三节、半导体二极管,归纳,二极管,1、二极管的特性：单向导电性。 2、特性曲线： 导通电压、反向饱和电流、反向击穿电压。 3、应用：整流、限幅、开关。 等效电路： 理想化型、恒压降型。,4、二极管的主要参数。 二极管的结电容。 5、稳压管：二极管工作在反向击穿区域。,第三节 半导体三极管,一、三极管的结构,二、三极管的电流分配关系和电流放大作用,三、特性曲线,四、主要参数,五、三极管应用举例,51,第三节、半导体三极管,一、三极管的结构,发射极,基极,集电极,NPN型,52,第五节、半导体三极管,P,P,N,发射极,基极,集电极,发射区,发射结,基区,集电结,集电区,PNP型,53,第五节、半导体三极管,N,N,P,几百微米,几微米,e,b,c,三极管结构图,b区薄,掺杂浓度最低,c区面积最大,e区掺杂浓度最高,54,第五节、半导体三极管,归纳,55,第五节、半导体三极管,三极管常见外型图,56,第三节、半导体三极管,二、三极管的电流分配关系和电流放大作用,三极管可用于放大(也可做电子开关)。,放大将微弱电信号增强到人们所需要的数值。,共发射极放大电路发射极为交流输入和输出电压的公共端,57,一、放大的条件,第三节、半导体三极管,58,第五节、半导体三极管,加电原则（外部条件）,59,第三节、半导体三极管,60,第三节、半导体三极管,电压数值,61,c极,b极,e极,N,P,N,c结,e结,RB,三极管内部载流子运动,正向 偏置,反向 偏置,多子,少子,忽略,(二) 各电