第1章 半导体器件基础教学目的：了解半导体基础知识教学重点：PN结教学难点：PN结单向导电性教学容：1.1 半导体基础知识教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础 教学容1.1半导体及其特性一、 半导体特点半导体特点：1、受光、热激发，导电性能 2、掺杂质 导电性能二、 本征半导体1.概念：纯净的、结构完整的半导体，叫本征半导体。它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。2.半导体的本征激发与复合现象:当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。三、 杂质半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。在本征半导体中掺入五价元素（如磷），就形成N型（电子型）半导体；掺入三价元素（如硼、镓、铟等）就形成P型（空穴型）半导体。杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关，掺杂浓度越大、温度越高，其导电能力越强。1. P型半导体（空穴半导体） 多数载流子是空穴 形成：在本征半导体中掺三价杂质2. N型半导体（电子型半导体） 多数载流子是电子 形成：在本征半导体中掺五价杂质1.2 PN结的形成及特性一、 PN结的形成1、半导体中的载流子有两种有序运动：载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。同一块半导体单晶上形成P型和N型半导体区域，在这两个区域的交界处，当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时，空间电荷区（亦称为耗尽层或势垒区）的宽度基本上稳定下来，PN结就形成了。2、PN结形成的物理过程3、 扩散与飘移的平衡 扩散载流子由浓度大小运动（浓度差作用） 漂移少子在电场作用下的运动（电场作用）电场的作用：1）阻碍多子的扩散 2）帮助少子的漂移二、 PN结的单向导电性 单向导电性在外加电压时显示出来1、外加正向电压，PN结导通2、外加反向电压，PN结截止单向导电性：PN结的正向电阻很小（PN结导通），反向电阻很大（PN结截止）。3、PN结的反向击穿小结：本次课要求熟练掌握半导体的基本知识，正确理解PN结的形成及特性。掌握PN结的单向导电性。课后作业：1.2 1.3教学目的：熟练掌握二极管、稳压管的外特性及主要参数，以及二极管基本电路及其分析方法与应用。教学重点：二极管的基本电路及分析方法。稳压管工作原理及应用教学难点：二极管的基本电路及分析方法。二极管、稳压管的外特性及主要参数教学容：1.3半导体二极管教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础 教学容1.3半导体二极管一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。二、半导体二极管的结构.点接触型: 点接触型二极管PN结面积小，结电容小，常用于检波和变频等高频电路。2 .面接触型:面接触型二极管PN结面积大，结电容大，用于工频大电流整流电路。3. 平面型: 平面型二极管PN结面积可大可小，PN结面积大的，主要用于功率整流三、二极管的V-I特性二极管的V-I特性见图2.3.2、2.3.3半导体二极管的伏安特性曲线如图2.3.2所示，处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。1）正向特性：当V0，即处于正向特性区域。正向区又分为两段：（1）当0VUon时，正向电流为零，Uon称为死区电压或开启电压。（2）当VUon时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。2）反向特性：当V0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：（1）当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。（2）当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7 V时，主要是雪崩击穿；若VBR4 V则主要是齐纳击穿，当在4 V7 V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。四、二极管的参数1）最大整流电流I：二极管长期工作允许通过的最大正向电流。在规定的散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则会因结温过高而烧坏。2）最高反向工作电压UBR：二极管工作时允许外加的最大反向电压。若超过此值，则二极管可能因反向击穿而损坏。一般取UBR值的一半。3）电流IR：二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。IR越小，则二极管的单向导电性越好。4）最高工作频率fM：二极管正常工作的上限频率。若超过此值，会因结电容的作用而影响其单向导电性。五、二极管基本电路及其分析方法1. 理想模型2. 恒压降模型3. 折线模型4. 小信号模型六、稳压管稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管，通过反向击穿特性实现稳压作用。稳压管的伏安特性与普通二极管类似，其正向特性为指数曲线；当外加反压的数值增大到一定程度时则发生击穿，击穿曲线很陡，几乎平行于纵轴，当电流在一定围时，稳压管表现出很好的稳压特性。1、硅稳压管的稳压电路稳压管等效电路由两条并联支路构成：加正向电压以及加反向电压而未击穿时，与普通硅管的特性相同；加反向电压且击穿后，相当于理想二极管、电压源Uz和动态电阻rz的串联。 2、稳压管的主要参数1）稳定电压UZ：规定电流下稳压管的反向击穿电压。2）最大稳定工作电流IZMAX 和最小稳定工作电流IZMIN：稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax 。而Izmin对应UZmin。若IZIZmin，则不能稳压。3）额定功耗PZM：PZM UZ IZMAX ，超过此值，管子会因结温升太高而烧坏。4）动态电阻rZ：rz =DVZ /DIZ，其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。RZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡，稳压效果愈好。5）温度系数：温度的变化将使UZ改变，在稳压管中，当UZ7 V时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿；当UZ4 V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿；当4 VVZ7 V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。小结：本次课要求熟练掌握二极管的基本电路及分析方法。稳压管工作原理及应用。课后作业：1.5 1.7教学目的：熟练掌握BJT的结构、BJT的电流分配与放大作用、BJT的特性曲线及主要参数教学重点：BJT的电流分配与放大作用、BJT的特性曲线及主要参数教学难点：BJT的电流分配与放大作用及BJT的特性曲线。教学容：1.4半导体三极管及其应用教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础 教学容1.4半导体BJT一、 BJT的结构简介几种BJT的外形如图3.1.1二、概念：双极型晶体管BJT是通过一定的工艺，将两个PN结接合在一起而构成的器件。BJT有三个区（发射区、集电区和基区）、两个PN结（发射结和集电结）、三个电极（发射极、集电极和基极）组成；并且发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，基区厚度很小。三、 BJT的电流分配与放大作用1.BJT部载流子的传输过程见图3.1.41）发射区向基区注入电子2）电子在基区中的扩散与复合3）集电区收集扩散过来的电子2.电流分配关系IEIBIC ICIBICEOIBICIEICBOIE3. 放大作用：晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时，从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流IC，体现出IB对的IC控制作用。此时，可将IC看成电流IB控制的电流源4.共射极连接方式以发射极作为输入回路与输出回路的公共端共射电路。四、温度对晶体管特性及参数的影响1）温度对反向饱和电流的影响：温度对ICBO和ICEO等由本征激发产生的平衡少子形成的电流影响非常严重。2）温度对输入特性的影响：当温度上升时，正向特性左移。当温度变化1时，UBE大约下降22.5mV，UBE具有负温度系数。3）温度对输出特性的影响温度升高时，由于ICEO和增大，且输入特性左移，导致集电极电流IC增大，输出特性上移。总之，当温度升高时，ICEO和增大，输入特性左移，最终导致集电极电流增大。小结：本次课要求熟练掌握BJT的结构、BJT的电流分配与放大作用课后作业：1.8 1.10教学目的：熟练掌握三极管的伏安特性教学重点：三极管工作状态教学难点：三极管输入，输出特性曲线教学容：1.5三极管的共射特性曲线教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础教学容1.5晶体管的输入特性和输出特性(共e)晶体管的输入特性和输出特性表明各电极之间电流与电压的关系。现以共射电路为例说明1、输入特性iB=f（vBE）vCE=常数共射输入特性：iBf (uBE)VCE=常数 如如图3.17所示。输入特性曲线分为三个区：死区、非线性区和线性区。其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当vCE1V时，特性曲线将会向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管部反馈所致，右移不明显说明部反馈很小。2、输出特性iC=f（vCE）iB=常数共射输出特性：iCf (uCE)iB =常数 如P25图1.27所示，它是以iB为参变量的一族特性曲线。对于其中某一条曲线，当vCE=0 V时，iC=0；当vCE微微增大时，iC主要由vCE决定；当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，特性曲线进入与vCE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线随vCE增大而右移的原因是一致的)。因此，输出特性曲线可以分为三个区域：饱和区、截止区和放大区。三、晶体管工作在三种不同工作区外部的条件和特点工作状态NPN型PNP型特点截止状态E结、C结均反偏VBVE、VBVCE结、C结均反偏VBVE、VBVCIC 0放大状态E结正偏、C结均反偏VC VB VEE结正偏、C结均反偏VC VB VEIC IB饱和状态E结、C结均正偏VB VE、VB VCE结、C结均正偏VB VE、VB VCV CEV CES四、BJT的主要参数1、直流参数(1)共射直流电流放大系数：=（ICICEO）/