1、,半导体器件,1 导体基础知识,2 半导体二极管,3 晶体管,4 场效应管,主要内容,1、掌握以下基本概念：半导体材料的特点、空穴、扩散运动、漂移运动、PN结正偏、PN结反偏；了解PN结的形成过程及二极管的单向导电性；2、掌握二极管的伏安特性及其电路的分析方法；正确理解半导体二极管的主要参数；了解稳压管工作原理及使用中的注意事项，了解选管的一般原则。 3、掌握晶体管的分类、输出特性曲线、三个工作区域的特点。了解三极管的结构、放大原理、参数及选管原则； 4、掌握场效应管的分类、特点，了解其结构、工作原理特性曲线及主要参数。,1.1 什么是半导体,1.2 本征半导体,1.3 杂质半导体,1.4 P
2、N结及其单向导电性,1 半导体基础知识,1.1.1 什么是半导体,1 半导体基础知识,物体分类,导体,如：金属,绝缘体,如：橡胶、云母、塑料等。, 导电能力介于导体和绝缘体之。,半导体,二、半导体导电特性,掺入杂质则导电率增加几百倍,掺杂特性,半导体器件,温度增加使导电率大为增加,热敏特性,热敏器件,光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势,光敏特性,常用的半导体材料有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）化合物半导体：砷化镓（GaAs）掺杂材料：硼(B)、磷(P),本征半导体,常用的本征半导体,Si,+14,Ge,+32,+4,1.2 本征半导体,完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.
3、9999999%，“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。,共价键内的电子 称为束缚电子,挣脱原子核束缚的电子 称为自由电子,价带中留下的空位 称为空穴,自由电子定向移动 形成电子流,本征半导体,相当于带正电的粒子，带电量与电子相等，符号相反；空穴的运动相当于电子的反方向运动,杂质半导体,掺入杂质的本征半导体。 掺杂后半导体的导电率大为提高,掺入三价元素如B、Al、In等， 形成P型半导体，也称空穴型半导体,掺入五价元素如P、Sb等， 形成N型半导体，也称电子型半导体,1.3 杂质半导体,N型半导体,+5,+5,在本征半导体中掺入五价元素如P。,自由电子是多子（杂质、热激发）,空穴是少子 （热
4、激发）,由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子,代表符号,P型半导体,+3,+3,在本征半导体中掺入三价元素如B。,自由电子是少子（热激发）,空穴是多子 （杂质、热激发）,因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。,代表符号,1.4 PN结的形成及特性,1 PN结的形成,2 PN结的单向导电性,P区,N区,浓度差扩散运动（多子）,载流子从浓度大向浓度小 的区域扩散,称扩散运动 形成的电流成为扩散电流,内电场漂移运动 （少子）,内电场阻碍多子向对方的扩散 即阻碍扩散运动 同时促进少子向对方漂移 即促进了漂
5、移运动,扩散运动=漂移运动时 达到动态平衡,1 PN结的形成,内电场阻止多子扩散,因浓度差,多子的扩散运动,由杂质离子形成空间电荷区,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,扩散运动,多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动 扩散运动产生扩散电流,漂移运动,少子向对方漂移,称漂移运动 漂移运动产生漂移电流。,动态平衡,扩散电流=漂移电流，PN结内总电流=0。,PN 结,稳定的空间电荷区,又称高阻区,也称耗尽层,1. PN结加正向电压时的导电情况,外电场方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。空
6、间电荷区变窄，PN结呈现低阻性。,P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；,内,外,2 PN结的单向导电性,PN结加反向电压时的导电情况,外电场与PN结内电场方向相同，增强内电场。 内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。 此时PN结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。结变宽 PN结呈现高阻性,P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；,内,外,2 PN结的单向导电性,由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散 电流；,PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂
7、移电流。,2 半导体二极管,2.1 半导体二极管的结构,2.2 二极管的伏安特性,2.3 二极管的参数,2.4 二极管的电路分析,2.5 特殊二极管,2.1 半导体二极管的结构,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。,(1) 点接触型二极管,PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,(3) 平面型二极管,往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,(2) 面接触型二极管,PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,(b)面接触型,(4) 二极管的代表符号,1.正向起始部分存在一个死区或门坎，称为门限
8、电压。 硅：Vr=0.5-0.6v; 锗：Vr=0.1-0.2v 2.加反向电压时，反向电流很小即Is硅(nA)Is锗(A) 硅管比锗管稳定 3.当反压增大VB时再增加，反向电流激增，发生反向击穿， VB称为反向击穿电压。,二极管的伏安特性可用下式表示,2.2 二极管的伏安特性,2.3 二极管的参数,(1) 最大整流电流IF,(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM,(3) 反向电流IR,(4) 最高工作频率,2.4 二极管基本电路及其分析方法,2.4.1 二极管V- I 特性的建模,2.4.2 应用举例,2.4.1 二极管V- I 特性的建模,1. 理想模型,3. 折线模型,2.
9、恒压降模型,正偏时导通，管压降为0V;反偏时截止，电流为0。,管子导通后,管压降认为是恒定的,典型值为0.7V。,管压降不是恒定的,而是随电流的增加而增加。,2.4.2 应用举例,1. 二极管的静态工作情况分析,理想模型,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线模型,（硅二极管典型值）,设,例2.4.2 电路如图：输入正弦波，分析输出信号波形。,2. 限幅电路,当输入信号为0V、4、6V时，分析输出信号，自己分析。,1k 3V,3、整流电路,整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，,1)半波整流,iD,uL,整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。,2)全波整流,3)桥式整流,4、开关电
10、路,在数字电路中实现与逻辑,二极管的特性：正偏时导通，管压降为0V;反偏时截止，电流为0。,例 ui=10sinwt (v) E=5v R=1k欧姆忽略二极管的正向压降和反向电流 画出uo的波形,（1） ui E 时，二极管正向导通， uo = E;,例 判断二极管的工作状态。,判断方法：正向偏置VAVB；导通；反向偏置VAVB；截止；,解题方法：断开二极管2AP1，求VA和VB,VA = 15 （10/（10+140）=1V； VB = -10（2/（18+2） + 15（5 /（25+5）=1.5V；VAVB，所以，二极管2AP1截止；,1.稳压特性,稳压原理：在反向击穿时，电流在很大范围
11、内变化时，只引起很小的电压变化。,正向部分与普通二极管相同,当反向电压加到一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿。,2.5 特殊二极管,一、稳压二极管,2、主要参数,（1）稳定电流IZ 稳压管正常工作时的参考电流值；工作电流 IZ 时,在不超过稳压管的额定功耗的条件下， 工作电流越大，稳压效果越好；,（2）稳定电压UZ 稳压管工作电流为规定值时，稳压管两端的电压；,（3）动态电阻RZRZ = UZ / IZ ；,（4）最大功耗 PZM在管子不致于过热损坏前提下的最大功率损耗值； PZM = UZ IZM ；,（5）电压温度系数描述稳定电压对于温度的敏感程度；温度系数越小越好； 衡量稳压管的温
12、度稳定性；,稳压管工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。二是当输入电压或负载电流变化时，通过电阻上压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。,3.应用方法,稳压电路,光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。,其结构和普通的二极管基本相同,它利用光电导效应工作，PN结工作在反偏状态，当光照射在PN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，产生电子空穴对，在外电场的作用下形成光电流。,应在反压状态工作,发光二极管是将电能转换成光能的特殊半导体器件，它只有在加正向电压时才发光。,二、光电子器件,1、光 电 二 极 管,2、发 光 二 极 管,LED显示器,a,b,c,d,f,g,a,b,c,d,e,f,g,a,b,c,d,e,f,g,+5V,共阳极电路,共阴极电路,控制端为高电平 对应二极管发光,控制端为低电平 对应二极管发光,e,半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,附 录,半导体二极管图片,附 录,半导体二极管图片,附 录,半导体二极管图片,附 录,
