第14章半導(dǎo)體器件

1、(1-1)(1-2) 電工電子技術(shù)是研究電能在工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)電工電子技術(shù)是研究電能在工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。電能的應(yīng)用極其廣泛，現(xiàn)代用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。電能的應(yīng)用極其廣泛，現(xiàn)代一切新的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展無不與電有著密切的關(guān)一切新的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展無不與電有著密切的關(guān)系。系。 電氣化就是把整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移到最先進(jìn)的機(jī)電氣化就是把整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移到最先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備基礎(chǔ)上，在生產(chǎn)和生活中是廣泛地應(yīng)用電器設(shè)備基礎(chǔ)上，在生產(chǎn)和生活中是廣泛地應(yīng)用電能。能。(1-3) 電工電子技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，電工電子技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，它的目的和任務(wù)是使學(xué)生獲得電工和電子技術(shù)方它的目的和

2、任務(wù)是使學(xué)生獲得電工和電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，為學(xué)習(xí)后面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及今后從事工程技術(shù)工作打下必要的基續(xù)課程以及今后從事工程技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 值得一提的是，在電工電子技術(shù)這門課程中的值得一提的是，在電工電子技術(shù)這門課程中的電工部分主要是作電工部分主要是作定量分析定量分析，而電子部分主要是，而電子部分主要是作作定性分析定性分析。(1-4)第第1414章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體器件是電子技術(shù)的重要組成部分，是指半導(dǎo)體器件是電子技術(shù)的重要組成部分，是指以半導(dǎo)體二極管和三極管為主的電子控制器件及以半導(dǎo)體二極管和三極管為主的電子

3、控制器件及具有某些特定功能的半導(dǎo)體組合器件。具有某些特定功能的半導(dǎo)體組合器件。 半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、耗半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、耗電少、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代工業(yè)、電少、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國(guó)防中獲得了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國(guó)防中獲得了廣泛的應(yīng)用。(1-5)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 14.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 14.2 PN 結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 14.3 特殊二極管特殊二極管 14.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 14.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(1-6)14.1 半導(dǎo)體的基本

4、知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)14.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金，金屬一般都是導(dǎo)體。屬一般都是導(dǎo)體。 有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。(1-7) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)

5、。比如：以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。比如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。(1-8)14.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi(1-9)通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成成晶體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的

6、半導(dǎo)體晶體，稱為稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。，共用一對(duì)價(jià)電子。(1-10)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)(1-11)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子(1-12)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在

7、共價(jià)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4(1-13)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)在絕對(duì)0度（度（T=0K）和沒有

8、外界激發(fā)時(shí)）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子載流子），它），它的導(dǎo)電能力為的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自自由電子由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。(1-14)+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子(1-15)本征半

9、導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4 在其它力的作用在其它力的作用下，空穴吸引臨近的下，空穴吸引臨近的電子來填補(bǔ)，這樣的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是因此可以認(rèn)為空穴是載流子。載流子。(1-16)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度溫度是

10、影響半導(dǎo)是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。濃度。(1-17)14.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。大大增加。使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為稱為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體），使空穴濃（電子半導(dǎo)

11、體），使空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)體）。（空穴半導(dǎo)體）。(1-18)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，其中四個(gè)與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就

12、成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為子給出一個(gè)電子，稱為施主原子施主原子。(1-19)+4+4+5+4N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子(1-20)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同相同。2、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。3、摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，、摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于

13、空穴濃度。自由電子稱為稱為多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。(1-21)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼硼原子成為不能移動(dòng)的

14、帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為原子接受電子，所以稱為受主原子受主原子。(1-22)+4+4+3+4空穴空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體硼原子硼原子(1-23)結(jié)結(jié) 論論1、N型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少數(shù)。數(shù)。 N型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。2、P型半導(dǎo)體中空穴是

15、多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。(1-24)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(1-25)14.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管14.2.1 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半型半導(dǎo)體和導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了它們的交界面處就形成了PN結(jié)。結(jié)。(1-26)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)(1-27)擴(kuò)散

16、的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。荷區(qū)越寬。漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。使空間電荷區(qū)變薄。(1-28)漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)所以擴(kuò)散和漂所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)?shù)狡胶?，相?dāng)于兩個(gè)區(qū)之間于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的空間電荷區(qū)的

17、厚度固定不變。厚度固定不變。(1-29)+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N N型區(qū)型區(qū)P P型區(qū)型區(qū)電位電位V VV V0 0(1-30)1、空間電荷區(qū)中沒有載流子。、空間電荷區(qū)中沒有載流子。2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙P中的空穴、中的空穴、N中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。）。3、P中的電子和中的電子和N中的空穴（中的空穴（都是少子都是少子），），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小。請(qǐng)注意請(qǐng)注意(1-31)14.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置

18、正向偏置的意的意思都是：思都是： P區(qū)加正、區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是： P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。(1-32)PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄變薄PN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的能夠形成較大的擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流。(1-33)PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚變厚NP+_內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成有限，只能

19、形成較小的反向電流。較小的反向電流。(1-34)14.2.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管(1) 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型(1-35)PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN(1-36)(2) 伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.8V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)(1-37)(3) 主要參數(shù)主要參數(shù) 最大整流電流最大整流電流 IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正二極

20、管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。向平均電流。 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓VRWM一般一般是是VBR的一半。的一半。(1-38) 反向電流反向電流 IRM指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫?/p>

21、的影響，溫度越高電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。電流要大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦园ㄕ?、限幅、保護(hù)等。主要利用它的單向?qū)щ娦园ㄕ鳌⑾薹?、保護(hù)等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。(1-39) 微變電阻微變電阻 rDiDvDIDVDQ iD vDrD是二極管特性曲線工是二極管特性曲線工作點(diǎn)作點(diǎn)Q附近電壓的變化附近電壓的變化與電流的變化之比：與電流的變化之比：DDDivr

22、 顯然，顯然，rD是對(duì)是對(duì)Q附近的附近的微小變化量的電阻。微小變化量的電阻。(1-40)二極管的極間電容二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：部分組成：勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD。勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容。的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容。(1-41)為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在區(qū)的少子（電子）在P區(qū)有濃

23、度差，越靠區(qū)有濃度差，越靠近近PN結(jié)濃度越大，即在結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。區(qū)有電子的積累。同理，在同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。積累的電荷多。P+-N這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。(1-42)CB在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置時(shí)，載流子很少，擴(kuò)散電容反向偏置時(shí)，載流子很少，擴(kuò)散電容CD可忽可忽略。略。PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)電容的綜合效應(yīng)rd(1-43)定性分析：定性分析：判斷二極管的工作

24、狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，(1-44)二極管正、反向電阻二極管正、反向電阻材材 料料鍺二極管鍺二極管硅二極管硅二極管正向電阻正向電阻1001001k1k幾百幾百幾幾kk反向電阻反向電阻幾百幾百kk幾百幾百kk(1-45)例例1：D6V12V3k BAUAB+(1-46)例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+(1-47)V sin18itu t (1-48)例例4：輸入電壓如圖所示，試畫出輸出電壓的輸入電壓如圖所示，試畫出輸出電壓的波形。波形。RRLuiuRuotttuiuRuo(1-49)14.3 特殊二極管特殊二極

25、管14.3.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIUZIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓誤差穩(wěn)壓誤差曲線越曲線越陡，電陡，電壓越穩(wěn)壓越穩(wěn)定。定。+-(1-50)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)）電壓溫度系數(shù) U（%/）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。 一般來說，低于一般來說，低于6 V的穩(wěn)壓二極管，它的電壓溫的穩(wěn)壓二極管，它的電壓溫度系數(shù)是負(fù)的；高于度系數(shù)是負(fù)的；高于6 V的穩(wěn)壓二極管，電壓溫度系的穩(wěn)壓二極管，電壓溫度系數(shù)是正的；而在數(shù)是正的；而在6 V左右的管子，穩(wěn)壓值受溫度的影左右的管子，穩(wěn)壓值受溫度的影響比較小。因此，選用穩(wěn)定

26、電壓為響比較小。因此，選用穩(wěn)定電壓為6 V左右的穩(wěn)壓二左右的穩(wěn)壓二極管，可得到較好的溫度穩(wěn)定性。極管，可得到較好的溫度穩(wěn)定性。(1-51)（4）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmian。（5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZZMIUP （3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻ZZIUZr 穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性曲線愈陡，則動(dòng)態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性曲線愈陡，則動(dòng)態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓性能愈好。 穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電流只是一個(gè)作為依據(jù)的參考數(shù)值，設(shè)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電流只是一個(gè)作為依據(jù)的參考數(shù)值，設(shè)計(jì)選用時(shí)要根據(jù)具體情況來考慮。計(jì)選用時(shí)要根據(jù)具體

27、情況來考慮。 管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。(1-52)14.3.2 光電二極管光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IV照度增加照度增加 光電二極管可以用作光控元件，以及光電光電二極管可以用作光控元件，以及光電傳感器。傳感器。(1-53)14.3.3 發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過時(shí)，發(fā)有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。電特性與一般二極管類似。 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有紅、綠、

28、黃綠色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有紅、綠、黃綠色等，它常在儀器中用作指示燈。等，它常在儀器中用作指示燈。(1-54) 晶體管的種類很多晶體管的種類很多, ,按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，有硅管、鍺管等等。但是從它的外形來看，晶體管都有三有硅管、鍺管等等。但是從它的外形來看，晶體管都有三個(gè)電極，常見的晶體管外形如圖所示：個(gè)電極，常見的晶體管外形如圖所示： 14.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管(1-55)14.4.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極

29、NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型(1-56)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高(1-57)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)(1-58)14.4.2 電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBEc發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向基區(qū)斷向基區(qū)擴(kuò)散，形擴(kuò)散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流IE。IE基區(qū)空基區(qū)空穴向發(fā)穴向發(fā)射區(qū)的射區(qū)的擴(kuò)散可擴(kuò)散可忽略。忽略。IBE進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部

30、分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。擴(kuò)散到集電結(jié)。(1-59)BECNNPEBRBEcIE集電結(jié)反偏，有集電結(jié)反偏，有少子形成的反向少子形成的反向電流電流ICBO。ICBO從基區(qū)擴(kuò)從基區(qū)擴(kuò)散來的電散來的電子作為集子作為集電結(jié)的少電結(jié)的少子，漂移子，漂移進(jìn)入集電進(jìn)入集電結(jié)而被收結(jié)而被收集，形成集，形成ICE。IC=ICE+ICBO ICEIBEICE(1-60)IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBEcIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE(1-61)ICE與與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)之比稱為電流放大倍數(shù)

31、要使三極管能放大電流，必須使發(fā)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII (1-62)BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管(1-63)14.4.3 特性曲線特性曲線ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路(1-64)（1）輸入特性）輸入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.2V。工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺鍺管管UBE 0.20.3V。(1-6

32、5)（2）輸出特性）輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足IC= IB稱為稱為線性區(qū)（放線性區(qū)（放大區(qū)）。大區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一定的數(shù)值時(shí)，定的數(shù)值時(shí)，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。(1-66)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。(1-67)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A10

33、0 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死區(qū)電死區(qū)電壓，稱為截壓，稱為截止區(qū)。止區(qū)。(1-68)（3）主要參數(shù)）主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共基、共集接法。共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)：BC_II 1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) 和和 _(1-69)工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)。基極電流的變化量加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為為 IB，相應(yīng)的集電極電流變化

34、為，相應(yīng)的集電極電流變化為 IC，則，則交交流電流放大倍數(shù)流電流放大倍數(shù)為：為：BIIC (1-70)例：例：UCE=6V時(shí)時(shí)：IB=40 A, IC=1.5mA； IB=60 A, IC=2.3mA。5 .3704. 05 . 1IIBC_ 4004. 006. 05 . 13 . 2IIBC 在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： = (1-71)2.集集-基極反向截止電流基極反向截止電流ICBO AICBOICBO是集是集電結(jié)反偏電結(jié)反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向電的反向電流，受溫流，受溫度的變化度的變化影響。影響。ICBO受溫度的影響大。受溫度的影

35、響大。 ICBO越小越好。越小越好。(1-72)3.集集-射極反向截止電流射極反向截止電流ICEO AICEO(1-73)BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO進(jìn)入進(jìn)入N區(qū)，區(qū)，形成形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，根據(jù)放大關(guān)系，由于由于IBE的存在，的存在，必有電流必有電流 IBE。集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏有有ICBO(1-74)4.集電極最大電流集電極最大電流ICM集電極電流集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的上升會(huì)導(dǎo)致三極管的 值的值的下降，當(dāng)下降，當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時(shí)的集值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為電極電流即為ICM。所以，集電極電流應(yīng)為：所以

36、，集電極電流應(yīng)為：IC= IB+ICEO而而ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。也相應(yīng)增加。三極管三極管的溫度特性較差的溫度特性較差。(1-75)5. 集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓當(dāng)集當(dāng)集-射極之間的電壓射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)超過一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是值是25 C C、基極開路時(shí)的擊穿電壓基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。(1-76)6. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM集電極電流集電極電流IC流過三極管，所發(fā)出

37、的焦耳熱為：流過三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC=ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，從而引起晶體管參數(shù)變化，必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，從而引起晶體管參數(shù)變化，所以所以PC有限制。有限制。PC PCM 當(dāng)晶體管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值當(dāng)晶體管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率，稱為時(shí)，集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許集電極最大允許功耗功耗PCM。(1-77)ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)晶體管的安全工作區(qū)晶體管的安全工作區(qū)(1-78) 以上所討論的幾個(gè)參數(shù)，其中以上所討論的幾個(gè)參數(shù)，其中和和ICBO（ICEO）是）是表明晶體

38、管優(yōu)劣的主要指標(biāo)。表明晶體管優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 ICM，U(BR)CEO和和PCM是極限參數(shù)，用來說明晶體管是極限參數(shù)，用來說明晶體管的使用限制。的使用限制。(1-79)學(xué)習(xí)與探討學(xué)習(xí)與探討 晶體管的發(fā)射極和集電極是不晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度較低，這樣才使得發(fā)射極電流等于較低，這樣才使得發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和，如果基極電流和集電極電流之和，如果互換作用顯然不行?；Q作用顯然不行。晶體管的發(fā)射極晶體管的發(fā)射極和集電極能否互和集電極能否互換使用？為什么換使用？為什

39、么? 晶體管在輸出特性曲線的飽晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，和區(qū)工作時(shí)，UCEUBE，集電結(jié)，集電結(jié)也處于正偏，這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)大大削也處于正偏，這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)大大削弱，這種情況下極不利于集電區(qū)弱，這種情況下極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的電子，收集從發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的電子，因此在相同的基極電流因此在相同的基極電流IB時(shí)，集時(shí)，集電極電流電極電流IC比放大狀態(tài)下要小很比放大狀態(tài)下要小很多，可見飽和區(qū)下的電流放大倍多，可見飽和區(qū)下的電流放大倍數(shù)不再等于數(shù)不再等于。晶體管在輸出特性曲線晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，其電的飽和區(qū)工作時(shí)，其電流放大系數(shù)是否也等于流放大系數(shù)是否也等于？ 因?yàn)橹挥羞@樣

40、才可因?yàn)橹挥羞@樣才可以大大減少電子與基區(qū)以大大減少電子與基區(qū)空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)，使絕空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)，使絕大部分自由電子都能擴(kuò)大部分自由電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)的邊緣。散到集電結(jié)的邊緣。為什么晶體管基區(qū)摻為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度?。慷疫€雜質(zhì)濃度?。慷疫€要做得很??？要做得很薄？(1-80)【練習(xí)與思考練習(xí)與思考】【14.1.3】N型半導(dǎo)體中的自由電子多于空穴，而型半導(dǎo)體中的自由電子多于空穴，而P型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，是否的空穴多于自由電子，是否N型半導(dǎo)體帶負(fù)電，而型半導(dǎo)體帶負(fù)電，而P型半導(dǎo)體帶型半導(dǎo)體帶正電？正電？解：不是。解：不是。N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體內(nèi)部電子的數(shù)目和

41、原子核的型半導(dǎo)體內(nèi)部電子的數(shù)目和原子核的 帶正電荷的數(shù)目相等，整體上呈電中性。帶正電荷的數(shù)目相等，整體上呈電中性。(1-81)【14.3.3】N用萬用電表測(cè)量二極管的正向電阻時(shí)，用用萬用電表測(cè)量二極管的正向電阻時(shí)，用R100擋擋測(cè)出測(cè)出 的電阻小，而用的電阻小，而用R1 k 擋測(cè)出的電阻值大，這是為什么？擋測(cè)出的電阻值大，這是為什么？解：二極管是典型的非線性電阻器件，如題圖所示，正向伏安解：二極管是典型的非線性電阻器件，如題圖所示，正向伏安特性曲線是彎曲的。用萬用表測(cè)得的二極管特性曲線是彎曲的。用萬用表測(cè)得的二極管電阻是其直流電阻，即工作點(diǎn)電壓與電流的電阻是其直流電阻，即工作點(diǎn)電壓與電流的比值，當(dāng)工作點(diǎn)變化時(shí)，電阻值也發(fā)生變化。比值，當(dāng)工作點(diǎn)變化時(shí)，電阻值也發(fā)生變化。萬用表萬用表R100擋的內(nèi)阻小，測(cè)量時(shí)流過二極擋的內(nèi)阻小，測(cè)量時(shí)流過二極管的電流