第1章半導體二極管和三極管ppt課件

1、第一章第一章 半導體二極管和三極管半導體二極管和三極管第二章第二章 基本放大電路基本放大電路第三章第三章 集成運算放大器集成運算放大器第七章第七章 基本門電路和組合邏輯電路基本門電路和組合邏輯電路 第一章第一章 半導體二極管和三極管半導體二極管和三極管1半導體的導電特性半導體的導電特性第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律半導體二極管半導體二極管2半導體三極管半導體三極管4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管31.1.半導體的導電特性半導體的導電特性1.11.1物質的導電性物質的導電性自然界中的物質按照導電能力可分為導體、絕緣自然界中的物質按照導電能力可分為導體、絕緣體與半導體。體與半

2、導體。導體：導電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。導體：導電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。 絕緣體：不能導電或導電能力很差的物體，如橡絕緣體：不能導電或導電能力很差的物體，如橡 膠、陶瓷、玻璃、塑料等。膠、陶瓷、玻璃、塑料等。 半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物體。半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物體。 1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性 典型的元素半導體有硅典型的元素半導體有硅SiSi和鍺和鍺GeGe，此外，還有化，此外，還有化合物半導體砷化鎵合物半導體砷化鎵GaAsGaAs等。等。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge硅和鍺最外層軌道硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為上的

3、四個電子稱為價電子。價電子。1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性 Si Si Si Si1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性本征半導體的導電機理本征半導體的導電機理 Si Si Si Si價電子價電子空穴空穴自由電子自由電子 價電子在獲得一定價電子在獲得一定能量溫度升高或受光照后，能量溫度升高或受光照后，掙脫原子核的束縛，成為自由掙脫原子核的束縛，成為自由電子帶負電），同時共價鍵電子帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴中留下一個空位，稱為空穴帶正電）。帶正電）。本征激發(fā)：本征激發(fā)：溫度愈高，晶體中產生的自由溫度愈高，晶體中產生的自由電子、

4、空穴愈多。電子、空穴愈多。1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性(5) (5) 當半導體兩端加上外電壓時，載流子定向運動當半導體兩端加上外電壓時，載流子定向運動 （漂移運動），在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流（漂移運動），在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流 自由電子作定向運動自由電子作定向運動 電子電流電子電流 價電子遞補空穴價電子遞補空穴 空穴電流空穴電流結論：結論：(1) (1) 半導體有兩種載流子半導體有兩種載流子: :（負電子、（正空穴。（負電子、（正空穴。(2) (2) 自由電子和空穴成對地產生，同時又不斷復合。在一定溫度自由電子和空穴成對地產生，同時又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合

5、達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持下，載流子的產生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數目。一定的數目。(3) (3) 載流子的數量少，故導電性能很差。載流子的數量少，故導電性能很差。(4) (4) 載流子的數量受溫度影響較大，溫度高數量就多。所以，溫載流子的數量受溫度影響較大，溫度高數量就多。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。度對半導體器件性能影響很大。1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性1.31.3雜質半導體雜質半導體 Si Si Si Si多余多余電子電子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ナヒ粋€一個電子電子變?yōu)樽優(yōu)檎x正離子子p+1.1.半

6、導體的導電特性半導體的導電特性 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴 因三價雜質原子在與硅原因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一價電子而在共價鍵中留下一個空穴。個空穴。摻雜后空穴數目大量增加，摻雜后空穴數目大量增加，空穴導電成為這種半導體的空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半主要導電方式，稱為空穴半導體或導體或P P型半導體。型半導體。1.1.半導體的導電特性半導體的導電特性(1) N 型半導體電子型半導體）型半導體電子型半導體）構成：向本征半導體中摻入少量的構成：向本征半導體中摻入少量的 5 價元素價元素特點：（特

7、點：（a含有大量的電子含有大量的電子多數載流子多數載流子 （b含有少量的空穴含有少量的空穴少數載流子少數載流子(2) P 型半導體空穴型半導體）型半導體空穴型半導體）構成：向本征半導體中摻入少量的構成：向本征半導體中摻入少量的 3 價元素價元素特點：（特點：（a含有大量的空穴含有大量的空穴多數載流子多數載流子 （b含有少量的電子含有少量的電子少數載流子少數載流子思考題：思考題：多子的擴散運動多子的擴散運動內電場內電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結果使空間電荷區(qū)擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬。變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結結 +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結變

8、窄結變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IF內電場內電場PN+ 內電場被加內電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子數量很少，少子數量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+2.2.半導體二極管半導體二極管2.1 2.1 基本結構基本結構PN陽陽極極陰陰極極兩層半導體兩層半導體 一個一個PN結結按結面積分按結面積分點接觸型點接觸型面接觸型面接觸型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結結金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型

9、面接觸型2.2.半導體二極管半導體二極管按材料分按材料分硅管硅管鍺管鍺管按用途分按用途分普通管普通管整流管整流管2.2.半導體二極管半導體二極管2.2 2.2 伏安特性伏安特性二極管電流與電壓之間的關系二極管電流與電壓之間的關系UIOAABB硅硅鍺鍺半導體二極管的伏安特性半導體二極管的伏安特性正向：死區(qū)（正向：死區(qū)（ OA 段）段）: 硅管約硅管約 0.5 V， 鍺管約鍺管約 0.2 V；正向導通區(qū)正向導通區(qū): 硅管約硅管約 0.7 V，鍺管約，鍺管約0.3 V反向：截止區(qū)（反向：截止區(qū)（ OB 段）段）: I 近似為近似為 0； 擊穿區(qū)擊穿區(qū): 管子被擊穿管子被擊穿2.2.半導體二極管半導體

10、二極管2.2 2.2 伏安特性伏安特性二極管電流與電壓之間的關系二極管電流與電壓之間的關系UIOAABB硅硅鍺鍺半導體二極管的伏安特性半導體二極管的伏安特性UIOUDUIO(a) (a) 近似特性近似特性 (b) (b) 理想特性理想特性2.3 2.3 主要參數主要參數（1 1IOMIOM：最大整流電流：最大整流電流（2 2UR MUR M：最高反向工作電壓：最高反向工作電壓（3 3IRMIRM：最大反向電流：最大反向電流二極管電路分析：先判斷二極管的工作狀態(tài)二極管電路分析：先判斷二極管的工作狀態(tài)導通導通截止截止分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩

11、端電位的高低或所加電壓低或所加電壓UDUD的正負。的正負。假設假設 V陽陽 V陰或陰或 UD為正，二極管導通為正，二極管導通假設假設 V陽陽 Vb，D導通，導通，uo = u2 ； u2 負半周，負半周，VaV陰陰 二極管導通二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則，否則， UAB低于低于6V一個管壓降，為一個管壓降，為6.3或或6.7V 取取 B 點作參考點，斷開點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。陰極的電位。例例3：求：求：UAB=？流過？流過 D2 的電流，的電流， D1承受反向電壓。承受反向電

12、壓。BD16V12V3kAD2UAB+兩個二極管的陰極接在一起兩個二極管的陰極接在一起取取 B 點作參考點，斷開二極管，點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽陽 =6 V，V2陽陽=0 V，V1陰陰 = V2陰陰= 12 VUD1 = 6V， UD2 =12V UD2 UD1 D2 優(yōu)先導通，鉗位，使優(yōu)先導通，鉗位，使 D1截止。截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V流過流過 D2 的電流為的電流為mA43122D I例例4 4：當：當VA =3VVA =3V，VB =0VVB =0V時，分析輸出

13、端的電位時，分析輸出端的電位VYVY。+6VRDAVAVBVYDB-6VRDAVAVBVYDB理想二極管：理想二極管：VY=VB =0VVY=VB =0V UDB UDA UDB UDA DB DB 優(yōu)先導通，優(yōu)先導通， DA DA截止。截止。 鍺二極管：鍺二極管：VY=VB +UD =0.3VVY=VB +UD =0.3V 硅二極管：硅二極管：VY=VB +UD =0.7VVY=VB +UD =0.7V UDAUDB UDAUDB DA DA 優(yōu)先導通，優(yōu)先導通，DBDB截止。截止。理想二極管：理想二極管：VY=VA=3VVY=VA=3V 鍺二極管：鍺二極管：VY=VA -UD =2.7VV

14、Y=VA -UD =2.7V 硅二極管：硅二極管：VY=VA VY=VA UD =2.3VUD =2.3V作業(yè)P18： 1-3， 1-5電工技術試驗安排電工技術試驗安排時間：第七周周三第二大節(jié)采礦時間：第七周周三第二大節(jié)采礦09-1班班 ） 第七周周三第三大節(jié)采礦第七周周三第三大節(jié)采礦09-2班班 ） 第七周周三第四大節(jié)采礦第七周周三第四大節(jié)采礦09-3班班 ） 第七周周五第二大節(jié)采礦第七周周五第二大節(jié)采礦09-4班班 ） 第八周周三第二大節(jié)采礦第八周周三第二大節(jié)采礦09-5班班 ） 第八周周三第四大節(jié)采礦第八周周三第四大節(jié)采礦09-6班班 ）地點：一號實驗樓地點：一號實驗樓421 3.3.穩(wěn)

15、壓二極管穩(wěn)壓二極管_+UZIZIZM UZ IZUIOZZ ZIUrZZ ZIUr 例：穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓例：穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓UZ = 5V，正向壓降忽略不計。當，正向壓降忽略不計。當輸入電壓輸入電壓Ui 分別為分別為 直流直流10 V、3 V、-5V時，求時，求1輸出電壓輸出電壓UO；（；（2假設假設 ui = 10sin tV，試畫出，試畫出 uo 的波形。的波形。DZRuoui+Ui = 10V：DZ 工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓，工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓，UO = UZ = 5VUi = 3V：DZ 反向截止，反向截止，UO = Ui = 3VUi = -5V：DZ 工作在正向導通狀態(tài)，

16、工作在正向導通狀態(tài)，UO = 0Vui = 10sintV：ui正半周，當正半周，當ui UZ，DZ 反向擊穿，反向擊穿，uO = 5V當當ui UZ，DZ 反向截止，反向截止，uO = uiui負半周，負半周，DZ 正向導通，正向導通，uO = 0Vuit 10V5V （2假設假設 ui = 10sin tV， uo 的波形如下：的波形如下：DZRuoui+4.4.半導體三極管半導體三極管NNPBECIBIEICBECIBIEIC4.4.半導體三極管半導體三極管結構特點：結構特點：基區(qū)：最薄，基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高雜濃度最高發(fā)射結發(fā)射結集電結：面積

17、大集電結：面積大BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極集電區(qū)：集電區(qū)：尺寸最大尺寸最大EEBRBRC共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+IEBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII BC II有 即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。是分析放大電路的依據。 重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸