第七章 半導(dǎo)體器件n

1、1email: 電子技術(shù)電子技術(shù) 第七章 半導(dǎo)體器件模擬電路部分模擬電路部分第七章第七章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 7.1 7.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 7.2 7.2 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 7.4 7.4 雙極晶體管雙極晶體管第七章第七章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：導(dǎo)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，金屬，金屬一般都是導(dǎo)體。一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：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。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體

2、和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。 第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)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)完整的半導(dǎo)體晶體。有半導(dǎo)體構(gòu)成的管件也稱為有半導(dǎo)體構(gòu)成的管件也稱為晶體管晶體管。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+

3、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二、二、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+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流可以認(rèn)為空穴是載流子。子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，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。因此本征半溫度越高，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)，溫度是影響半導(dǎo)體

4、性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。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)，就會(huì)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)體的使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。雜半導(dǎo)

5、體的某種載流子濃度大大增加。雜質(zhì)半導(dǎo)雜質(zhì)半導(dǎo)體的體的導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能取決于雜質(zhì)濃度。即：取決于雜質(zhì)濃度。即：多子多子。多子：多數(shù)多子：多數(shù)載流子。少子：載流子。少子：少數(shù)少數(shù)載流子：載流子：P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。摻入摻入三價(jià)元屬。三價(jià)元屬。 N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。摻入也稱為（電子半導(dǎo)體）。摻入五價(jià)元五價(jià)元屬屬。+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是

6、什么？么？N型半導(dǎo)體中電子是多子（多數(shù)載流子），空穴是少型半導(dǎo)體中電子是多子（多數(shù)載流子），空穴是少子。子。一、一、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體二、二、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)4 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管PNPN結(jié)結(jié)：內(nèi)電場(chǎng)：內(nèi)電場(chǎng)阻礙阻礙多子多子的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接

7、正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦? 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+結(jié)論：結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?5 5 半導(dǎo)體二極管及其伏安特性半導(dǎo)體二極管及其伏安特性結(jié)構(gòu)：一個(gè)結(jié)構(gòu)：一個(gè)PN結(jié)加上封裝和引線。結(jié)加上封裝和引線。二極管有許多類型。從工藝上分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型； 按用途分，有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關(guān)二極管等。 5 5 半導(dǎo)體二極管及其伏安特性半導(dǎo)體二極管及其伏安特性陰極引線陰極引

8、線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 12 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(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，例例1

9、：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+例例:+6VRDAVAVBVYDB當(dāng)當(dāng)VA = 3V，VB = 0V時(shí)，分析輸出端的電位時(shí)，分析輸出端的電位VY。理想二極管：理想二極管：VY = VB = 0V UDB UDA DB 優(yōu)先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通， DA截止截止。 鍺二極管：鍺二極管：VY = VB + UD = 0.3V 硅二極管：硅二極管：VY = VB + UD = 0.7V-6VRDAVAVBVYDB UDA UDB DA 優(yōu)先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通， DB截止截止。理想二極管：理想二極管：VY = VA = 3V 鍺二極管：鍺二極管：VY =

10、 VA - UD = 2.7V 硅二極管：硅二極管：VY = VA - UD = 2.3V下一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)返返 回回上一節(jié)上一節(jié)練習(xí)：電路如圖，求輸出練習(xí)：電路如圖，求輸出Uo+_+tuisin126v+_1kuo6vtui012v-12v解：解：ui6V時(shí)，二極管時(shí)，二極管截止，截止，uo=uiui6v時(shí)，二極管導(dǎo)通，時(shí)，二極管導(dǎo)通，uo=6Vtuo012v6vu電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2。u整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。u濾波電路濾波電路: 將脈

11、動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤優(yōu)槠交闹绷麟妷簎4。u穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: : 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響, ,保持輸出電壓保持輸出電壓u uo o的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。6 二極管的整流濾波二極管的整流濾波u4uou3u2u1整流電路的任務(wù)：整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。橋式和倍壓整流等。為分析簡(jiǎn)單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即為分析簡(jiǎn)單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪?/p>

12、電阻為無(wú)窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。t uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，Va UZ，DZ 反向擊穿，反向擊穿，uO = 5V當(dāng)當(dāng)ui IC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO例：例： =50， US

13、C =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？ （直流時(shí)，（直流時(shí)，UCE,UBE,IC,，IB在特性曲在特性曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)）線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)）當(dāng)當(dāng)USB =-2V時(shí)：時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：最大飽和電流：Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，IC6v,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管擊穿，擊穿，uo=6v0Vui6v,二極管截止，二極管截止，uo=uiui0V,二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通uo=0V6vtuo012v-12vP184 7-7提示：提示：工作在放大電路中，三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集