電工學-第8章半導體基礎(chǔ)

第8章半導體基礎(chǔ)8.1半導體的基礎(chǔ)知識8.2半導體二極管8.3穩(wěn)壓二極管8.4雙極型晶體管電工電子教學部教學要求1.了解半導體二極管的基本類型、伏安特性和主要參數(shù)；2.理解單相橋式整流電路和有濾波作用的整流電路；3.了解穩(wěn)壓二極管的主要特性及其穩(wěn)壓電路；4*.了解晶閘管的基本性能及其主要應用。5.了解雙極型晶體管的基本類型、特性曲線和主要參數(shù)；理解晶體管的三種工作狀態(tài)。6*.了解MOS場效應管的基本類型、工作原理和特性曲線。7.了解集成電路的發(fā)展概況和特點。理解模擬電路和數(shù)字電路的區(qū)別。電工電子教學部8.1半導體的基礎(chǔ)知識導體、半導體、絕緣體。物質(zhì)按導電能力劃分：半導體的導電性能：一、本征半導體

1.什么是本征半導體

是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導體晶體。電工電子教學部物質(zhì)的導電能力取決于？？？金屬為何導電能力強？？？非金屬金屬為何不導電？？？<4

金

非金>4電工電子教學部=4

半導體電工電子教學部sisisisisi電工電子教學部sisisisisi在絕對零度時無自由電子不能參與導電電工電子教學部sisisisisi在溫度（或光照）→價電子獲得能量：電工電子教學部sisi+4sisi成為自由電子可導電電工電子教學部sisi+4sisi空穴整體帶1個單位正電荷電工電子教學部sisi+4sisi電工電子教學部sisi+4sisi帶正電，能自由移動。空穴也可導電。電工電子教學部sisi+4sisi自由電子和空穴成對出現(xiàn)數(shù)目與溫度有關(guān)電工電子教學部sisi+4sisi能量激發(fā)產(chǎn)生的數(shù)目很少。本征半導體常溫不能導電。電工電子教學部2.本征半導體的導電特性在絕對零度時，不導電。溫度（或光照）→價電子獲得能量：本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴對。自由電子和空穴均參與導電，

統(tǒng)稱為載流子。溫度→載流子的濃度→導電能力。本征半導體載流子濃度較低，導電能力較弱。電工電子教學部二、雜質(zhì)半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。(1)摻入五價的雜質(zhì)元素稱這種雜質(zhì)半導體為

N型半導體。(2)摻入三價的雜質(zhì)元素稱這種雜質(zhì)半導體為

P型半導體。電工電子教學部PsisisisiN型電工電子教學部PsisisisiN型電工電子教學部PsisisisiN型產(chǎn)生自由電子電工電子教學部5sisisisiN型產(chǎn)生自由電子整體帶1正電不能自由移動電工電子教學部每參入一個P原子就會產(chǎn)生一個自由電子同時伴隨產(chǎn)生一個正離子隨著參雜濃度的提高……..電工電子教學部

N型半導體示意圖

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電工電子教學部

N型半導體中有無空穴？是否帶負電？＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電工電子教學部3sisisisiP型電工電子教學部3sisisisiP型空位空穴電工電子教學部3sisisisiP型整體帶1負電空穴電工電子教學部每參入一個硼原子就會產(chǎn)生一個空穴同時伴隨產(chǎn)生一個負離子隨著參雜濃度的提高……..電工電子教學部

P型半導體

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－電工電子教學部三、PN結(jié)1.PN結(jié)的形成擴散運動＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

擴散運動：多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運動。電工電子教學部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－內(nèi)電場PN結(jié)多數(shù)載流子的擴散運動繼續(xù)進行，使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場增強。內(nèi)電場越強，多數(shù)載流子的運動越難以進行。內(nèi)電場越強，少數(shù)載流子的運動越易于進行。電工電子教學部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋漂移運動：少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下的運動。漂移運動使PN結(jié)變薄，內(nèi)電場削弱。內(nèi)電場削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴散運動，而不利于少數(shù)載流子的漂移運動。漂移運動電工電子教學部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－多數(shù)載流子的擴散運動與少數(shù)載流子的漂移運動達到動態(tài)平衡——平衡的PN結(jié)。內(nèi)電場電工電子教學部PN結(jié)的形成。電工電子教學部2.PN結(jié)的特性(1)正向偏置ＰNR外電場正向?qū)↖+

-

內(nèi)電場電工電子教學部(2)反向偏置RＰN外電場反向截止I≈0

結(jié)論：加正向電壓→導通加反向電壓→截止PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。電工電子教學部8.2半導體二極管一、普通二極管

ＰN陽極陰極(1)按結(jié)構(gòu)分類

點接觸型、面接觸型。(2)按材料分類硅管、鍺管。(3)按用途不同分類普通管、整流管、開關(guān)管等。1.基本結(jié)構(gòu)陰極陽極電工電子教學部U/VI/mA

O二、伏安特性

反向特性正向特性死區(qū)死區(qū)電壓Uth

：

硅管0.5V

鍺管

0.2V

導通壓降UD

：硅管0.6~0.7V

鍺管0.2~0.3V

UDUBRIR(1)實際特性

鍺管

硅管電工電子教學部U/VI/mA

OI*R+U=ERED

5V1KI

U

+

-電工電子教學部UD(2)近似特性UI

OUI

O(3)理想特性3.主要參數(shù)(1)額定正向平均電流（最大整流電流）IFm

(2)正向壓降UF(3)最高反向工作電壓

URm

一般規(guī)定為反向擊穿電壓的1/2或1/3。(4)最大反向電流IRm

(5)最高工作頻率

電工電子教學部UD

近似特性UI

O正向?qū)ǎ篣D=常數(shù)反向截止：ID=0開路電工電子教學部理想特性正向?qū)ǎ篣D=0短路反向截止：ID=0開路UI

O電工電子教學部UD

近似特性UI

O正向?qū)ǎ篣D=常數(shù)反向截止：ID=0開路RED

5V1KI

U

+

-電工電子教學部理想特性正向?qū)ǎ篣D=0短路反向截止：ID=0開路UI

ORED

5V1KI

U

+

-電工電子教學部二極管的應用舉例單向?qū)щ娦噪姽る娮咏虒W部二極管的應用舉例恒壓特性電工電子教學部二極管的應用舉例二極管的限幅電工電子教學部二極管的應用舉例二極管的鉗位電工電子教學部

整流電路u2正半周，D1

和D3

導通，uO=u2；u1D4D2D1D3RLuou2+－+－+－aTb電流通路：a→D1→RL→D3→b。負載電阻RL上得到一個半波電壓0～π段u2正半周時電工電子教學部u2

負半周，D2

和D4

導通，uO=－u2

；+－+－+－aTbu1D4D2D1D3RLuou2u2負半周時電流通路：b→D2→RL→D4→a負載電阻RL上也得到一個半波電壓π

～2π段電工電子教學部一、穩(wěn)壓二極管又稱為齊納二極管。為面結(jié)型硅二極管。反向特性正向特性特點：①反向擊穿電壓小；②反向擊穿特性陡。擊穿電壓UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

8.6穩(wěn)壓二極管電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的應用

RDZ

＋Ui－＋UO－反向擊穿用

電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的分析

RDZ

＋Ui－＋UO－UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

正向用：同普通二極管

恒壓：Ud=常數(shù)

理想：短路電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的分析

RDZ

＋Ui－＋UO－UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

反向用：

未擊穿：開路

擊穿：＋U=Uz

－電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學部

[解](1)Ui＝10V時DZ反向擊穿穩(wěn)壓：UO=UZ=5V。

(2)Ui

=3V時DZ反向截止：UO=Ui

=3V。

(3)Ui

=－5V時DZ正向?qū)ǎ篣O=0V。

(4)ui

=10sin

tV時當0＜ui＜5V時，DZ反向截止：UO=Ui

=10sin

tV。

當ui＞5V時，DZ反向擊穿穩(wěn)壓：

[例8.6.1]

如圖所示電路，設UZ=

5V，正向壓降忽略不計。當直流輸入Ui

=10V、3V、－5V時，Uo=？當輸入為交流ui

=10sin

tV時，分析uO的波形。RDZ

＋Ui－＋UO－5

tuO/VO23UO=UZ=5V。當ui＜0V時，DZ正向?qū)ǎ篣O