ch9半導(dǎo)體二極管和三極管課件

4.2半導(dǎo)體二極管

4.3穩(wěn)壓管4.4半導(dǎo)體三極管4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第4章半導(dǎo)體二極管和三極管4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性4.1.1本征半導(dǎo)體完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭囟扔撸w中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。4.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。4.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba2PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)變窄P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–1).PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）2).PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)P接負(fù)、N接正內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－動(dòng)畫–+PN結(jié)變寬2).PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－4.2.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c(diǎn)：非線性硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。

1.最大整流電流

IOM

最大整流電流是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。

2.反向工作峰值電壓URWM

它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。3.反向峰值電流IRM它是指二極管上加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流值。4.2.3主要參數(shù)二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向?qū)щ娦?。它可用與整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開(kāi)關(guān)元件。[例1]在圖中，輸入電位VA=+3V，VB=0V，電阻R接負(fù)電源–12V。求輸出端電位VY。

[解]因?yàn)閂A高于VB，所以DA優(yōu)先導(dǎo)通。如果二極管的正向壓降是0.3V，則VY=+2.7V。當(dāng)DA導(dǎo)通后,DB因反偏而截止。在這里，DA起鉗位作用，將輸出端電位鉗制在+2.7V。DA–12VYVAVBDBR4.3

穩(wěn)壓二極管1.符號(hào)UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO+正向+反向3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。

[例1]圖中通過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？IZDZ+20R=1.6k

UZ=12V

IZM=18mAIZ例1的圖IZ<IZM

，電阻值合適。[解]1.NPN型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極C基極B發(fā)射極ENNP不論平面型或合金型，都分成NPN或PNP三層，因此又把晶體管分為NPN型和PNP型兩類。ECB符號(hào)T集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)N集電極C發(fā)射極E基極BNPPN2.PNP型三極管

CBET符號(hào)以下是說(shuō)明晶體管的放大原理和其中的電流分配的實(shí)驗(yàn)電路.4.4.2電流分配和放大原理發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++輸入回路輸出回路(3)當(dāng)IB=0(將基極開(kāi)路)時(shí)，IC=ICEO，表中ICEO<0.001mA=1A。(4)要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，發(fā)射區(qū)才可向基區(qū)發(fā)射電子；而集電結(jié)必須反向偏置，集電區(qū)才可收集從發(fā)射區(qū)發(fā)射過(guò)來(lái)的電子。下圖給出了起放大作用時(shí)NPN型和PNP型晶體管中電流實(shí)際方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的實(shí)際極性。+UBE

ICIEIBCTEB+UCENPN型晶體管+UBE

IBIEICCTEB+UCEPNP型晶體管對(duì)于NPN型應(yīng)滿足:UBE

>0UBC

<

0即

VC>

VB>

VE對(duì)于PNP型應(yīng)滿足:UEB>0UCB

<0即

VC

<VB<

VE特點(diǎn):非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO4.4.3特性曲線1.輸入特性曲線IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：(1)放大區(qū)在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。2.輸出特性曲線當(dāng)晶體管飽和時(shí)，UCE

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的接通，其間電阻很??；當(dāng)晶體管截止時(shí)，IC

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，其間電阻很大，可見(jiàn)，晶體管除了有放大作用外，還有開(kāi)關(guān)作用。晶體管的三種工作狀態(tài)如下圖所示+

UBE>0

ICIB+UCE(a)放大

UBC<0+IC0IB=0+UCEUCC(b)截止

UBC<0++UBE

0

+UBE>

0

IB+UCE0

(c)飽和

UBC>0+晶體管結(jié)電壓的典型值當(dāng)晶體管工作在動(dòng)態(tài)(有輸入信號(hào))時(shí)，基極電流的變化量為IB，它引起集電極電流的變化量為IC。IC與IB的比值稱為動(dòng)態(tài)電流(交流)放大系數(shù)

在輸出特性曲線近于平行等距并且ICEO較小的情況下,可近似認(rèn)為，但二者含義不同。1.電流放大系數(shù)，當(dāng)晶體管接成共發(fā)射極電路時(shí)，在靜態(tài)(無(wú)輸入信號(hào))時(shí)集電極電流與基極電流的比值稱為靜態(tài)電流(直流)放大系數(shù)4.4.4主要參數(shù)2.集—基極反向截止電流ICBOICBO是當(dāng)發(fā)射極開(kāi)路時(shí)流經(jīng)集電結(jié)的反向電流，其值很小。3.集—射極反向截止電流ICEOICEO是當(dāng)基極開(kāi)路(IB=0)時(shí)的集電極電流，也稱為穿透電流，其值越小越好。ICBOA+–ECAICEOIB=0+–4.集電極最大允許電流ICM5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。6.集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過(guò)大，溫升過(guò)高會(huì)燒壞三極管。集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率PCM。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C。基極開(kāi)路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，稱為集—射反相擊穿電壓U(BR)CEO。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全