ch9半導(dǎo)體二極管和三極管12991課件

9.2半導(dǎo)體二極管

9.3穩(wěn)壓管9.4半導(dǎo)體三極管9.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第9章半導(dǎo)體二極管和三極管9.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性9.1.1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?，晶體中產(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)）。9.1.2N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)元素磷

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。動(dòng)畫(huà)9.1.2N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)元素硼

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)離子空穴動(dòng)畫(huà)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－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++動(dòng)畫(huà)+–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(huà)–+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。動(dòng)畫(huà)–+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+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－9.2.2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?。正向特性反向特性特點(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。9.2.3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。二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù)）時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正）時(shí)，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.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?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。電路如圖，求：UAB若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V。否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：解：取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–V陽(yáng)=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰，二極管導(dǎo)通兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過(guò)D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8Vui<8V，二極管截止，可看作開(kāi)路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫(huà)出uo

波形。8V例3：ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––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+20VR=1.6k

UZ=12V

IZM=18mAIZ例1的圖IZ<IZM

，電阻值合適。[解]N型硅二氧化硅保護(hù)膜BECN型硅P型硅(a)平面型N型鍺ECB銦球銦球PP(b)合金型9.4半導(dǎo)體三極管9.4.1基本結(jié)構(gòu)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.9.4.2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IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA<0.0010.701.502.303.103.95IE/mA<0.0010.721.542.363.184.05晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)論：(1)符合基爾霍夫定律(2)IC和IE比IB大得多。從第三列和第四列的數(shù)據(jù)可得這就是晶體管的電流放大作用。稱為共發(fā)射極靜態(tài)電流(直流)放大系數(shù)。電流放大作用還體現(xiàn)在基極電流的少量變化IB可以引起集電極電流較大的變化IC。

式中，稱為動(dòng)態(tài)電流(交流)放大系數(shù)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)204060800.40.8UCE1VO9.4.3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IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有IC0

。在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)

當(dāng)UCEUBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時(shí)，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。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；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，其間電阻很小?？梢?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+

管型

工作狀態(tài)

飽和

放大

截止UBE/VUCE/V

UBE/V

UBE/V開(kāi)始截止可靠截止硅管(NPN)鍺管(PNP)

0.7

0.3

0.30.1

0.6~0.70.2~0.30.5

0.1

0

0.1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)9.4.4主要參數(shù)2.集—基極反向截止電流ICBO3.集—射極反向截止電流ICEOICBO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。ICBOA+–ECICEO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。AICEOIB=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