半導(dǎo)體二極管三極管

半導(dǎo)體二極管三極管第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日第9章9.19.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性9.1.1本征半導(dǎo)體一、導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)體：外層電子受原子核的束縛力很小，導(dǎo)電性很好。絕緣體：外層電子受原子核的束縛力很大，導(dǎo)電力差。半導(dǎo)體：外層電子不像導(dǎo)體那樣容易掙脫，也不像絕緣體那樣束縛得很緊，所以導(dǎo)電性介于兩者之間。半導(dǎo)體材料特點：

1.獲得能量，導(dǎo)電能力顯著提高。

2.摻入某些雜質(zhì)元素，導(dǎo)電能力也大幅提高。第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。純凈的沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶體——本征半導(dǎo)體它是共價鍵結(jié)構(gòu)。圖9.1.1本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅原子價電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4第9章9.1二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和共價鍵第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴本征激發(fā)復(fù)合圖9.1.2本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴成對出現(xiàn)成對消失第9章9.1三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子熱激發(fā)：產(chǎn)生兩種帶電粒子電子——空穴復(fù)合：消失兩種帶電粒子電子——空穴第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向電子和空穴為承載電流的粒子

——載流子空穴移動方向

電子移動方向

當(dāng)外電場作用：電子和空穴均能參與導(dǎo)電。價電子填補空穴第9章9.1第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日第9章9.1四、溫度是影響本征半導(dǎo)體中載流子的濃度的主要因素

在一定溫度條件下，半導(dǎo)體內(nèi)實現(xiàn)相對平衡，這時產(chǎn)生與復(fù)合的過程雖然仍在不斷進(jìn)行，但電子-空穴對卻保持一定的數(shù)目。溫度↑→獲得的能量↑→產(chǎn)生的電子—空穴對濃度↑→半導(dǎo)體導(dǎo)電能力↑所以半導(dǎo)體的溫度特性不好！半導(dǎo)體于室溫時電導(dǎo)率約在10+7～10+5/Ω·m之間

第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+49.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體一.N型半導(dǎo)體摻入少量的五價元素,如磷,則形成N型半導(dǎo)體多子—自由電子少子—空穴

磷原子+4+5多余價電子自由電子正離子第9章9.1圖9.1.3N型半導(dǎo)體第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日

N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子,

空穴是少數(shù)載流子。第9章9.1導(dǎo)電基本以自由電子為主，被稱為電子半導(dǎo)體。在室溫下，幾乎所有的雜質(zhì)原子都被電離為帶正電的雜質(zhì)離子和帶負(fù)電的自由電子。第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4空穴二.P型半導(dǎo)體摻入少量的三價元素,如硼,則形成P型半導(dǎo)體。

+4+4硼原子填補空位+3負(fù)離子第9章9.1圖9.9.4P型半導(dǎo)體第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日

P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)電基本上以空穴導(dǎo)電為主，因此，又被稱為空穴半導(dǎo)體。電子是少數(shù)載流子負(fù)離子空穴是多數(shù)載流子第9章9.1第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、PN結(jié)的形成

多子擴(kuò)散→空間電荷區(qū)↑→少子漂移↑→動態(tài)平衡→PN結(jié)9.1.3PN

結(jié)第9章9.1多子擴(kuò)散少子漂移內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)圖9.1.5PN結(jié)的形成(a)P區(qū)與N區(qū)中載流子的擴(kuò)散運動第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日外界環(huán)境不變條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來——PN結(jié)達(dá)到穩(wěn)定

第9章9.1P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向圖9.1.5PN結(jié)的形成(b)平衡狀態(tài)下的PN結(jié)第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日內(nèi)電場方向E外電場方向RI二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)變窄

擴(kuò)散運動增強(qiáng)，形成較大的正向電流1.外加正向電壓第9章9.1圖9.1.6PN結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場方向IR2.外加反向電壓外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流多數(shù)載流子的擴(kuò)散運動難于進(jìn)行第9章9.1圖9.1.7PN結(jié)加反向電壓時截止第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日第9章9.1總結(jié)：PN結(jié)的P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接負(fù)極時，PN結(jié)處于正向?qū)ǎㄕ蚱茫赫螂娏饔啥鄶?shù)載流子擴(kuò)散形成，電流數(shù)值很大；正向電壓稍有改變，電流變化較大。表現(xiàn)出的正向動態(tài)等效電阻極??！PN結(jié)的N區(qū)接電源的正極，P區(qū)接負(fù)極時，PN結(jié)處于反向截止（反向偏置）：反向電流由本征激發(fā)的少數(shù)載流子漂移組成，電流數(shù)值較小環(huán)境溫度不變，少數(shù)載流子濃度不變且與反向電壓無關(guān)，反向電流具有飽和特性。其動態(tài)反向電阻極大。溫度T↑→少子濃度↑→反向電流數(shù)值↑正向電阻極小，反向電阻極大——PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日二極管:PN結(jié)+引線二極管的符號陽極,A負(fù)極9.2半導(dǎo)體二極管正極陰極,KD作用：整流、檢波、限幅穩(wěn)壓、保護(hù)特性：單向?qū)щ娦缘谑摚参迨摚?022年，8月28日

正極引線觸絲N型鍺支架外殼負(fù)極引線點接觸型二極管9.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號二極管的符號陽極負(fù)極9.2半導(dǎo)體二極管

正極引線二氧化硅保護(hù)層P型區(qū)負(fù)極引線面接觸型二極管N型硅PN結(jié)PN結(jié)正極陰極D，VD第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日600400200–0.1–0.200.40.8–50–100I/mAU/V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性1.2.2二極管的伏安特性反向特性死區(qū)電壓I/mAU

/V0.40.8–40–80246–0.1–0.2鍺管的伏安特性正向特性反向特性0

開啟電壓Uon（死區(qū)電壓）

:使二極管開始正向?qū)ǖ碾妷菏覝叵?，開啟電壓：硅管0.5V；鍺管0.1V導(dǎo)通電壓：硅管0.6～0.8V

鍺管0.2～0.3V第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日用萬用表判斷二極管的管腳極性和材料：判別正、負(fù)極二極管的正向電阻很小，反向電阻極大。2.鑒別質(zhì)量好壞如用萬用表測其兩端的正反電阻無太大差別，該二極管就是壞的。3.判別材料用數(shù)字表的“二極管”檔（通斷檔）測其正向?qū)妷喝顼@示：2××～5××為0.2××v～0.5××v，鍺管；

6××～8××為0.6××v～0.8××v，硅管；第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日9.2.3二極管的主要極限參數(shù)最大整流電流IOM：

長時間工作、允許流過的最大正向平均電流反向工作峰值電壓URM：

約為實際擊穿電壓的一半到三分之一反向峰值電流IRM：

二極管上加反向工作峰值電壓時的反向電流值第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日

例1：下圖中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB為鍺管，求：輸出端Y的電位并說明二極管的作用。解：由于：A較B到-12V端的電位差最大所以：DA優(yōu)先導(dǎo)通，則VY=3–0.3=2.7VDA導(dǎo)通后,DB因反偏而截止,起隔離作用,DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V。DA

–12VYABDBR第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日DE3VRuiuouRuD

例2：下圖是二極管限幅電路，D為理想二極管，ui=6sintV,E=3V,試畫出

uo波形。t

t

ui

/Vuo/V6330022–6∵二極管只有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)∴分析輸入信號ui在什么范圍內(nèi)：ui=?→D一定截止→uo=？否則→D可能導(dǎo)通→uo=？分析方法提示第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日例題：電路如圖所示，二極管的導(dǎo)通電壓為0.7V，試畫出ui、uo波形。（15分昆工2010年碩士入學(xué)考題）分析過程：∵D1負(fù)極電位為+3V，D1正極電位如低于3.7V,則D1截止?！鄒i＜3.7V,則D1支路不導(dǎo)通?！鄒i＞3.7V,D1導(dǎo)通→uo=3.7V∵D2正極電位為-3V，D2負(fù)極電位如高于-3.7V,則D2截止。∴ui＞-3.7V,則D2支路不導(dǎo)通。∴ui＜-3.7V,則D2導(dǎo)通→uo=-3.7V當(dāng)-3.7V＜ui＜3.7V時，D1、D2截止，i=0→iR=0→uo=ui第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日9.3穩(wěn)壓管IFUF0正向特性反向擊穿區(qū)UZIminIZmax伏安特性

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)DZ正極負(fù)極符號第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日

穩(wěn)壓二極管：

1.必須工作在其反向擊穿區(qū)，因此其負(fù)極接穩(wěn)定電壓的正極。

2.需要有限流電阻串聯(lián)才能輸出相對穩(wěn)定的電壓Uo！穩(wěn)壓原理：

第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日0

穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ

2.最小穩(wěn)定電流Imin

3.最大穩(wěn)定電流IZmax4.動態(tài)電阻RZIZUZrZ=IZ

UZIFUFIminIZmax穩(wěn)壓管的伏安特性曲線與普通二極管的類似，但差異在于它的反向特性很陡。

第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日9.4半導(dǎo)體三極管三個區(qū)（N、P、N或P、N、P）

—引出三個極兩個PN結(jié)電流放大和開關(guān)作用ECB符號第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日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)NN集電極C基極B發(fā)射極E

三極管的結(jié)構(gòu)分類和符號PECB符號第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)

CBEN集電極C發(fā)射極E基極BNPPN2.PNP型三極管第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日

三極管結(jié)構(gòu)的特點：集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)NN集電極C基極B發(fā)射極EP1.基區(qū)體積最薄、摻雜濃度最低2.發(fā)射區(qū)摻雜濃度大3.集電區(qū)體積最大、摻雜濃度低第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日ECRCIC

UCECEBUBE共發(fā)射極接法放大電路9.4.2

電流分配和放大原理三極管具有電流放大作用的外部條件:

（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應(yīng)滿足:UBE

>0UBC

<

0即

VC>

VB>

VE對于PNP型三極管應(yīng)滿足:UEB>0UCB<0即

VC

<VB

<VE輸出回路公共端EBRBIB輸入回路第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子IEIB電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子

電子流向電源正極形成ICICNPN電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補充電子形成

發(fā)射極電流IE

三極管的電流放大原理EB正極拉走電子，補充被復(fù)合的空穴，形成IBVCCRCVBBRB＋－＋第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日

由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又很小,電子通過基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以：

IC>>IB同樣有:IC>>

IBIC=

IB所以說三極管具有電流分配作用,也稱之為電流放大作用。IE=IC+IBIC=

IB第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日IBUBE0UCE

≥

1V死區(qū)電壓三極管的輸入特性發(fā)射結(jié)的伏安特性IB

=f(UBE)UCE=常數(shù)9.4.3三極管的特性曲線第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日IB

=40μAIB

=60μAUCE

0IC

IB增加IB

減小IB

=20μAIB=

常數(shù)IC

=f

(UCE)2.三極管的輸出特性

iC的大小受iB控制，同時，在IB保持不變的情況下，iC的數(shù)值隨uCE的增大略有增大。第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日iC

/mAuCE

/V0放大區(qū)三極管輸出特性上的三個工作區(qū)IB=

0μA20μA40μA截止區(qū)60μA80μA飽和區(qū)（2）截止區(qū)：IB≤0的區(qū)域，兩結(jié)反偏。嚴(yán)格說，IE=0,即IC≤ICBO

的區(qū)域，管子基本不導(dǎo)電。（1）放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電極反偏。特性曲線的平坦部分。滿足有電流控制作用。（3）飽和區(qū)：兩結(jié)正偏，靠近縱軸的區(qū)域。IB增加，IC不再增加，不受IB的控制，IC只隨UCE增加而增加。第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日三極管的三種狀態(tài)1、放大狀態(tài)：2、截止?fàn)顟B(tài)：3、飽和狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正向?qū)?；集電結(jié)反向截止；IB與Ic成正比線性關(guān)系：發(fā)射結(jié)截止；集電結(jié)反向截止；IB=0、發(fā)射結(jié)正向?qū)?；集電結(jié)正向?qū)ǎ籌B與Ic成不成正比線性關(guān)系：第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日例題1：如測得某三極管正常放大時的三個極的電位值依次為：2.5V、1.8V、6.4V，則其對應(yīng)的管腳極性依次為

，該三極管為

型三極管，半導(dǎo)體材料為

。解題思路：判斷管腳：放大區(qū)：B極電位居中，E極電位接近B極，C極電位遠(yuǎn)離B、E極。判斷類型：如C極電位最高，則是NPN型；如C極電位最低，則是PNP型。判斷材料：

為0.6～0.8V，是硅管；如為0.2～0.3V,是鍺管。NPN硅第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日9.4.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)

(1)直流電流放大系數(shù)

(2)交流電流放大系數(shù)

=

IC

IB

2.穿透電流ICEO

3.集電極最大允許電流ICM

4.集--射反向擊穿電壓U(BR)CEO

5.集電極最大允許耗散功率PCM極限參數(shù)使用時不允許超過!

=

IC

IB例題2：已知某三極管的Ib=50±20μA，Ic=20±18mA。則該三極管的β=

，

。第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日60μA0

20μA1.52.3在輸出特性上求

,

=IC

IB

=1.5mA40μA=37.5

=IC

IB

=2.3–1.5(mA)60–40(μA)=40設(shè)UCE=6V,IB由40μA加為60μA。IC

/mAUCE

/VIB

=40μA6第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日0IB=

0μA20μA40μA60μA80μA由三極管的極限參數(shù)確定安全工作區(qū)安全工作區(qū)過損耗區(qū)PCM曲線第9章9.4IC

/mAUCE

/VICEOICMU(BR)CEO第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體光電器件半導(dǎo)體光電器件是把光和電這兩種物理量聯(lián)系起來，使光和電互相轉(zhuǎn)化的新型半導(dǎo)體器件。

一、光電導(dǎo)器件

當(dāng)半導(dǎo)體材料受到一定波長光線的照射時，電阻率明顯減小，或說電導(dǎo)率增大的特性——半導(dǎo)體的光電導(dǎo)特性。光電導(dǎo)器件主要有光敏電阻、光電二極管、光電三極管等。1、光敏電阻：電阻率對某一波長的光的照度敏感，并照度與電阻率呈線性關(guān)系。常見的是Cds半導(dǎo)體感光器件主要指標(biāo)：暗電阻、亮電阻、允許功耗、響應(yīng)速度和光譜范圍CDS符號第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日2、光電二極管和光電三極管光電二極管是在反向電壓下工作的。它的暗電流很小，只有0.1微安左右，反向飽和電流在一定的反向電壓范圍內(nèi)會隨著光強(qiáng)的變化而變化，從而可以把光信號的變化轉(zhuǎn)為電流及電壓的變化。

光電二極管主要用于近紅外探測器及光電轉(zhuǎn)換的自動控制儀器中，還可以作為光導(dǎo)纖維通信的接收器件。

光電三極管通常無外接基極管腳，輸出特性與普通三極管相似，不過IB主要由入射光的強(qiáng)度確定。如在光電三極管的c、e極間加上電壓，有光照時，基極電流產(chǎn)生并被放大輸出；如無光照，則輸出一個ICEO其數(shù)值極小。光電二極管光電三極管第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、半導(dǎo)體發(fā)光器件半導(dǎo)體發(fā)光器件是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的器件。它包括發(fā)光二極管、紅外光源、半導(dǎo)體發(fā)光數(shù)碼管等。

1、發(fā)光二極管（LED）

PN結(jié)加上正向電壓時，電子由N區(qū)擴(kuò)散到空間電荷區(qū)與空穴復(fù)合而釋放出能量。這些能量大部分以發(fā)光的形式出現(xiàn)，因此，可以直接將電能轉(zhuǎn)換成光能。三色發(fā)光二極管單色發(fā)光二極管光電三極管的輸出特性數(shù)碼管第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日

發(fā)光二極管的發(fā)光顏色（波長），困半導(dǎo)體材料及摻雜成分不同而不同。常用的有黃、綠、紅等顏色的發(fā)光二極管和七段發(fā)光數(shù)碼管。

發(fā)光二極管工作電壓很低（1.5-3伏），工作電流很?。?0-30毫安），耗電極低。

使用LED時應(yīng)串聯(lián)限流電阻，以防LED中的電流過大而損壞。2、光電耦合器把半導(dǎo)體發(fā)光器件和光敏器件組合封閉裝在一起，就組成了具有電---光---電轉(zhuǎn)換功能的光電耦合器。因為輸入主輸出之間用光進(jìn)行耦合。所以輸出端對輸入端沒有反饋，具有優(yōu)良的隔離性能和抗干擾性能。光電耦合器又是光電開關(guān)，這種光電開關(guān)不存在繼電器中機(jī)械點易疲勞的問題，可靠性很高。第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日光電耦合器分為三類：光隔離器：由發(fā)光器件和光敏器件對置在一起，完成電信號的偶合和傳遞。紅外光傳感器：分為反光式和遮光式，由紅外發(fā)光器件和接受器件分置構(gòu)成。光敏元件集成功能塊此外，還有半導(dǎo)體光伏組件，最為常見的是太陽能電池。感光器件還有CCD,將光信號轉(zhuǎn)化為電信號中的0、1，像素指感光元件的數(shù)量，同樣尺寸，像素越高、畫質(zhì)越清晰。第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日第9章復(fù)習(xí)一、基本概念（用最精煉的語言概括）第9章自我檢查復(fù)習(xí)本征半導(dǎo)體；共價鍵；載流子；雜質(zhì)半導(dǎo)體；PN結(jié)；導(dǎo)通和截止；死區(qū)；電流靜、動態(tài)放大系數(shù)；三極管的截止、放大和飽和；二、基本要求（用最精煉的語言概括）1、掌握半導(dǎo)體的特性；2、掌握PN結(jié)單向?qū)щ娦缘脑恚?、熟練應(yīng)用二極管和三極管的特性曲線分析工作轉(zhuǎn)態(tài)和趨勢；4、掌握穩(wěn)壓管的工作原理；5、掌握二極管和三極管的重要參數(shù)的含義；第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日1、半導(dǎo)體導(dǎo)電電流與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)區(qū)別在于：金屬導(dǎo)電電流由自由電子構(gòu)成，而半導(dǎo)體的導(dǎo)電電流中除了有自由電子電流外，還有

電流。2、通常鍺管的正向?qū)▔航禐?/p>

；硅管的正向?qū)妷簽?/p>

；3、已知某三極管的Ib=50±20μA，Ic=20±18mA。則該三極管的β=

。4、測得某電路中的某三極管的三只管腳a、b、c的電位值分別為－1V、－1.3V和－8V。則該三極管的材料為

，管腳的極性分別依次為

，且該三極管的類型為

。5、N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子為

，P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子為

。6、向本征半導(dǎo)體中滲入雜質(zhì)的主要目的在于提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。（）7、半導(dǎo)體元件的溫度特性差，其主要原因是當(dāng)溫度上升時，半導(dǎo)體容易被燒壞。（）8、三極管的極限參數(shù)表明了三極管的使用限制。（）9、三極管的ICEO越小越好。