第7章半导体器件

1、第第7 7章章 半导体器件半导体器件本章要求：本章要求：1.理解理解PNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；电流放大作用；2.了解二极管、稳压管和三极管的工作原理和特了解二极管、稳压管和三极管的工作原理和特 性曲线，理解主要参数的意义；性曲线，理解主要参数的意义；3.会分析二极管和三极管的电路。会分析二极管和三极管的电路。 学会用学会用工程分析方法工程分析方法，就是根据实际情况，对器，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便

2、的分析方法获得具有实际意义的结果。 1.对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。 2.元器件本身是非线性的，具有分散性，元器件的元器件本身是非线性的，具有分散性，元器件的值有误差，工程上允许一定的误差。值有误差，工程上允许一定的误差。对于元器件，重点放在对于元器件，重点放在特性特性、参数参数、技术指标技术指标和和正确使用方法正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。件的目的在于应用。7.1 半导体的基本知识半导体的基本知识为什么具有这些导电特性？为

3、什么具有这些导电特性？半导体的导电特性：半导体的导电特性：( (可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻) )。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显 改变改变( (可做成各种不同用途的半导体器件，如二可做成各种不同用途的半导体器件，如二 极管、三极管和晶闸管等）。极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 ( (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等) )。热敏性：热敏性：当环境

4、温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强单晶硅单晶硅(Si)的原子结构平面示意图的原子结构平面示意图 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键价电子价电子常用的半导体材料：硅常用的半导体材料：硅 Si(Silicon) 和锗和锗 Ge(Germanium) 均为均为四价元素，原子最外层有四价元素，原子最外层有4个价电子。个价电子。一、一、 本征半导体（纯净半导体）本征半导体（纯净半导体）这种纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。这种纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。本征半导体的导电性：本征半导体的导电性： Si Si Si Si S

5、i Si Si Si Si温度温度(T)(T)一定时，一定时，载流子载流子数量一定。当数量一定。当TT时，时，载流子载流子数量数量。(3)价电子依次填补空穴，价电子依次填补空穴，进而产生了电子电流和空进而产生了电子电流和空穴电流。穴电流。(2)在室温下受热激发时，在室温下受热激发时， (1)在绝对零度在绝对零度 (T=0K)时时不导电，相当于绝缘体；不导电，相当于绝缘体；产生电子空穴对；产生电子空穴对；l 半导体中有两种载流子：电子和空穴半导体中有两种载流子：电子和空穴 这就是半导体导电的重要特点。这就是半导体导电的重要特点。自由电子自由电子空穴空穴l 半导体的导电性能受温度影响很大。半导体的

6、导电性能受温度影响很大。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键二、二、 杂质半导体杂质半导体-N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体1. N型半导体型半导体:多数载流子为电子，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。少数载流子为空穴。在室温下就在室温下就可 以 激 发 成可 以 激 发 成自由电子自由电子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键2. P型半导体型半导体:空位吸引邻空位吸引邻近原子的价近原子的价电子填充。电子填充。多数载流子为空穴，多数载流子为空穴，少数载流子为电子。少数载流子为电子。二、二、 杂质半导体杂质半导体综上所述：综上

7、所述： 无论无论N N型还是型还是P P型半导体，对外都呈电中性。型半导体，对外都呈电中性。注意：注意：(1)(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N N型半导体型半导体。其中其中电子是多数载流子电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。参加导电的正离子。(2)(2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P P型半导体型半导体。其中其中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不，电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。参加导电的负离子。(3)(

8、3)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征激发产生，其浓度与温度有关。激发产生，其浓度与温度有关。金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极 D阳极阳极阴极阴极管壳管壳P N例如例如2CZ10,2CW182CZ10,2CW18等。等。例例1：阳阳阴阴解：解：D6V12V3k BAUAB+(a)(b)BD16V12V3k AD2UAB+解：解：t

9、)(sintui 18 已知已知ui=5sint (V)，二极管导通电压，二极管导通电压UD0.7V。试画出。试画出ui与与uo波形，并标出幅值。波形，并标出幅值。 IZ稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中实现稳压作用。实现稳压作用。IZIZM_+阴极阴极阳极阳极 DZ UZUZUIO+DZ DZ (1)(1)稳定电压稳定电压UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。(3)(3)动态电阻动态电阻(2)(2)稳定电流稳定电流

10、IZ 、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM(4)(4)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。UZ IZIZIZMUI UZZZZIUr 例例 在下图中，通过稳压二极管的电流在下图中，通过稳压二极管的电流IZ等于多少？等于多少？R是限流是限流电阻，其值是否合适？电阻，其值是否合适？+20VR=1.6kUZ=12VIZM=18mA解：解：310611220.ZI=5mAIZ IZM , 电阻值合适。电阻值合适。C 集电极集电极B 基极基极E 发射极发射极集电区集电区基区基区发射发射区集电结集电结发射结发射结EBCE

11、BCC 集电极集电极B 基极基极E 发射极发射极集电区集电区基区基区发射发射区集电结集电结发射结发射结IEIEIBIBC 集电极集电极B 基极基极E 发射极发射极集电区集电区基区基区发射发射区集电结集电结发射结发射结EEBRBRCIEICIBEEBRBRCIEICIBEEBRBRCIEICIB输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOUBEIB+RBEBIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UC

12、E(V)912OICmAUCEIBECV+IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)9120放大区放大区 BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEOBCII 三极管型号的含义三极管型号的含义(2)(2)用字母表示三极管的材料与类型。如用字母表示三极管的材料与类型。如A A表示表示PNPPNP型锗管，型锗管，B B表示表示NPNNPN型锗管，型锗管，C C表示表示PNPPNP型硅管，型硅管，D D表示表示NPNNPN型硅管型硅管。(3)(3)由字母

13、组成，表示器件类型，即表明管子的功能由字母组成，表示器件类型，即表明管子的功能。 如如: X: X表示低频小功率管，表示低频小功率管， G G表示高频小功率管表示高频小功率管， D D表示低频大功率管，表示低频大功率管， A A表示高频大功率管。表示高频大功率管。 三极管的型号一般由五部分组成三极管的型号一般由五部分组成, ,如如3AX31A3AX31A、3DG12B3DG12B、3CG14G3CG14G等。下面以等。下面以3DG12B3DG12B为例说明各部分的含义。为例说明各部分的含义。) 1 (3)2(D) 3(G)4(12)5(B(1) 用数字表示电极数目。用数字表示电极数目。“3”代

14、表三极管。代表三极管。(4)(4)用数字表示三极管的用数字表示三极管的序号序号。(5)(5)由字母组成由字母组成, ,表示三极管的表示三极管的规格号规格号。小功率管塑封管硅铜塑封三极管实物照片实物照片练习题练习题5V-0.3V-0.1V0V1.3V2V1.3V6V2.0V截止截止放大放大饱和饱和 3 3 今测得放大电路中一个三极管的各极对地电位分别今测得放大电路中一个三极管的各极对地电位分别为为-1V-1V，-1.3V-1.3V，-6V-6V，试判别三极管的三个电极，并说明，试判别三极管的三个电极，并说明是硅管还是锗管，是是硅管还是锗管，是NPNNPN型还是型还是PNPPNP型。型。 4 4 已知放大电路中一个三极管的各极对地电位已知放大电路中一个三极管的各极对地电位 分别为分别为 2.3V2.3V，3V3V，6V6V，试判别管子的类型、管子的三，试判别管子的类型、管子的三个电极，并说明是硅管还是锗管。个电极，并说明是硅管还是锗管。5.放大电路中