模拟电子技术教案1.ppt

第一章常用半导体器件 1 1半导体基础知识 1 1 1本征半导体 定义 纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体 一 半导体 1 自然界物质的分类 按导电性能分 导体 低价元素 如Cu AI等 导电性能好 绝缘体 高价元素 如惰性气体 或高分子物质 如橡胶 导电性能极差 半导体 四价元素 如Si Ge等 导电性能介于导体和绝缘体之间 1 热敏特性 温度升高导电能力显著增强 如热敏电阻 2 光敏特性 光线照射导电能力显著增强 如光电二极管 3 掺杂特性 在本征半导体中掺入少量的有用的杂质 导电能力显著增强 如晶体管 二 本征半导体的晶体结构 晶格 晶体中原子在空间形成排列整齐的点阵 晶体原子的结合方式 共价键 如图所示 2 半导体的多变特性 三 本征半导体中的两种载流子 自由电子 空穴 1 载流子 运载电荷的粒子 2 本征半导体的特点 1 有两种载流子 即自由电子和空穴 且数目相等 即成对出现 2 可形成两种电流 即电子电流和空穴电流 注意 导体只有一种载流子即自由电子 四 本征半导体中载流子的浓度 1 本征激发 半导体在热激发下产生电子和空穴对的现象 2 复合 自由电子和空穴的重新结合 3 动态平衡 注意 1 本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等 ni pi 温度T 1 1 2杂质半导体 N型半导体 P型半导体 2 本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关 载流子的浓度 导电能力增强 3 导电能力仍不如导体 4 绝对零度 T 0K 时 本征半导体成为绝缘体 一 N型半导体 在纯净的硅晶体中掺入五价元素 如磷 N型半导体 如图所示 N型半导体的特点 有两种载流子 即自由电子和空穴 自由电子是多子 空穴是少子 主要靠自由电子导电 二 P型半导体 在纯净的硅晶体中掺入三价元素 如硼 P型半导体 如图所示 P型半导体的特点 有两种载流子 即自由电子和空穴 空穴是多子 自由电子是少子 主要靠空穴导电 注意 P型半导体和N型半导体仍呈电中性 只起电阻作用 1 1 3PN结 一 PN结的形成 扩散运动 漂移运动 动态平衡 一定宽度 空间电荷区 PN结 说明 PN结的结电压为Uh0 N区 P区 对称结与不对称结 空间电荷区又称耗尽层 二 PN结的单向导电性 1 PN结外加正向电压时处于导通状态 又称正向接法或正向偏置 2 PN结外加反向电压时处于截止状态 又称反向接法或反向偏置 结论 PN结正向偏置 空间电荷区变窄 正向电阻很小 理 想时为0 正向电流较大 PN结导通 PN结反向偏置 空间电荷区变宽 想时为 反向电流 反向饱和电流 极小 理想时为0 PN结截止 反向电阻很大 理 PN结正向偏置时导通 反向偏置时截止 单向导电性 四 PN结的电流方程 IS 反向饱和电流 q 电子电量 k 波尔兹曼常数 T 热力学温度 温度的电压当量 则 常温时 即T 300K时 UT 26mV 说明 由式 可知 若PN结正向偏置时 且u uT时 则 若PN结反向偏置时 且 u uT时 则 于是得PN结的伏安特性如图所示 说明 PN结的两种反向击穿 四 PN结的伏安特性 指数规律 五 PN结的电容效应 1 势垒电容Cb 应用 PN结反向偏置时 变容二极管 2 扩散电容Cd 平衡少子和非平衡少子 PN结的结电容 说明 因Cj很小 故低频时其作用可忽略不计 构成 实质上就是一个PN结 PN结 引线 管壳 二极管的几种外形 特性 单向导电性 1 2 1半导体二极管的几种常见结构 1 点接触型 图 a 2 面接触型 图 b 3 平面接触型 图 c 锗管 多用于高频检波 硅管 多用于低频整流 1 2 2 二极管的伏安特性 一 二极管和PN结伏安特性的区别 开启电压Uon 二 温度对二极管伏安特性的影响 1 区别 正向电阻大 反向电流大 2 硅管与锗管的比较 三 二极管的主要参数 1 最大整流电流IF 指平均