第三节电子基础知识演示文稿

1、电电 子子 技技 术术 基基 础础主讲：贾 绪第一章第一章 半导体二极管及基本电路半导体二极管及基本电路 基本要求基本要求 理解理解 P N P N 结的单向导电性，理解二极管、结的单向导电性，理解二极管、稳压管的工作原理，掌握二极管、稳压管电路稳压管的工作原理，掌握二极管、稳压管电路的分析方法。的分析方法。 基本内容基本内容 基础知识基础知识 半导体二极管半导体二极管 二极管基本电路及分析方法二极管基本电路及分析方法 稳压二极管及电路分析方法稳压二极管及电路分析方法 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，

2、金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。物质的导电性能取决于物质的导电性能取决于原子结构原子结构。导体一般为导体一般为低价元素低价元素，绝缘体一般为，绝缘体一般为高价元素高价元素；使用最多的使用最多的硅、锗半导体硅、锗半导体的原子结构最外层都有的原子结构最外层都

3、有四四个价电子个价电子，具有以下特点：，具有以下特点： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。概概 述述晶体二极管结构及电路符号：晶体二极管结构及电路符号：PN 结正偏结正偏( (P 接接 +、N 接接 -)-)，D 导通。导通。PN正极正极负极负极晶体二极管的主要特性：晶体二极管的主要特性：单向导电特性单向导电特性PN 结反偏结反偏( (N 接接 +、P 接接 -)-)，D 截止。截止。即即主要用途：主要用途：用于整流、开

4、关、检波电路中。用于整流、开关、检波电路中。一一. . 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子硅晶体中的共价键结构硅晶体中的共价键结构共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键

5、中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没

6、有电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为可以运动的带电粒子，它的导电能力为 0，相，相当于绝缘体。当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电自由电子子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。自由电子和空穴是运载电荷的粒子，称为自由电子和空穴是运载电荷的粒子，称为载流子载流子+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附

7、近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体

8、的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。二二. .杂质半导体杂质半导体 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入微量的在本征半导体中掺入微量的杂质杂质(某种元素），而形成的半导体。某种元素），而形成的半导体。杂质半导体杂质半导体N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体 在硅（或锗）的晶体中掺人少量的在硅（或锗）的晶体中掺人少量的五价五价元素（如元素（如磷元素），如图所示，多余的第五个价电子很容磷元素），如图所示，多余的第五个价电子很容易挣脱磷原

9、子核的束缚而成为自由电子易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。1.1. N 型半导体型半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？ 在硅（或锗）的晶体中掺入少量的在硅（或锗）的晶体中掺入少量的三价三价元素（如元素（如硼元素），当组成共价键时，由于缺少一个电子硼元素），当组成共价键时，由于缺少一个电子而形成空穴，如图所示而形成空穴，如图所示 。2. P 2. P 型半导体型半导体+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中型半导体中空穴是多子，空穴是多子，电子是少子。电子是少子。3 3、杂质半导体的示意表示法、杂质半导体的示意表示

10、法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。 半导体中存在着两种载流子半导体中存在着两种载流子-自由电子和空穴自由电子和空穴。因此，半导体的导电原理明显区别于导体。因此，半导体的导电原理明显区别于导体。 在本征半导体中掺微量杂质可以控制半导体的导在本征半导体中掺微量杂质可以控制半导体的导电能力和参加导电的主要电能力和参加导电的主要载流子载流子的类型。的类型。 环境的改变环境的

11、改变对半导体导电性能有很大的影响。例对半导体导电性能有很大的影响。例如当温度增加或受到光照时，半导体导电能力都如当温度增加或受到光照时，半导体导电能力都有所增加。半导体热敏器件和光敏器件都是利用有所增加。半导体热敏器件和光敏器件都是利用这一特性制造的。这一特性制造的。半导体的特点：半导体的特点： P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散（多子）扩散（多子）漂移（少子）漂移（少子）内电场对扩散运动起阻内电场对扩散运动起阻碍作用，扩散的结果是碍作用，扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。使空间电荷区逐渐加宽。内电场对漂移运动起推内电场对漂移运动起推动作用，而漂移使空间动作用，而漂移使空间电荷区变薄。

12、电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。三三. PN. PN结结1. PN1. PN结的形成结的形成内电场内电场E2. 2. PN结的单向导电结的单向导电性性1）PN 结加正向电压结加正向电压+RE内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。2） PN 结加反向电压结加反向电压+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向

13、电流。向电流。RE结论：结论：1) 1) PNPN 结具有结具有单向导电性单向导电性。2) 2) 加加正向正向电压，电压，PNPN 结结导通导通，正向电流，正向电流 较大，结电阻很低。较大，结电阻很低。3) 3) 加加反向反向电压，电压，PN PN 结结截止截止，反向电流，反向电流 很小，结电阻很高很小，结电阻很高。3） PN 击穿击穿当加在当加在PNPN结的反向电压超过某一数值（结的反向电压超过某一数值（U UBRBR）时，反）时，反向电流会急剧增加，这种现象称为反向击穿。只要向电流会急剧增加，这种现象称为反向击穿。只要PNPN结不因电流过大产生过热而烧毁，反向电击穿与结不因电流过大产生过热

14、而烧毁，反向电击穿与反向截止两种状态都是可逆的。反向截止两种状态都是可逆的。4 4）PNPN结的电容效应结的电容效应加在加在PNPN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的变化，说明变化，说明PNPN结具电容效应。结具电容效应。PNPN结的结电容的数值结的结电容的数值一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考虑一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考虑PNPN结的结电容作用。结的结电容作用。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管一一. 点接触式和面接触式二极管的结构点接触式和面接触式二极管的结构D 阴极阴极阳极阳极二极管符号二极管符号二二. 伏安特性（伏

15、安特性（VA特性特性)硅二极管的伏安特性硅二极管的伏安特性 二极管的伏安特性二极管的伏安特性将二极管分为三种将二极管分为三种状态状态截止截止、导导通通和和击穿击穿。 硅二极管的伏安特性硅二极管的伏安特性 锗二极管的伏安特性锗二极管的伏安特性1）正向特性：正向特性： OA段：段：当当 UF Uon （死区电压）时外电场不（死区电压）时外电场不 足以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，足以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流故正向电流 IF 很小很小(IF 0)， D处于截止状态处于截止状态。 硅硅(Si)：Uon 0.5V; 锗锗(Ge): Uon 0.1V。 AB段：段：当当

16、 UF Uon后，后， Ed扩散运动扩散运动 IF D 导通。 D导通时的正向压降，硅管约为导通时的正向压降，硅管约为(0.60.7)V，锗管，锗管约为约为(0.20.3)V。分析：分析：2） 反向特性反向特性 OC段段：当当 U R U BR （击穿电压）时（击穿电压）时， CD段：当段：当 U R U BR 后，后， PN结被击穿，结被击穿，I R随随 U D 失去单向导电性。失去单向导电性。扩散扩散漂移漂移Ed I R 很小很小D 截止。截止。一般情况下，锗管反向电流一般情况下，锗管反向电流I R硅管硅管I R反向电流。反向电流。三三. 主要参数主要参数 1）最大整流电流）最大整流电流

17、I F M 二极管长时间可靠工作时，允许流过二极二极管长时间可靠工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流。管的最大正向平均电流。 2）最高反向工作电压）最高反向工作电压 U R M 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压压。 U R M=（击穿电压（击穿电压）/ 2 3）最大反向电流）最大反向电流 I R M 当二极管加上反向工作峰值电压时所对应当二极管加上反向工作峰值电压时所对应的反向电流。的反向电流。 I R M越小，单向导电性越好。越小，单向导电性越好。 二极管的应用很广，其基本电路有整流电路、二极管的应用很广，其基本电路有整流电路、开关电路、限幅电路

18、等。由于二极管是非线性器开关电路、限幅电路等。由于二极管是非线性器件，分析电路时常采用模型分析法。件，分析电路时常采用模型分析法。 理想模型理想模型 恒压模型恒压模型 1.3 二极管基本电路及分析方法二极管基本电路及分析方法二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例：二极管的应用举例：二极管半波整流二极管半波整流1. 4 稳压二极管稳压二极管（DZ) 稳压二极管的工作机理是稳压二极管的工作机理是利用利用PN结的击穿特性。结的击穿特

19、性。 一一. VA特性、符号、状态特性、符号、状态DZDZZZIUrz分析分析：1）稳压管的正向特性与二极管相同。稳压管的正向特性与二极管相同。2）稳压管的反向特性）稳压管的反向特性 OA段段 ：当：当 0U UZ （反向击穿电压，数值较小）时，（反向击穿电压，数值较小）时，I Z很小，稳压管截止；很小，稳压管截止； AB段：当段：当 U UZ 时，稳压管反向击穿，时，稳压管反向击穿，I Z 很大，虽很大，虽 I Z变化范围很大，但变化范围很大，但 DZ 稳压管两端的电压稳压管两端的电压UZ 变化很小；体变化很小；体现了稳压特性。现了稳压特性。 由此得知：由此得知： 1）稳压管的）稳压管的 V

20、A 特性为非线性，且反向特性很陡；特性为非线性，且反向特性很陡； 2）稳压管有导通、截止、击穿三个状态，常工作于反向击）稳压管有导通、截止、击穿三个状态，常工作于反向击 穿状态。穿状态。二二. 主要参数主要参数1). 稳定电压稳定电压 UZ DZ在正常工作下管子两端的电压，也就在正常工作下管子两端的电压，也就是它的反向击穿电压。是它的反向击穿电压。2). 稳定电流稳定电流 IZ DZ在稳定电压工作管子中的工作电流。在稳定电压工作管子中的工作电流。3). 动态电阻动态电阻 rZ DZ管端电压的变化量与相应的电流变化管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值。即量的比值。即ZZIUrz（动态电阻愈小

21、， 稳压性能愈好。）1 1发光二极管发光二极管 当发光二极管的当发光二极管的PNPN结加上正向电压时，导通结加上正向电压时，导通并发光，常用于信号指示、数字和字符显示。并发光，常用于信号指示、数字和字符显示。发光二极管符号及应用电路1. 5 特殊二极管特殊二极管2 2变容二极管变容二极管 对对PNPN结，当外加结，当外加反向电压增大反向电压增大时，时，耗尽层加宽耗尽层加宽，相，相当于平板电容两极板之间距离加大，当于平板电容两极板之间距离加大，电容减小电容减小。反。反之，之，反向电压减小反向电压减小时，时，耗尽层变窄耗尽层变窄，等效平板电容，等效平板电容两极板之间距离变小，两极板之间距离变小，电

22、容增加电容增加。变容二极管就是。变容二极管就是利用利用PNPN结这个特性制成的。其符号及特性如下图所结这个特性制成的。其符号及特性如下图所示。示。变容二极管容量很小变容二极管容量很小，所以主要用于，所以主要用于高频场合高频场合。3 3光电二极管光电二极管 光电二极管，又称为光敏二极管，它的反向光电二极管，又称为光敏二极管，它的反向电流的大小与光的照度成正比。电流的大小与光的照度成正比。光电二极管符号第二讲 晶体三极管一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极，复合运动形成基极电流电流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。少数载少数载流子的流子的运动运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且