第七章 半导体器件n

1、1email: 电子技术电子技术 第七章 半导体器件模拟电路部分模拟电路部分第七章第七章 半导体器件半导体器件 7.1 7.1 半导体二极管半导体二极管 7.2 7.2 稳压二极管稳压二极管 7.4 7.4 双极晶体管双极晶体管第七章第七章 半导体器件半导体器件1 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：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，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

2、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。 第一节第一节 半导体二极管半导体二极管2 本征半导体本征半导体一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点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。有半导体构成的管件也称为有半导体构成的管件也称为晶体管晶体管。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+

3、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二、二、本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+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

4、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。3 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的使半导体的导电性能导电性能发生显著变化。其原因是掺发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导

5、体的某种载流子浓度大大增加。杂质半导杂质半导体的体的导电性能导电性能取决于杂质浓度。即：取决于杂质浓度。即：多子多子。多子：多数多子：多数载流子。少子：载流子。少子：少数少数载流子：载流子：P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。掺入掺入三价元属。三价元属。 N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。掺入也称为（电子半导体）。掺入五价元五价元属属。+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

6、什么？么？N型半导体中电子是多子（多数载流子），空穴是少型半导体中电子是多子（多数载流子），空穴是少子。子。一、一、N 型半导体型半导体二、二、P 型半导体型半导体+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区4 PN结及半导体二极管结及半导体二极管PNPN结结：内电场：内电场阻碍阻碍多子多子的运动的运动PN 结变窄结变窄 P接

7、正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+2 PN结的单向导电性结的单向导电性+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+结论：结论：PN结具有单向导电性结具有单向导电性 5 5 半导体二极管及其伏安特性半导体二极管及其伏安特性结构：一个结构：一个PN结加上封装和引线。结加上封装和引线。二极管有许多类型。从工艺上分，有点接触型和面接触型； 按用途分，有整流管、检波二极管、稳压二极管、光电二极管和开关二极管等。 5 5 半导体二极管及其伏安特性半导体二极管及其伏安特性阴极引线阴极引

8、线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型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 ) 面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例1

9、：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+例例:+6VRDAVAVBVYDB当当VA = 3V，VB = 0V时，分析输出端的电位时，分析输出端的电位VY。理想二极管：理想二极管：VY = VB = 0V UDB UDA DB 优先导通优先导通， DA截止截止。 锗二极管：锗二极管：VY = VB + UD = 0.3V 硅二极管：硅二极管：VY = VB + UD = 0.7V-6VRDAVAVBVYDB UDA UDB DA 优先导通优先导通， DB截止截止。理想二极管：理想二极管：VY = VA = 3V 锗二极管：锗二极管：VY =

10、 VA - UD = 2.7V 硅二极管：硅二极管：VY = VA - UD = 2.3V下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节练习：电路如图，求输出练习：电路如图，求输出Uo+_+tuisin126v+_1kuo6vtui012v-12v解：解：ui6V时，二极管时，二极管截止，截止，uo=uiui6v时，二极管导通，时，二极管导通，uo=6Vtuo012v6vu电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。u整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。u滤波电路滤波电路: 将脉

11、动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。u稳稳压电路压电路: : 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响, ,保持输出电压保持输出电压u uo o的稳定。的稳定。6 二极管的整流滤波二极管的整流滤波u4uou3u2u1整流电路的任务：整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向

12、电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。t uDO u 负半周，负半周，Va UZ，DZ 反向击穿，反向击穿，uO = 5V当当ui IC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO例：例： =50， US

13、C =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ （直流时，（直流时，UCE,UBE,IC,，IB在特性曲在特性曲线上对应的点）线上对应的点）当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？集电结反偏，集电结反偏，IC6v,稳压二极管稳压二极管击穿，击穿，uo=6v0Vui6v,二极管截止，二极管截止，uo=uiui0V,二极管导通二极管导通uo=0V6vtuo012v-12vP184 7-7提示：提示：工作在放大电路中，三极管的发射结正偏，集