章半导体器件

1、1电 子 技 术电 子 技 术主讲教师：路正莲主讲教师：路正莲Mobile:E-mail: Luzl Office：科研实验楼：科研实验楼1110 每一天，平平实实地去把握，坚定自己的信仰每一天，平平实实地去把握，坚定自己的信仰与选择，不被别人左右，不在各种诱惑面前迷失自与选择，不被别人左右，不在各种诱惑面前迷失自我。只要我们坚持而努力，做一个最好的自己，时我。只要我们坚持而努力，做一个最好的自己，时间必然会给我们一份自然而然的结果。间必然会给我们一份自然而然的结果。21. 本课程的性质本课程的性质 是一门非电专业的技术基础课程，主要任务是为学生是一门非电专业的技术基

2、础课程，主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好电子技术的理论基学习专业知识和从事工程技术工作打好电子技术的理论基础，并使学生受到必要的基本技能的训练。础，并使学生受到必要的基本技能的训练。2. 特点特点 非纯理论性课程非纯理论性课程 实践性很强实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题以工程实践的观点来处理电路中的一些问题33. 研究内容研究内容 以器件为基础、以信号为主线，研究各种电子电路的以器件为基础、以信号为主线，研究各种电子电路的工作原理、特点及性能指标等。工作原理、特点及性能指标等。4. 教学目标教学目标 能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对能够对一般性

3、的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。较简单的单元电路进行设计。4 （1）善听、善思、善记，培养自主学习能力；）善听、善思、善记，培养自主学习能力；（2）注重掌握基本概念、基本原理和基本分析方法；）注重掌握基本概念、基本原理和基本分析方法； （3）注意归纳总结；）注意归纳总结； （4）及时复习、认真完成作业，注意书写整洁，图要标绘清）及时复习、认真完成作业，注意书写整洁，图要标绘清楚，答数要注明单位；楚，答数要注明单位；（5）重视实验的预习和操作过程，并根据实验现象和数据写）重视实验的预习和操作过程，并根据实验现象和数据写出整洁的实验报告；出整洁的实验报告；（6）适量参看

4、一些参考书。）适量参看一些参考书。5. 学习方法学习方法56. 成绩评定成绩评定7. 参考书参考书平时成绩（考勤、作业平时成绩（考勤、作业 、实验）、实验）20 % +考试考试80% 8. 辅导答疑辅导答疑随时随时9. 课堂纪律课堂纪律10. 建议及意见建议及意见电子技术学习方法和分析思路轻松入门电子技术学习方法和分析思路轻松入门胡斌胡斌 北京人民邮电出版社北京人民邮电出版社电子技术典型题解析及自测试题电子技术典型题解析及自测试题 史仪凯史仪凯 西北工业大学出版社西北工业大学出版社各种电子类期刊，如各种电子类期刊，如电子制作电子制作、电子世界电子世界等等 电工电子技术重点难点祥解电工电子技术重

5、点难点祥解王建华王建华 西安交通大学出版社西安交通大学出版社切记：完成好课本，学有余力的情况下再看参考书。切记：完成好课本，学有余力的情况下再看参考书。6电子技术电子技术 模拟电子技术模拟电子技术 数字电子技术数字电子技术 处理的信号在时间上或数值上是处理的信号在时间上或数值上是连续连续变化变化的模拟信号。如：的模拟信号。如：温度、速度等温度、速度等 处理的信号在时间上或数值上是处理的信号在时间上或数值上是不连续不连续的，是离散的的，是离散的数字信号数字信号。如：。如：计数等计数等7电子技术电子技术8电压放大电压放大功率放大功率放大SM+-+UUfU2-U1E+-UDt热电偶热电偶加热工件加热

6、工件加热电阻丝加热电阻丝电炉箱电炉箱直流伺服电机直流伺服电机减速器减速器调压器调压器 220V（1）模拟信号）模拟信号电炉箱恒温自动控制系统电炉箱恒温自动控制系统9（2）数字信号）数字信号脉冲产生脉冲产生 整形整形5译码器译码器十进制十进制计数器计数器4译码器译码器十进制十进制计数器计数器3译码器译码器十进制十进制计数器计数器2译码器译码器十进制十进制计数器计数器1译码器译码器十进制十进制计数器计数器十二进十二进制计数制计数器器件数件数箱箱数数个位个位十位十位百位百位千位千位万位万位LED数码管数码管光电元件光电元件光源光源产品产品传送带传送带产品自动装箱计数生产线产品自动装箱计数生产线10第

7、第14章章 半导体器件半导体器件11121. 1. 导体、绝缘体和半导体导体、绝缘体和半导体导体：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能力介于导体和绝缘另有一类物质的导电能力介于导体和绝缘体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如硅、锗、硒及大，如硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物等。多数金属氧化物和硫化物等。14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性132

8、. 半导体的特点半导体的特点（1）纯净半导体的导电能力很差；）纯净半导体的导电能力很差；半导体为什么会有如此悬殊的导电特性呢？半导体为什么会有如此悬殊的导电特性呢？ 内部结构、导电机理内部结构、导电机理14 14.1.1 本征半导体本征半导体（完全纯净的、具有晶体结构的半导体。）（完全纯净的、具有晶体结构的半导体。） (a)+32(b) 141、半导体的原子结构、半导体的原子结构硅锗15硅或锗提纯形成单晶体后的原子结构图：半导体也称为半导体也称为晶体晶体晶体管晶体管16本征激发本征激发 自由电子 空穴空穴的运动空穴的运动 正电荷的运动外加电压 电子电流电子电流 空穴电流空穴电流 载流子载流子

9、自由电子 空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴温度越高温度越高,自由电子越多。自由电子越多。 共价健共价健价电子价电子17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。强强18 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个电子失去一个电子变为正离子变为正离子1、N型半导体型半导体（+4价元素中掺入价元素中掺入+5价元素）价元素）192、 P型半导体型半导体（+4价元素中掺入价元素中掺入+3价元素）价元素） Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴202114.2 PN结及其单向导电性

10、扩散扩散PN内电场PNPN结结1、PN结结22 2、PN结的单向导电性结的单向导电性（1）外加正向电压）外加正向电压多子扩散运动增强多子扩散运动增强正向电流较大正向电流较大PN结电阻很低结电阻很低PN结处于导通状态结处于导通状态PN内电场方向外电场方向+I变窄变窄R23（2）外加反向电压）外加反向电压少子漂移运动增强少子漂移运动增强反向电流很小反向电流很小PN结电阻很高结电阻很高PN结处于截止状态结处于截止状态PN内电场方向外电场方向+I 0变宽变宽R24半导体二极管图片25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 26铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引

11、线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线 27阴极引线阴极引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 (N)(N)阴极阴极阳极阳极(P)(P) D28半导体二极管图片292.伏安特性伏安特性击穿电压击穿电压正向正向反向反向-15-30-45-602CP1420u / V0.40.60.81.01.20.20i / mA-0.001-0.00240608010050i / mA40302AP14201000.2 0.4 0.6 0.8 1.0u / V-1-2-5-10-15-20-+PN-+PN死区电压死区电压 硅管硅管0.5V锗管锗管0.1V导通压降导通压

12、降: : 硅管硅管0.60.8V锗管锗管0.20.3V30二极管的等效电路二极管的等效电路 二极管二极管导通导通时等效电路时等效电路-+ +二极管二极管截止截止时等效电路时等效电路-+0.7V（硅）0.3V（锗）+ -考虑管压降：考虑管压降：忽略管压降：忽略管压降：31 3.主要参数主要参数 （1）最大整流电流）最大整流电流IOM(2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。（3）反向工作峰值电压）反向工作峰值电压URWM 保

13、证二极管不被击穿而给出的最高反向工作电压，一保证二极管不被击穿而给出的最高反向工作电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。般是反向击穿电压的一半或三分之二。 二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。（点（点 几十毫安以下，面几十毫安以下，面 较大）当电流超过允许值时，将由于较大）当电流超过允许值时，将由于PN结过热而使管子损坏。结过热而使管子损坏。32（4）反向峰值电流反向峰值电流IRM 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。反向二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。反向电流大，说明二极管的单向导电性能差。反向电流受温度电流大，

14、说明二极管的单向导电性能差。反向电流受温度的影响大，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，的影响大，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。 二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。可用于整流、检波、限幅、元件保护以向导电性。可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件等。及在数字电路中作为开关元件等。334.半导体器件的命名方法半导体器件的命名方法 如如2CP1434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

15、二极管是理想的，若二极管是理想的，35例例1. 下图为二极管整流电路，画出下图为二极管整流电路，画出uo的波形。设的波形。设二极管是理想的。二极管是理想的。uiuoOOtt(b)22DuiuoRL(a)+-36 如图由如图由RC构成微分电路，当输入电压构成微分电路，当输入电压ui为矩形波为矩形波时，试画出输出电压时，试画出输出电压uo的波形。的波形。(设设uc（0） =0)例例2. 二极管检波电路二极管检波电路CCRDRLuiuRuo+-tttuiuRuooooRC远小于脉冲宽度远小于脉冲宽度37例例3. 二极管限幅电路二极管限幅电路 t+-RDE2 Vuiuo+-+-(a)05ui / V-

16、523)(bt02.7uo / V-5232.738D1 钳位钳位作用作用 D2隔离隔离作用作用例例4. 下图为二极管数字逻辑电路，设二极管正向压降下图为二极管数字逻辑电路，设二极管正向压降是是0.3V，求，求Y点的电位。点的电位。D 3 V 0 V1D23.9 k W-12VABY39例例5. 试判断各图中的二极管是导通还是截止试判断各图中的二极管是导通还是截止,并求出并求出AO两两端电压端电压UAO。设二极管是理想的。设二极管是理想的。UAO= - 6VUAO= - 12VUAO= 0 VUAO= - 6V4014.4 稳压二极管稳压二极管1、符号、符号2、伏安特性、伏安特性802040IIZ0.51.0u / V2040i / mAU iRU o+-41 3、主要参数、主要参数 (1) 稳定电压