第14章半导体器件(新)

1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电电 子子 技技 术术 基基 础础模拟部模拟部分分1418章章数字部数字部分分2021章章下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 S

2、i Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 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失去一个电子变为电子变为正离子正离子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的

3、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下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 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+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录P

4、N 结的伏安方程结的伏安方程)1e (/SDD TUuIi反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量qkTUT 电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T = 300( (27 C) )：UT = 26 mV下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录PN结的电容效应下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录作业：P8 14.1.2 14.1.3下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录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( c ) 平面型平面型金属触丝金

5、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下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录分类分类构成：构成： PN 结结 + 引线引线 + 管壳管壳 = 二极管二极管( (Diode) )符号：符号： A( (anode) )C ( (cathode) )分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构

6、分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型第第 1 章章半导体二极管半导体二极管按用途分按用途分普通二极管普通二极管整流二极管整流二极管稳压二极管稳压二极管光电二极管光电二极管按使用频率场分按使用频率场分高频二极管高频二极管低频二极管低频二极管。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常见的二极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录我国半导体器件型号命名方法半导体器件的型号由五部分组成：半导体器件的型号由五部分组成：第一部分：用数字表示器件的电极数目第

7、一部分：用数字表示器件的电极数目第二部分：用字母表示器件的材料和极性第二部分：用字母表示器件的材料和极性第三部分：用字母表示器件的类型第三部分：用字母表示器件的类型第四部分：用数字表示器件的序号第四部分：用数字表示器件的序号第五部分：用字母表示规格号第五部分：用字母表示规格号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管的型号2AP7的含义：的含义：N型锗材料普通二极管型锗材料普通二极管半导体器件的型号命名：半导体器件的型号命名：2AP7下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2CW56A的含义：的含义： N型硅材料稳压二极管型硅材料稳压二极管二极管的型号半导体器件的型

8、号命名：半导体器件的型号命名：2 C W 56 A下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录附录：半导体器件的命名方式附录：半导体器件的命名方式第一部分第一部分数字数字电极数电极数2 二极管二极管3 三极管三极管第二部分第二部分第三部分第三部分字母字母( (汉拼汉拼) )材料和极性材料和极性A 锗材料锗材料 N 型型B 锗材料锗材料 P 型型C 硅材料硅材料 N 型型D 硅材料硅材料 P 型型A 锗材料锗材料 PNPB 锗材料锗材料 NPNC 硅材料硅材料 PNPD 硅材料硅材料 NPN字母字母( (汉拼汉拼) )器件类型器件类型P 普通管普通管W 稳压管稳压管Z 整流管整流管K 开

9、关管开关管U 光电管光电管X 低频小功率管低频小功率管G 高频小功率管高频小功率管D 低频大功率管低频大功率管A 高频大功率管高频大功率管第四部分第四部分第五部分第五部分数字数字序号序号字母字母( (汉拼汉拼) )规格号规格号例如：例如：2CP 2AP 2CZ 2CW3AX31 3DG12B 3DD6 3CG 3DA 3AD 3DK常用小功率进口三极管常用小功率进口三极管9011 9018下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退

10、出章目录章目录温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD / mAuD / V20 C90 CT 升高时升高时，UD(on)以以 (2 2.5) mV/ C 下降下降从右图可以看出硅管受温度影响比锗管小从右图可以看出硅管受温度影响比锗管小 因此实用中多用硅管因此实用中多用硅管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因： 齐纳击穿齐纳击穿：( (Zener) )反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 ( (击穿电压击穿电压 6 V，正

11、，正温度系数温度系数) )击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录定性分析：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，下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管的应用举二极管的应用举例例1（：tttuiuRuoRRLuiuRuo下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章

12、目录例例2（：D6V12V3k BAUAB+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例例3（:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录V sin18itu ）t 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录特殊二极管稳压二极管（反向击穿特性）发光二极管（正向特性）光电二极管（反向特性）变容二极管。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录UZIZIZM UZ IZ_+UIO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ZZ ZIUr下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 发光二

13、极管与光敏二极管、变容二极管发光二极管与光敏二极管、变容二极管一、发光二极管一、发光二极管 LED ( (Light Emitting Diode) )1. 符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA， 导通电压导通电压 (1 2) V2. 主要参数主要参数电学参数：电学参数：I FM ，U(BR) ，IR光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 P，亮度亮度 L，光通量光通量 发光类型：发光类型： 可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型： 普通普通 LED ，不可见光：不可见光：红外光红外光，点阵点阵 LED符号符号u /Vi

14、/mAO2特性特性七段七段 LED第第 1 章章半导体二极管半导体二极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录第第 1 章章半导体二极管半导体二极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二、光敏二极管二、光敏二极管1符号和特性符号和特性符号符号特性特性uiO暗电流暗电流E = 200 lxE = 400 lx工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置2. 主要参数主要参数电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片实物照片第第 1 章章半导体二极管半导体二极管下

15、一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管的用途二极管的用途工作状态工作状态特性曲线中的部分特性曲线中的部分普通二极管普通二极管正向、反向正向、反向正向特性、反向特性正向特性、反向特性稳压二极管稳压二极管反向反向反向击穿特性反向击穿特性发光二极管发光二极管正向正向正向特性正向特性光电二极管光电二极管反向反向反向特性反向特性变容二极管变容二极管反向反向反向特性反向特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录补充：补充：选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤：步骤：1. 设定工作电压设定工作电压( (如如 0.7 V；2 V ( (LED) )；UZ ) )2. 确定工

16、作确定工作电流电流( (如如 1 mA；10 mA；5 mA) )3. 根据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻 R = (UI UD)/ ID( (R 要选择标称值要选择标称值) )RUIUDID第第 1 章章半导体二极管半导体二极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录三、变容二极管三、变容二极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录晶体管的结构晶体管的结构(a)平面型；平面型； (b)合金型合金型BEP型硅型硅N型硅型硅二氧化碳保护膜二氧化碳保护膜铟球铟球N型锗型锗N型硅型硅CBECPP铟球铟球(a)(b)下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页

17、下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 1947年年12月月23日日 第一个晶体管第一个晶体管 NPN Ge晶体管晶体管 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录半导体三极管图片半导体三极管图片下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCENNPBCEPPNB下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录EEBRBRC下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例：分别测得工作在放大电路中三个晶体管各极电位如表所示，分别判断

18、它们是硅管还是锗管，是NPN还是PNP型，并标出e，b，c填在表中。甲甲 管管乙乙 管管丙丙 管管三极管引线标号三极管引线标号123123123对共公端电位（对共公端电位（V）-4.0-3.3-82.836.83.293.9标出标出 e，b，cbecebcecb是硅管还是锗管是硅管还是锗管硅硅锗锗硅硅是是NPN还是还是PNPPNPNPNNPN下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路 mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录符合基尔霍夫定律符合基尔

19、霍夫定律下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶体管；型晶体管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE 电流方向和发射结与集电结的极性电流方向和发射结与集电结的极性(b) PNP 型晶体管型晶体管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录becNNPRb集电结反偏，集电结反偏，少子漂移形成少子漂移形成集电结反向饱集电结反向饱和电流和电流ICBOICBOEBRcEC发射结正偏，发射区发射结正偏，发射区电子向基区扩散，形电子向基区扩散，形成发射结电子扩散电成发射结电子扩散电流流IEN部分电子与基部分

20、电子与基区的空穴复合区的空穴复合形成基区复合形成基区复合电流电流IBE,大多大多数电子扩散到数电子扩散到集电结边界集电结边界集电结反偏，集电结反偏，从基区扩散到从基区扩散到集电结边缘的集电结边缘的电子漂移过集电子漂移过集电结被集电区电结被集电区收集形成电流收集形成电流ICEICEIEN基区空穴扩散基区空穴扩散到发射区，形到发射区，形成空穴扩散电成空穴扩散电流流IEP（值很小，（值很小，可忽略）可忽略）IEPIBEIEIEN下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)

21、(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路mA AVVICECIBRB+UBE +UCE EBCEB3DG100下一页下一页

22、返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常常数数 CE)(BEBUUfI3DG100晶体管的晶体管的输入特性曲线输入特性曲线O0.40.8IB/ AUBE/VUCE1V60402080下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常常数数 B)(CECIUfI 共发射极电路共发射极电路ICEC=UCCIBRB+ UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =03DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线 在不同的在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管下，可得出不同的曲线，所以

23、晶体管的的输出特性曲线输出特性曲线是一组曲线。是一组曲线。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常常数数 B)(CECIUfI 晶体管有三种工作状态，因而晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线输出特性曲线分为分为三个工作区三个工作区3DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0对对 NPN 型管型管而言而言, 应使应使 UBE 0, UBC UBE。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A

24、 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0对对NPN型硅管，当型硅管，当UBE0.5V时时, 即已即已开始截止开始截止, 为使晶体为使晶体管可靠截止管可靠截止 , 常使常使 UBE 0。截止时截止时, 集集电结也处于反向偏电结也处于反向偏置置( (UBC 0),),此时此时, IC 0, UCE UCC 。IB = 0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。IB = 0 时时, IC = ICEO( (很小很小) )。(ICEO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0 IC UCC/RC 。 当当 UCE 0) )，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录晶体管三种工作状态的电压和电流晶体管三种工作状态的电压和电流(a)放大放大+ UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB = 0+ UCE UCC UBC 0 IB+ UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 当晶体管饱和时，当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之，发射极与集