模拟电子技术第4章课件

第4章半导体二极管、三极管和场效应管4.1

PN结4.2半导体二极管4.3

双极型晶体管1......第4章半导体二极管、三极管和场效应管4.1PN结4.一半导体

（一）半导体基本知识1.导体、绝缘体、半导体：物质导电能力的强弱——可用电阻率（ρ）表示 ①导体：导电能力强的物质（ρ<10-3Ω*cm）利用自由电子导电 ②绝缘体：导电能力弱的物质（ρ>106Ω*cm） ③半导体：常温下(27℃)导电能力居于导体及绝缘体之间的物质 如，纯硅（Si）、纯锗(Ge)。（二）半导体的晶体结构制作半导体件最常用的材料：硅（Si）、锗（Ge） ①晶体：原子按一定规律整齐排列的物质 单晶体：原子与原子之间通过共价键连接起来 第一节PN结2......一半导体

（一）半导体基本知识第一节PN结2..GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。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。3......GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学硅(锗)的原子结构简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动4......硅(锗)的原子结构简化惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自(束（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体受惯性核束缚的价电子在绝对温度零度(0°K)即-273℃之下→本征半导体硅（锗）的全部价电子都为束缚电子与理想绝缘体一样不能导电。自由电子：价电子获得足够的能量挣脱惯性核的束缚(温度>0°K时)带负电荷的物质——又称电子载流，这是由热激发而来的空穴：价电子成为自由电子时,原共价键留下了一个空位——带正电荷的物质，即空穴载流子。二半导体的导电原理5......（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体二半导体的导电原理5本征激发：共价键分裂产生电子空穴对的过程复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。平衡：在一定条件下，激发与复合的过程达到动态平衡——本征半导体的自由电子和空穴的数目保持平衡。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。6......本征激发：共价键分裂产生电子空穴对的过程复合：载流子浓度：单位体积半导体中载流子的数目（个/m3）本征半导体内电子载流子浓度（Ni）=空穴载流子浓度（Pi）本征载流子浓度=Ni+Pi（其值甚微）——即载流子浓度甚低本征半导体内的载流子浓度很低→导电能力很弱，故不能用来直接制作半导体器件7......载流子浓度：单位体积半导体中载流子的数目（个/m3）7.两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动

结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。8......两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共（二）

杂质半导体1、N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素（磷）——增大自由电子浓度N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数9......（二）杂质半导体1、N型半导体：N型+5+4+4+4+2、P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素（硼）——增大空穴浓度P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—

多子电子—

少子载流子数

空穴数10......2、P型半导体：P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴①漂移运动：——漂移电流载流子在电场作用下定向运动所形成的电流。自由电子：从低→高电位漂移形成电流(方向与电场方向相反)空穴：从高→低电位漂移形成电流（方向与电场方向相同）电场强、漂移速度高、载流子浓度大=总漂移电流大。②扩散电流：物质由高浓度的地方向低浓度的地方运动所形成的电流。浓度差越大→扩散能力越强→扩散电流越大扩散电流大小→同载流子浓度差或扩散运动快慢成正比

（三）载流子的漂移运动和扩散运动11......①漂移运动：——漂移电流（三）载流子的漂移运动和扩散运动113.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，

总电流I=0。12......3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，总电三、PN结(PNJunction)的形成P型、N型半导体的简化图示负离子多数载流子少数载流子（电子）正离子多数载流子少数载流子P型N型13......三、PN结(PNJunction)的形成负离子多数载流子1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)

空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。内建电场PN14......1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间P区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IF。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向电压(反向偏置)

—reversebias

P

区N

区内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0四、PN结的特性（一）PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)15......P区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,IF限1、PN结加正向电压当P区接“+”，N区接“-”，称为PN结正向偏置（正偏）。

PN结呈导通状态，电阻很小。2、PN结加反向电压当N区接“+”，P区接“-”，称为PN结反向偏置（反偏）。PN结呈截止状态，只有反向饱和电流流过，电阻很大。结论：16......1、PN结加正向电压2、PN结加反向电压结论：16..（二）PN结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT

=26mVOu

/VI

/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS17......（二）PN结的伏安特性温度的电子电量玻尔兹曼常数当T(四）PN结的极间电容电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容：是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。扩散电容：是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。P+-N18......(四）PN结的极间电容电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电第二节半导体二极管2.1半导体二极管的结构和类型2.2二极管的伏安特性2.3二极管的主要参数2.4二极管的等效电路及应用2.5稳压二极管19......第二节半导体二极管2.1半导体二极管的结构和类型2.2一、半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：D阳极阴极分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型20......一、半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金正极

引线负极

引线集成电路中平面型PNP型支持衬底21......点接触型正极触丝N型锗片外壳负极负极引线面接触型N型锗P二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0U

Uth

UD(on)

=(0.61)V硅管0.7V(0.20.5)V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)

U0iD=IS<0.1A(硅)

几十A

(锗)U<

U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)22......二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。

(击穿电压<6V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。反向电流过大，PN结温度升高(击穿电压>6V，正温度系数)特点：随着反向电流急剧增加，PN结的反向电压值增加很少。电击穿23......反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：反向电场硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02024......硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT

升高时，UD(on)以(22.5)mV/C下降25......温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25三、二极管的主要参数1.

IF—

最大整流电流(最大正向平均电流)2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/2

3.

IR

—

反向电流(越小单向导电性越好)4.

fM—

最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO26......三、二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正1.最大整流电流

IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.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，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般是UBR的一半。27......1.最大整流电流IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最3.反向电流

IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，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。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。28......3.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反

四、二极管的等效电路及应用（一）、理想二极管特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0U(BR)=29......四、二极管的等效电路及应用（一）、理想二极管特性uD（二）、二极管正向压降等效电路uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)30......（二）、二极管正向压降等效电路uDiDUD(on)uD=（三）二极管电路的分析方法构成的桥式整流电路在ui

=15sint(V)作用下输出uO的波形。(按理想模型)Otui

/V15RLD1D4D2D3uiBAuO31......（三）二极管电路的分析方法(按理想模型)Otui/V15OtuO/V1532......OtuO/V1532...3.参数估算1)

整流输出电压平均值2)

二极管平均电流3)

二极管最大反向压totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为33......3.参数估算1)整流输出电压平均值2)二极管平均电流3二极管组成的限幅电路：当U》0且U》UR+UD时，二极管D导通，开关闭合，输出电压U0=UD+UR。当U《UR+UC时，二极管D截止，开关断开，输出电压U0=U。波形图如下：34......二极管组成的限幅电路：当U》0且U》UR+UD时，二极管D导五、稳压二极管UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。一、结构二、特性利用PN结的反向击穿特性实现稳压作用稳压管反向击穿后：反向电流变化很大、反向击穿电压变化很小35......五、稳压二极管UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡主要参数1.

稳定电压UZ

流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流IZ

越大稳压效果越好，小于Imin时不稳压。3.

最大工作电流IZM

最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM4.动态电阻rZrZ=UZ/IZ

越小稳压效果越好。几几十36......主要参数1.稳定电压UZ流过规定电流时稳5.稳定电压温度系数CT一般，UZ<4V，CTV<0(为齐纳击穿)具有负温度系数；UZ>7V，CTV>0(为雪崩击穿)具有正温度系数；4V<UZ<7V，CTV很小。37......5.稳定电压温度系数CT一般，UZ<4V，CTV

稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。若正向偏置可作为理想二极管正向偏置工作，当反向偏置电压小于UZ时，稳压管截止。

(c)当U>UZ时，稳压管DZ击穿稳压。流过稳压管的电流为：。适当选择参数RZ的阻值，使流过稳压管的电流在稳压管参数——稳定电流IZ和最大电流IZM之间U电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。38......稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。(c)当U>UZ第三节双极型晶体管3.1晶体管的结构和类型3.3晶体管的特性曲线3.4晶体三极管的主要参数3.2晶体管的电流分配关系和放大作用3.5温度对晶体管参数的影响39......第三节双极型晶体管3.1晶体管的结构和类型3.3晶

晶体三极管一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB40......晶体三极管一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管>1W中功率管0.51W41......分类：按材料分：硅管、锗管按功率分二、晶体管电流分配关系和放大作用三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高于集电区，集电区掺杂浓度高于基区基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏42......二、晶体管电流分配关系和放大作用三极管放大的条件内部发射区掺（一）晶体管内部载流子的运动1)

发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流

IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN

–

ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)43......（一）晶体管内部载流子的运动1)发射区向基区注入多子电子，ICNIEIBNI

CBOIB3)

集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO44......ICNIEIBNICBOIB3)集电区收集扩散过I（二）晶体管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I

BN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透电流45......（二）晶体管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度IE=IC+IB46......IE=IC+IB46..1.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极（三）晶体管的放大作用47......1.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoEC（四）关于PNP型晶体管要保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源极性应与NPN管相反。VCCVCC+-PPNVBBVBB+-PNN图三极管外加电源的极性48......（四）关于PNP型晶体管要保证发射结正偏，集电结反偏，外

若规定PNP中各极电流IB、IC、IE的方向与实际方向一致，而电压UBE仍为b

e,UCE仍为c

e,则UBE与UCE与实际方向相反。此时有IB、IC、IE为正值，UBE和UCE将为负值。（—）（—）（+）（+）UCEUBEIBICIEUCEUBEIBICIE++——（实际方向）（规定正方向）49......若规定PNP中各极电流IB、IC、IE的方向NPN管PNP管截止区放大区饱和区结的偏置

发射结反偏集电结反偏发射结正偏集电结正偏集电结反偏发射结正偏电流关系IB、IC、IEIE=IB+IC=•IB0=•IC0电位关系UB、UC、UEUB<UEUB>UEUB<UCUB>UCUB>UEUB<UEUB>UCUB<UCUC>UB>

UEUC<UB<

UE=•ICβIBIC=βIB+(1+β)ICEOIC=βIBIB>IBSIBS=ICSβNPN与PNP管的情况如下：50......NPN管PNP管截止区放大区饱和区结的偏置发射结反偏集电(一)、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似三、晶体管的特性曲线电流：Ic+IB=IE电压：UCE=UBE-UBC51......(一)、输入特性输入输出与二极管特性相似三、晶体管的特性曲线O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)V锗管：

(0.20.3)V取0.7V取0.2V特点：增加UCE

，曲线右移、ib减小、继续增大UCE

，曲线和ib不变52......O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引（二）、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB0

IC=ICEO0条件：两个结反偏截止区ICEO53......（二）、输出特性iC/mAuCE/V50µAO2.饱和区：uCE

（饱和压降）

u

BEuBE>0、uBC

>0

条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：

uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区ICEO固定iB不变时，iC随uCE的增大而迅速增加iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O2468432154......2.饱和区：uCE（饱和压降）uBEuBE>0、3.放大区：放大区截止区条件：

发射结正偏集电结反偏特点：

ICEOIB>0,UCE

>

UBEuBE>0、uBC

>0

固定iB不变情况下：iC基本不随uCE的变化，而随iB的变化而变化iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O2468432155......3.放大区：放大区截止区条件：ICEOIB>0,UC四、晶体管的主要参数（一）、电流放大系数1.共发射极电流放大系数—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十几百QiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O2468432156......四、晶体管的主要参数（一）、电流放大系数1.共发射极电流放2.共基极电流放大系数1一般在0.98以上。

（二）、极间反向电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流——穿透电流：ICEO。57......2.共基极电流放大系数1一般在0.98以上cμAICBObeceμAICEObICBO1、集电极和基极之间的反向饱和电流ICEO2、集电极和发射极之间的穿透电流发射极开路基极开路58......cμAICBObeceμAICEObICBO1、集电极和基极（三）、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区59......（三）、极限参数1.ICM—集电极最大允许电流，超过U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO60......U(BR)CBO—发射极开路时C、B极间反向击穿电压集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。集-射极反向击穿电压当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。注意：61......集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下五、温度对特性曲线的影响1.温度对ICBO的影响温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10C，ICBO

约增大1倍。OT2>T162......五、温度对特性曲线的影响1.温度对ICBO的影响2.温度对的影响温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O63......2.温度对的影响温度升高，输出特性曲线3.温度对基极、射极间正向电压UBE的影响温度升高、NPN管子的uBE减小，输入曲线左移64......3.温度对基极、射极间正向电压UBE的影响温度升高、NPN管

国家标准对半导体三极管的命名如下:3

D

G

110B

第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、

G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管

用字母表示材料

用字母表示器件的种类

用数字表示同种器件型号的序号

用字母表示同一型号中的不同规格

三极管半导体三极管的型号例如：3AX31D、3DG123C、3DK100B65......国家标准对半导体三极管的命名如下:第二位：A锗PNP管、-第四章完66......-第四章完66..信心是成功的开始恒心是成功的方法谢谢您的关注！信心是成功的开始第4章半导体二极管、三极管和场效应管4.1

PN结4.2半导体二极管4.3

双极型晶体管68......第4章半导体二极管、三极管和场效应管4.1PN结4.一半导体

（一）半导体基本知识1.导体、绝缘体、半导体：物质导电能力的强弱——可用电阻率（ρ）表示 ①导体：导电能力强的物质（ρ<10-3Ω*cm）利用自由电子导电 ②绝缘体：导电能力弱的物质（ρ>106Ω*cm） ③半导体：常温下(27℃)导电能力居于导体及绝缘体之间的物质 如，纯硅（Si）、纯锗(Ge)。（二）半导体的晶体结构制作半导体件最常用的材料：硅（Si）、锗（Ge） ①晶体：原子按一定规律整齐排列的物质 单晶体：原子与原子之间通过共价键连接起来 第一节PN结69......一半导体

（一）半导体基本知识第一节PN结2..GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。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。70......GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学硅(锗)的原子结构简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动71......硅(锗)的原子结构简化惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自(束（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体受惯性核束缚的价电子在绝对温度零度(0°K)即-273℃之下→本征半导体硅（锗）的全部价电子都为束缚电子与理想绝缘体一样不能导电。自由电子：价电子获得足够的能量挣脱惯性核的束缚(温度>0°K时)带负电荷的物质——又称电子载流，这是由热激发而来的空穴：价电子成为自由电子时,原共价键留下了一个空位——带正电荷的物质，即空穴载流子。二半导体的导电原理72......（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体二半导体的导电原理5本征激发：共价键分裂产生电子空穴对的过程复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。平衡：在一定条件下，激发与复合的过程达到动态平衡——本征半导体的自由电子和空穴的数目保持平衡。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。73......本征激发：共价键分裂产生电子空穴对的过程复合：载流子浓度：单位体积半导体中载流子的数目（个/m3）本征半导体内电子载流子浓度（Ni）=空穴载流子浓度（Pi）本征载流子浓度=Ni+Pi（其值甚微）——即载流子浓度甚低本征半导体内的载流子浓度很低→导电能力很弱，故不能用来直接制作半导体器件74......载流子浓度：单位体积半导体中载流子的数目（个/m3）7.两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动

结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。75......两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共（二）

杂质半导体1、N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素（磷）——增大自由电子浓度N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数76......（二）杂质半导体1、N型半导体：N型+5+4+4+4+2、P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素（硼）——增大空穴浓度P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—

多子电子—

少子载流子数

空穴数77......2、P型半导体：P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴①漂移运动：——漂移电流载流子在电场作用下定向运动所形成的电流。自由电子：从低→高电位漂移形成电流(方向与电场方向相反)空穴：从高→低电位漂移形成电流（方向与电场方向相同）电场强、漂移速度高、载流子浓度大=总漂移电流大。②扩散电流：物质由高浓度的地方向低浓度的地方运动所形成的电流。浓度差越大→扩散能力越强→扩散电流越大扩散电流大小→同载流子浓度差或扩散运动快慢成正比

（三）载流子的漂移运动和扩散运动78......①漂移运动：——漂移电流（三）载流子的漂移运动和扩散运动113.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，

总电流I=0。79......3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，总电三、PN结(PNJunction)的形成P型、N型半导体的简化图示负离子多数载流子少数载流子（电子）正离子多数载流子少数载流子P型N型80......三、PN结(PNJunction)的形成负离子多数载流子1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)

空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。内建电场PN81......1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间P区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IF。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向电压(反向偏置)

—reversebias

P

区N

区内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0四、PN结的特性（一）PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)82......P区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,IF限1、PN结加正向电压当P区接“+”，N区接“-”，称为PN结正向偏置（正偏）。

PN结呈导通状态，电阻很小。2、PN结加反向电压当N区接“+”，P区接“-”，称为PN结反向偏置（反偏）。PN结呈截止状态，只有反向饱和电流流过，电阻很大。结论：83......1、PN结加正向电压2、PN结加反向电压结论：16..（二）PN结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT

=26mVOu

/VI

/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS84......（二）PN结的伏安特性温度的电子电量玻尔兹曼常数当T(四）PN结的极间电容电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容：是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。扩散电容：是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。P+-N85......(四）PN结的极间电容电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电第二节半导体二极管2.1半导体二极管的结构和类型2.2二极管的伏安特性2.3二极管的主要参数2.4二极管的等效电路及应用2.5稳压二极管86......第二节半导体二极管2.1半导体二极管的结构和类型2.2一、半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：D阳极阴极分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型87......一、半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金正极

引线负极

引线集成电路中平面型PNP型支持衬底88......点接触型正极触丝N型锗片外壳负极负极引线面接触型N型锗P二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0U

Uth

UD(on)

=(0.61)V硅管0.7V(0.20.5)V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)

U0iD=IS<0.1A(硅)

几十A

(锗)U<

U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)89......二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。

(击穿电压<6V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。反向电流过大，PN结温度升高(击穿电压>6V，正温度系数)特点：随着反向电流急剧增加，PN结的反向电压值增加很少。电击穿90......反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：反向电场硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02091......硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT

升高时，UD(on)以(22.5)mV/C下降92......温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25三、二极管的主要参数1.

IF—

最大整流电流(最大正向平均电流)2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/2

3.

IR

—

反向电流(越小单向导电性越好)4.

fM—

最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO93......三、二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正1.最大整流电流

IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.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，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般是UBR的一半。94......1.最大整流电流IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最3.反向电流

IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，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。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。95......3.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反

四、二极管的等效电路及应用（一）、理想二极管特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0U(BR)=96......四、二极管的等效电路及应用（一）、理想二极管特性uD（二）、二极管正向压降等效电路uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)97......（二）、二极管正向压降等效电路uDiDUD(on)uD=（三）二极管电路的分析方法构成的桥式整流电路在ui

=15sint(V)作用下输出uO的波形。(按理想模型)Otui

/V15RLD1D4D2D3uiBAuO98......（三）二极管电路的分析方法(按理想模型)Otui/V15OtuO/V1599......OtuO/V1532...3.参数估算1)

整流输出电压平均值2)

二极管平均电流3)

二极管最大反向压totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为100......3.参数估算1)整流输出电压平均值2)二极管平均电流3二极管组成的限幅电路：当U》0且U》UR+UD时，二极管D导通，开关闭合，输出电压U0=UD+UR。当U《UR+UC时，二极管D截止，开关断开，输出电压U0=U。波形图如下：101......二极管组成的限幅电路：当U》0且U》UR+UD时，二极管D导五、稳压二极管UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。一、结构二、特性利用PN结的反向击穿特性实现稳压作用稳压管反向击穿后：反向电流变化很大、反向击穿电压变化很小102......五、稳压二极管UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡主要参数1.

稳定电压UZ

流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流IZ

越大稳压效果越好，小于Imin时不稳压。3.

最大工作电流IZM

最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM4.动态电阻rZrZ=UZ/IZ

越小稳压效果越好。几几十103......主要参数1.稳定电压UZ流过规定电流时稳5.稳定电压温度系数CT一般，UZ<4V，CTV<0(为齐纳击穿)具有负温度系数；UZ>7V，CTV>0(为雪崩击穿)具有正温度系数；4V<UZ<7V，CTV很小。104......5.稳定电压温度系数CT一般，UZ<4V，CTV

稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。若正向偏置可作为理想二极管正向偏置工作，当反向偏置电压小于UZ时，稳压管截止。

(c)当U>UZ时，稳压管DZ击穿稳压。流过稳压管的电流为：。适当选择参数RZ的阻值，使流过稳压管的电流在稳压管参数——稳定电流IZ和最大电流IZM之间U电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。105......稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。(c)当U>UZ第三节双极型晶体管3.1晶体管的结构和类型3.3晶体管的特性曲线3.4晶体三极管的主要参数3.2晶体管的电流分配关系和放大作用3.5温度对晶体管参数的影响106......第三节双极型晶体管3.1晶体管的结构和类型3.3晶

晶体三极管一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB107......晶体三极管一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功