电路与电子技术简明教程 课件 第5章 半导体器件

《电子技术基础》[课程导学

]电子技术的概念电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。5G|、人工智能、物联网......大到国家建设，小到衣食住行，都离不开电子技术。电子技术的分类模拟信号：时间和幅度上都是连续变化的电信号。模拟电路：传输处理模拟信号的电子电路。模拟电子技术：研究电子元器件和模拟电路。电子技术可以分为模拟电子技术和数字电子技术。电信号：随着时间而变化的电压或电流，用来承载电路中的信息。电子技术的分类数字信号：时间和幅度上的变化都是不连续（离散）的电信号。数字电路：传输处理数字信号的电子电路。数字电子技术：研究数字电路。电子技术可以分为模拟电子技术和数字电子技术。电信号：随着时间而变化的电压或电流，用来承载电路中的信息。课程结构电子元器件：二极管、三极管放大状态

模拟电路

开关状态

数字电路

基本放大电路负反馈放大电路集成运算放大器逻辑门电路组合逻辑电路触发器时序逻辑电路课程特点及学法建议基本概念多方法模型多电路变化多实践应用广抓基本概念抓规律、抓联系、抓典型抓理论联系实际，抓课后练习参考教材配套教材

《电路与模拟电子技术基础》，王贺珍等，西安电子科技大学出版社

《数字电子技术基础与实践》，安会等，西安电子科技大学出版社参考教材

《模拟电子技术基础》，童诗白，高等教育出版社

《数字电子技术基础》，阎石，高等教育出版社开启我们的电子技术之旅吧！《电子技术基础》[本征半导体及杂质半导体]目录本征半导体及杂质半导体PN结晶体二极管的伏安特性第一节第二节第三节晶体二极管的应用晶体三极管符号、结构、分类晶体三极管的特性曲线第四节第五节第六节如：金属本征半导体及杂质半导体在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将它们划分为导体、绝缘体和半导体。如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体典型的半导体材料1硅2锗3硒本征半导体及杂质半导体半导体是制作晶体二极管、晶体三极管、场效应管和集成电路的材料，这并不是因为半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间，是因为半导体有特殊的导电性能。半导体的电阻率随着温度的升高而降低，即温度升高，半导体的导电能力增强。热敏特性半导体受到光照时，电阻率降低，其导电能力随着光照强度的增强而增强。半导体的导电能力受掺入杂质的影响显著，即在半导体材料中掺入微量杂质（特定的元素），电阻率下降，导电能力增强。杂敏特性光敏特性半导体具有如下导电特性本征半导体及杂质半导体什么是本征半导体？具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体，最常见的半导体材料为硅和锗。本征半导体为共价键结构硅元素和锗元素的单个原子都是4价元素，每个原子的价电子都和周围4个原子的价电子形成4个共价键，是相对稳定的结构。本征半导体的共价键结构，在常温下只有少数的价电子，所以常温下导电能力较差。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体本征半导体及杂质半导体本征激发电子-空穴对复合注意：本征半导体导电粒子，一种是带负电荷的自由电子，另一种是带正电荷的空穴。本征半导体本征半导体及杂质半导体本征激发两种载流子常温下少数的价电子可以从原子的热运动中获得能量，挣脱共价键的束缚，成为带负电荷的自由电子，这种现象称为本征激发。空穴价电子成为自由电子后，在原来的位置上留下一个空位，称为空穴。电子—空穴对本征激发时电子和空穴成对产生，称为电子—空穴对。本征半导体本征半导体及杂质半导体A导电能力B导电能力C导电能力常温下，本征半导体中的载流子很少，所以导电能力很差导电能力受环境温度、光照等影响明显杂质半导体的应用非常广泛，实用半导体器件都是由杂质半导体构成的半导体的导电特性本征半导体及杂质半导体掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，分为N型半导体和P型半导体两种。N型半导体在硅（或锗）本征半导体中掺入微量5价元素，如磷，则可以形成N型半导体。由于掺入杂质的原子数与整个半导体原子数相比，其数量非常少，半导体晶体结构基本不变，只是在晶格中硅（或锗）原子的位置被磷原子所代替。杂质半导体本征半导体及杂质半导体+4+4+4+4+4+5+5+4+4+4+4+4多余电子，成为自由电子自由电子磷原子有5个价电子，其中4个与硅原子形成8个电子的共价键结构，还多余电子不受共价键束缚，常温下就可以成为自由电子。这种以电子导电为主的半导体称为N型半导体。掺入五价元素形成N型半导体杂质半导体本征半导体及杂质半导体掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，分为N型半导体和P型半导体两种。P型半导体在硅（或锗）本征半导体中掺入微量3价元素，如硼，则形成P型半导体。同样只是在晶格中硅（或锗）原子位置被硼原子所代替。由于硼原子只有3个价电子，要与硅（或锗）原子形成4个共价键结构，还少一个价电子，就形成一个空穴。杂质半导体本征半导体及杂质半导体空穴是失去电子形成的，电子带负点，所以空穴是带正电的。这种以空穴导电为主的半导体就叫做P型半导体。21+4+4+4+4+4+3+4+3+4+4+4+4空穴空穴+3+3掺入三价元素形成P型半导体杂质半导体本征半导体及杂质半导体《电子技术基础》[PN结]目录本征半导体及杂质半导体PN结晶体二极管的伏安特性第一节第二节第三节晶体二极管的应用晶体三极管符号、结构、分类晶体三极管的伏安特性第四节第五节第六节PN结PN结的概念：利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体材料中，一边掺杂成N型半导体，一边掺杂成P型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个不可移动的空间电荷区，这就是PN结。24扩散运动由于浓度差异引起的载流子运动漂移运动载流子在内电场的作用下的运动PN结PN结的形成PN结PN结的形成因浓度差由杂质离子形成空间电荷区

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散多子的扩散运动PN结扩散运动与漂移运动达到动态平衡PN结PN结的单向导电性PN结加正向电压-----导通将PN结的P区接电源的正极，N区接电源的负极称为加正向电压，简称正偏。加正向电压时，使空间电荷层（PN结）变窄，电阻变小，电流增大，称PN结处于导通状态。PN结正偏时呈现低阻性。PN结PN结的单向导电性PN结加反向电压----截止将PN结的N区接电源的正极，P区结接电源的负极称为加反向电压，简称反偏。加反向电压时，使空间电荷层（PN结）变宽，电阻变大，电流增小，称PN结处于截止状态。PN结反偏时呈现高阻性。PN结

在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流（该电流很小）。结论：PN结正向电阻小，反向电阻大——单向导电性。总结《电子技术基础》[常用半导体]目录本征半导体及杂质半导体PN结晶体二极管的伏安特性第一节第二节第三节晶体二极管的应用晶体三极管符号、结构、分类晶体三极管的伏安特性第四节第五节第六节晶体二极管由一个PN结加上电极引线和外壳封装，就构成一个半导体二极管（晶体二极管、二极管），用VD表示。二极管有两根电极引线，从P区引出的电极为正极，从N区引出的电极为负极。二极管的结构与符号

晶体二极管的结构及符号按半导体材料分按用途分按PN结的结构分按照半导体材料的不同分为硅二极管和锗二极管按照用途分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等按PN结的结构分为点接触型、面接触型、平面型等。晶体二极管二极管的分类晶体二极管常见的二极管符号与实物图（a）普通二极管（b）稳压二极管（c）发光二极管

（d）玻璃封装小电流二极管（e）稳压二极管（f）整流二极管+-+-+-晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性可以用方程表示，也可以用特性曲线来表示。

二极管的伏安特性曲线是指流过二极管的电流随加在二极管两端的电压变化的关系曲线。二极管的伏安特性曲线,可以用实验测得,伏安特性曲线分为正向特性、反向特性和击穿特性3部分。晶体二极管的伏安特性正向特性晶体二极管伏安特性曲线：正向特性oa段，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为导通电压或开启电压，用Uon表示。正向特性反向特性击穿特性导通电压晶体二极管的伏安特性正向特性开启电压与二极管的材料和工作温度有关，常温下硅管的Uon为0.5～0.6V；锗管Uon为0.1～0.2V。当外加电压超过Uon后，正向电流迅速增大，这时二极管处于正向导通状态，随着电压u的增加，电流i按照指数的规律增加，当电流较大时，电流随着电压的增加几乎直线上升。二极管导通后硅管的正向压降为0.6～0.8V（通常取0.7V），锗管的正向压降为0.2～0.3V（通常取0.2V），用UT表示。正向特性反向特性击穿特性导通电压晶体二极管的伏安特性反向特性反向电流在一定范围内基本不随反向电压的变化而变化，这个电流称为反向饱和电流，用IS表示。反向饱和电流IS很小，而且相同温度下，硅管比锗管的反向电流更小。IS随着温度升高迅速增大。正向特性反向特性击穿特性导通电压晶体二极管的伏安特性反向击穿特性在一定温度下，当二极管加的反向电压超过某一数值时，反向电流将急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。二极管击穿时的电压称为反向击穿电压，用UBR表示。二极管在正常使用时应避免出现反向击穿，管子击穿后并不一定损坏，只有在没有限流措施时，反向电流超过一定限度，才会烧毁，造成永久性损坏。正向特性反向特性击穿特性导通电压晶体二极管的伏安特性例题电路如图所示，US=2V，设二极管的导通电压UD=0.7V,则输出电压UO是多少？思考电源正负极互换？+UD-+-二极管的伏安特性是非线性的，因此二极管是非线性元件。注意：使用二极管时不论是硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，管子两端的电压降一般也不会超过1.5V。所以在使用二极管时电路中应该串联限流电阻，以免因电流过大而损坏管子。晶体二极管的伏安特性《电子技术基础》[常用半导体]目录本征半导体及杂质半导体PN结晶体二极管的伏安特性第一节第二节第三节晶体二极管的应用晶体三极管符号、结构、分类晶体三极管的伏安特性第四节第五节第六节晶体二极管的主要参数1．最大整流电流（IF）IF是二极管长期工作允许通过的最大正向平均电流，正常工作时ID<IF。2．最高反向工作电压（UR）UR允许加在二极管两端反向电压的最大值。一般情况下取UR为UBR（手册值UBR）的一半。3．反向电流（IR）IR是指二极管未击穿时的反向电流。IR越小，二极管单向导电性越好。主要参数晶体二极管的简单测量二极管的简单测试+-两次测量电阻小的那次黑表笔所接为二极管正极二次测得的正、反向电阻很小或接近于零管子已击穿正、反向电阻值均很大或接近于无穷大正、反向电阻值相差不大性能变坏或已失效管子内部已断路晶体二极管判断二极管的质量反向电阻值比正向电阻值大几百倍以上——性能好。《电子技术基础》[常用半导体]制作规范说明：字体及字号课程名称：微软雅黑，28号，青色，不加粗，右对齐知识点名称：华文中宋，48号，赭黄，加粗，右对齐主讲教师：微软雅黑，24号，青色，加粗，右对齐正文页左上角标题：微软雅黑，24号，加粗，深灰色，正文内页标题（目录）：“目录”二字，微软雅黑76号，黑色，加粗“第几部分”微软雅黑，24，不加粗，青色有阴影，色块内文字：微软雅黑，24，不加粗，白色正文：微软雅黑，20、18、16号，一般建议20号，最小不小于16号，深灰（依据文字多少自行选择）突出显示文字颜色：赭黄或浅黄行间距：建议1.5常用颜色色板白色黑色浅灰深灰深绿青绿浅绿赭绿青色赭黄浅黄备注：课件中的文字、绘制图形、线条等元素的颜色，尽量从色板中选择目录本征半导体及杂质半导体PN结晶体二极管的伏安特性第一节第二节第三节晶体二极管的应用晶体三极管符号、结构、分类晶体三极管的伏安特性第四节第五节第六节晶体三极管的符号、结构、分类半导体三极管也称晶体三极管，简称三极管，用VT表示。它采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅（或锗）片上掺杂形成3个区、2个PN结，并从3个区各引出一根导线，作为3个电极就组成一个三极管。由2个N区夹一个P区的三极管称为NPN型三极管；由2个P区夹一个N区的三极管称为PNP型三极管。三极管的结构

三极管有三个极；两个结；三个区。晶体三极管的符号、结构、分类NPN型三极管发射极箭头的方向向外；PNP型三极管发射极箭头的方向向内。发射极箭头的方向表示正常工作时发射极电流的方向。三极管的符号基区集电区发射区发射极基极集电极符号结构按半导体材料分按内部结构分按用途分硅管和锗管NPN型和PNP型放大管和开关管按工作频率分按功率分低频管和高频管小功率管、中功率管和大功率管晶体三极管的符号、结构、分类三极管的分类晶体三极管的符号、结构、分类常见的三极管实物图中功率三极管带阻尼三极管小功率三极管

贴片三极管贴片三极管

小功率三极管《电子技术基础》[常用半导体]制作规范说明：字体及字号课程名称：微软雅黑，28号，青色，不加粗，右对齐知识点名称：华文中宋，48号，赭黄，加粗，右对齐主讲教师：微软雅黑，24号，青色，加粗，右对齐正文页左上角标题：微软雅黑，24号，加粗，深灰色，正文内页标题（目录）：“目录”二字，微软雅黑76号，黑色，加粗“第几部分”微软雅黑，24，不加粗，青色有阴影，色块内文字：微软雅黑，24，不加粗，白色正文：微软雅黑，20、18、16号，一般建议20号，最小不小于16号，深灰（依据文字多少自行选择）突出显示文字颜色：赭黄或浅黄行间距：建议1.5常用颜色色板白色黑色浅灰深灰深绿青绿浅绿赭绿青色赭黄浅黄备注：课件中的文字、绘制图形、线条等元素的颜色，尽量从色板中选择目录本征半导体及杂质半导体