电路与模拟电子技术基础课件 第5章 半导体器件基础

电子技术基础ElectronicTechnologyFundamentals单元导学5.1半导体本征半导体

物质的导电性能是由原子结构决定的。金属等导体的原子最外层电子较少，他们很容易摆脱原子核的束缚成为自由电子，在外加电压时做定向移动，形成电流。橡胶等绝缘体的最外层电子则很难挣脱原子核的束缚，很少成为自由电子，不能形成电流。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料为硅（Si）和锗（Ge）纯净的硅和锗材料被称为本征半导体5.1半导体电子空穴对载流子：能够移动的自由电子和空穴都是导电的载体，称为载流子。热激发产生自由电子和空穴电子和空穴可能重新结合而成对消失，称为复合杂质半导体在本征半导体中掺入少量杂质，其导电性能就会发生显著变化。P型半导体N型半导体在本征半导体中掺加少量的三价元素杂质，如硼、铟等，就形成P型半导体在本征半导体中掺加少量的五价元素杂质，如磷、砷等，就形成N型半导体5.1半导体

P型半导体，空穴为多子，自由电子为少子N型半导体，自由电子为多子，空穴为少子5.1半导体思考题：空穴是电子离开后留下的位置，本质上还是电子移动形成的，为什么说空穴是移动的？它和自由电子的移动所形成的电流有什么区别？5.1半导体5.2PN结PN结的形成过程

多子扩散产生内电场促使少子漂移，阻止多子扩散扩散与漂移达到动态平衡

形成宽度一定的PN结无外电场时，空间电荷区有一定的电位差，载流子很少，电流几乎为零空间电荷区电位差大小与材料有关，硅大约为0.5~0.7V，锗大约为0.2~0.3V。5.2PN结PN结的单向导电特性

PN结外加正向电压：扩散作用增强，漂移作用减弱，PN结变窄，电流较大5.2PN结PN结外加反向电压：扩散作用减弱，漂移作用增强，PN结变宽，几乎没有电流。5.2PN结PN结伏安特性PN结具有“正向导通，反向截止”特性5.2PN结5.3半导体二极管

二极管伏安特性5.3半导体二极管二极管的等效模型5.3半导体二极管

理想模型恒压降模型【例5.1】电路如图所示。当开关打开和闭合时，分别计算二极管为理想二极管和恒压降模型时输出电压Uo的值。[解]开关打开时，二极管导通，理想二极管时Uo=5V，恒压降模型时Uo=4.3V。

开关闭合时，二极管截止，两种情况下都有Uo=8V。5.3半导体二极管二极管的分类稳压二极管加在稳压管两端的反向电压超过击穿电压的阈值时，反向电压稍一变化，反向电流的变化就非常大。反过来，稳压管一旦处于击穿状态，反向电流不管怎么变化，其两端电压值的变化几乎可以忽略，这就是稳压二极管的稳压原理。5.3半导体二极管光敏二极管反向电流随光照强度而变化

5.3半导体二极管发光二极管

发光二极管的发光颜色取决于所用材料，目前有红、绿、黄、橙、蓝等颜色。发光二极管的特性和普通二极管差不多，但是开启电压比普通二极管大，一般在1.6~2V。正向电流越大，发光越强。5.3半导体二极管二极管的典型应用整流电路利用二极管的单向导电性将交流电转换为直流电。

5.3半导体二极管半波整流电路

5.3半导体二极管全波整流电路限幅电路

5.3半导体二极管稳压电路【例5-2】如图所示，输入电压Ui=15V，稳压管的稳定电压Uz=8V，R=5Ω，RL=10Ω，求负载电压UL；当RL=5Ω时，UL又是多少？

5.3半导体二极管5.4晶体管NPN型PNP型并不是两个普通的PN结靠在一起就可以形成晶体管，而是要满足如下条件：①

发射区掺杂浓度远大于集电区掺杂浓度，集电区掺杂浓度大于基区掺杂浓度。②基区很薄，一般只有几微米。5.4晶体管晶体管的放大作用发射结加正向电压，即发射极（P区）接电压正极，基极（N区）接电压负极；集电结加反向电压，即集电极接电压正极，基极接电压负极。共基极共集电极5.4晶体管电流放大原理自由电子扩散到基区后，由于基区很薄，只有一小部分电子会沿着基极和发射极间的回路运动，形成基极电流iB。更多的自由电子扩散到集电结附近。而集电结加的是反向电压，扩散过来的自由电子被该电场强烈吸引而漂移至集电极，形成较大的集电极电流iC。5.4晶体管发射结加正向电压后，发射区的多子自由电子就要向基区扩散，基区的多子空穴也向发射区扩散，但发射区的面积和浓度都远远大于基区，因此基区的多子扩散作用可以忽略，主要由发射区的自由电子扩散而形成较大的发射极电流iE。iE=iB+iCiC=βiB

晶体管对于电流的放大作用，其本质是控制，即较小的基极电流iB控制较大的iC或iE。产生一个微弱的iB电流，改变iB的大小，输出端的iC和iE就会相应的改变。这种通过一个量的变化来控制另外一个或多个量的思想，是设计许多控制电路和其它控制系统的重要思想。5.4晶体管思考题：PNP型晶体管对于电流的放大作用和NPN型是相同的。要使发射结正偏和集电结反偏，外加电压应怎样接？电流的方向如何？5.4晶体管晶体管的特性曲线5.4晶体管输入特性曲线输出特性曲线5.4晶体管输入特性曲线输出特性曲线

晶体管只有加上正向偏置的uBE和反向偏置的uCE，才能发挥放大作用，处于放大区。除此之外，晶体管还有饱和状态和截止状态。

当uBE和uCE都是正偏且uCE不大时，uCE增大一点点，uCE由正偏向反偏转变，此时uCE略微增大，收集的集电结边界的电子就可大大增加，iC迅速增大。此时iC的输出不受iB的控制，虽然晶体管有电流流通，但iC和iB的放大关系不再满足iC=βiB，晶体管处于饱和状态。当iB为接近于0时，iC也接近于0，此时晶体管属于截止状态。5.4晶体管晶体管的主要参数电流放大系数

极限参数极间反向电流集电极最大允许电流ICM反向击穿电