电工电子技术教学课件：半导体二极管和三极管

1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第一节第一节 半导体的导电特性半导体的导电特性一、物质的导电性一、物质的导电性 自然界中的物质按照导电能力可分为导体、绝自然界中的物质按照导电能力可分为导体、绝缘体与半导体。缘体与半导体。导导 体体：导电能力良好的物体，如银、铜、铁等。：导电能力良好的物体，如银、铜、铁等。 绝缘体绝缘体：不能导电或导电能力很差的物体，如：不能导电或导电能力很差的物体，如橡胶、陶瓷、玻璃、塑料等。橡胶、陶瓷、玻璃、塑料等。 半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。：导电性能介于导体和绝缘

2、体之间的物体。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 典型的元素半导体有典型的元素半导体有硅硅Si和和锗锗Ge ，此外，还，此外，还有化合物半导体有化合物半导体砷化镓砷化镓GaAs等。等。sisi硅原子硅原子Ge锗原子锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的硅和锗最外层轨道上的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造

3、半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为常称为“九个九个9”。在绝对温度在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由自由电子电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。近绝缘体。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 Si Si Si Si价电子价电子本征激发（热激发）本征激发（热激发）空穴空穴自由电子自由电子下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页两种载

4、流子本征激发空穴的移动两种载流子本征激发空穴的移动下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 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总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 因三价杂质原子在与硅因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中一个价电子而在共价键中留下一个空穴。留下一个空穴。 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页思考题：下一页下一页总目

5、录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。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总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区由杂质离子形成空间电

6、荷区 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页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+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 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+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高

7、电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论： PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平点接触型、面接触型和平面型面型三大类。三大类。(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电结面积小，结电容小，用于检波和变频等容小，用于检波和变频等高频电路。高频电路。(a)(a)点接触型点接

8、触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(3) 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造往往用于集成电路制造工艺中。工艺中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于结面积大，用于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线阳极阳极引线引线PNP 型支持衬底型支持衬底(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号(d) 代表符号代表符号k 阴极阴极阳极阳极 a下一页下一

9、页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页半导体二极管图片下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页定性分析：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，下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页整流电路

10、整流电路（a）电路图）电路图 （b）vs和和vO的波形的波形下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例1：D6V12V3k BAUAB+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页V sin18itu t 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页UZIZIZM UZ IZ_+UIO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页稳压二极管稳压二极管3. 稳压电路稳压电路+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常稳

11、压时正常稳压时 VO =VZ下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页ZZ ZIUr下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页光电子器件光电子器件1. 光电二极管光电二极管 （a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页光电子器件光电子器件2. 2. 发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页一般在几个微米一

12、般在几个微米至几十个微米至几十个微米管芯结构剖面图管芯结构剖面图下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页EEBRBRC下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页4. 三

13、极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 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

14、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总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页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ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOvCE = 0VvCE 1V下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页O下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 BCII_ BCII 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页53704051BC.II 400400605132B