第1章半导体器件

1、第二部分电子技术模拟电子技术半导体器件（第1章） 交流放大电路（第2章）集成运算放大器（第3章）电源技术（第4章）第1章半导体器件1.11.21.31.4 1.5 1.6半导体的基础知识半导体二极管硅稳压二极管半导体三极管绝缘栅型场效应管电力半导体器件 第1章 1. 11.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体将纯净的没有晶格缺陷的半导+4+4+4体单晶称征硅原子半导体。它是共价键结构。在热力学温度零度和没有外界+4+4+4价电子+4+4+4激发时,本征半导体不导电。本征半导体的共价键结构在常温下自由电子和空穴的形成+4+4+4复合+4+4+4空穴自由电子本征激发+4+4+4成对出现成对消失第

2、1章 1. 1在外电场作用下，自由电子和空穴均参与导电。空穴导电的实质是共价+4+4+4+4+4+4键中的电电子移动方向子依次填补空 穴形成电流。 故半导体中有 自由电子和空 穴两种载流子。空穴移动方向+4+4+4外电场方向1.1.2杂质半导体1. N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素， 如磷, 则形成N 型半导体。电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。+4+4+4正离子+4+5+4自由电子+4+4+42. P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素， 如硼，则形成P 型半导体。空穴是多数载流子, 电子是少数载流子。+4+4+4负离子+4+3+4空穴填补空位+4+4+4小结：半导体的

3、导电特性1. 半导体：纯净的、具有完整的晶格结构的半导体单晶2. 半导体的导电特性： 温度特性：T 10C 半导体的导电能力增加一倍 光照特性：有光照时，半导体的导电能力会增加 掺杂特性：掺入杂质，半导体的导电能力会大大增加3. 杂质半导体特性：两种载流子导电 与金属导体的导电特性的差别 N型半导体：多子 自由电子，少子 空穴 P型半导体：少子 自由电子，多子 空穴1.1.3PN 结的形成PN 结1.利用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成P型半导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处形成了一个PN 结。空间电荷区P 区N 区内电场方向在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，

4、空间电荷区的宽度基本上稳定下来。空间电荷区P 区N 区多子扩散内电场方向少子漂移2.PN 结的单向导电性a. 外加正向电压空区P区N区I内电场方向R外电场方向Eb. 外加反向电压多数载流子的扩散运动难于进行空间电荷区变宽P 区N 区IR内电场方向外电场方向REPN结加正向电压时:具有较大的正向扩散电流(多子扩散运动形成的扩散电流)， 呈现低电阻， PN结导通；PN结加反向电压时:具有很小的反向漂移电流(在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关， 所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。 )，呈现高电阻， PN结截止。结论：PN结具有单向导电性。1.2半

5、导体二极管1.2.1二极管的基本结构正极引线二氧化硅保护层正极引线触丝PN结N型锗支架外壳正极PN结负极负极引线负极引线二极管的符号面接触型二极管点接触型二极管P型区N型硅第1章 1.1.2.2二极管的伏安特性I / mAI / mA1284600反向特性正向特性正向特性400200100 4050 800.80.40反向击穿特性00.40.8U / VU / V0.10.2 0.1 0.2死区电压反向特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性表达式UT 温度电压当量，常温下UT = 26 mV 第1章 1. 21.2.3二极管的主要参数 最大整流电流 IF ：的最大正向平均电流 最高反向工作电压 UD

6、RM = (1/2 2/3) UBR 反向电流 IR：在给定电压下的反向电流I / mA外加正向电压：PN结导通结电阻很小，电流大外加反向电压：PN结截止结电阻很大，电流0UBRU / VIFIR理想二极管的等效电路UD+ID正向偏置(UD 0)DDI / mA反向偏置(UDU 时， u =U ；ioZZ0 0，UBC VB VENRBUBBUBE输入回路输出回路通常NPN型硅管的发射结电压PNP型锗管的发射结电压UBE= 0.6V 0.7V，UBE= 0.2V 0.3V。 第1章 1. 4三极管具有电流作用的外部条件:（1）发射结正向偏置； （2）集电结反向偏置。共发射极接法放大电路ICIC

7、RCRUUCCCIBCC+I+UCEPCN CBBNBUCEPR+PRBENEBUBEUBEUBBUBB对NPN 型管应满足：对PNP 型管应满足： UBE 0 即VC VB 0 ；UBC VB VE电子流向电源正极形成 IC集电区收集电子IC电源正极拉走电子，补充被复合的空穴,形成 IBC电子NPRBCRUCCBIBNUBB电子在基区扩散与复合发射区向基区扩散电子IEE电源负极向发射区补充电子形成发射极电流IE三极管的电流放大示意图 第1章 1. 4由于基区很薄，掺杂浓度又很小，电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量。所以有：IC IB所以说三极管具有电流DIC DIB同样有:作用, 也称之

8、为电流放大作用。电流关系ICRC+I直流电流放大系数CUCCBBICIBUCEb =+RBEUBE交流电流放大系数IEUb = DI CBBDI B1.4.3 三极管的特性曲线1. 三极管的输入特性IBIB = f (UBE)UCE = 常数U1VCEICRCIB+UCECUCCB+REB0UBEUIEBE死区电压UBB输入回路输出回路2.三极管的输出特性IC = f (UCE)I = 常数BICIB = 60AIB增加IB = 40AIB 减小IB = 20A0UCE三极管输出特性上的三个工作区域 临界饱 和线I/ mAC80 A放60 A大区40 A20AIB= 0 A0UCE /VU小I

9、C 小截止区CE饱 和 区3. 三极管的三个区对应三极管的三种工作状态三极管的放大区对应三极管的放大状态 (NPN型三极管)（1） 发射结正向偏置；（2） 集电结反向偏置。VC VB VE且 IC = b IB三极管的饱和区对应三极管的饱和状态发射结、集电结均正向偏置UCE =UCC - RCIC且ICS UC /RC即UCE UBEUCE 0IB增加时，IC基本不变，晶体管C、E 之间相当于短路= ICSIBSb三极管的截止区对应三极管的截止状态集电结、发射结均反向偏置IB= 0、IC 0、UCE UCC即UBE 0C、E之间相当于开路NPN型晶体管饱和状态（1）发射结正向偏置；+UCC（2

10、）集电结正向偏置。RCC即U UCEBE（1）IB增加时，IC基本不变 T且IC +UCC / RCBEUCE 0.3V（2）U 0.3VCE晶体管C、E之间相当于短路NPN型晶体管截止状态+UCC集电结、发射结均反向偏置，即UBE ICS = VCCbRbC截止反偏反偏0 VCC 0 第1章 1. 41.4.4 三极管的主要参数1. 电流放大系数(1) 直流电流放大系数(2) 交流电流放大系数ICb =b =IBD ICD IBIC = ICEO + b IBICM2. 穿透电流ICEO3. 集电极最大电流极限参数4. 集-射反向击穿电压 U(BR)CEO5. 集电极最大耗散功率PCM使用时

11、不超过!1.4.5 三极管的微变等效电路三极管在小信号(微变量)情况下工作时,可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线， 三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件三极管所组成的放大电路等效为一个线性电路。1. 三极管的微变等效电路在晶体管的输入特性曲线上，将工作点Q附近的工作段近似地看成直线， 当UCE为常数时，rUBE与rIB之比UCEIBDUBEubeQ=rbeIBQUCEUCErIBD IiBb称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe是一常数，由它确定ube 和ib之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。rUBEUBEQUBE

12、O 第1章 1. 4rbe是对交流而言的一个动态电阻。低频小功率晶体管输入电阻常用下式估算晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的平行直线，当UCE为常数时，rIC与rIB之比b = DIC= icIUCEUCEDICiBb即为晶体管的电流放大系数, 在小信号的条件下, bQrIICrICB是一常数，由它确定i 受icb的关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源 ic = b ib 等效代替。UCEUCE 第1章 1. 4全与横轴平行，当IB为常数时，晶体管的输出特性曲线rUCE与rIC之比= DUCE= ucerceIBIBDICicIC称为晶体管的输出电阻, 在小信号的条件下，ICr 也是一常数，在等效ce电路中与b ib并联。UCEUCErICQIBrUCE由以上分析可得出晶体管的微变等效电路icicBCC+ibB +b ibrcerbeibube-uce-