电工学半导体器件

1、海南风光10.1半导体的基础知识，半导体的基础知识，P型硅，型硅，N型硅型硅10.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管10.3 稳压二极管稳压二极管10.4 三极管三极管第第10章章 半导体器件半导体器件中国矿业大学（北京）信息所中国矿业大学（北京）信息所 模拟电路：研究输出与输入信号之间的模拟电路：研究输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系。大小、相位、失真等方面的关系。 基本电路元件基本电路元件：晶体管、场效应管、集：晶体管、场效应管、集成运算放大器。成运算放大器。 基本模拟电路基本模拟电路：信号放大及运算（信号：信号放大及运算（信号放大、功率放大）、信号处理（采样保放大、功

2、率放大）、信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波）、信号发生持、电压比较、有源滤波）、信号发生（正（正 弦弦 波发生器、三角波发生器等）。波发生器、三角波发生器等）。 研究方法研究方法：建立等效模型，近似计算。：建立等效模型，近似计算。10.1.1 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，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。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子10.1 半导体的基本知识半导体的基本知识硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除

3、去价电子去价电子后的原子后的原子完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征本征半导体半导体。本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。10.1.2杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。就会使半导体的导电性能发生显著变化。N型半导体型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）（主要载流子为空穴，空穴半导体）N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示Si

4、PSiSi硅或锗硅或锗 +少量磷少量磷 N型半导体型半导体空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动可以移动硅或锗硅或锗 +少量硼少量硼 P型半导体型半导体杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体10.2.1 PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型型半导体和半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了在它们的交界面处就形成了PN结。结。1

5、0.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和

6、漂所以扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动，没有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。10.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是： P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。 PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是： P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。PN结正向偏置结正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，内电场减弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间

7、电荷区变薄空间电荷区变薄PN+_正向电流正向电流PN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_+内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小， A级级10.2.3 半导体二极管半导体二极管(1)、基本结构、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号符号阳极阳极阴极阴极(2)、伏安特性、伏安特性UI导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,

8、锗管锗管0.2V。UIE+-反向漏电流反向漏电流（很小，（很小， A级）级）（3）静态电阻）静态电阻Rd ，动态电阻，动态电阻 rDUQIQUS+-R静态工作点静态工作点Q（UQ ，IQ ）（3）静态电阻）静态电阻Rd ，动态电阻，动态电阻 rD静态电阻静态电阻 ：Rd=UQ/IQ （非线性）（非线性）动态电阻：动态电阻： rD = UQ/ IQ在工作点在工作点Q附近，动态电附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为阻又称为微变等效电阻微变等效电阻iuIQUQQ IQ UQ例例1：二极管：死区电压：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极

9、管) 理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 RLuiuOuiuott二极管半波整流二极管半波整流例例2：二极管的应用：二极管的应用(设设RC时间常数很小）时间常数很小）RRLuiuRuotttuiuRuoC1.1.电路分析电路分析例例1 1：求VDD=10V时，二极管的 电流ID、电压VD 值。解解1 1：正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为。解解2 2：mAKVVRVVIDDDD93. 0107 . 010VVD0mAKVRVIDDD11010VVD7 . 0返回VRVmvit0Vi VR时，二极管导通，vo=vi。ViV1时，D

10、1导通、D2截止，Vo=V1。ViV2时，D2导通、D1截止，Vo=V2。V2Vi 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。ViIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。此区域中此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBEIC 。BE结正偏，结正偏，BC结正偏结正偏 ，即，即UCE UBE （UCE 0.3V ，UBE 0.7V） (3) 截止区截止区 UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0（ ICEO穿透电流，很小，穿透电流，很小， A 级）级） 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？USB =-2V， IB=0 ， IC=0，Q位于截止区位于截止区 USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA IC= IB =50 0.019=0.95 mA ICS =2 mA ， Q位于饱位于饱和区和区(实际上，此时实际上，此