第10章半导体器件

1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电电 子子 技技 术术 基基 础础模拟部分模拟部分1014章章数字部分数字部分1517章章电路仿真第电路仿真第18章章下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录信号：信号：信息的载体，随时间变化的某种物理量。信息的载体，随时间变化的某种物理量。电 子 信 号信号信号:铃声铃声声信号，表示该上课了；声信号，表示该上课了； 红绿灯红绿灯光信号，指挥交通；光信号，指挥交通； 电视机天线接收的声音，图像信息电视机天线接收的声音，图像信息电信号；电信号； 信号信号按物理属性分为：电信号和非电信号。它们可以相互转按物理属性分为：电信号和非电信号

2、。它们可以相互转换。电信号容易产生，便于控制，易于处理。本课程仅讨论电换。电信号容易产生，便于控制，易于处理。本课程仅讨论电信号信号简称简称“信号信号”。电信号的基本形式电信号的基本形式：随时间变化的电压或电流。：随时间变化的电压或电流。描述信号的常用方法：描述信号的常用方法： （1）表示为时间的函数）表示为时间的函数 （2）信号的图形表示）信号的图形表示-波形波形下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录tV信号的波形：信号的波形：电 子 信 号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录v(t)=Vmsin(t+) / T=2/ =1/fVm2/ tV信号的数学表达式：信

3、号的数学表达式：电 子 信 号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录信号的频谱：信号的频谱：信号幅值随频率变化的分布。信号幅值随频率变化的分布。方波波形方波波形tV方波频谱方波频谱Vff03f05f0电 子 信 号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录信号幅度0t信号的频谱：信号的频谱：信号幅值随频率变化的分布。信号幅值随频率变化的分布。电 子 信 号方波波形方波波形下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录信号按时间和幅度是否连续分为：信号按时间和幅度是否连续分为：模拟信号：时间和数值都连续模拟信号：时间和数值都连续 数字信号：时间和数值不一定连续数字信

4、号：时间和数值不一定连续tV电 子 信 号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录信号按时间和幅度是否连续分为：信号按时间和幅度是否连续分为：模拟信号：时间和数值都连续模拟信号：时间和数值都连续 数字信号：时间和数值不一定连续数字信号：时间和数值不一定连续tV电 子 信 号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录10.1 半导体的基础知识半导体的基础知识下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子下一页下一页返回

5、返回上一页上一页退出退出章目录章目录 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 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N N型半导体型半导体 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半

6、导体或式，称为空穴半导体或 P型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si在在 中空穴是多中空穴是多数载流子，自由电子是少数数载流子，自由电子是少数载流子。载流子。B硼原子硼原子空穴空穴P P型半导体型半导体 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录PN结的形成结的形成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 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。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返回返回上一页上一页

7、退出退出章目录章目录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+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 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+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触

8、型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常见的二极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录我国半导体器件型号命名方法半导体器件的型号由五部分组成：半导体器件的型号由五部分组成：第一部分：用数字表示器件的电极数目第一部分：用数字表示器件的电极数目第二部分：用字母表示器件的材料和极性第二部分：用字母表示器件的材料和极性第三部分：用字母表示器件的类型

9、第三部分：用字母表示器件的类型第四部分：用数字表示器件的序号第四部分：用数字表示器件的序号第五部分：用字母表示规格号第五部分：用字母表示规格号下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管的型号2AP7的含义：的含义：N型锗材料普通二极管型锗材料普通二极管半导体器件的型号命名：半导体器件的型号命名：2AP7下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2CW56A的含义：的含义： N型硅材料稳压二极管型硅材料稳压二极管二极管的型号半导体器件的型号命名：半导体器件的型号命名：2 C W 56 A下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录反向击穿反向击穿电压电压U(BR

10、)反向特性反向特性UIPN+PN+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录定性分析：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，下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管的应用举例二极管的应用举例1：tttuiuRuoRRLuiuRuo下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例例2：D6V12V3k BAUAB+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例例3:mA43122D IB

11、D16V12V3k AD2UAB+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录V sin18itu t 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录UZIZIZM UZ IZ_+UIO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ZZ ZIUr下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录E=0E1E2E2 E1下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录晶体管的结构晶体管的结构(a)平面型；平面型； (b)合金型合金型BEP型硅型硅N型硅型硅二氧化碳保护膜二氧化碳保护膜铟球铟球N型锗型锗N型硅型硅CBEC

12、PP铟球铟球(a)(b)下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 1947年年12月月23日日 第一个晶体管第一个晶体管 NPN Ge晶体管晶体管 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录半导体三极管图片半导体三极管图片下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCENNPBCEPPNB下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录EEBRBRC下一页下一页返回返回上一页上一页退

13、出退出章目录章目录becNNPRb集电结反偏，集电结反偏，少子漂移形成少子漂移形成集电结反向饱集电结反向饱和电流和电流ICBOICBOEBRcEC发射结正偏，发射区发射结正偏，发射区电子向基区扩散，形电子向基区扩散，形成发射结电子扩散电成发射结电子扩散电流流IEN部分电子与基部分电子与基区的空穴复合区的空穴复合形成基区复合形成基区复合电流电流IBE,大多大多数电子扩散到数电子扩散到集电结边界集电结边界集电结反偏，集电结反偏，从基区扩散到从基区扩散到集电结边缘的集电结边缘的电子漂移过集电子漂移过集电结被集电区电结被集电区收集形成电流收集形成电流ICEICEIEN基区空穴扩散基区空穴扩散到发射区，

14、形到发射区，形成空穴扩散电成空穴扩散电流流IEP（值很小，（值很小，可忽略）可忽略）IEPIBEIEIEN下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3. 三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律ICEICIBBECNNPEBRBECIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略IE下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录晶体管电流放大的实验电路晶体管电流放大的实验电路mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100下一页下一页返回返回上一

15、页上一页退出退出章目录章目录IB(mA)mAmA0608705010723618符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。变化的特性称为晶体管的电流放大作用。 实质实质: 用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是的变化，是CCCS器件器件。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶体管；型晶体管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE 电流方向和发射结

16、与集电结的极性电流方向和发射结与集电结的极性(4) 要使晶体管起放大作用，发射结必须正向要使晶体管起放大作用，发射结必须正向 偏置，集电结必须反向偏置。偏置，集电结必须反向偏置。(b) PNP 型晶体管型晶体管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 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返回返回上一页上一页退

17、出退出章目录章目录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实验实验mA AVVICECIBRB+UBE +UCE EBCEB3DG100下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常常数数 CE)(BEBUUfI3DG100晶体管的晶体管的输入特性曲线输入特性曲线O0.40.8IB/ AUBE/VUCE1V60402080下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常常数数 B)(CECIUfI 共发射极电路共发射极电路ICEC=UCCIBRB+ UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 12

18、42.31.5321IB =03DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线 在不同的在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管下，可得出不同的曲线，所以晶体管的的输出特性曲线输出特性曲线是一组曲线。是一组曲线。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录常常数数 B)(CECIUfI 晶体管有三种工作状态，因而晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线输出特性曲线分为分为三个工作区三个工作区3DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0对对 NPN 型管型

19、管而言而言, 应使应使 UBE 0, UBC UBE。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0对对NPN型硅管，当型硅管，当UBE0.5V时时, 即已即已开始截止开始截止, 为使晶体为使晶体管可靠截止管可靠截止 , 常使常使 UBE 0。截止时截止时, 集集电结也处于反向偏电结也处于反向偏置置( (UBC 0),),此时此时, IC 0, UCE UCC 。IB = 0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。IB = 0 时时, IC = ICE

20、O( (很小很小) )。(ICEO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0 IC UCC/RC 。 当当 UCE 0) )，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录晶体管三种工作状态的电压和电流晶体管三种工作状态的电压和电流(a)放大放大+ UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB = 0+ UCE UCC UBC 0 IB+ UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 当晶体管饱和

21、时，当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。作用外，还有开关作用。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 0 0.1 0.5 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3硅管硅管( (NPN) )锗管锗管( (PNP) ) 可靠截止可靠截止开始截止

22、开始截止 UBE/V UBE/VUCE/V UBE/V 截截 止止 放大放大 饱和饱和 工工 作作 状状 态态 管管 型型晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例：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？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 下一页下一页返回返回上一

23、页上一页退出退出章目录章目录例：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？IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：时：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录USB =5V时时:例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，

24、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？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。mA061070705.RUUIBBESBBcmaxBII5mA0 .3mA061.050mA2cmaxcII下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 BCII_ BCII 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例：在例：在UCE= 6 V时，时， 在在 Q1 点点IB=40 A, IC=1.5mA； 在在 Q2 点点IB=60 A, IC=2.3mA, ， 关系关系537

25、04051.IIBC 400400605132BC .II 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ICBO A+EC AICEOIB=0+ 一般希望一般希望 ICEO尽量小，小功率硅管的尽量小，小功率硅管的ICEO在几在几微安以下，小功率锗管的微安以下，小功率锗管的ICEO约几十微安约几十微安下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ICMU(BR)CEOICUCEO安全工作区安全工作区下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3DG201的含义？的含义？NPN型硅材料型硅材料高频小功率管高频小功率管三 极 管 的 型 号半导体器件的型号命名法：半导体器件的型号命名法：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3DD15D的含义？的含义？NPN型硅材料型硅材料低频大功率管低频大功率管三 极 管 的 型 号半导体器件的型号命名法：半导体器件的型号命名法：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录三 极 管 的 型 号2 S C 945 A 的含义？的含义？2：三极管：三极管1：二极管：二极管注册登注册登记号记号A： PNP高频管高频管B： PNP低频管低频管C： NPN高频管高频管D： NP