电工学教学课件：第14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2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414.1 半导体的导电特性半导体的导电特性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5共价健共价健 Si Si Si Si价电子价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6 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7下一页下一页返回返回上一页上

2、一页退出退出章目录章目录8本征半导体中，自由电子和空穴数量相本征半导体中，自由电子和空穴数量相同，且数量很少。温度越高，载流子的浓度同，且数量很少。温度越高，载流子的浓度越高，导电能力越强，故温度是影响半导体越高，导电能力越强，故温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。一大特点。半导体的导电方式半导体的导电方式自由电子的移动自由电子的移动空穴的移动空穴的移动半导体有两种载流子半导体有两种载流子自由电子自由电子空穴空穴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9 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下

3、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返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录10 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴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11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12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返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录13PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接

4、负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+RU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14+U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15 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+U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16结结 论论PN结具有单向导电性：结具有单向导电性：1. PN结结加正向电压加正向电压，有较大的正向，有较大的正向电流流过，称电流流过，称PN结结导通导通。2. PN结结加反向电压加反向电压，仅有很小的，仅有很小的反向电流，称反向电流，称

5、PN结结截止截止。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17PN结的反向击穿现象结的反向击穿现象反向电压太高时，内电场很强，少数载流子反向电压太高时，内电场很强，少数载流子穿过内电场时获得很大能量，它会把价电子穿过内电场时获得很大能量，它会把价电子碰撞出来，碰撞出来，使载流子猛增，反向电流，使载流子猛增，反向电流急剧增大，使发生急剧增大，使发生雪崩击穿雪崩击穿。若若PN结上的电场增加到某一数值时，强电场结上的电场增加到某一数值时，强电场可以直接把共价键中的价电子拉出来，发生可以直接把共价键中的价电子拉出来，发生齐纳击穿齐纳击穿。雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿齐纳击穿电击穿电击穿若若PN

6、结散热好，是可逆击穿结散热好，是可逆击穿温度升高，温度升高，PN结烧毁结烧毁热热击穿，是不可逆的。击穿，是不可逆的。PN结不能加上任意高的反向电压结不能加上任意高的反向电压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18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19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

7、面接触型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20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21反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录22二极管的等效电路二极管的等效电路1. 理想二极管的等效电路理想二极管的等效电路: 正向压降为正向压降为0，反向电流为，反向电流为0uDiDababuD 0 时时uDiD伏安特性伏安特性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232. 考虑正向压降考虑正向压降

8、UD时二极管的等效电路时二极管的等效电路: 正向压降正向压降UD：硅管取：硅管取0.7V，锗管取，锗管取0.3VuDiDababuD UD 时时UDuDiD伏安特性伏安特性UD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243. 考虑正向特性曲线的斜率时的等效电路考虑正向特性曲线的斜率时的等效电路:uDiDababuD UT 时时UTrddddIUr动态电阻：动态电阻：uDiD伏安特性伏安特性UTD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25*二极管的型号二极管的型号2AP1电极数电极数2：二极管：二极管3：三极管：三极管基片材料基片材料A：N型锗，型锗，B：P型锗型锗C：

9、N型硅，型硅，D：P型硅型硅表示用途表示用途P：普通管，：普通管，Z：整流管：整流管W：稳压管，：稳压管，K：开关管：开关管序号：序号不序号：序号不同，参数有差别同，参数有差别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26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27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28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29例例1：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

10、目录30例例2:mA43122D IBD16V12V3k 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31V 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32例例4：二极管的应用：二极管的应用：RRLuiuRuotttuiuRuoR和和C构成一个微分电路，构成一个微分电路，二极管起检波作用，去二极管起检波作用，去除正脉冲。除正脉冲。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33例例5：如图，二极管是理想的，已知：如图，二极管是理想的，已知：K10V,sin10RtesEseRDiDu12求下列情况下的求下列情况下的iD波形：波形：a

11、. E=10V; b. E=20V;c. E=5V; d. E=0V解：解：tEusin101212a. E=10V时时b. E=20V时时t10Vu12tiD1mAu12t20V10Vt2mAiD1mA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34tEusin1012EseRDiDu1212c. E=5V时时d. E=0V时时t 5Vu12 15VtiD0.5mA1.5mAt10Vu12tiD1mA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35二极管在其他方面的应用二极管在其他方面的应用1。二极管限幅电路：。二极管限幅电路：MF30型袖珍万用表表头电路型袖珍万用表表头电路

12、MFU1K D1D237.5 A2750 2CP11X2原理：正常工作时，表头原理：正常工作时，表头M仅需仅需0.103V电压，即可满电压，即可满刻度偏转。而刻度偏转。而2CP11在在0150mV内，正、反向电流几内，正、反向电流几乎为乎为0，相当于断开，不影响表头正常工作。，相当于断开，不影响表头正常工作。当使用不当时，如用电流挡或电阻挡去测电压，表头当使用不当时，如用电流挡或电阻挡去测电压，表头会因过流而烧毁，有二极管后，表头上的电压被限制会因过流而烧毁，有二极管后，表头上的电压被限制在在0.7V，有一定的保护作用。，有一定的保护作用。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3

13、62。续流二极管：。续流二极管：eLERLiLS开关开关S断开时，由于电流断开时，由于电流突变，突变，L两端产生很高的两端产生很高的感应电动势，危害极大。感应电动势，危害极大。为此，在线圈两端并联一为此，在线圈两端并联一个二极管个二极管D。正常工作时，正常工作时，D截止，对电路没有影响。截止，对电路没有影响。S断开断开时，时，D导通，线圈电流通过导通，线圈电流通过D续流而不致突变为续流而不致突变为0，从而使感应电动势不会太大。，从而使感应电动势不会太大。DdtdiLeL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37UZIZIZM UZ IZ_+UIO稳定电压稳定电压工作电流工作电流最

14、大电流最大电流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38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39ZZ 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40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CBECPP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41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42(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCENNPBCEPPNB下一页下一页返

15、回返回上一页上一页退出退出章目录章目录43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44晶体管的命名方法：晶体管的命名方法：3DG6表示电极数表示电极数2：二极管：二极管3：三极管：三极管表示材料表示材料A：PNP锗锗B：NPN锗锗C：PNP硅硅D：NPN硅硅表示管子类型表示管子类型X：低频小功率管：低频小功率管D：低频大功率管：低频大功率管G：高频小功率管：高频小功率管A：高频大功率管：高频大功率管序号：序号不同序号：序号不同参数有所不同参数有所不同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45EEBRBRC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46晶体管电

16、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页上一页退出退出章目录章目录47符合基尔霍夫定律符合基尔霍夫定律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48+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶体管；型晶体管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE 电流方向和发射结与集电结的极性电流方向和发射结与集电结的极性(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49BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO下一页

17、下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录50ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略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51 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

18、回返回上一页上一页退出退出章目录章目录52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53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54UCE对输入特性的影响：对输入特性的影响：(1) UCE=0时，集电结和发射结正时，集电结和发射结正向并联于向并联于B、E之间，曲线和之间，曲线和二极管正向伏安特性相似。二极管

19、正向伏安特性相似。BECIBIEICUBEUCE(2) UCE1V时，集电结加反向电压时，集电结加反向电压，此时注入基区的大部分电子，此时注入基区的大部分电子被吸收到集电极，形成被吸收到集电极，形成IC。故。故在相同的在相同的UBE下，下，IB要比要比UCE=0时小一些。所以曲线右移。时小一些。所以曲线右移。(3) UCE1V以后，以后，UCE的增加对曲线没有明显影响，的增加对曲线没有明显影响，因为所加反向电压已能把除与空穴复合以外的电因为所加反向电压已能把除与空穴复合以外的电子都吸收到集电极，故一般用这条曲线。子都吸收到集电极，故一般用这条曲线。如果在如果在B、E间直接加上过高的正向间直接加

20、上过高的正向电压，将使电压，将使IB过大而损坏晶体管。过大而损坏晶体管。注意注意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55常常数数 B)(CECIUfI 共发射极电路共发射极电路IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =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。+ICUCCIBRB+ UBE +UCE UBBCEB+_下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出

21、章目录章目录56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57IC/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，

22、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 = ICEO( (很小很小) )。(硅管硅管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58IC/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