二极管、三极管课件

半导体器件1半导体的基础知识，P型硅，N型硅2PN结及半导体二极管3特殊二极管4半导体三极管5场效应管1.1本征半导体现代电子学中，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。Si硅原子Ge锗原子§1半导体的基本知识化学元素周期表硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+41.2杂质半导体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。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子：电子，空穴N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）N型半导体多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSiP型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。硅或锗+少量硼P型半导体空穴P型半导体硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动2.1PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。§2PN结及半导体二极管P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。在半导体中由于浓度差别，多数载流子（多子）从浓度高向浓度低的区域移动，称扩散运动；形成扩散电流。少数载流子（少子）在内电场作用下，有规则的运动称为漂移运动；形成漂移电流。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。一、PN结正向偏置内电场外电场－－－－++++REPN+_内电场被削弱，扩散飘移，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流(正向电流）。2.PN结的单向导电性

空间电荷区变薄正向电流PN结处于导通状态PN结正向偏置的意思是：P区加正、N区加负电压。只允许一个方向的电流通过。形成正向电流，称正向导通。二、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场NP+_内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE空间电荷区变厚PN结处于截止状态反向电流PN结反向偏置的意思是：P区加负、N区加正电压。反向电流极小，称反向截止。2.3半导体二极管(1)基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号阳极阴极二极管主要参数最大整流电流：最大正向平均电流IOm；最大反向电压：最高反向工作电压URm；最大反向电流：IRm反映二极管的单向导通特性二极管的应用整流防反接限幅门电路……例1：二极管：死区电压=0.5V，正向压降=0.7V(硅二极管)理想二极管：死区电压=0，正向压降=0RLuiuOuiuott二极管半波整流3.其它类型二极管光电二极管光照影响反向电流，光强度高、反向电流大；发光二极管（LED）单管LED七段式数码管矩阵式LED显示屏稳压二极管稳压二极管IZmax+-稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线IZmin当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和

Izmin之间时,其两端电压近似为常数正向同二极管稳定电流稳定电压NPN型三极管三极管符号NPNCBEPNPCBEBECTBECTPNP型三极管CBENNP4.1基本结构、类型与符号§4半导体三极管(双极型晶体管）结构特点：发射极掺杂浓度最大；基区掺杂浓度最小，宽度最窄；集电极面积最大。以使晶体管具有放大作用。4.2电流分配和放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散形成

IEP。IEP进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN

，多数扩散到集电结边缘。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。IBNIENIB=IBN+IEPIBBECNNPEBRBECIEIEPIBNIENIB=IBN+IEPIB集电结反偏，使内电场增强，从发射区扩散到基区并到达集电结边缘的电子，在内电场的作用下，漂移进集电区，形成ICN。ICN集电结反偏，有少子发生漂移运动，形成极小的反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICN–ICBOIBN发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN

，大部分扩散到集电结边缘。基区空穴向发射区的扩散形成IEP。ICBO直流电流放大倍数PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场NP+_内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE空间电荷区变厚PN结处于截止状态反向电流PN结反向偏置的意思是：P区加负、N区加正电压。反向电流极小，称反向截止。B极C极ICBOICN集电结反偏，使内电场增强，从发射区扩散到基区并到达集电结边缘，数量极大的电子，在内电场的作用下，漂移进集电区，形成极大ICN。IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE

ICE与IBE之比称为电流放大倍数：要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。NPN型三极管PNP型三极管BECTIBIEICBECTICIBIE

三极管的电流方向和发射结与集电结所处的极性：＋＋＋＋4.3特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

实验电路一、输入特性曲线UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。输入特性曲线是指UCE为常数时，IB与UBE之间的关系曲线。即：二、输出特性曲线IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。输出特性曲线是指IB为常数时，IC与UCE之间的关系曲线。即：IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3V称为饱和区。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区：

UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：4.4主要参数1.电流放大倍数

和

在以后的计算中，一般作近似处理：=例：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。2.集-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。当集电结反偏时，集电区的空穴漂移到基区而形成的ICBO3.集-射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。4.集电极最大允许电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6.集电极最大允许功耗PCM集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE必定导致结温上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区三极管开关电路控制较大功率的LED开关§5场效应晶体管场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型MOS绝缘栅场效应管（N沟道）（1）结构PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝N