电工学-第8章半导体基础

第8章半导体基础8.1半导体的基础知识8.2半导体二极管8.3稳压二极管8.4双极型晶体管电工电子教学部教学要求1.了解半导体二极管的基本类型、伏安特性和主要参数；2.理解单相桥式整流电路和有滤波作用的整流电路；3.了解稳压二极管的主要特性及其稳压电路；4*.了解晶闸管的基本性能及其主要应用。5.了解双极型晶体管的基本类型、特性曲线和主要参数；理解晶体管的三种工作状态。6*.了解MOS场效应管的基本类型、工作原理和特性曲线。7.了解集成电路的发展概况和特点。理解模拟电路和数字电路的区别。电工电子教学部8.1半导体的基础知识导体、半导体、绝缘体。物质按导电能力划分：半导体的导电性能：一、本征半导体

1.什么是本征半导体

是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。电工电子教学部物质的导电能力取决于？？？金属为何导电能力强？？？非金属金属为何不导电？？？<4

金

非金>4电工电子教学部=4

半导体电工电子教学部sisisisisi电工电子教学部sisisisisi在绝对零度时无自由电子不能参与导电电工电子教学部sisisisisi在温度（或光照）→价电子获得能量：电工电子教学部sisi+4sisi成为自由电子可导电电工电子教学部sisi+4sisi空穴整体带1个单位正电荷电工电子教学部sisi+4sisi电工电子教学部sisi+4sisi带正电，能自由移动。空穴也可导电。电工电子教学部sisi+4sisi自由电子和空穴成对出现数目与温度有关电工电子教学部sisi+4sisi能量激发产生的数目很少。本征半导体常温不能导电。电工电子教学部2.本征半导体的导电特性在绝对零度时，不导电。温度（或光照）→价电子获得能量：本征激发产生自由电子和空穴对。自由电子和空穴均参与导电，

统称为载流子。温度→载流子的浓度→导电能力。本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。电工电子教学部二、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。(1)掺入五价的杂质元素称这种杂质半导体为

N型半导体。(2)掺入三价的杂质元素称这种杂质半导体为

P型半导体。电工电子教学部PsisisisiN型电工电子教学部PsisisisiN型电工电子教学部PsisisisiN型产生自由电子电工电子教学部5sisisisiN型产生自由电子整体带1正电不能自由移动电工电子教学部每参入一个P原子就会产生一个自由电子同时伴随产生一个正离子随着参杂浓度的提高……..电工电子教学部

N型半导体示意图

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋电工电子教学部

N型半导体中有无空穴？是否带负电？＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋电工电子教学部3sisisisiP型电工电子教学部3sisisisiP型空位空穴电工电子教学部3sisisisiP型整体带1负电空穴电工电子教学部每参入一个硼原子就会产生一个空穴同时伴随产生一个负离子随着参杂浓度的提高……..电工电子教学部

P型半导体

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－电工电子教学部三、PN结1.PN结的形成扩散运动＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

扩散运动：多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。电工电子教学部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－内电场PN结多数载流子的扩散运动继续进行，使PN结加宽，内电场增强。内电场越强，多数载流子的运动越难以进行。内电场越强，少数载流子的运动越易于进行。电工电子教学部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋漂移运动：少数载流子在内电场作用下的运动。漂移运动使PN结变薄，内电场削弱。内电场削弱，又有利于多数载流子的扩散运动，而不利于少数载流子的漂移运动。漂移运动电工电子教学部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运动达到动态平衡——平衡的PN结。内电场电工电子教学部PN结的形成。电工电子教学部2.PN结的特性(1)正向偏置ＰNR外电场正向导通I+

-

内电场电工电子教学部(2)反向偏置RＰN外电场反向截止I≈0

结论：加正向电压→导通加反向电压→截止PN结具有单向导电性。电工电子教学部8.2半导体二极管一、普通二极管

ＰN阳极阴极(1)按结构分类

点接触型、面接触型。(2)按材料分类硅管、锗管。(3)按用途不同分类普通管、整流管、开关管等。1.基本结构阴极阳极电工电子教学部U/VI/mA

O二、伏安特性

反向特性正向特性死区死区电压Uth

：

硅管0.5V

锗管

0.2V

导通压降UD

：硅管0.6~0.7V

锗管0.2~0.3V

UDUBRIR(1)实际特性

锗管

硅管电工电子教学部U/VI/mA

OI*R+U=ERED

5V1KI

U

+

-电工电子教学部UD(2)近似特性UI

OUI

O(3)理想特性3.主要参数(1)额定正向平均电流（最大整流电流）IFm

(2)正向压降UF(3)最高反向工作电压

URm

一般规定为反向击穿电压的1/2或1/3。(4)最大反向电流IRm

(5)最高工作频率

电工电子教学部UD

近似特性UI

O正向导通：UD=常数反向截止：ID=0开路电工电子教学部理想特性正向导通：UD=0短路反向截止：ID=0开路UI

O电工电子教学部UD

近似特性UI

O正向导通：UD=常数反向截止：ID=0开路RED

5V1KI

U

+

-电工电子教学部理想特性正向导通：UD=0短路反向截止：ID=0开路UI

ORED

5V1KI

U

+

-电工电子教学部二极管的应用举例单向导电性电工电子教学部二极管的应用举例恒压特性电工电子教学部二极管的应用举例二极管的限幅电工电子教学部二极管的应用举例二极管的钳位电工电子教学部

整流电路u2正半周，D1

和D3

导通，uO=u2；u1D4D2D1D3RLuou2+－+－+－aTb电流通路：a→D1→RL→D3→b。负载电阻RL上得到一个半波电压0～π段u2正半周时电工电子教学部u2

负半周，D2

和D4

导通，uO=－u2

；+－+－+－aTbu1D4D2D1D3RLuou2u2负半周时电流通路：b→D2→RL→D4→a负载电阻RL上也得到一个半波电压π

～2π段电工电子教学部一、稳压二极管又称为齐纳二极管。为面结型硅二极管。反向特性正向特性特点：①反向击穿电压小；②反向击穿特性陡。击穿电压UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

8.6稳压二极管电工电子教学部稳压二极管的应用

RDZ

＋Ui－＋UO－反向击穿用

电工电子教学部稳压二极管的分析

RDZ

＋Ui－＋UO－UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

正向用：同普通二极管

恒压：Ud=常数

理想：短路电工电子教学部稳压二极管的分析

RDZ

＋Ui－＋UO－UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

反向用：

未击穿：开路

击穿：＋U=Uz

－电工电子教学部稳压二极管的分析

电工电子教学部稳压二极管的分析

电工电子教学部稳压二极管的分析

电工电子教学部稳压二极管的分析

电工电子教学部

[解](1)Ui＝10V时DZ反向击穿稳压：UO=UZ=5V。

(2)Ui

=3V时DZ反向截止：UO=Ui

=3V。

(3)Ui

=－5V时DZ正向导通：UO=0V。

(4)ui

=10sin

tV时当0＜ui＜5V时，DZ反向截止：UO=Ui

=10sin

tV。

当ui＞5V时，DZ反向击穿稳压：

[例8.6.1]

如图所示电路，设UZ=

5V，正向压降忽略不计。当直流输入Ui

=10V、3V、－5V时，Uo=？当输入为交流ui

=10sin

tV时，分析uO的波形。RDZ

＋Ui－＋UO－5

tuO/VO23UO=UZ=5V。当ui＜0V时，DZ正向导通：UO