第三章：半导体器件基础

电路与电子技术主要内容：半导体基础知识半导体二极管晶体三极管第3章半导体器件基础第二篇模拟电子技术电路与电子技术第3章半导体器件基础电子信息系统的组成模拟电子电路数字电子电路传感器接收器隔离、滤波、放大运算、转换、比较功放模拟-数字混合电子电路模拟电子系统执行机构电路与电子技术第3章半导体器件基础第一节半导体基础知识一、基本概念半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的具有晶体结构的半导体。如硅、锗等。3.1.1杂质半导体一、N型半导体

在本征半导体硅或锗中掺入微量五价元素，如磷(称为杂质)等，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，空穴成为少数载流子，这种以电子导电为主的半导体称为N型半导体。+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电路与电子技术第3章半导体器件基础二、P型半导体+3+4+4+4+4+4硼原子空穴

在本征半导体硅或锗中掺入微量三价元素(如:硼)，则空穴的浓度大大增加，空穴成为多数载流子，自由电子成为少数载流子，这种以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。空穴数>

电子数空穴—

多子电子—

少子载流子数空穴数3.1.2PN结的形成及单向导电性PN结：P型半导体和N型交界处所形成的结。内电场P区N区电路与电子技术第3章半导体器件基础3.1.2PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)—forwardbiasP区N区内电场+

UR外电场外电场与内电场方向相反，削弱内电场使空间电荷区变窄IFIF

I多子限流电阻2.外加反向电压（反向偏置)

—reversebias

+UR内电场外电场外电场与内电场方向相同使内电场增强，空间电荷区变宽IRIR=I少子

0PN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。扩散运动加强形成正向电流IF漂移运动加强形成反向电流IRP区N区电路与电子技术第3章半导体器件基础第二节半导体二极管（SemiconductorDiode)3.2.1二极管的结构和符号构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：A(阳极)K(阴极)文字符号：Ｄ分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型电路与电子技术第3章半导体器件基础3.2.2二极管的伏安特性一、PN结的伏安特性方程即常温下:UT

=26mV反向饱和电流IR温度的电压当量玻尔兹曼常数电子电量当T=300（27C）分析：i

=0当正偏（u

＞0）时

i

≈ISeu/UTi

随u

按指数规律变化当反偏（u＜

0）时i≈-ISi

与u

无关当u=0时电路与电子技术第3章半导体器件基础二、二极管的伏安特性曲线OuD

/ViD

/mA正向特性Uon开启电压iD

=0Uon

=

0.5V

0.2V(硅管)(锗管)uDUon时D导通iD

急剧上升1.正向特性0uD

Uon时

UF

=0.60.8V硅管0.7V0.10.3V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿2.反向特性

uD

U（BR）

iD=-IS(反向饱和电流)

<0.1A(硅)

几十A

(锗)

3.反向击穿特性

uD

U（BR）反向电流急剧增大(反向击穿)导通电压电路与电子技术第3章半导体器件基础三、温度对二极管特性的影响T升高时，UF减小，IR增大UF以

22.5mV/C减小

IR以2IR

/10C增大604020–0.02O0.4–25–50iD

/mAuD/V20C90C[例1]

如图所示整流电路中，二极管D为理想二极管，已知输入电压ui为正弦波，试画出输出电压波形。例1题图电路与电子技术第3章半导体器件基础3.2.3特殊二极管1、伏安特性iZ

/mAuZ/VOUZ

IZmin

IZmaxUZIZIZ符号特性工作条件：反向击穿2、使用稳压管的注意事项（2）稳压管工作时的电流应在IZ和IZM之间。电路中必须串接限流电阻。（3）稳压管可以串联使用，串联后的稳压值为各管稳压值之和，但不能并联使用，以免因稳压管值的差异造成各管电流分配不均匀，引起管子过载损坏。（1）稳压管必须工作在反向偏置(利用正向特性稳压除外);一、稳压二极管

[例]：两个硅稳压管（8V和7.5V）相串联能得到几组值？[答案]：四组①

1.4V②8.2V

③8.7V

④15.5V

电路与电子技术第3章半导体器件基础二、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正偏一般工作电流几十mA，导通电压12V符号u/Vi

/mAO2特性2.主要用途发光、电光转换、构成光电耦合器件三、光敏二极管（光电二极管）1．符号和特性符号工作条件：反偏2.主要用途:光电转换5.2.4半导体二极管的主要参数

(自学)电路与电子技术第3章半导体器件基础第三节双极型三极管(BipolarJunctionTransistor)3.3.1三极管的结构一、结构与符号NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型ECBPPNEBCECBPNP型二、分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分高频管低频管按功率分小功率管<500mW中功率管500mW

1W大功率管>1W电路与电子技术第3章半导体器件基础3.3.2BJT的电流分配与放大原理一、BJT处于放大状态的工作条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏1.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极重点：共发射极电路以BJT的基极作为信号的输入端，集电极作为输出端，发射极作为输入和输出回路的公共端。NPN：UC＞UB＞UEPNP：UC＜UB＜UE电路与电子技术第3章半导体器件基础二、BJT的电流分配关系由此可看出IC>>IB，所以BJT是一种电流型控制器件。3.3.3BJT的共射特性曲线一、输入特性与二极管特性相似O特性基本重合特性右移导通电压UBE（on）Si

管:0.60.7VGe管:0.10.3V取0.7V取0.2V正常工作时Si管约0.5V，Ge管约0.2V输入回路输出回路RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++电路与电子技术第3章半导体器件基础二、输出特性在不同的

iB

值下，输出特性曲线是一族曲线。

1.

当UCE从零增大，iC直线上升iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAiB=0O24684321△IC△IB2.

当UCE≥1V后，iC基本保持定值已知工作在放大状态的三极管各脚电位:U1=-4V、U2

=-1.2V、U3=-1.4V判断该三极管的类型、材料及电极因为U1<U3<U2

且U3-U2=-0.2V所以该管为锗材料PNP三极管，①脚为c极，②脚为e极，③脚为b极

电路与电子技术第3章半导体器件基础三、BJT的三个工作区域iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321放大区截止区饱和区1.截止区：

IB0

的区域条件：两个结反偏2.放大区：条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔3.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：1)IC

IB2)临界饱和：3)深度饱和：UCE（SAT）=0.3V(硅管)UCE（SAT）=

0.1V(锗管)uCE

=uBEIBQ>IBS时三极管饱和uBE<

uon时三极管截止电路与电子技术第3章半导体器件基础3.3.4三极管的主要参数1.电流放大系数共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十

几百之间2.极间反向饱和电流CB间反向饱和电流

ICBOCE间反向饱和电流ICEO(穿透电流)电路与电子技术第3章半导体器件基础iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作