21二极管、晶体管的结构及特性

长春职业技术学院课程教案用纸教学环节教学内容备注组织教学引入新课新课新课新课新课新课新课新课小结师生互相问好、考勤大家在初中学习了电阻，电阻就是导体对电流的阻碍作用。而导体就是能够导电的物质，如铁、铝、铜等金属；不能导电的物质就是绝缘体，如干木头、黑板等。那么世界上有没有导电能力介于导体和绝缘体之间的物质呢？这就是今天我们要学习的内容——半导体一、半导体1、本征半导体纯净的半导体称为本征半导体。本征激发：我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。本征激发产生了电子－空穴对。2、杂质半导体1）N型半导体在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为N型半导体,在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。自由电子--多数载流子（简称多子）,空穴--少数载流子（简称少子）2）P型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如硼（或铟）等，就构成了P型半导体，在这种半导体中，自由电子数远小于空穴数，导电以空穴为主，故此类半导体亦称为空穴型半导体。4、PN结1）PN结的形成在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结。2）PN结的单向导电特性偏置电压：在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。（1)PN结正向偏置正向偏置：给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏),此时PN结处于正向导通状态。如上图所示。由于外加电场与内电场的方向相反,因而削弱了内电场,使PN结变窄,促进了多子的扩散运动。形成了较大的正向电流。（2)PN结反向偏置反向偏置：给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏)。只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。如上图所示。由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。在外电场的作用下,应当指出,少数载流子是由于热激发产生的,因而PN结的反向电流受温度影响很大。结论：PN结具有单向导电性。即加正向电压时导通,加反向电压时截止。二、二极管1、二极管的结构二极管的结构及在电路中的文字符号如图所示在图所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。2、二极管的伏安特性二极管伏安特性曲线正向特性：二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压。如上图中OA(OA′)段。死区电压：硅管约为0.5V,锗管约为0.1V当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。正向导通压降：硅管的正向导通压降约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~0.3V。如图4.8中AB(A′B′)段。二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。反向特性：二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见上图中OC（OC′）段。二极管的击穿特性反向击穿：二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压,用UBR表示,如C′D′)段。三、晶体管1．结构及图形符号三极管的核心是两个互相联系的PN结，按两个PN结的组合方式不同，可分为NPN型和PNP型两类，NPN型三极管的结构示意图如右图所示。三极管内部结构分为发射区、基区和集电区，引出电极分别为发射极e、基极b和集电极c。发射区与基区之间的PN结称为发射结，集电区与基区之间的PN结称为集电结。三极管的图形符号如下图：2．分类通常按以下方法进行分类：（1）按半导体制造材料不同，分为硅管和锗管。硅管受温度影响较小，工作稳定，因此在自动控制设备中常用硅管。（2）按三极管内部基本结构不同，分为NPN型和PNP型。目前我国制造的硅管多为NPN型。（3）按功率不同，分为小功率管和大功率管。耗散功率小于1W的为小功率管，耗散功率大于1W的为大功率管。（4）按用途不同，分为普通放大三极管和开关三极管。3、三极管的电流放大作用要使三极管能够正常放大信号，必须给管子的发射结加正向电压，集电结加反向电压。NPN型三极管工作时电源接线如下图所示电源Vcc通过R1为发射结提供正向电压，通过R2为集电极提供电压。要求R2阻值小于R1阻值，因此集电极电位高于基极电位，即集电结所加电压为反向电压。4、三极管的特性曲线我们以NPN型三极管共射极电路的特性曲线为例。输入特性是指当集电极与发射极之间的电压为某一常数时，输入回路中加在三极管基极与发射极之间的电压与基极电流之间的关系曲线。输出特性是在基极电流一定的情况下，三极管的输出回路中，集电极与发射极之间的电压与集电极电流之间的关系曲线。输入特性：输出特性：5、三极管的放大电路三极管放大电路如图24所示，用三个电流表分别测三极管的三个端口的电流，调节滑动变阻器可改变基极电流，用电流表可测得相应的、和的数值，将实测电流填入表1中。从实验数据可以得出以下两个重要结论：（1）三极管各极电流分配关系满足（2）三极管具有电流放大作用