电工学第章半导体器件

第7章半导体器件7.1半导体的基本知识7.2半导体二极管7.3半导体三极管分析与思考教学基本要求练习题返回主页教学基本要求1.了解半导体的基本知识。

2.了解半导体二极管的基本类型、伏安特性和主要参数，了解二极管的整流作用、钳位作用和限幅作用。

3.了解三极管的工作原理、特性和参数。

返回（三）PN结(1)PN结的形成flash1多数载流子的浓度差多数载流子扩散空间电荷区少数载流子漂移……扩散=漂移稳定的空间电荷区即PN结或耗尽层下一节上一页下一页返回动画内电场半导体器件的基础(2)PN结的单向导电性

（a）PN结外加正向电压PN结正偏PN结正向导通外电场与内电场方向相反利于扩散扩散>漂移PN结变窄外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流IF下一节上一页下一页返回

动画（b）PN结外加反向电压PN结反偏PN结反向截止外电场与内电场方向相同利于漂移漂移>扩散PN结变厚外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流IR

下一节上一页下一页返回动画◆

结论：加正向电压→导通加反向电压→截止单方向导电性下一节上一页下一页返回

7.2半导体二极管（一）基本结构按材料分硅管锗管按PN结分点接触型面接触型按用途分普通管整流管……PN阳极阴极下一节上一页下一页返回上一节两层半导体一个PN结（二）伏安特性：二极管电流与电压之间的关系UIOUDUIOUIOAABB硅锗1、正向特性：死区（OA段）:硅管约0.5V，锗管约0.1V；正向导通区:硅管约0.7V，锗管约0.3V温度增加，曲线左移2、反向特性：截止区（OB段）:I近似为0；击穿区:管子被击穿半导体二极管的伏安特性(a)近似特性(b)理想特性温度增加，曲线下移下一节上一页下一页返回上一节（三）主要参数(1)IF：最大整流电流(2)UR：最高反向工作电压(3)IRm：最大反向电流以上各值是选择二极管的依据。下一节上一页下一页返回上一节二极管的单向导电性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。

3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。下一节上一页下一页返回上一节二极管电路分析：先判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V若V阳>V阴或

UD为正，二极管导通若V阳<V阴或

UD为负，二极管截止

若二极管是理想的，正向导通时管压降为零，反向截止时相当于开路。

分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。下一节上一页下一页返回上一节（四）主要应用整流、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui>8V，二极管导通，可看作短路

uo=8V

ui<8V，二极管截止，可看作开路

uo=ui已知：

二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例1：ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––下一节上一页下一页返回上一节

二极管起限幅作用电路如图，求：UABV阳=－6VV阴

=－12VV阳>V阴

二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V否则，

UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例2：

取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。D6V12V3kBAUAB+–下一节上一页下一页返回上一节

二极管起钳位作用两个二极管的阴极接在一起取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2优先导通，钳位，使

D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB

=0V例3:流过D2

的电流为求：UABD2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–下一节上一页下一页返回上一节例4:+6VRDAVAVBVYDB当VA=3V，VB=0V时，分析输出端的电位VY。理想二极管：VY=VB=0V∵

UDB>UDA

∴DB优先导通，DA截止。锗二极管：VY=VB+UD=0.3V硅二极管：VY=VB+UD=0.7V-6VRDAVAVBVYDB∵

UDA>UDB

∴DA优先导通，DB截止。理想二极管：VY=VA=3V锗二极管：VY=VA

-

UD=2.7V硅二极管：VY=VA-

UD=2.3V下一节上一页下一页返回上一节用以前的限幅flash下一棕节上一绵页下一摸页返鸭回上一堪节例5当Us分别恢为2头V、4笑V，而ui分别锣为3立V、3返V时，寺试画伶出uo的波烧形。(2班)主要烛特点其：(a他)正向著特性茧同普标通二六极管(b农)反向孔特性较大如的鄙I较小箱的U工作删在反壤向击犁穿状琴态。在一掘定范匠围内嘉，反唐向击舅穿扑具有颈可逆但性。（四案）特殊跟二极却管1、稳井压二仪极管(1山)结构锻：面接僚触型旷硅二狭极管U/VIzminIzmaxI/mAUz0上一杏页下一共页返谷回下一崖节上一疏节(a景)图形墨符号(b祸)伏安层特性（3）主征要参锋数稳定俘电压兔：Uz最大拌稳定海电流芒：Izm番ax最大鸭耗散弯功率帝：Pzm=UzIzm嫩ax动态转电阻时：rz电压恢温度炊系数例稳压谊二极藏管的蓝稳定燃电压UZ=搂5V，正疗向压吴降忽柔略不移计。踢当输惑入电助压Ui分别串为届直流10足V、3孟V、-5辆V时，稍求输管出电习压UO；若ui=淘10犹si处nωtV，试画炮出uo的波俱形。ui10VDZRuoui++––解：Ui=昨10革V：DZ工作佩在反搬向击适穿区瞒，稳韵压，UO=UZ=桨5VUi=恼3V：DZ反向邪截止蹈，UO=Ui=蛙3VUi=泛-5杨V：DZ工作星在正铁向导堡通状梁态，UO=小0Vui=凝10酿si叠nωtV：ui正半闹周，肠当ui>UZ，DZ反向挤击穿俭，uO=堡5V当ui<UZ，DZ反向减截止穴，uO=uiui负半疮周，DZ正向请导通存，uO=皮0V5V上一毅页下一蚀页返着回下一扬节上一顿节2、光珍电二导极管光电据二极庭管工仔作于悼反向互偏置绑状态魂。无屿光照胳时电线路中朗电流滥很小凯，有份光照削时电闪流会怨急剧低增加熄。光电二极管电路发光二极管电路3、发殊光二悦极管发光等二极伞管工压作于辰正向缴偏置扫状态夸。正趴向电究流通犬过发锅光二焦极管屡时，蔑它会钟发出轧光来新，正讲向工杆作电轧压一热般不异超过2闻V，正向萌电流希为10mA左右躺。发弓光二支极管控常用茫于数蜜字仪变表和早音响饺设备膝中的跌显示拦器。切冷光仰源。上一莲页下一羞页返凳回下一荒节上一菜节4、开悦光二警极管二极俗管外黑加正失向电引压时钱导通此，外蒙加反闲向电真压时越截止课，相乏当于纸一个拢受外尊加电良压控榴制的途开关予。上一承页下一巩页返腥回下一旗节上一多节7.潮3半导韵体三烤极管(一)基本赏结构上一筛页下一成页返汇回下一胁节上一疗节基区平：最叛薄，掺杂拉浓度革最低发射墓区：醋掺杂浓述度最硬高发射营结集电则结：沙面积晕大BECNNP基极发射极集电极结构匪特点辣：集电吓区：面积组最大下一劳节上一纯页下一访页返迟回上一取节三极屑管放雨大的拴外部狮条件:BECNNPEBRBECRC发射令结正醋偏、君集电鞭结反启偏PN磨P：VC<VB<VE从电舟位的陡角度献看：NP端N：VC>VB>VE(二)工作胸原理（1）晶禾体管语中电阴流的帝分配下一卸节上一朗页下一撞页返陕回上一统节各电凡极电搜流关桌系及券电流什放大编作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电称极电疗流关钥系：IE=IB+IC2）ICIB，ICIE3）IC舅IB把基换极电脸流的义微小栏变化扑能够熊引起录集电妖极电似流较荣大变阻化的痰特性右称为陡晶体投管的电流甩放大时作用沃。下一绸节上一匹页下一泼页返估回上一霜节（2）晶装体管锅中载奴流子顽运动妙过程(c违)直流晃电流旋放大悉系数冈：＋＋－－UccUBBRBRCBEC上一魂页下一据页返岭回下一塌节上一赔节(a带)电流名分配遵原则衬：IE=鹊IB+IC(b牛)穿透摔电流组：ICE其O0（受帮温度碍影响晴较大即）(d恰)交流击电流欲放大殃系数灿：(3改)晶体匠管的分工作锯状态上一屿页下一相页返店回下一共节上一员节(三)特性疏曲线发射语极是阶输入塘回路推、输灭出回瓦路的庸公共丽端共发条射极挥电路测量无晶体嫁管特颈性的丘实验锤线路输入湿回路输出鼻回路ECICEBmAAVUCEUBERBIBV++––––++下一突节上一起页下一铜页返梁回上一唐节（1）三深极管镜输入哲特性校曲线上一遇页下一穿页返素回下一勒节上一微节（2）三战极管胞输出怒特性同曲线上一辱页下一事页返像回下一钻节上一错节(四)主要界参数

(1)电流放大系数、：同一型号的晶体管值有较大差别；值与IC有关，一般值为100左右为宜。(2统)穿透伍电流ICE厌O:ICE拐O大的亮晶体伴管其齿温度餐稳定性差。(3短)集电沈极最岁大允工许电按流ICM：Ic=非ICM时，将下降谱到正帝常值仓的2／3。上一遭页下一徐页返平回下一零节上一盖节(5透)反向失击穿自电压U（BR）CE慎O：基极叙开路党时，C、E之间言允许踏承叉受的仁最大赏反向替电压畅。(4克)集电赌极最影大允畜许耗固散功翁率PCM：PCM=UCE烤IC，若纺超过PCM则晶廉体管梁易烧剪坏。PCM安全亩区IC／mAUCE／V过损泻耗区上一快页下一异页返塘回下一粮节上一浮节O功耗辣曲线例1：UCE=饶6漠V时，在Q1点IB=4铃0A熟,IC=1缓.5犹mA；在Q2点IB=6类0答A泪,IC=2棋.3祖mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=。I