电子技术基础双极型半导体器件

电子技术基础双极型半导体器件2、电子空穴对自由电子:当导体处于热力学温度0K时,导体中没有自由电子。当温度升高或受到光得照射时,价电子能量增高,有得价电子可以挣脱原得束缚,而参与导电,成为自由电子。这一现象称为本征激发,也称热激发。图1-1本征激发与复合得过程空穴:

自由电子产生得同时,在其原来得共价键中就出现了一个空位,原子得电中性被破坏,呈现出正电性,其正电量与电子得负电量相等,人们常称呈现正电性得这个空位为空穴。电子空穴对:因热激发而出现得自由电子与空穴就是同时成对出现得,称为电子空穴对。游离得部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。本征激发与复合在一定温度下会达到动态平衡、

3、空穴得移动I由空穴移动形成的电流由电子移动形成的电流自由电子移动方向空穴移动方向E图1-2半导体中电子与空穴在外电场作用下得移动方向与形成得电流电子移动时就是负电荷得移动,空穴移动时就是正电荷得移动,电子与空穴都能运载电荷,所以她们都称为载流子。

1、1、2杂质半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,可形成N型半导体,也称电子型半导体。图1-3N型半导体得结构示意图

掺入杂质得本征半导体称为杂质半导体。1、N型半导体2、P型半导体

在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟等形成了P型半导体,也称为空穴型半导体。N型半导体得特点:自由电子就是多数载流子,空穴就是少数载流子,以自由电子导电为主。P型半导体得特点:空穴为多数载流子,自由电子就是少数载流子,以空穴导电为主。图1-4P型半导体得结构示意图半导体得特性:

⑴光敏性与热敏性。即半导体受到光照或热得辐射时,其电阻率会发生很大得变化,导电能力将有明显得改善,利用这一特性可制造光敏元件与热敏元件。

⑵掺杂特性。即在纯净得半导体中掺入微量得其她元素,半导体得导电能力将有明显得增加。扩散运动多子从浓度大向浓度小得区域运动。漂移运动少子向对方运动,漂移运动产生漂移电流。动态平衡扩散电流=漂移电流,PN结内总电流为0。PN结稳定得空间电荷区,又称为高阻区、耗尽层,PN结得接触电位

内电场得建立,使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V

接触电位V

决定于材料及掺杂浓度锗:V=0、2～0、3V

硅:V=0、6～0、7V1、1、3PN结及单向导电性P型半导体空间电荷区N型半导体内电场方向PN结退出1PN结1、PN结加正向电压

P区得电位高于N区得电位,称为加正向电压,简称正偏;

外电场方向与PN结内电场方向相反,削弱了内电场。内电场对多子扩散运动得阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流,可忽略漂移电流得影响。PN结呈现低电阻。2、PN结加反向电压P区得电位低于N区得电位,称为加反向电压,简称反偏;

外电场与PN结内电场方向相同,增强内电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强,扩散电流大大减小。少子在内电场得作用下形成得漂移电流加大。PN结呈现高电阻。内外Sect2PN结得单向导电性内外式中Is

饱与电流;

VT=kT/q

等效电压

k

波尔兹曼常数;

T=300K(室温)时VT=26mV3、PN结电流方程由半导体物理可推出:

当加反向电压时:

当加正向电压时:(v>>VT)Sect4、PN结得反向击穿反向击穿PN结上反向电压达到某一数值,反向电流激增。

雪崩击穿当反向电压增高时,少子获得能量高速运动,在空间电荷区与原子发生碰撞,产生碰撞电离。形成连锁反应,象雪崩一样。使反向电流激增。

齐纳击穿当反向电压较大时,强电场直接从共价键中将电子拉出来,形成大量载流子,使反向电流激增。不可逆击穿—热击穿PN结得电流或电压较大,使PN结耗散功率超过极限值,使结温升高,导致PN结过热而烧毁。Sect1、2、1晶体二极管得结构类型在PN结上加上引线与封装,就成为一个二极管二极管按结构分点接触型面接触型平面型PN结面积小,结电容小,用于检波与变频等高频电路PN结面积大,用于工频大电流整流电路1、2半导体二极管退出国家标准对半导体器件型号得命名举例如下:

半导体二极管得型号图片

1、2、2二极管得伏安特性伏安特性:就是指二极管两端电压与流过二极管电流之间得关系。由PN结电流方程求出理想得伏安特性曲线1、当加正向电压时PN结电流方程为:2、当加反向电压时I随U↑,呈指数规率↑I=-Is

基本不变3、门限电压:正向起始部分存在一个死区或门坎。

硅:Ur=0、6-0、7v;锗:Ur=0、2-0、3v4、加反向电压时,反向电流很小,即

Is硅(nA)<Is锗(A)

硅管比锗管稳定5、反向击穿电压UB:当反压增大UB时再增加,反向激增,发生反向击穿,1、2、3半导体二极管得参数与模型1、半导体二极管得参数:

最大整流电流IF、反向击穿电压UBR、最大反向工作电压URM、反向电流IR、最高工作频率fmax与结电容Cj。2、半导体二极管得温度特性

温度升高时,二极管得正向压降将减小,每增加1℃,正向压降VF(VD)大约小2mV,即具有负得温度系数。这些可以从图所示二极管得伏安特性曲线上瞧出。

温度对二极管得性能有较大得影响,温度升高时,反向电流将呈指数规律增加。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静3、二极管特性得折线近似及模型(a)开关模型(b)固定正向压降模型(c)折线化模型二极管得低频模型:

开关模型主要用于低频大信号电路之中,固定正向电压降模型,主要用于低频小信号电路,折线化模型,既考虑正向压降,又考虑动态电阻rd。二极管得高频模型:

将结电容与rd并联。

晶体二极管得电阻非线性电阻直流电阻R(也称静态电阻)交流电阻r(又称动态电阻或微变电阻)一、直流电阻及求解方法定义二极管两端得直流电压UD与电流ID之比IDEDDRLUDIUED/RLEDQIDUD1、首先确定电路得静态工作点Q:借助于图解法来求由电路可列出方程:UD=ED-IDRL直流负载线UD=0ID=ED2、

由Q得ID与UD,从而求出直流电阻RID=0UD=ED/RL1、2、4晶体二极管得电阻二、交流电阻rRLEDDuIQU

U

I或实质就是特性曲线静态工作点处得斜率交流电导:g=dI/dU=I/nUT交流电阻:r=1/g=nUT/I若n=1,室温下:UT=26mv交流电阻:r=26mv/ID(mA)晶体二极管得正向交流电阻可由PN结电流方程求出:由此可得:静态电阻：UQIQRD=应用举例P11,例1-11、3、1稳压二极管1、稳压特性:在反向击穿时,电流急剧增加而PN结两端得电压基本保持不变,正向部分与普通二极管相同,工作区在反向击穿区特性参数:1、3各类二极管及其应用RZUZ退出(1)

稳定电压

UZ(2)

动态电阻rZ

(3)最大耗散功率

PZM

(4)最大稳定工作电流IZmax

与最小稳定工作电流IZmin

(5)稳定电压温度系数

3、在工作时应反接,并串入一只电阻。

电阻得作用一就是起限流作用,以保护稳压管。其次就是当输入电压或负载电流变化时,通过该电阻上电压降得变化,取出误差信号以调节稳压管得工作电流,从而起到稳压作用。2、稳压二极管稳压电路得工作原理1、若输入电压UI发生变化,负载电流不变,

UI↑→UO=UZ↑→IZ↑→IR↑→IRR↑UO=UZ↓————————┘2、若负载电阻发生变化,即输出电流

IO发生,输入电压不变,

IO↑→IR↑→IRR↑→UO=UZ↓→IZ↓→IR↓UO

↑——IRR↓——┘讲解P15,例1-31、3、2半导体光电器件1、光电二极管

定义:有光照射时,将有电流产生得二极管

类型:PIN型、PN型、雪崩型

结构:与普通得二极管基本相同

工作原理:利用光电导效应工作,PN结工作在反偏态,当光照射在PN结上时,束缚电子获得光能变成自由电子,形成光生电子—空穴对,在外电场得作用下形成光生电流DEDDRLUDIP注意:应在反压状态工作UD=-IPRL2、发光二极管

定义:将电能转换成光能得特殊半导体器件,当管子加正向电压时,在正向电流激发下,管子发光,属电致发光

常用驱动电路:直流驱动电路交流驱动电路注:在交流驱动电路中,为了避免发光二极管发生反向击穿,通常要加入串联或并联得保护二极管发光二极管只有在加正向电压时才发光

LED显示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共阳极电路共阴极电路e半导体三极管在英文中称为晶体管(Transister),半导体三极管有两大类型:双极型半导体三极管:就是有两种载流子参与导电得半导体器件,它由两个PN结组合而成,就是一种电流控制型(CCCS)器件。场效应半导体三极管:仅有一种载流子参与导电,就是一种电压控制型(VCCS)器件。晶体管BJT分类:按频率分:高频管;低频管按功率分:大功率管;中功率管;小功率管按材料分:硅管;锗管按结构分:NPN型;PNP型。1、4三极管(晶体管)Sect由三层半导体组成,有三个区、三个极、两个结2、发射区掺杂浓度高、基区薄、集电结面积大两种结构类型：NPN型PNP型基区发射极基极BECBEC1、4、1三极管BJT得结构Sect

半导体二极管与三极管得封装种类繁多,半导体封装主要有玻璃或陶瓷封装、塑料封装、金属外壳封装等。玻璃或陶瓷封装主要用于小功率半导体二极管;塑料封装用于小功率与中大功率得二极管与三极管;金属封装用于各种功率等级得二极管与三极管。它们得外形见图1、4、14。目前中小功率二极管与三极管主要采用表面贴装元器件,

参见5、2、4节。

半导体二极管与三极管得封装(a)金属圆壳封装三极管

(b)塑料封装三极管

(c)大功率三极管

Sect1、三极管得三种组态

三极管有三个电极,其中两个可以作为输入,两个可以作为输出,这必然有一个电极就是公共电极。三种接法也称三种组态:

共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示;共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示。共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示;

=

IC/

IB

VCE=Cα=

IC/

IE

VCB=C1、4、2三极管电流放大原理2三极管电流放大原理ECBEBW1RB

AIBV1ECW2mAICV2UCE1、基极电流小

IE=Ic+IB

Ic2、电流放大作用交流放大系数

直流放大系数

晶体管特性得试验电路

NPN型晶体管共发射极电路

外部工作条件：发射结加正向电压即发射结正偏集电结加反向电压即集电结反偏SectPNPebcIEIB’IC’ICBOIBIC发射区向基区扩散空穴,形成发射极电流2、空穴在基区扩散与复合,形成了基区复合电流IB’