电工电子学(唐介)第8章半导体器件

《电工电子学(唐介)第8章半导体器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子学(唐介)第8章半导体器件（51页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第 8 8 章章 半导体器件半导体器件8.1 8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识2导体、半导体、绝缘体。导体、半导体、绝缘体。 物质按导电能力划分：物质按导电能力划分： 半导体的导电性能：半导体的导电性能： 价电子参与导电、价电子参与导电、 掺杂增强导电能力、掺杂增强导电能力、 热敏特性、光敏特性。热敏特性、光敏特性。 是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 3共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子45 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会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。使半导体的导电性能发生

2、显著变化。 (1) 掺入五价的杂质元素掺入五价的杂质元素 自由电子的浓度自由电子的浓度 空穴的浓度。空穴的浓度。 自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 称这种杂质半导体为称这种杂质半导体为 N 型半导体。型半导体。 (2) 掺入三价的杂质元素掺入三价的杂质元素 自由电子的浓度自由电子的浓度 空穴的浓度。空穴的浓度。 空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。 称这种杂质半导体为称这种杂质半导体为 P 型半导体。型半导体。6 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子

3、变为自由电子7 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。+形成空间电荷区形成空间电荷区9 多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运 动达到动态平衡动达到动态平衡 平衡的平衡的 PN 结。结。内电场内电场10 内电场越强，多数载流子的运动越难以进行。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。内电场越强，少数载流子的运动越易于进行。 扩散运动：扩散运动： 多数载流子由于浓度的差别

4、而形成的运动。多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。 漂移运动：漂移运动： 少数载流子由于内电场的作用而形成的运动。少数载流子由于内电场的作用而形成的运动。 PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+12 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+8.2 8.2 半导体二极管半导体二极管13 N 阳极阳极 阴极阴极 (1) 按结构分类按结构分类 点接触型、面接触型。点接触型、面接触型。 (2) 按材料分类按材料分类 硅管、锗管。硅管、锗管。 (3) 按用途不

5、同分类按用途不同分类 普通管、整流管、开关管等。普通管、整流管、开关管等。 1. 基本结构基本结构 1415阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+17UDU

6、I OU I O(1) 额定正向平均电流（最大整流电流）额定正向平均电流（最大整流电流）IF (2) 正向压降正向压降 UF (3) 最高反向工作电压最高反向工作电压 UR 一般规定为反向击穿电压的一般规定为反向击穿电压的 1/2 或或 1/3。 (4) 最大反向电流最大反向电流 IRm 1819例例1：D6V12V3k BAUAB+20例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+21V sin18itu t 228.3 8.3 特殊二极管特殊二极管UZIZIZM UZ IZ_+UIO23ZZ ZIUr 解解 (1) Ui10 V 时时 DZ 反向击穿稳压：反向击穿稳压：U

7、O = UZ = 5 V 。 (2) Ui = 3 V 时时DZ 反向截止：反向截止：UO= Ui = 3 V 。 (3) Ui =5 V 时时DZ 正向导通：正向导通：UO= 0 V 。 (4) ui = 10sin t V 时时 当当 0ui5 V 时，时，DZ 反向截止：反向截止：UO= Ui = 10sin t V。 当当 ui5 V 时，时，DZ 反向击穿稳压：反向击穿稳压： 如图所示电路，设如图所示电路，设 UZ = 5 V，正向压降，正向压降 忽略不计。当直流输入忽略不计。当直流输入Ui = 10 V、3 V、5 V 时，时，Uo= ？当输入为交流？当输入为交流 ui = 10s

8、in t V 时，分析时，分析 uO的波形。的波形。 R DZ UiUO5 t uO/V O 2 3 UO = UZ = 5 V 。当当 ui0 V 时，时，DZ 正向导通：正向导通：UO= 0 V。 2526NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC2728条件条件: 发射结正偏发射结正偏, 集电结反偏。集电结反偏。 发射区发射载流子发射区发射载流子 形成电流形成电流IE 少部分在基区被复合少部分在基区被复合 形成形成IB 大部分被集电区收集大部分被集电区收集 形成形成IC 1放大状态放大状态电流的形成电流的形成NPNB E CRCUCC UBB RB晶体管中载流子的运动过程晶体管中载

9、流子的运动过程IEICIB29 电流的关系电流的关系 IE= IB +IC 当当 IB = 0 时，时， 直流直流 (静态静态) 电流放大系数电流放大系数 交流交流 (动态动态) 电流放大系数电流放大系数 IC IBICICEO IB = IC IB= UCE =常数常数 IC IB IC = ICEONPNB E CRCUCC UBB RBIEICIB电路图电路图30IB 微小的变化，会产生微小的变化，会产生 IC 很大的变化。很大的变化。IC =IB 。0UCEUCC ， UCE = UCCRC IC 。晶体管相当于通路。晶体管相当于通路。 特点特点3131特点：特点： IB,IC 基本不

10、变。基本不变。 ICUCC / RC 。 UCE0 。 晶体管相当于短路。晶体管相当于短路。条件条件: 发射结正偏发射结正偏, 集电结正偏。集电结正偏。 IB,IC UCE = (UCCRC IC) ICM = UCC / RC 2. 饱和状态饱和状态电路图电路图NPNB E CRCUCC UBB RBIEICIBCERCUCC 饱和状态时的晶体管饱和状态时的晶体管32特点：特点： IB= 0 IC= 0 UCE= UCC 晶体管相当于开路。晶体管相当于开路。3. 截止状态截止状态条件条件: 发射结反偏发射结反偏, 集电结反偏。集电结反偏。电路图电路图CERCUCC NPNB E CRCUCC