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1、第 一 章 常用半导体器件,1.1半导体知识,1.2二极管及其特性,1.4三极管及其特性,1.5场效应管,1.3特殊二极管,1.1半导体的基础知识,一半导体基本知识,二PN结单向导电性,一、 半导体基础知识,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 ,纯净的半导体。如硅、锗单晶体。,载流子 ,能够参与导电的带电粒子。主要有自由电子和空穴。,特 性,光敏性、热敏性、掺杂性。,杂质半导体：,N 型半导体和 P 型半导体,N 型半导体:在本征半导体中参入微量五价元素的杂质形成的半导体。,磷原子,自由电子,电子为多数载流子,空穴为少数载流子,载流子数 电子数,硼原子,空穴,空穴 多子
2、,电子 少子,载流子数 空穴数,P 型半导体:在本征半导体中参入微量三价元素的杂质形成的半导体。,P 型、N 型半导体的简化图示,P 型半导体,N 型半导体,二、 PN 结及其特性,一、PN 结(PN Junction)的形成,1. 载流子的浓度差引起多子的扩散,2. 复合使交界面形成空间电荷区,(耗尽层),空间电荷区特点:,无载流子，,阻止扩散进行，,利于少子的漂移。,内建电场,内电场,外电场,外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。,扩散运动加强形成正向电流 IF 。,IF = I多子 I少子 I多子,2. 外加反向电压(反向偏置), reverse bias,外电场
3、使少子背离 PN 结移动， 空间电荷区变宽。,PN 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。,漂移运动加强形成反向电流 IR,IR = I少子 0,二、PN 结的单向导电性,1. 外加正向电压(正向偏置),三、PN 结的伏安特性,反向饱和电流,温度的 电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数,当 T = 300(27C)：,UT = 26 mV,正向特性,反向击穿,加正向电压时,加反向电压时,iIS,本节主要介绍了二极管的有关概念： 本征半导体、空穴、载流子 杂质半导体：P型和N型半导体、多子、少子 PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层、势垒区、阻挡层、
4、内建电场） PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN结的特性曲线： 正向特性：死区电压、导通电压 反向特性：反向饱和电流、温度影响大,半导体有关概念小结,思考与习题,思考题：P4 1.；2 .,1.2半导体二极管及其应用电路,一、 二极管的结构和类型,二、 二极管的伏安特性,三、 二极管的主要参数,四、 二极管应用电路,五、 其它类型二极管,一、 半导体二极管的结构和类型,构成：,PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode),符号：,A,(anode),C,(cathode),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,常见二极管的外型封装及符号,
5、二、 二极管的伏安特性,1.PN 结的伏安方程,反向饱和电流,温度的 电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数,当 T = 300(27C)：,UT = 26 mV,2.二极管的伏安特性,正向特性,Uth,死区 电压,iD = 0,Uth = 0.5 V,0.2 V,(硅管),(锗管),U Uth,iD 急剧上升,0 U Uth,UD(on) = (0.6 0.8) V 导通电压,硅管 0.7 V,(0.2 0.3) V,锗管 0.3 V,反向特性,IS,U (BR),反向击穿,U(BR) U 0,iD = IS, 0.1 A(硅),几十 A (锗),U U(BR),反向电流急剧增大,(反向击穿),反
6、向击穿类型：,电击穿,热击穿,反向击穿原因：,齐纳击穿： (Zener),反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (击穿电压 6 V，负温度系数),雪崩击穿：,反向电场使电子加速，动能增大，撞击 使自由电子数突增。, PN 结未损坏，断电即恢复。, PN 结烧毁。,(击穿电压 6 V，正温度系数),击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。,硅管的伏安特性,锗管的伏安特性,温度对二极管特性的影响,T 升高时，,UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降,三、 二极管的主要参数,1. IF 最大整流电流(最大正向平均电流),2. URM 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2,3. IR
7、 反向电流(越小单向导电性越好),4. fM 最高工作频率(超过时单向导电性变差),反向电阻测试,正向电阻测试,正向电阻很小，二极管导通。,正向电阻很大，二极管截止。,如何用万用表的“”档来辨别一只二极管？,1.二极管限幅电路,解：请观看仿真波形!,2. 二极管开关电路,四、 二极管应用电路,u2 负半周时：A点电位最低，B点电位最高， D2、D4导通，D1、D3截止， uo =-u2。,u2 正半周时：A点电位最高，B点电位最低， D1、D3导通，D2、D4截止， uo =u2;,电路及工作原理,3.二极管单相桥式整流电路,伏安特性,符号,工作条件：反向击穿,特性,4. 稳压二极管,主要参数
8、,a. 稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。,b. 稳定电流 IZ 越大稳压效果越好， 小于 Imin 时不稳压。,c. 最大工作电流 IZM 最大耗散功率 PZM,P ZM = UZ IZM,d. 动态电阻 rZ,rZ = UZ / IZ,越小稳压效果越好。,几 几十 ,1. 发光二极管与光敏二极管,（1）发光二极管 LED (Light Emitting Diode),符号和特性,工作条件：正向偏置,一般工作电流几十 mA， 导通电压 (1 2) V,符号,特性,五、 其它类型的二极管,主要参数,电学参数：I FM ，U(BR) ，IR,光学参数：峰值波长 P，亮度 L
9、，光通量 ,发光类型：,可见光：红、黄、绿,显示类型： 普通 LED ，,不可见光：红外光,点阵 LED,七段 LED ,（2）光敏二极管,符号和特性,符号,特性,工作条件： 反向偏置,主要参数,电学参数：,暗电流，光电流，最高工作范围,光学参数：,光谱范围，灵敏度，峰值波长,实物照片,补充：选择二极管限流电阻,步骤：,1. 设定工作电压(如 0.7 V；2 V (LED)；UZ ),2. 确定工作电流(如 1 mA；10 mA；5 mA),3. 根据欧姆定律求电阻 R = (UI UD)/ ID,(R 要选择标称值),本节主要介绍了二极管的有关概念： 半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、平面型；硅管、锗管；整流管、开关管、检波管、发光管、光敏管、稳压管等。 半导体二极管的特性：与PN结基本相同。 半导体二极管的参数 PN结的特性曲线： 正向特性：死区电压、导通电压 反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、热击穿,二极管小结,思考与习题,习 题：P42：1-15，1-16,1-17 ；选作1-18。,
