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1、(1-1),导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。,绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,9.1 半导体的导电特性,(1-2),半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：,当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。,1.掺杂性,2.热敏性和光敏性,(1-3),9.1.1 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）,一、本征半导体的结构特点,现代电子学中
2、，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,(1-5),二、本征半导体的导电机理,在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。,在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。,1.载流子、自由电子和空穴,(1-6),自由电子,空穴,束缚电子,(1-7),2.本征半导体的导电机理,在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是
3、载流子。,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。,(1-8),温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。,（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）,(1-9),9.1.2 杂质半导体,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。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称
4、为（空穴半导体）。,N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。,(1-10),在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。,(1-11),多余 电子,磷原子,1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。,2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）
5、。,一、N 型半导体,(1-12),二、P 型半导体,空穴,硼原子,P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。,(1-13),1 PN 结的形成,在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了一个特殊的薄层，称为PN 结。,9.1.3 PN结及其单向导电性,(1-14),P型半导体,N 型半导体,所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,(1-15),(1) 加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区,外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多
6、子扩散形成正向电流I F,2 PN结的单向导电性,(1-16),(2) 加反向电压电源正极接N区，负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流I R,在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。,(1-17),PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,(1-18),9.2 半导体二极管,9.2.1基本结构,
7、PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,点接触型,面接触型,(1-19),9.2.2 伏安特性,死区电压 硅管0.5V,锗管0.1V。,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,(1-20),9.2.3 主要参数,1. 最大整流电流 IOM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,3. 反向击穿电压UBR,二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URWM一般是UBR的一半。,2. 反向工作峰值电压URWM,保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。,(1-21),4. 反向
8、峰值电流 IRM,指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。,(1-22),二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0,二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。,例1：如图为一正负对称限幅电路，Ui=10sinwtV,Us1=Us2=5V,画出输出电压Uo的波形,(1-23),二极管的应用举例2：二极管半波整流,如图，设输入的交流电压 ,试（1）画出负
9、载电阻RL上的电压波形；（2）求负载电阻RL上的电压和电流平均值；（3）计算整流二极管的最高反向电压。,(1-24),（3）计算整流二极管的最高反向电压。,二极管的最高反向电压URWM为二极管在截止时承受的反向电压峰值,例3：下图中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB为锗管， 求输出端Y的电位并说明二极管的作用。,解： DA优先导通，则,VY=30.3=2.7V,DA导通后, DB因反偏而截止,起隔离作用, DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。,(1-25),9.3 稳压二极管,U,IZ,稳压误差,曲线越陡，电压越稳定。,UZ,(1-26),（4）稳定电流IZ、最大、最小稳
10、定电流Izmax、Izmin。,（5）最大允许功耗,稳压二极管的参数:,（1）稳定电压 UZ 指稳压二极管反向击穿后稳定工作的电压值,（3）动态电阻,(1-27),在电路中稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。,当输入电压变化时,(1-28),稳压二极管的应用举例,稳压管的技术参数:,解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax,方程1,要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。,令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin 。,方程2,联立方程1、2，可解得：,(1-29),9.4.1 基本结构,基极,发射极,集电极
11、,NPN型,PNP型,9.4 晶体管,(1-30),基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,(1-31),发射结,集电结,(1-32),NPN型三极管,PNP型三极管,符号,(1-33),IC,V,UCE,UBE,RB,IB,EC,EB,一. 一个实验,9.4.2 电流分配和放大原理,mA,(1-34),结论:,1. IE=IC+IB,3.要使晶体管放大,发射结必须正偏,集电结必须反偏。,(1-35),一.输入特性,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.1V。,9.4.3 特性曲线,(1-36),二、输出特性
12、,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。,(1-37),此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,(1-38),此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。,(1-39),输出特性三个区域的特点:,放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEUBE ， IBIC，UCE0.3V,(3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0,(1-40),晶体管的开关作用
13、,（1）截止状态：当Ui小于三极管发射结死区电压时，IBICBO0， ICICEO0，UCEVCC，发射极与集电极之间如同一个开关断开，其间电阻很大。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压,（2）饱和状态： UCE0,发射极与集电极之间如同一个开关，其间电阻很小。 三极管工作在饱和状态的条件为：集电结和发射结均正偏,(1-41),三、主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大
14、倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,(1-42),例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,(1-43),2.集-基极反向截止电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,(1-44),4.集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压,当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,3.集-射反向截止电流ICEO,又叫穿透电流，指基极开路时的集电极电流。,(1-45),6. 集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管， 所发出的功率 为：,PC =ICUCE,必定导致结温 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,(1-46),光电二极管,反向电流随光照强度的增加而上升。,9.5 光电器件,(1-47),发光二极管,有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。,(1-48),电子技术,第9章 结束,
