第1章半导体器件基础第2讲

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1、模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版小小 结结本讲主要介绍了以下基本内容： PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层 、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡 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 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、 热击穿 PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版1.2.4 半导体二极管及其参数二极管(Diode) = PN结 + 管壳 + 引线结构

2、：分类：1. 半导体二极管的结构及分类按材料分：硅二极管、锗二极管按结构分：点接触型、面接触型和平面型 模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版(1) 点接触型二极管PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。(2) 面接触型二极管PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。(3) 平面型二极管用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版

3、NP半导体二极管 的符号：ak阳极 阴极电流方向 由P区引出的 电极称为阳极 （正极）由N区引出的 电极称为阴 极（负极）+-U模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版二、半导体二极管的伏安特性反向饱 和电流电子电量玻尔兹曼 常数当 T = 300K：UT = 26 mv温度的 电压当量PN结两端 的电压降流过PN结 的电流当 u0 uUT时当 u|U T |时模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版(1) 正向特性(2) 反向特性伏安特性曲线： uEiVmAuEiVuA硅：0.5 V导通压降反向饱

4、和电流死区 电压击穿电压UBR硅：0.60.8V 典型值为0.7V 锗硅/mA/A锗：0.10.3V锗：0.1 V2.半导体二极管的伏安特性 PN结的伏安特性曲线模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。 模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版3. 半导体二极管的主要参数（1）直流电阻R D ：指二极管两端所加直流电 压与流过它的直流电流

5、之比。RD不是恒定值，在正向工作区域，RD随UD增大而减 小，在反向工作区域，RD随UD增大而增大。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版（2）交流电阻r d ：指二极管在其工作点Q（ UDQ,IDQ)处的电压微变量与电流微变量之比。r d 几何意义：指二极管伏安特 性曲线上Q点处切线斜率的倒数。据伏安特性方程，可得模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版(3) 最大整流电流IFM二极管长期连续工 作时，允许通过二 极管的最大整流 电流的平均值。(4) 反向击穿电压UBR二极管反向电流 急剧增加时

6、对应的反向 电压值称为反向击穿 电压UBR。 最大反向工作电压URM为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压URM 一般只按反向击穿电压UBR 的一半计算。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版(5) 反向电流IS在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值 。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极 管在微安(A)级。(6) 最高工作频率fM由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频率超 过fM时，单向导电性变差。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版1.2.5 二极管的电路模型 1. 1.

7、理想模型理想模型理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零， 相当于开关的闭合。当反向偏置时，其电流为零， 阻抗为无穷，相当于开关的断开。具有这种理想特 性的二极管也叫做理想二极管。在实际电路中当电源电压远远大于二极管的管压降时，利 用此模型分析是可行的。 模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版2. 2.定压降模型定压降模型定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降 为恒定值；截止时反向电流为零。硅管的管压降 0.7V，锗管的管压降为0.3V。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版3. 3.分段线性

8、模型分段线性模型二极管正向电压大于UD(ON)后其电流I与U 成线性关系， 直线斜率为1/RD。二极管截止时反向电流为零。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版二极管的应用举例例1 钳位电路电路如图所示，若UA、UB两点电位分别为0V、3V不 同组合时，计算输出电压UO值，并分析二极管的工 作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为0.7V。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版(1) UA=0 V UB=0 VVD1、VD2均正向导通UO0.7 V(2) UA=3 V UB=3 VVD1、VD2均

9、正向导通UO3.7 V模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版(3) UA=0V UB=3VVD1正向导通 VD2截止UO0.7 V二极管VD1两 端电位差大 而优先导通(4) UA=3V UB=0VVD2正向导通 VD1截止UO0.7 V二极管VD2优 先导通模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版如何判断二极管是否导通： 判断二极管工作状态时，可 先将二极管断开，然后比较 两极电位。如果处于正偏， 则二极管导通；否则截止。 电位差大的优先导通。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞

10、(15335198038)2009版例2：写出图示各电路的输出电压值，设二极管导 通电压UD=0.7V。UO1=1.3VUO2=0VUO3= -1.3V模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版例3 ui = 2 sin t (V)，画出输出电压uo的波形 。ui 较小，宜采用恒压降模型0.7 v 1mW;按所用半导体材料：硅管和锗管; 模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版1.4.1 三极管的结构NPN型符号:三极管是由两个PN结和三块掺杂半导体组成。-发射区集电区基区 发射结集电结集电极发射极基

11、极NPNbece-emitterb-basec-collectorECBibicie双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版两个结：发射结和集电结三个区：基区、集电区、发射区三个极：基极、集电极、发射极-发射区集电区基区 发射结集电结集电极发射极基极 NPNbec模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版PNP型-发射区集电区基区 发射结集电结集电极发射极基极 PNPbec-ECB符号:ibicie模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系

12、-朱海霞(15335198038)2009版常见三极管的外形结构模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版基区：最薄，基区：最薄， 掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺 杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B BE EC CN NN NP P基极基极发射极发射极集电极集电极结构特点：结构特点：集电区：集电区： 面积最大面积最大模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版1. 1. 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集

13、电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNPPNP 发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 1.4.2 三极管的工作原理模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版1.4.2 三极管的工作原理1. 三极管放大的条件内部 条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部 条件发射结正偏 集电结反偏2. 满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版3. 3. 各电极电流关

14、系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA(mA) )I IC C(mA(mA) )I IE E(mA(mA) )0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.10 1模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版共基直流电流传输方程：a为共基电流传输系数，它只与管子的结构尺寸和 掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.995。IE可控制IC 的变化。三极管是一种 电流控制器件。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版1.4.3 三极管的特

15、性曲线（共发射极接法）三极管的特性曲线是指三极管各电极电压 与电流之间的关系曲线，它是三极管内部 载流子运动的外部表现。由于三极管和二极管一样也是非线性元件， 不能用一个固定的数值或一个简单的方程式 来表示各电极电压与电流之间的关系，所以 要用伏安特性曲线对它进行描述。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版发射极是输入回路、输出回路的公共端 发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路ICEBmAAVUCE UBERBIBECV+模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱

16、海霞(15335198038)2009版1. 输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=常数（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。（2）当uCE=1V时， 集电结已进入反偏状态，开始收集 电子，所以基区复合减少， 在同一uBE 电压下，iB 减 小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压硅 0.5V锗 0.1V导通压降硅 0.7V锗 0.2V输入电流输入电压模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(15335198038)2009版2. 输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=常数 现以iB=60uA一条加以说明。（1）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2） uCE IC 。（3） 当uCE 1V后，