半导体二极管、三极管 (2)

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1、第第9 9章章 二极管和晶体管二极管和晶体管9.2 9.2 二极管二极管9.3 9.3 稳压管稳压管9.4 9.4 晶体管晶体管第9章 目录9.1 9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性9.5 9.5 光电器件光电器件1.第9章 9.19.1 9.1 半导体半导体的导电特性的导电特性 9.1.1 9.1.1 本征半导体本征半导体一、导体、绝缘体、半导体导体导体：外层电子受原子核的束缚力很小，导电性很好。绝缘体绝缘体：外层电子受原子核的束缚力很大，导电力差。半导体半导体：外层电子不像导体那样容易挣脱，也不像绝缘体那样束缚得很紧，所以导电性介于两者之间。半导体材料特点：半导体材料特点：1. 温度

2、上升，导电能力显著提高。2. 掺入某些杂质元素，导电能力也大幅提高。2.在热力学温度零度 和没有外界激发时 ,本征半导体不导电 。纯净的没有结构缺陷纯净的没有结构缺陷 的半导体单晶体的半导体单晶体 本征半导体本征半导体它是共价键结构。 图9.1.1 本征半导体的共价键结构硅原子硅原子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4第9章 9.1二、本征半导体的晶体结构 和共价键 3.+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空 穴本征激发复合图9.1.2 本征半导体中的自由电子和空穴成对出现成对消失第9章 9.1三、高于绝对零度时本征半导体中的两种载流子热激发：热激发：产生 两种带电粒子带电粒子

3、电子电子空穴空穴复合：复合：消失 两种带电带电粒子粒子 电子电子空穴空穴4.+4+4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向外电场方向电子电子和和空穴空穴为承为承 载电流的粒子载电流的粒子载流子载流子 空穴移动方向 电子移动方向 当外电场作用： 电子电子和空穴空穴均能 参与导电。 价电子填补空穴第9章 9.15.第9章 9.1四、温度是影响本征半导体中载流子的浓度的主要因素在一定温度条件下，半导体内能量保持平衡，这时 激发与复合的过程虽然仍在不断进行，但电子-空穴对却 保持一定的数目。温度获得的能量产生的电子电子空穴对空穴对浓度半导体导电能力所以半导体的温度特性不好！半导体的温度特性不好！本征半

4、导体在室温时电导率约在10+710+5/m之间 6.+4+4+4+4+4+4+4+49.1.2 9.1.2 杂质半导体杂质半导体一一 . N . N 型半导体型半导体掺入少量的 五价元五价元 素素,如磷, 则形成N型半导 体多子多子自由电子自由电子 少子少子空穴空穴 磷原子+4+5多余价电子自由电子正离子第9章 9.1图9.1.3 N型半导体7.N 型半导体结构示意图少数载流子少数载流子多数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。第9章 9.1导电基本以自由电子为主，被称为导电基本以自由电子为主，被称为电子半导体电子半导体 。在室温下，几乎所有的杂质原子都被电

5、离为带正电的 杂质离子和带负电的自由电子。8.+4+4+4+4+4+4+4空穴二二. P. P型半导体型半导体掺入少量的三价元 素,如硼,则形成P 型半导体。 +4+4硼原子填补空位+3负离子第9章 9.1图9.9.4 P型半导体9.P 型半导体结构示意图导电基本上以空穴导电为主，因此，又被称为空穴半导体空穴半导体。电子是少数载流子电子是少数载流子负离子负离子空穴是多数载流子空穴是多数载流子第9章 9.110.一、PN 结的形成多子扩散空间电荷区少子漂移动态平衡PN结9.1.3 9.1.3 PNPN 结及其单向导电性结及其单向导电性第9章 9.1多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移内电场方向空间电

6、荷区空间电荷区 P P 区区N 区图9.1.5 PN 结的形成 (a)P区与N区中载流子的扩散运动11.外界环境不变条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡， 空间电荷区的宽度基本上稳定下来PNPN结达到稳定结达到稳定 第9章 9.1P 区N 区空间电荷区内电场方向图9.1.5 PN 结的形成 (b)平衡状态下的PN结12.内电场方向E外电场方向RI二、二、 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性P 区N 区空间电荷区变窄 扩散运动增强，形 成较大的正向电流1. 1. 外加正向电压外加正向电压第9章 9.1图9.1.6 PN结加正向电压时导通13.P 区N 区内电场方向ER空间电荷区变宽 外电

7、场方向IR2. 2. 外加反向电压外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过PN结 形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行第9章 9.1图9.1.7 PN结加反向电压时截止14.第9章 9.1总结：总结：1.PN结的P区接电源的正极，N区接负极时，PN结处于正向导正向导 通通（正向偏置）： 正向电流由多数载流子扩散形成，电流数值很大；电流数值很大； 正向电压稍有改变，电流变化较大。表现出的正向动态等效正向动态等效 电阻极小！电阻极小！2.PN结的N 区接电源的正极， P区接负极时，PN结处于反向反向 截止截止（反向偏置）： 反向电流由本征激发本征激发的少数

8、载流子漂移组成，电流数值较小电流数值较小 环境温度不变，少数载流子浓度不变且与反向电压无关，反 向电流具有饱和特性。其动态反向电阻极大。动态反向电阻极大。 温度T少子浓度 反向电流数值 正向电阻极小，反向电阻极大正向电阻极小，反向电阻极大PNPN结的单向导电性结的单向导电性 15.二极管二极管 : : PNPN结结 + + 引线引线二极管的符号阳极,A负极9.2 9.2 二极管二极管正极阴极,KD作用：整流、检波、限幅稳压、保护特性：单向导电性单向导电性16.正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点接触型二极管9.2.1 9.2.1 二极管的结构和符号二极管的结构和符号二极管的符号阳极负极9.2

9、9.2 二极管二极管正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线 面接触型二极管N型硅PN结PN结正极阴极D，VD17.600400200 0.1 0.200.4 0.850100I / mAU / V正向特性反向击 穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性反向特性死区电压死区电压I / mAU / V0.40.8 40 802460.1 0.2锗管的伏安特性锗管的伏安特性正向特性反向特性0开启电压开启电压Uon （死区电压） :使二极管开始正向导通的电压室温下，开启电压开启电压： 硅管硅管0.5V0.5V；锗管锗管0.1V0.1V 导通电压导通电压：

10、硅管硅管0.60.60.8V0.8V 锗管锗管0.2 0.2 0.3V0.3V18.用万用表判断二极管的管脚极性和材料：用万用表判断二极管的管脚极性和材料：1. 判别正、负极二极管的正向电阻很小，反向电阻极大。2.鉴别质量好坏如用万用表测其两端的正反电阻无太大差别，该二 极管就是坏的。3.判别材料用数字表的“二极管”档（通断档）测其正向导通电压如显示：25为0.2v0.5v，锗管；68为0.6v0.8v，硅管； 19.9.2.3 9.2.3 二极管的主要极限参数二极管的主要极限参数1. 最大整流电流IOM：1. 长时间工作、允许流过的最大正向平均电流2. 反向工作峰值电压URM：2. 约为实际

11、击穿电压的一半到三分之一3. 反向峰值电流IRM：4. 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值20.例1：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： 由于：A较B到-12V端的电位差最大所以：DA优先导通，则VY=30.3=2.7VDA导通后, DB因反偏而截止, 起隔离作用, DA起钳位钳位作用, 将Y端的电位钳制在+2.7V。DA12VYAB DBR21.DE 3VRuiuouRuD例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui = 6 sin t V, E= 3V,试画出 uo波形 。 t t ui / Vuo /V6 3

12、300226二极管只有二极管只有导通导通和和截止截止两种状态两种状态分析输入信号分析输入信号uiui在什么范围内：在什么范围内：uiui=? =? D D一定截止一定截止uouo= =？否则否则 D D可能导通可能导通uouo= =？分析方法提示分析方法提示22.例题：电路如图所示，例题：电路如图所示， 二极管的导通电压二极管的导通电压 为为0.7V0.7V，试画出，试画出uiui、uouo波形。波形。（1515分分 昆工昆工20102010年硕士入学考题）年硕士入学考题）分析过程：分析过程：D D1 1负极电位为负极电位为+3V+3V，D D1 1正极电位如正极电位如 低于低于3.7V,3.

13、7V,则则D D1 1截止截止。uiui3.7V,3.7V,则则D D1 1支路不导通。支路不导通。 uiui3.7V, D3.7V, D1 1导通导通uouo=3.7V=3.7V D D2 2正极电位为正极电位为-3V-3V，D2D2负极电位如负极电位如 高于高于-3.7V,-3.7V,则则D D2 2截止截止。 uiui-3.7V,-3.7V,则则D D2 2支路不导通。支路不导通。 uiui-3.7V,-3.7V,则则D D2 2导通导通uouo=-3.7V=-3.7V 当当-3.7V-3.7Vuiui3.7V3.7V时，时，D D1 1、D D2 2截止，截止，i i=0iR=0uo=

14、0iR=0uo=uiui23.9.3 9.3 稳压管稳压管IFUF0正向特性反向击穿区 很陡UZ IminIZmax伏安特性稳压管是一种特殊的 面接触型面接触型硅硅半导体二极管。 电路中起稳定电压的作用 稳压管工作在反向击穿区才稳压管工作在反向击穿区才 能输出稳定的电压！能输出稳定的电压！DZ正极正极负极符号符号24.稳压二极管：1. 工作在其反向击穿区，因此其负极接输出电压的正极。2. 需要与限流电阻串联才能输出相对稳定相对稳定的电压Uo！稳压原理： 25.9. 4 9. 4 晶体管晶体管三个区（N、P、N或P、N、P）引出三个极_三极管两个PN结电流放大电流放大和开关开关作用作用ECB符号

15、26.1. NPN . NPN 型三极管型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极B发射极E三极管的结构三极管的结构 分类和符号分类和符号P ECB符号27.集电区集电结基区发射结发射区CBEN集电极C发射极E基极BNPPN2. 2. PNPPNP型三极管型三极管28.三极管结构的特点：三极管结构的特点：集电区集电结集电结基区发射结发射结发射区NN集电极C基极B发射极EP1. 1.基区体积最薄、掺杂浓度基区体积最薄、掺杂浓度 最低最低2. 2.发射区掺杂浓度大发射区掺杂浓度大3. 3.集电区体积最大、掺杂集电区体积最大、掺杂 浓度低浓度低29.ECRCICUCECEBUBE共发射极接法放大电路9.4.2 9.4.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理三