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1、基本要求,1、掌握二极管的结构特点、伏安特性和参数（含义、常见值） 2、掌握双极结型三极管BJT的结构，工作原理（栅间电流分配），放大作用和开关特性。 3、掌握场效应管的结构，工作原理，放大作用和开关特性。,参见：模电书3章,半导体二极管,一、半导体的特性,根据物体导电能力(电阻率)的不同，分为导体、绝缘体和半导体。,典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。,3.1 半导体的基本知识,1.导电能力：介于导体、绝缘体之间。,2.光敏性、热敏性：0K时不导电，随着温度、光照增加，导电能力增强。,3掺杂性：在纯净的半导体中掺入少量杂质，导电能力显著增强。,二、本征半导体、空穴及其导电作用,
2、1. 原子结构：以Si,Ge为例,本征半导体化学成分纯净、没掺入杂质的半导体。物理结构上呈单晶体形态。,硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子,2. 共价键（晶体结构）,共价键结构平面示意图,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，T=0K=-273C时束缚电子能量不足以脱离共价键成为自由电子，相当于绝缘体。,3. 本征激发（热激发）,当温度升高（例如室温）或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱共价键的束缚，而参与导电，成为自由电子。,自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现一个空位，称这个空位为空穴。,这一现象称为本征激发，也称热激发,本征激
3、发而出现的自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对。,束缚电子从,视为空穴从,半导体中出现两种载流子,空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！,空穴导电：,空穴的移动是靠共价健中束缚电子的移动来实现的。,因此说，空穴（与自由电子相同）也是一种载流子。,三、杂质半导体,在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。,N型(电子)半导体掺入五价杂质元素(如磷P),P型(空穴)半导体掺入三价杂质元素(如硼B),五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而容易形成自由电子。,在N型半导体中自
4、由电子是多数载流子（多子)，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）, 由本征激发形成。,提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，故称为施主杂质。,1. N型半导体,主要依靠自由电子导电!,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。,空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。因而三价杂质也称为受主杂质。,2. P型半导体,主要依靠空穴导电!,掺杂对半导体的导电性能有很大的影响。,多子浓度 少子浓度,3. 掺杂对半导体导电性影响的数据,又在杂质半导体中，多
5、子的浓度取决于杂质浓度；而少子的浓度取决于温度。,说明：,杂质半导体导电能力主要由掺杂决定,3.2.1 载流子的漂移与扩散,漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。,扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。,3.2 PN结的形成及特性,3.2.2 PN结的形成,在本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。,因浓度差, 促使少子漂移, 阻止多子扩散,方向,3.2.3 PN结的单向导电性,(1) PN结加正向电压(正偏),当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。,外电场E 与内电场0
6、方向相反,削弱内电场使势垒区变窄,有利于多子扩散不利于少子漂移,最后形成较大的正向电流,(2) PN 结加反向电压(反偏),外电场E 与内电场0方向一致,加强了内电场，使势垒区变宽,阻碍多子扩散 有利于少子漂移,最后形成很小的反向漂移电流（A级）,PN结加正向电压时， 具有较大的正向扩散电流。 PN结呈现低电阻，导通。PN结加反向电压时， 具有很小的反向漂移电流。 PN结呈现高电阻，截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,(3) PN结V-I 特性表达式,其中,IS 反向饱和电流,VT 温度的电压当量,且在常温下（T=300K）,PN结的伏安特性,(3) PN结V-I 特性表达式,PN
7、结的伏安特性,当VD为正且VDVT时,当VD为负且VDVT,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。,(1) 点接触型二极管,(a)点接触型,3.3 半导体二极管,3.3.1 二极管的结构,二极管按结构分有：点接触型、面接触型和平面型,PN结面积小，不适用于整流；结电容小，用于检波和变频等高频电路。,(3) 平面型二极管,往往用于集成电路中。,(2) 面接触型二极管,PN结面积大，宜用于整流；结电容也大，不宜用于高频电路。,(b)面接触型,(4) 二极管的代表符号,Si二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， Ge二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。,当0VDVth时，外电场不足以克服
8、PN结的内电场，正向电流为零，Vth称为死区或开启电压,当VD0 即处于正向特性区域，正向区又分为两段：,ii) 当VDVth时，内电场大为削弱， 开始出现正向电流，并按指数规律增长。,3.3.2 二极管的V-I 特性,D,D,与PN结伏安特性基本相同,Si二极管的饱和电流Is Vth 二极管导通，导通后 VD= Vth,VD Vth,?,对于理想D，只要V阳 V阴 是导通且箝位， 否则截止,导通后即箝位,将D断开,(3)关于优先导通,(V阳V阴)大的二极管优先导通且箝位,D2:V阳2V阴2=6v-(-3v)=9v,D1:V阳1V阴1=0v-(-3v)=3v,D2优先导通且箝位(短路) VAO
9、 = 6v，D1受反压截止,例:,?,(1)整流(半波、全波) 利用D的单向导电性,(2)限幅(削波),二极管应用举例,(3)低压稳压,(4)开关作用（二极管可在数字电路中做数字开关）,D导通:开关闭和,D截止:开关断开,没有稳压值 3V的稳压管，同时稳压管输出稳压值过低，效果不理想,要得到3V的稳压值，通常利用把几个二极管串联的方法。,3.5 特殊二极管,1. 稳压二极管（齐纳二极管） 稳定直流电压，工作于反向击穿状态,2. 变容二极管：结电容随U反而显著 用于高频电路中,3.光电二极管,4. 发光二极管,5. 激光二极管,光信号电信号，反向电流光照度 用于光度测量、光电耦合电路接收端,电信
10、号光信号，发光亮度正向导通电流，用于显示、光电耦合电路发送端,6. 肖特基二极管,（a）符号 （b）正向V-I特性,光电传输系统,光信号传输损耗小，抗干扰能力强。,稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管,工作在反向击穿状态（齐纳击穿）。其反向击穿是可逆的,且反向电压较稳定（V-I特性较陡）。,稳压二极管（齐纳二极管）,R:限流电阻限制流经稳压管的反向电流防止稳压管进入热击穿。配合稳压管稳压,练习1,VA= 1V,VB= 3.5V,D承受反偏而截止,先假设D断开,练习2,电路如图所示，已知ui5sint (V)，二极管导通电压UD0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。,练习3,写出下列各图所示电路的输出电压值，设二极管导通电压UD0.7V。,解：,UO11.3V，,UO20V，,UO31.3V，,UO42V，,UO51.3V，,UO62V。,作业,3.4.5、3.4.6(b)、(c) 3.4.2,
