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1、半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管第第 4 章章4.1半导体基础知识与半导体基础知识与PN结特性结特性4.2二极管的种类及特性二极管的种类及特性4.3二极管的检测与应用二极管的检测与应用4.4双极型三极管双极型三极管4.6三极管的识别、检测及应用三极管的识别、检测及应用4.5 4.5 单极型三极管单极型三极管-场效应管场效应管4.7 4.7 技能训练技能训练半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管第第 4 章章4.1半导体的基础知半导体的基础知识识4.1.1本征半导体本征半导体4.1.2杂质半导体杂质半导体4.1.3PN 结结4.1.1 本征半导体本征半导体半导体半导体 导电能力介于导体
2、和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体本征半导体 纯净、结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。纯净、结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8 18 4简化简化模型模型+4惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管本
3、征激发：本征激发：本征激发：本征激发：复复 合：合：自自由由电电子子和和空空穴穴在在运运动动中中相相遇遇重重新新结结合合后成对消失的过程。后成对消失的过程。漂漂 移：移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位键中留下一个空位(空穴空穴)的过程。的过程。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管两种载流子两种载流子电子电子(自由电子自由电子)空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由
4、电子自由电子(在共价键以外在共价键以外)的运动的运动空穴空穴(在共价键以内在共价键以内)的运动的运动 结论结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，且与温度有关本征半导体导电能力弱，且与温度有关。两种载流子两种载流子第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.1.2 杂质半导体杂质半导体一、一、N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体N 型型+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流
5、数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数P 型型+3+4+4+4+4+4硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数施主施主离子离子施主施主原子原子受主受主离子离子受主受主原子原子 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、杂质半导体的导电作用二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN 型半导体型半导体 I INP 型半导体型半导体 I IP三、三、P 型、型、N 型半导体的简化图示型半导体的简化图示负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子多数载流子多数载流子 少数载流
6、子少数载流子+第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.1.3 PN 结结一、一、PN 结结(PN Junction)的形成的形成1.载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散2.复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层)空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，阻止扩散进行，阻止扩散进行，利于少子的漂移。利于少子的漂移。3.扩散和漂移达到动态平衡扩散和漂移达到动态平衡扩散电流扩散电流 等于漂移电流，等于漂移电流，总电流总电流 I=0。内建电场内建电场PN 结形成结形成第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管
7、二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性1.外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置)forward biasP 区区N 区区内电场内电场+UR外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄。使空间电荷区变窄。IF限流电阻限流电阻2.外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)reverse bias P 区区N 区区 +UR内电场内电场外电场外电场外电场使少子背离外电场使少子背离 PN 结移动结移动，空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IRPN 结的单向导电性：结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大正偏导通，呈小电阻，电流较大;反
8、偏截止，电阻很大，电流近似为零。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漂移运动加强形成反向电流 IRPN 结单向导电结单向导电第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.2 二极管的二极管的种类和种类和特性特性4.2.1 二极管的结构、类型和命名二极管的结构、类型和命名4.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性4.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.2.1 半导体二极管的结构、类型和命名半导体二极管的结构、类型和命名构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符
9、号：符号：A(anode)C(cathode)分类分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路平面型集成电路平面型PNP 型支持衬底型支持衬底 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管半导体器件型号命名方法半导体器件型号命名方法半导体器件的型号由五个部分组成半导体器件的型号由
10、五个部分组成 表表 4.1 4.1 半导体器件的组成半导体器件的组成 表表 4.1 半导体器件的组成半导体器件的组成组成部分的符号及其意义组成部分的符号及其意义 4.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性一、一、PN 结的伏安方程结的伏安方程反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300(27 C)：UT =26 mV 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗
11、管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth UD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反反向向击击穿穿U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V，正，
12、正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管硅管硅管的伏安特性的伏安特性锗管锗管的伏安特性的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4 25 50510150.010.020温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 升高时，升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下
13、降 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.IF 最大整流电流最大整流电流(最大正向平均电流最大正向平均电流)2.URM 最高反向工作电压最高反向工作电压，为为 U(BR)/2 3.IR 反向电流反向电流(越小单向导电性越好越小单向导电性越好)4.fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管iDuDU(BR)I FURMO4.3二极管的检测与应用 4.3.1 4.3.1 二极管限幅二极管限幅 4.3.2 4.3.2 稳压二极管稳压二极管 4.
14、3.3 4.3.3 光电二极管光电二极管 4.3.4 4.3.4 二极管在整流电路中的应用二极管在整流电路中的应用 4.3.5 4.3.5 桥式整流滤波电路桥式整流滤波电路 4.3.6 4.3.6 二极管的识别与检测二极管的识别与检测 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.3.1 二极管的限幅二极管的限幅例例 1.3.5 ui=2 sin t(V)，分析二极管的限幅作用。，分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuORui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止u
15、i UN二极管导通二极管导通等效为等效为 0.7 V 的恒压源的恒压源 UO=VDD1 UD(on)=15 0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA)I2=(UO VDD2)/R=(14.3 12)/1=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)VDD1VDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12VPN 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管4.3.2 稳压二极管稳压二极管一、伏安特性一、伏安特性符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性
16、二、主要参数二、主要参数1.稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2.稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。3.最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM4.动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 几十几十 第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管5.稳定电压温度系数稳定电压温度系数 CT一般，一般，UZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0(为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；4 V UZ 7 V，CTV 很小。很小。第第 4 4 章半导体二极管、三极管章半导体二极管、三极管例例 4.3 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR R当当 UI 波动时波动时(RL不变不变)反之亦然反之亦然当当 RL 变化时变化时(UI 不变不变)反之亦然反之亦然UIUORRLILIR
