《半导体元》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子技术,第八章,半导体器件,模拟电路部分,第八章,半导体器件,8.1 半导体的基础知识,8.2 PN结及半导体二极管,8.3 稳压管,8.4 半导体三极管,良好的导电材料有：,保护性导电材料有：,润滑性的导电材料有：,电阻性的导电材料有：,8.1,半导体的基本知识,15.1.1 概述,Ag Au Cu Al Mo W Zn Ni,Pb Sn 熔点低的合金,C 石墨 碳,Fe Ni Al Cr,合金,导体：,自然界中很容易导电的物质称为,导体,绝缘体：,有的物质几乎不导电，称为,绝缘。,电阻率,如何衡量导电能力？,气体和一部分液体以及除去金属与碳以外的几乎所有固体,如何衡量,绝缘,能力？,绝缘耐压强度,1mm厚，电压的千伏值,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.,Ge Si Se,砷化镓和一些硫化物、金属氧化物等,。,导电特性,导电能力明显变化,受热,光,照,掺入某些杂质,一、本征半导体及其,结构,:,完全纯净的,具有晶格结构的半导体称征半导体.,Ge,Si,现代电子学中，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。,本征,半导体,本征半导体,结构,：,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成,共价键,，共用一对价电子。,硅和锗的晶体结构：,硅的共价键结构,由价电子组成的共价键,Si,Si,Si,Si,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,束缚电子,+4,+4,+4,+4,空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴也是载流子。,本征半导体中,有两种载流子,自由电子,空穴,谁多谁少？,温度越高，光照越强,载流子的浓度越高。温度是影响半导体,导电,性能的一个重要的外部因素,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,一样多,Intrinsic Semiconductor,有办法让某种载流子多些吗?,五价元素,自由电子称,多数载流子,（,多子,）,空穴称为,少数载流子,（,少子,),+4,+4,+5,+4,negative,N,型半导体,磷,+4,+4,+3,+4,三价元素,空穴是,多子,，电子是,少子,positive,P,型半导体,硼,P,型半导体,N,型半导体,杂质半导体,五价元素,三价元素,Extrinsic Semiconductor,参杂浓度将大大改变半导体的导电性能,8.1.3 杂质半导体,杂质半导体的示意表示法,P,型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,在同一片半导体基片上，一半扩散进去五价元素，一半扩散进去三价元素,情况会如何？,PN,结,的,形成,扩散,，,漂移,，空间电荷层（耗尽层，动态平衡，,内建电场,。,8.2,PN,结,基本知识,+,+,+,+,P,N,PN,结会有什么样的,电学特性,？,+,+,+,+,R,E,PN,结正向偏置,内电场,外电场,变薄,P,N,+,_,PN,结,加上正向电压,(,正向偏置),的意思都是,：,P,区加正、,N,区加负电压。,内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流,PN,结反向偏置,+,+,+,+,+,内电场,外电场,变厚,N,P,_,R,E,PN,结,加上反向电压,(,反向偏置),的意思都是：,P,区加负、,N,区加正电压。,内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流,当T=300,0,k 时(即室温下),反向饱和电流,Reverse-bias saturation current,u为PN结两端外加的电压,i为流过PN结的电流,PN,结的伏安特性,T,（）在电流不变情况下管压降,u,反向饱和电流,I,S,，,U,(BR),T,（）正向特性左移,，反向特性下移,势垒电容,：,势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是,势垒电容,。,扩散电容,：,为了形成正向电流（扩散电流），注入,P,区的少子（电子）在,P,区有浓度差，越靠近,PN,结浓度越大，即在,P,区有电子的积累。同理，在,N,区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。,这样所产生的电容就是扩散电容,C,D,。,8.2.2.,PN,结的结电容,单向导电,(伏安特性曲线),结电容,PN结的电学特性,PN,结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,引线,外壳,触丝线,基片（N),点接触型,PN,结,面接触型,P,N,二极管的电路符号：,8.3 半导体器件,半导体二极管 diode,(P),u,i,死区电压,硅管0.5V,锗管0.2V,。,导通压降:硅管,0.60.7V,锗管,0.20.3V。,反向击穿电压,U,BR,理想二极管：,死区电压=0,正向压降=0,二极管的伏安特性,最大整流电流,I,OM,反向电流,I,R,C,B,在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。,PN,结高频,小信号时的,等效电路：,势垒电容和扩散电容的综合效应,r,d,二极管的极间电容,二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：,势垒电容,C,B,和,扩散电容,C,D,。,符号,8.3.2,特殊二极管,稳压二极管,1,.,反向击穿可逆,2.反向电流可在很大范围内变 化,而管子两端的电压变化很小,Zener Diode,u,i,I,Z,I,Zmax,U,Z,I,Z,U,Z,I,Zmin,电学特性:,稳压误差,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,发射结,集电结,Collector,Base,Emitter,发射区：掺,杂浓度较高,基区：较薄,集电区,8.3.2,三极管,Transistor,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN,型,P,N,P,集电极,基极,发射极,B,C,E,PNP,型,Collector,Base,Emitter,B,E,C,I,B,I,E,I,C,B,E,C,I,B,I,E,I,C,B,E,C,I,B,I,E,I,C,I,C,=,I,B,=,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,讨论三机极管的电学特性,Rc,E,晶体管的输出特性,温度对晶体管特性的影响,晶体管的三个工作区域,状态,U,BE,I,C,U,CE,截止 ,U,on,I,CEO,U,CC,放大 ,U,on,I,B,U,BE,饱和 ,U,on,I,B,U,BE,8.3.3 二极管、稳压管、三极管最基本的应用,一、二极管单相整流电路,二、稳压管稳压电路,三、三极管,（三极管共射极放大电路与射极跟随器）,构成晶体管,开关电路,构成晶体管,放大电路,放大电路将在学完数字电路后讲述,u,o,(4)输出电压平均值（,U,o,）：,(1)输出电压波形：,u,1,u,2,a,T,b,D,R,L,u,o,i,L,(3)二极管上承受的最高电压：,(2)二极管上的平均电流：,I,D,=,I,L,1、,单相半波整流,一、二极管的应用,R,L,u,i,u,o,u,i,u,o,t,t,若,U,i=220V,R,L,=10,要买一个什么样的管子,?,diode,1、,单相半波整流,u,D,i,D,u,R,i,R,u,i,I,u,i,u,R,t,t,t,i,D,2、单相全波整流,若,U,i=220V,R,L,=10,要买一个什么样的管子,?,diode,单相桥式整流电路的另一种画法,桥式整流电路,+,-,u,2,正半周时电流通路,u,1,u,2,T,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,桥式整流电路,-,+,u,0,R,L,u,1,u,2,T,D,4,D,2,D,1,D,3,u,2,负半周时电流通路,u,o,u,2,u,2,t,u,o,t,整流电路,加电容滤波,3、限幅,R,u,i,uo,10v,5v,t,c,u,i,u,o,4、峰值采样,u,o,t,u,o,i,Z,D,Z,R,i,L,i,u,i,R,L,已知：稳压管的技术参数:,负载电阻,。,问：当输入电压发生,20%波动时，负载上的电压u,o,会如何变？,21.6(V),14.4(V),(mA),(mA),(mA),二、稳压管稳压电路,三、晶体管,开关电路,R,B,+,U,cc,R,C,u,o,u,i,U,i,(V),t,u,o,t,3,0,6,0.3,5k,+,6V,KA,220V,KA,D,SB,2000,F,T,9013,=200,EL,例,试说明这自动关灯电路的工作原理,刚按下按钮时，晶体管的工作状态？此时,I,c,I,B,各为多少？,是200吗？,三极管刚饱和时，电容上的电压衰减到多少伏？,图中二极管作什么用？,