半导体二极管和三极管1PPT

*,*,半导体二极管和三极管,电子技术,第,1,章 半导体二极管和三极管,1.3,稳压二极管,1.4,半导体三极管,1.2,半导体二极管,1.1,半导体的导电特性,2024/11/16,1,第,1,章 半导体二极管和三极管,教学要求：,1.理解二极管的单向导电性,2.把握二极管电路分析方法,3.把握三极管放大的条件及电流安排关系,2024/11/16,2,1.,本征半导体,2.N,型半导体和,P,型半导体,3.PN,结的形成,4.PN,结的单向导电性,半导体的特性,1.1,半导体的导电特性,2024/11/16,3,半导体二极管图片,1.2,半导体二极管,2024/11/16,4,1.2,半导体二极管,2024/11/16,5,1.2,半导体二极管,2024/11/16,6,(c),平面型,二极管的代表符号,1.2,半导体二极管,P,区,N,区,加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向集中电流；称二极管导通。,加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流；称二极管截止。,二极管的单向导电性,二极管就是,PN,结,加上封装和引线构成的,P,型半导体,N,型半导体,2024/11/16,7,1.1,半导体的导电特性,在物理学中依据材料的导电力量，可以划分为导体、绝缘体和半导体。,硅原子,锗原子,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为,价电子,。,导电力量介于导体与绝缘体之间的物体,半导体：,典型的半导体是,硅,Si,和,锗,Ge,，,它们都是,4,价元素,。,2024/11/16,8,(,可做成温度传感器，如热敏电阻,),掺杂性：掺入某种微量杂质，导电力量明显转变,光敏性：当受到光照时，导电力量明显变化,热敏性：当环境温度上升时，导电力量显著增加,(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管,(,可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等,),。,1.1,半导体的导电特性,半导体的特性：,2024/11/16,9,1.,本征半导体,完全纯洁的、构造完整的半导体，称为本征半导体。,单晶硅中的共价健构造,共价健,共价键中的两个电子，称为,价电子,。,价电子,制造半导体器件的半导体材料的纯度要到达 99.9999999%，常称为,“九个9”。,Si,Si,Si,Si,1.1,半导体的导电特性,价电子打算导电性能,2024/11/16,10,在确定温度T=0K时，全部的价电子都被共价键紧紧束缚，不会成为自由电子,晶体中原子的排列方式,1.1,半导体的导电特性,因此本征半导体的导电力量很弱，接近绝缘体。,自由电子浓度打算导电力量,2024/11/16,11,Si,Si,Si,Si,价电子,价电子在获得肯定能量温度上升或受光照后，即可摆脱原子核的束缚，成为自由电子带负电,本征半导体的导电机理,1本征激发热激发,空穴,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,1.1,半导体的导电特性,同时共价键中留下一个空位，称为空穴带正电。,复合：,自由电子填补空穴同时消逝的过程,激发与复合动态平衡,2024/11/16,12,2两种载流子,当半导体两端加上外电压时，两局部电流:,留意：,自由电子和,空穴都称为,载流子,自由电子作定向运动 电子电流,价(束缚电子填补空穴 空穴电流,本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差,温度愈高，载流子的数目愈多，半导体的导电性,能愈好,1.1,半导体的导电特性,虚拟出来的,2024/11/16,13,Si,Si,Si,Si,2.N,型半导体和,P,型半导体,掺杂后,自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子型半导体或,N,型半导体,。,掺入五价元素,p+,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的杂质某种元素,形成杂质半导体。,N,型半导体,:,自由电子,-,多,(,数载流,),子,空穴,-,少,(,数载流,),子,1.1,半导体的导电特性,+,+,+,+,+,+,+,+,+,2024/11/16,14,Si,Si,Si,Si,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。,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴型半导体或,P,型半导体,。,掺入三价元素,B,硼原子,承受一个电子变为负离子,空穴,本征半导体和杂质半导体都是中性的，对外不带电,P,型半导体,:,空穴,-,多子,自由电子,-,少子,1.1,半导体的导电特性,2024/11/16,15,3.PN,结的形成,多子的集中运动,内电场,少子的漂移运动,浓度差,P,型半导体,N,型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,集中的结果使空间电荷区变宽,空间电荷区也称,PN,结,集中和漂移这一对相反的运动最终到达动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,形成空间电荷区,PN,结形成,1.1,半导体的导电特性,2024/11/16,16,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,4.PN,结的单向导电性,加正向电压正向偏置,空间电荷区变窄,P,接正、,N,接负,I,F,PN,结加正向电压时，,正向电流较大，正向电阻较小，称,PN,结处于导通状态。,内电场,外电场,内电场,多子集中加强,大的集中电流,P,区,N,区,1.1,半导体的导电特性,+,R,2024/11/16,17,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,空间电荷区变宽,加反向电压反向偏置,I,R,P,接负、,N,接正,温度对反向电流影响很大,+,PN,结加反向电压时，,反向电流较小，反向电阻较大，称,PN,结处于截止状态。,P,区,N,区,内电场,外电场,内电场,阻挡集中、促进少子漂移,很小的漂移电流,1.1,半导体的导电特性,2024/11/16,18,1.2,半导体二极管,1.,二极管的分类,2.,伏安特性,3.,二极管电路分析举例,2024/11/16,19,1.2,半导体二极管,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。,二极管按构造分有点接触型、面接触型和平面型三大类。,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。,(a),点接触型,二极管的结构示意图,1.,二极管的分类,2024/11/16,20,平面型二极管,往往用于集成电路制造艺中。,PN,结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,面接触型二极管,PN,结面积大，用于工频大电流整流电路,。,(b),面接触型,(c),平面型,二极管的代表符号,1.2,半导体二极管,P,区,N,区,2024/11/16,21,半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,2AP9,用数字代表同类器件的不同规格。,代表器件的类型，,P,为普通管，,Z,为整流管，,K,为开关管。,代表器件的材料，,A,为,N,型,Ge,，,B,为,P,型,Ge,，,C,为,N,型,Si,，,D,为,P,型,Si,。,2,代表二极管，,3,代表三极管。,1.2,半导体二极管,p.220,2024/11/16,22,半导体三极管的型号,其次位：A锗PNP管、B锗NPN管、,C硅PNP管、D硅NPN管,第三位：,X,低频小功率管、,D,低频大功率管、,G,高频小功率管、,A,高频大功率管、,K,开关管,用字母表示材料,用字母表示器件的种类,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示同一型号中的不同规格,三极管,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,3DG110B,1.2,半导体二极管,2024/11/16,23,2.,伏安特性,硅管0.5V,锗管,0.1V,反向击穿,电压,U,(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V,锗0.2,0.3V,U,I,死区电压,P,N,+,P,N,+,反向电流,在肯定电压,范围内保持,常数(很小,1.2,半导体二极管,2024/11/16,24,3.,二极管电路分析举例,定性分析：推断二极管的工作状态,导通截止,假设 V阳 V阴或 UD为正(正向偏置)，二极管导通,假设 V阳 0,D,导通，,v,o,=,v,s,v,s,V,b,，,二极管,D,1,、D,3,导通，,D,2,、D,4,截止。,u,o,t,R,L,u,i,o,u,o,1,2,3,4,a,b,+,+,u,u,负,半周，,V,b,V,a,，,二极管,D,2,、D,4,导通，,D,1,、D,3,截止。,+,全波整流波形,2024/11/16,27,电路如图，求：,U,AB,V,阳,V,阴,二极管导通,例,3,：,取,B,点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,二极管起钳位作用,D,6V,12V,3k,B,A,U,AB,+,1.2,半导体二极管,6 V,12 V,假设无视管压降，二极管可看作短路，UAB=6V,假设给定管压降为0.7V,2024/11/16,28,u,i,8V,，,二极管导通，可看作短路,u,o,=8V,u,i,V阴或 UD为正(正向偏置)，二极管导通,假设 V阳 V阴或 UD为负(反向偏置)，二极管截止,2024/11/16,31,1.2,半导体二极管,V,D2,导通后，,u,o,=0,，,V,D1,截止,2024/11/16,32,1.3,稳压二极管,1.,稳压二极管,2.,稳压电路,3.,主要参数,光电子器件,2024/11/16,33,1.3,稳压二极管,U,Z,稳定电压,I,Z,稳定电流,I,ZM,最大稳定电流,U,Z,I,Z,伏安特性,稳压管正常工作时加反向电压,使用时要加限流电阻,反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此,稳定电压,特性，做成稳压管,_,+,U,I,O,1.,稳压二极管,符号,2024/11/16,34,2.,稳压电路,正常稳压时,V,O,=,V,Z,1.3,稳压二极管,U,I,O,I,Z,I,ZM,U,Z,2024/11/16,35,光电子器件,光电二极管,a符号 b电路模型 c特性曲线,反向偏置,2024/11/16,36,光电子器件,发光二极管,符号,光电传输系统,2024/11/16,37,1.4半导体三极管BJT,1.根本构造,2.电流安排和放大原理,3.,三极管的三种组态,4.BJT,特性曲线,2024/11/16,38,1.4半导体三极管BJT,1.根本构造,符号：,B,E,C,B,E,C,NPN,型三极管,PNP,型三极管,N,N,P,放射极,集电极,NPN,型,B,E,C,PNP,型,P,P,N,B,E,C,基极,放射极,集电极,基极,电流方向从,P,到,N,2024/11/16,39,基区：最薄，,一般在几个微米,至几十个微米,掺杂浓度很低,放射区：掺,杂浓度最高,放射结,集电结,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,构造特点：,集电区：,面积最大,管芯结构剖面图,2024/11/16,40,2.电流安排和放大原理,三极管放大的外部条件,E,B,R,B,E,C,R,C,放射结正偏、集电结反偏,PNP,放射结正偏 VBVE,集电结反偏 VCVE,集电结反偏 VCVB,B,E,C,N,N,P,P,P,N,B,E,C,V,C,V,B,V,E,V,E,V,B,V,C,硅管,|V,BE,|=,0.7,V,锗管,|V,BE,|=,0.3,V,2024/11/16,41,c,b,e,N,+,N,P,V,EE,V,CC,R,e,R,c,内部载流子的传输过程,三极管的放大作用是在肯定的外部条件掌握下，通过载流子传输表达出来的。,外部条件：放射结正偏，集电结反偏。,放射区：放射载流子,集电区：收集载流子,基区：传送和掌握载流子,I,E,I,B,I,C,I,E,I,EN,I,CBO,三极管内有两种载流子(自由电子和,空穴)参与导电，故称为双极型三极管