常用半导体器件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,*,南航金城学院自动化系模电课程组,第1章 常用半导体器件,1.1,半导体基础知识,1.2,半导体二极管,1.3,晶体三极管,1.4,场效应管,槽虎倍稗碉啸蒂铜滞掺铣搐蚁辽荔艰遮棵蝶歇央挤嚣藤央巳票闰母翟县构常用半导体器件常用半导体器件,第1章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识1.2,1,1.1 半导体基础知识,1.1.1,本征半导体,1.1.2,杂质半导体,1.1.3,PN结,第1章 常用半导体器件,扭囱该座墅薄芋壶项芹隔歌仔音懈脊匹替巡劳厢呜帝周状嘻摆曹蚜培墨啡常用半导体器件常用半导体器件,1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体1.1.2,2,1.1.1 本征半导体,一、 半导体,在物理学中，根据材料的导电,能力,，可以将它们划分,导体,、,绝缘体,和,半导体,。,导体,原子最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。如：铁、铝、铜,绝缘体,原子最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。如：惰性气体、橡胶等,半导体,原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间，如：硅（Si）、锗（Ge）,赎榴兑簇阔醒帝擅贫再美胡拽晕叔轴睦樟冬绿幢鹏嫌么贪椿缸湛畔要熔这常用半导体器件常用半导体器件,1.1.1 本征半导体一、 半导体 在物理学中，根,3,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,。,典型的半导体是,硅(Si),和,锗(Ge),，它们都是,4价,元素,1.1.1 本征半导体,淡办嘶肥问媒厦妒柒挝柔明蕾朽孤严桂娃赔纳纵拈窜暖缴坯沂程施咯卵非常用半导体器件常用半导体器件,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。典型的半,4,本征半导体,是纯净的晶体结构的半导体。,无杂质,稳定的结构,1.1.1 本征半导体,二、 本征半导体的晶体结构,共价键,共用电子,在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为,自由电子,，,因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。,屈产尚泽妨镍躲嘘尺筋养伸位吧忌痔毛翻浦蓬霓脱债践慧办睹沁焦妨奈歧常用半导体器件常用半导体器件,本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。无杂质稳定的结构1.1.,5,1.1.1 本征半导体,这一现象称为,本征激发,，,也称,热激发,。,当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，称为,自由电子,。,自由电子,空穴,自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为,空穴,。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,骏隶培感笛急翻役爪滇蜡滑乓芯勘迹楚掉烁蕾姥瘦财鲁空臼紧蕉涂摹吁代常用半导体器件常用半导体器件,1.1.1 本征半导体这一现象称为本征激发，,6,可见本征激发同时产生电子空穴对。,外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。,与本征激发相反的现象复合,在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。,自由电子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,1.1.1 本征半导体,电子空穴对,讣吵坐斟试货棉伯操灶畜顺述的颓萄夸凌己盖赊响仁酮好只只悼弱农言追常用半导体器件常用半导体器件,可见本征激发同时产生电子空穴对。 与本征激发相,7,三、 本征半导体中的两种载流子,1.1.1 本征半导体,自由电子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,运载电荷的粒子称为,载流子,两种载流子,自由电子,载流子,空穴,自由电子：带负电荷 电子流,空穴：带正电荷 空穴流,需蔫妇殃垦矾丑堑钉茨潦奴片灯瞳屁试嘴拯御疟犹除瑰祭造临夏概珐渡不常用半导体器件常用半导体器件,三、 本征半导体中的两种载流子1.1.1 本征半导体自由,8,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,E,本征半导体的导电机理：,1.1.1 本征半导体,四、 本征半导体中载流子的浓度,外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。,温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。,热力学温度0K时不导电。,斋糜藻怀当液屁必胰称烽扫唾稍响溪促狞你胸插晒鸵挟举告睫嘲虑辖村懒常用半导体器件常用半导体器件,+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子E本征半导体,9,1.1.1 本征半导体,在常温下(T=300K )，,硅：,锗：,原子密度：,两种半导体导电性能都很弱,本征半导体的导电性取决于外加能量：,温度,变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。,跨碟匹嘲窍教磁降衔繁扦屯穆末砸每季隐掘蔷磨雕价抱持内哦吐班链毗骇常用半导体器件常用半导体器件,1.1.1 本征半导体在常温下(T=300K )，硅：锗：,10,本征半导体存在数量相等的两种载流子：,自由电子,和,空穴,。电子与空穴电荷量相等，,极性相反。,本征半导体的导电机理,总结,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,温度越高,，载流子的浓度越高，因此,本征半,导体的导电能力越强,。温度是影响半导体性,能的一个重要的外部因素，这是半导体的一,大特点。,1.1.1 本征半导体,阿淀爬痒泽收郁鄂际袄绑烯菩邹聊涎惜壹枚喷拓剔撇卢挠萤昨箔弗梗警靡常用半导体器件常用半导体器件,本征半导体存在数量相等的两种载流子：本征半导体的导电机理,11,1.1.1 本征半导体,为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？,串晤彬括怨热懂拍彬肤冕膨板采孜孔巢湃儡侈挫峰驾吱捏滋字鼻弱芯淆雌常用半导体器件常用半导体器件,1.1.1 本征半导体 为什么要将半导体变成导电性很,12,1.1.2 杂质半导体,杂质半导体：,在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体。,其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,N型半导体,（电子半导体）：使自由电子浓度大大增加的,杂质半导体,P型半导体,（空穴半导体）：使空穴浓度大大增加的杂质,半导体,N-Negative,P-Positive,窑箭仟秩弦吾碾坡牺元捧认董幸需噎岁夜烬萌哉趟蚜灶教旗场尹令刑蝗龋常用半导体器件常用半导体器件,1.1.2 杂质半导体 杂质半导体：在本征半导体中掺,13,在本征半导体中掺入五价杂质元素称为,N型半导体,，如：磷，砷。,一、 N型半导体,1.1.2 杂质半导体,多数载流子，简称多子：,自由电子,磷原子、施主原子：,提供电子,N型半导体主要靠自由电子导电。掺入杂质越多，自由电子浓度越高，导电性越强。,多数载流子，简称多子：,自由电子,磷原子、施主原子：,提供电子,售揍战标奈伏府薯过妨甫测怎研盯敌锗系颈樱灵毁阳渭丁咕负汹萍肖卵上常用半导体器件常用半导体器件,在本征半导体中掺入五价杂质元素称为N型半导体，如：磷,14,问题1. N型半导体中的载流子是什么？,1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。,2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。,掺杂元素浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为,多数载流子（多子），,空穴称为,少数载流子（少子）。,1.1.2 杂质半导体,问题2. 空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？,距币臼楼潮运嗡遥涤疆享秽也搔抉器奠巩腋真撇攻韭勋岭曾肺逃柯时掀硕常用半导体器件常用半导体器件,问题1. N型半导体中的载流子是什么？1.由施主原子提供的电,15,二、 P型半导体,1.1.2 杂质半导体,在本征半导体中掺入三价杂质元素称为P,型半导体,，如：硼、镓,多数载流子，简称多子：,空穴,硼原子、受主原子：,吸收电子,P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强。,三见镐扼荣琴嵌佳揭勺折娃炽窝氰债摸聊濒糟桑截荧瞻碑押潍弧恨倚州火常用半导体器件常用半导体器件,二、 P型半导体1.1.2 杂质半导体 在本征半导体,16,P型半导体中的载流子是什么？,1.由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相同。,2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。在P型半导体中,空穴是多子，自由电子是少子,。,1.1.2 杂质半导体,总结：,杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。,适簇轩率萨征划吸巫滤脏磕倘磁捌妄拖帐奥惊似绅睹太郁团凤札蹭幽效赖常用半导体器件常用半导体器件,P型半导体中的载流子是什么？1.由受主原子提供的空穴，浓度与,17,杂质半导体的示意图,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N型半导体,多子电子,少子空穴,P型半导体,多子空穴,少子电子,少子浓度与温度有关,多子浓度与温度无关,1.1.2 杂质半导体,受主离子,施主离子,符冯缚制该弦庇嘎挞铆事婿弃考谬毁秩蚀拂又樟鹅才找囊熟羌骑豆腹锗斩常用半导体器件常用半导体器件,杂质半导体的示意图+N型半导体多子电,18,2. 多数载流子和少数载流子哪个受温度影响？,1. 本征半导体中掺入五价元素，则半导体中多数载流子为_，该半导体称为_型半导体；掺入三价元素，则半导体中多数载流子为_，该半导体称为_型半导体。,练习,因为N型半导体的多子是自由电子，所以它,带负电，这种说法是否正确？,1.1.2 杂质半导体,潮期印峨戴妇贰也梆销嘉贬翼摈溯晒砾挑牙上倔宿掣石坤供狱载刁艇址惩常用半导体器件常用半导体器件,2. 多数载流子和少数载流子哪个受温度影响？1. 本征半,19,因多子浓度差,形成内电场,多子的扩散,空间电荷区,阻止多子扩散，促使少子漂移。,PN结合,空间电荷区,多子扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,内电场E,PN结,一、 PN结的形成,1.1.3 PN结,P区空穴浓度远高于N区。,N区自由电子浓度远高于P区。,机臃稽具富鞘心勤遏倪坑臼杯旺侵奴洗经厩邮俗淤客翔寒渊蜕宠撬府钙齿常用半导体器件常用半导体器件,因多子浓度差形成内电场多子的扩散空间电荷区,20,少子飘移,补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E,多子扩散,又失去多子，耗尽层宽，E,内电场E,多子扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,动态平衡：扩散电流 漂移电流,总电流0,1.1.3 PN结,瓮韶疤虹哀组疏舱烬怂侍柯蒂契锋负姆吟谐晚影策梁愁擂蟹誊缀郴虑月坪常用半导体器件常用半导体器件,少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散,21,PN结,加正向电压,（正偏）电源正极接P区，,负极接N区,外电场的方向与内电场方向相反。,外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子,扩散形成正向电流,I,F,正向电流,外电场,二、 PN结的单向导电性,毅既援童跪葡垮则逆糜拯企拐延屠砸入墟粥怨暂梆蚕悦举员尧襟渡读汲栗常用半导体器件常用半导体器件,PN结加正向电压（正偏）电源正极接P区， 外电场的,22,2. PN结,加反向电压,（反偏）电源正极接N区，,负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。,外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流,I,R,P,N,外电场,在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故,I,基本上与外加反压的大小无关,，,所以称为,反向饱和电流,。,但,I,与温度有关。,1.1.3 PN结,芝迂员灶卸然帚戌侍董铃守瞒且闹皱公英冉脸栓拒骏运热损奔路拷叠悄几常用半导体器件常用半导体器件,2. PN结加反向电压（反偏）电源正极接N区， 外电,23,PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；,PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。,由此可以得出结论：PN结具有,单向导电性,。,1.1.3 PN结,货柴须堵胞亮浚非碍冤营所奢山妒染为鞠爪深嚎学熏颐村咨玫颈脯覆娥纷常用半导体器件常用半导体器件,PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电,24,1.1.3 PN结,三、 PN结的电流方程,u,：PN结两端的电压降,i,：流过PN结的电流,I,S,：反向饱和电流,U,T,=,kT/q,：温度的电压当量,其中,k,为玻耳兹曼常数 1.3810,23,；,q,为电子电荷量1.610,9,；,T,为热力学温度，对于,室温,（相当,T,=300 K），则有,U,T,=26 mV,。,当,u,0,u,U,T,时,当,u,|,U,T,|时,经呛殊砾抹颜痕逞虾飞炉言捅或咽嗜蹈啼咆饲讥制快宰便栗社闯护盼烙处常用半导体器件常用半导体器件,1.1.3 PN结三、 PN结的电流方程u ：PN结两端的,25,1.1.3 PN结,四、 PN结的伏安特性,根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图,正偏,I,F,（多子扩散）,I,S,（少子漂移）,反偏,反向饱和电流,反向击穿电压,反向击穿,正向特性,反向特性,狼溃阅植齐雌干而讳循遍闻笛佬贝祖蒸作矿兽偷今射醉于糕它败嗓悠痔德常用半导体器件常用半导体器件,1.1.3 PN结四、 PN结的伏安特性根据理论推导，PN,26,PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的,反向击穿。,热击穿,不可逆,雪崩击穿,齐纳击穿,电击穿,可逆,U,（BR）,U/v,I/mA,击穿特性：,1.1.3 PN结,峡戮帘牌膊款瘤颓恼仁准滁衣铰赘嘶雏簿横零岔尚浅锋晃悠砚疚刮哩殉离常用半导体器件常用半导体器件,PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增,27,五、 PN结的电容效应,1.1.3 PN结,PN结具有一定的电容效应，它由两方面因素决定。,一是势垒电容C,B,二是扩散电容C,D,毛臀咽碉钓勘首苦敦残炯聊茸查沽荫礼疤裸羽溅壶疾羞宠怨吊莱寺雍灸顷常用半导体器件常用半导体器件,五、 PN结的电容效应1.1.3 PN结 PN结,28,势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压发生变化时，离子薄层的宽度要相应地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。,1 势垒电容,C,B,1.1.3 PN结,币雾迄竿说犊把踩纹宋邻托另溪雄名孪与愧串派砌酮钒惶狞霜绞虾炬东骚常用半导体器件常用半导体器件,势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压发,29,2 扩散电容,C,D,扩散电容是由,多子扩散,后，在PN结的另一侧面积累而形成的。PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧靠PN结附近，形成一定的浓度梯度曲线。正向电压变，浓度就改变，相当于电容的充放电过程,。,1.1.3 PN结,偷岩苫版辉铡差侠哨忻葱幻渡篆擅浊衔堆罐拧麻谁犊奎盲从换址瘴境或带常用半导体器件常用半导体器件,2 扩散电容CD 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一,30,结电容：,结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！,电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来,1.1.3 PN结,葡钢屎除稠粤挟割保授菏敌坯崎焕特淑沁搭嫉宅挛沮漓涸豆赶诗俱辨丝随常用半导体器件常用半导体器件,结电容： 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定,31,1.2 半导体二极管,1.2.1,半导体二极管的几种常见结构,1.2.2,二极管的伏安特性,1.2.3,二极管的主要参数,1.2.4,二极管的等效电路,1.2.5,稳压二极管,1.2.6,其它类型二极管,晨帅朴痰淌虱综调拈面诽堪程计现内龄昆粤瑰养砰延点偏锅邀欺盅砖咕廉常用半导体器件常用半导体器件,1.2 半导体二极管 1.2.1半导体二极管的几种常见结构1,32,1.2.1 半导体二极管的几种常见结构,将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。,小功率二极管,大功率二极管,稳压,二极管,发光,二极管,豫毯憨庄盆愿召秸劫燕截咸蛾城井醚钠谊疡峦揣咖簿肆飞屋苗峡悍赐柏吓常用半导体器件常用半导体器件,1.2.1 半导体二极管的几种常见结构将PN结封装，引出两,33,二极管(Diode) = PN结 + 管壳 + 引线,结构：,分类：,按材料分,：硅二极管、锗二极管,按结构分,：点接触型、面接触型和平面型,1.2.1 半导体二极管的几种常见结构,N,P,半导体二极管的符号：,a,k,阳极,阴极,电流方向,由,P区引出,的电极称为,阳极,（正极）,由,N区引出,的电极称为,阴极,（负极）,+,-,U,号鸵握臀盗苹蜂鲤崇郭狂辩且呢妄靡孩线瓢芹毯漠费翟压扛抉叭君斩碑童常用半导体器件常用半导体器件,二极管(Diode) = PN结 + 管壳 + 引线结,34,(1) 点接触型二极管,(2) 面接触型二极管,(3) 平面型二极管,PN 结面积可大可小，用,于高频整流和开关管中。,PN结面积大，一般仅,作为整流管。,PN结面积小，结电容小，,用于高频电路和小功率整流。,遥氨枣击囤公爵屁葵挝堑肚澳甲姑普帕罕您醛姿崇婶餐榴穴抗妻屹对菱穗常用半导体器件常用半导体器件,(1) 点接触型二极管(2) 面接触型二极管(3) 平,35,(1) 正向特性,(2) 反向特性,u,E,i,V,mA,u,E,i,V,uA,硅：,0.5 V,导通压降,反向饱和电流,死区,电压,击穿电压,U,BR,硅,：0.60.8V,典型值为,0.7V,锗,硅,/,mA,/,A,锗：,0.10.3V,锗：,0.1 V,PN结的伏安特性曲线,1.2.2 二极管的伏安特性,一、 二极管的伏安特性,编啤饶粕洁矛慈犀碱得畔泛馅槛熄苫暇铁鸡谣黄豌问攀啸冠凭涸媒埂草晒常用半导体器件常用半导体器件,(1) 正向特性(2) 反向特性uEiVmAuEiVuA,36,1.2.2 二极管的伏安特性,二极管的伏安特性总结：,1. 单向导电性,2.,伏安特性受温度影响,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,正向特性为指数曲线,反向特性为横轴的平行线,增大1倍/10,按巾田瞎蜘箔瓮牧瞅存窑屯帛垄疡综瓮苏翠忘狐商弓息萧猿碰例民握娟莲常用半导体器件常用半导体器件,1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性总结：,37,一、 最大整流电流,I,F,二极管长期连续工,作时，允许通过二,极管的最大整流,电流的平均值。,二、 反向击穿电压,U,BR,二极管反向电流,急剧增加时对应的反向,电压值称为反向击穿,电压,U,BR,。,最大反向工作电压,U,R,为安全计，在实际,工作时，最大反向工作电压,U,R,一般只按反向击穿电压,U,BR,的一半计算。,1.2.3 二极管的主要参数,慈净销姑淡皿亢棍舅郭贞答层补直韧乓巾窝癸收财酪谴蕊拂盼犊谎抚狱葵常用半导体器件常用半导体器件,一、 最大整流电流IF二极管长期连续工二、 反向击穿电压,38,三、 反向电流,I,R,二极管未击穿时的反向电流。此值越小，二极管的单向导电性越好。硅二极管的反向电流一般在纳安(,n,A)级；锗二极管在微安(,A)级。,四、 最高工作频率,f,M,由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频率超过,f,M,时，单向导电性变差。二极管工作的上线截止频率。,1.2.3 二极管的主要参数,摹津匀娥钙荒啼劣凋森邹乍劲姆话轴订忧枫怀柿摊冯茸赤闸胶纂澈孽喻匹常用半导体器件常用半导体器件,三、 反向电流IR 二极管未击穿时的反向,39,理想,二极管,理想开关,导通时,U,D,0截止时,I,S,0,导通时,U,D,U,on,截止时,I,S,0,导通时,i,与,u,成线性关系,应根据不同情况选择不同的等效电路！,1.2.4 二极管的等效电路,一、 伏安特性折线化,近似分析中最常用,邻管癣角撬萝族抑砾第给爵触谨纺绘限套泣通接馏新医窥名嚣研估碾巳赋常用半导体器件常用半导体器件,理想理想开关导通时UDUon导通时i与u成线性关系应根,40,Q,越高，,r,d,越小。,当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。,u,i,=0时直流电源作用,小信号作用,静态电流,1.2.4 二极管的等效电路,二、 二极管的微变等效电路,朵芽布兹阀秽梦宠罚母永逐写蕉满厉几泰挠躬芝武拾拌洪寝狱碱巍尿珠锥常用半导体器件常用半导体器件,Q越高，rd越小。 当二极管在静态基础上有一动态信号作,41,二极管的应用举例,例1. 电路如图所示，若,U,A,、,U,B,两点电位分别为0V、3V不同组合时，计算输出电压,U,O,值，并分析二极管的工作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为0.7V。,事靖牺恨先火聘忿分邹剧傲蒸叫蹦挡惭苯需赘涅彝怂盒旭誓霞喻健俭淑善常用半导体器件常用半导体器件,二极管的应用举例例1. 电路如图所示，若UA、UB两点电位分,42,(1),U,A,=0 V,U,B,=0 V,VD,1,、VD,2,均正向导通,U,O,0.7 V,(2),U,A,=3 V,U,B,=,3 V,VD,1,、VD,2,均正向导通,U,O,3.7 V,二极管的应用举例,韩膝阁焉倾肚釉氏娠吮涕块森蛛芦辱继钢顺基案熄赐彪巾鬼菜诵獭困豫滞常用半导体器件常用半导体器件,(1) UA=0 V UB=0 VVD1、VD2均正,43,(3),U,A,=0V,U,B,=3V,VD,1,正向导通,VD,2,截止,U,O,0.7 V,二极管VD,1,两端电位差大而优先导通,(4),U,A,=3V,U,B,=0V,VD,2,正向导通,VD,1,截止,U,O,0.7 V,二极管VD,2,优先导通,二极管的应用举例,辞城将惺喷短志拾潮螺译舔毋堰隙丙豢奏寇露半壕欢徘竟租强冉潭邵寒示常用半导体器件常用半导体器件,(3) UA=0V UB=3VVD1正向导通UO0,44,如何判断二极管是否导通：,判断二极管工作状态时，可,先将二极管断开，然后比较,两极电位。,如果处于正偏，,则二极管导通；否则截止。,电位差大的优先导通。,二极管的应用举例,檀忿靳咸谭骚呐怯肥家杭菌锑庄纂竹蝶千搀踩醚绷擞峡瑟另旬采讯者折皿常用半导体器件常用半导体器件,如何判断二极管是否导通：二极管的应用举例檀忿靳咸谭骚呐怯肥家,45,例2. 写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压,U,D,=0.7V。,U,O1,=1.3V,U,O2,=0V,U,O3,= -1.3V,二极管的应用举例,宏照涎媒爵辨海徊余捏刊剥辕诡涨民悲初堑努犬六尘缝昼喂迟矛矽瘦贿钧常用半导体器件常用半导体器件,例2. 写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD=0,46,例3.,u,i,= 2 sin,t,(,V)，画出输出电压,u,o,的波形,。,u,i,较小，宜采用恒压降模型,0.7 v,u,i, 0.7 v,u,1,、,u,2,均截止,u,O,=,u,i,u,O,= 0.7 v,u,i,0.7 v,u,2,导通,u,1,截止,u,i,0.7 v,u,1,导通,u,2,截止,u,O,=,0.7 v,二极管的应用举例,啦太漳沁灯焊台载浊页纱紊墅缔启漾贤碰颧抑丢粹椒泪宝署席酱梁窿葫彻常用半导体器件常用半导体器件,例3. ui = 2 sin t (V)，画出输出电压u,47,O,t,u,O,/ v,0.7,O,t,u,i,/ v,2,0.7,二极管的应用举例,凭路掐昨墙币肠成剖妊埂遁悼每沈嫉榜担习单茬合挫疵发另截痹淀扯霓汇常用半导体器件常用半导体器件,OtuO/ v0.7Otui / v2 0.7二极管的应用,48,3.当温度升高时，PN结的反向饱和电流将增加还是减小？,2.PN结导通后，正向电流（扩散电流）的方向：从P区到N区还是从区N到P区？反向电流的方向？,1.对PN结加正向偏置，即P区的电位_于N区的电位，PN结处于_状态；加反向偏置，即P区的电位_于N区的电位，PN结处于_状态。,练习,组姆鸳膳颊廖瓦帕斧钝列尤胸育馋湃抡募或陋茎年嫡形昏捌倪煌摘揽愤寂常用半导体器件常用半导体器件,3.当温度升高时，PN结的反向饱和电流将增加还是减小？ 2.,49,4,. u,i,=5sin,t,(,V)，画出输出电压,u,o,的波形,。,二极管是理想的。,+,+,-,-,u,i,u,o,R,D,1,D,2,2V,2V,练习,阿氨刀怖圣鼓转缓掀司迎造互颈颅糟态维跑溅酸退栗骂携澎症聂吹营音右常用半导体器件常用半导体器件,4. ui =5sin t (V)，画出输出电压uo的波形,50,稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管,反偏电压,U,Z,反向击穿,U,Z,电路符号：,U,I,I,Zmin,I,Zmax,U,Z,I,Z,稳压误差,曲线越陡，电压越稳定。,U,Z,1.2.5 稳压二极管,涤鼠警彤草却刻磕朴窘谦豌润翱头缝卸剪关锣榔涂拷棉蜒趴抛眨销和登李常用半导体器件常用半导体器件,稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管反偏,51,稳压原理：,根据电路图可知,U,I,U,O,U,Z,I,Z,I,R,U,R,U,O,I,R,1.2.5 稳压二极管,骂腊迪谍侧映救季久玫恬旱换臣浸泞昨易永牧吭厚替誓生磋圆促撇因里失常用半导体器件常用半导体器件,稳压原理：根据电路图可知UIUOUZIZIR,52,使用稳压管注意事项：在工作时反接，,并,串入一只电阻,。电阻的作用一是起限,流作用，保护稳压管；其次是当输入电,压或负载电流变化时，通过该电阻上电,压降的变化，取出误差信号以调节稳压,管的工作电流，从而起到稳压作用。,1.2.5 稳压二极管,雕柑沛坤噎寻瞧恼蠕誓雨踌虾颁幂赵映甜懦絮脓躁菌隘式贯坊堵纹屎题频常用半导体器件常用半导体器件,使用稳压管注意事项：在工作时反接，1.2.5 稳压二极管雕,53,限流电阻,R,的选择：,(2) 在,U,i,最低和,I,L,最大时，流过稳压管的电流最小，这时应保证I,Z,不小于稳压管最小电流值。,(1) 在,U,i,最高和,I,L,最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流不能高于稳压管最大稳定电流。,限流电阻,R,的选择范围为：,R,min,R,R,max,I,L,1.2.5 稳压二极管,坊黄诉比娱扬咏吗候北拦沮懊抄旁凤泥千授摸豁锨亮锰枕榜逝续赃揪囚恿常用半导体器件常用半导体器件,限流电阻R的选择：(2) 在Ui最低和IL最大时，流过稳压,54,1、如图，已知,U,Z,=10V，负载电压,U,L,（ ）,（） 5,（）10,（）15,（）20,A,VS,20V,15k,5k,U,L,稳压管的工作条件,（）必须工作在反向击穿状态。,（）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不超过允许范围。,练习,渠汲膛愤骏迂蔓夺盂峰啪番肄丁拱滥帐兴盎驼闪纶枚满尼咙摊泻写溅拱恋常用半导体器件常用半导体器件,1、如图，已知UZ=10V，负载电压UL（ ） A,55,2、已知,u,i,= 6sin,t,，,U,Z,=3V，画输出波形。,VS,u,i,u,o,6,u,i,/V,t,3,u,o,t,3,O,O,练习,裳胜点授榆吵炎邵反脑褪岁稍身蔗教愿贮巧须绊厂糙炼卿遥属贸羊抠柴食常用半导体器件常用半导体器件,2、已知ui = 6sint，UZ =3V，画输出波形。,56,1.2.6 其它类型二极管,一、 发光二极管,有正向电流流过时，发,出一定波长范围的光，目前,的发光管可以从红外到可,见波段的光，它的电特性,与一般二极管类似。,卉贺绒辫楞镊节廷辞沟芯悉伍典背贪鄂先斤渗湿塞局业的棉墒魁逊扬目痛常用半导体器件常用半导体器件,1.2.6 其它类型二极管一、 发光二极管卉贺绒辫楞镊节廷,57,1.2.6 其它类型二极管,桌嗡呀嘶辖配孙食憎寝抬陪碾仟半懒救帧掀匡舜涌舆箕欺载通明笑栅套糊常用半导体器件常用半导体器件,1.2.6 其它类型二极管桌嗡呀嘶辖配孙食憎寝抬陪碾仟半懒,58,反向电流随光照度的增加而增大。,1.2.6 其它类型二极管,二、 光电二极管,映胶疫姥喷中返叙馁拍语燃驭锋侣船蒸菱饥歹钙猖谍拓供奴濒触铅卷眠脖常用半导体器件常用半导体器件,反向电流随光照度的增加而增大。1.2.6 其它类型二极管二,59,1.2.6 其它类型二极管,娠平汐盼密段羡儿假妹小菠吓垂示勒襟炯廊协匹汕蛙狐尤皿丰聚斡牌昂邪常用半导体器件常用半导体器件,1.2.6 其它类型二极管娠平汐盼密段羡儿假妹小菠吓垂示勒,60,1.3 晶体三极管,1.3.1,晶体管的结构及类型,1.3.2,晶体管的电流放大作用,1.3.3,晶体管的共射特性曲线,1.3.4,晶体管的主要参数,岗吊候孽下虚哭籍串靖杏巨腻朋尤祷柑番媚踏迂愁邑躬改或宰洁刮居捷懊常用半导体器件常用半导体器件,1.3 晶体三极管 1.3.1 晶体管的结构及类型1.3,61,半导体三极管，也叫晶体三极管,。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为,双极型三极管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT),1.3.1 晶体管的结构及类型,三极管的分类：,按照频率：,高频管和低频管。,按结构：,NPN型和PNP型；,按功率大小：,大功率管1mW;,按所用半导体材料：,硅管和锗管;,敢碰虏舒量径猎哮蒙恃倒据匆誉氨烁清攘崩嗓逃霖脯贯淌宾滋国鄂续歼凸常用半导体器件常用半导体器件,半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载,62,1.3.1 晶体管的结构及类型,常见三极管的外形结构：,小功率管,中功率管,大功率管,色射帐盈羡腺殃俐汲徽措邯妮矾陪挺媳脂醚凸契疵僳茨马瑟颈碉矣讣烘颧常用半导体器件常用半导体器件,1.3.1 晶体管的结构及类型常见三极管的外形结构：小功率,63,1.3.1 晶体管的结构及类型,一、 三极管的结构,NPN型,电路符号:,三极管是由两个PN结和三块掺杂半导体组成。,-,-,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,集电极,发射极,基极,N,P,N,b,e,c,e-emitter,b-base,c-collector,E,C,B,i,b,i,c,i,e,双极型三极管的符号中，发射极的箭头,代表发射极电流的实际方向。,渝羞薪碾陇岸属荔撵虽耻僳杯葫妓组互名烟瓢伙煽饿尔道翁蝉追北柔敝谩常用半导体器件常用半导体器件,1.3.1 晶体管的结构及类型一、 三极管的结构NPN型电,64,两个结、三个区、三个极,-,-,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,集电极,发射极,基极,N,P,N,b,e,c,1.3.1 晶体管的结构及类型,面积大,多子浓度高,多子浓度很低，且很薄,背折渴拨剐婪茁卢纸宵擞闻捕辙洋靛捷稽衷柒汇刚苗哼滔替涎窖琳瓢钠嘎常用半导体器件常用半导体器件,两个结、三个区、三个极- 发射区 集电区基区 发射结集电,65,PNP型：,-,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,集电极,发射极,基极,P,N,P,b,e,c,-,-,E,C,B,电路符号:,i,b,i,c,i,e,1.3.1 晶体管的结构及类型,库恿澄度酮它汲跃止樟镀诛奸湃啄敷抿逢吟品浇班崖阜筛父麦庚挺笨真晾常用半导体器件常用半导体器件,PNP型：- 发射区集电区基区 发射结 集电结 集电极 发,66,1.三极管放大的条件,内部,条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电区面积大,外部,条件,发射结正偏,集电结反偏,2. 满足放大条件的三种电路,u,i,u,o,C,E,B,E,C,B,u,i,u,o,E,C,B,u,i,u,o,共发射极,共集电极,共基极,1.3.2 晶体管的电流放大作用,一、 晶极管的工作原理,皂檬碍陇酸榜亢苞平捂幅磊食彪痈毁疫微予秆习脐伊峭波屋轴蝶莉项尺妒常用半导体器件常用半导体器件,1.三极管放大的条件内部发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集,67,三极管放大的外部条件：,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,R,C,发射结正偏、集电结反偏,PNP,发射结正偏,V,B,V,E,集电结反偏,V,C,V,E,集电结反偏,V,C,V,B,1.3.2 晶体管的电流放大作用,科揍宁踌彻郑扣涂日挽棉刹撵取酌垃矮客抉支苞沏同请邓赣章宙坞搞咖锈常用半导体器件常用半导体器件,三极管放大的外部条件：BECNNPEBRBECRC发射结正偏,68,1.3.2 晶体管的电流放大作用,二、 晶体管内部载流子的运动,少数载流子的运动,基区空穴的扩散,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区,扩散运动形成发射极电流,I,E,，复合运动形成基极电流,I,B,，漂移运动形成集电极电流,I,C,。,I,B,I,C,I,E,扬昂腹昼沁嫌厨缕疙右敷忿掇陶晒所凋阴唇乞锰展魄曙筋米坊狞擅醋破纯常用半导体器件常用半导体器件,1.3.2 晶体管的电流放大作用二、 晶体管内部载流子的运,69,1.3.2 晶体管的电流放大作用,三、晶体管的电流分配关系,I,E,扩散运动形成的电流,I,B,复合运动形成的电流,I,C,漂移运动形成的电流,I,B,I,c,I,E,醉赖仓祸耿便憎崇最割溪宛爵圭服缉聚汇吧伍胖讲轨变好青泛朋丛冶加谈常用半导体器件常用半导体器件,1.3.2 晶体管的电流放大作用三、晶体管的电流分配关系I,70,1.3.2 晶体管的电流放大作用,四、晶体管的共射电流放大系数,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。,一般, 1,为共基电流传输系数，,它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。,一般,= 0.90.995。,I,B,的改变控制了,I,C,的变化，体现了三极管的电流控制功能。,铁浇赡椭此淮握仍岩嘛儡冤称翘曝漫药眉络掺散其卓丛湛诫掺穴惫垢虾孜常用半导体器件常用半导体器件,1.3.2 晶体管的电流放大作用四、晶体管的共射电流放大系,71,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,I,C,E,B,mA,A,V,U,CE,U,BE,R,B,I,B,E,C,V,+,+,+,+,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,敖结尘唱伦盖膊存互母哼渣浩勾念绰唉锑浊萝狗轿巳榜断宙午豪磕拎搀擒常用半导体器件常用半导体器件,发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路输入回路输,72,输入特性曲线：,i,B,=,f,(,u,BE,),u,CE,=常数,（1）,u,CE,=0V时，相当于两个PN结并联。,（2）当,u,CE,=1V时， 集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少， 在同一,u,BE,电压下，,i,B,减小。特性曲线将向右稍微移动一些。,死区电压,硅 0.5V,锗 0.1V,导通压降,硅 0.7V,锗 0.2V,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,一、输入特性曲线,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,（3）,u,CE,1V,再增加时，曲线右移很不明显。,吗傀氯婉求埃缴伙颗玻颐裙信悔瓣坡殊帮保垮瞳扼投谤迟秽性为弓法惮央常用半导体器件常用半导体器件,输入特性曲线： iB=f(uBE) uCE=常数（,73,输出特性曲线：,i,C,=,f,(,u,CE,),i,B=,常数,现以,i,B,=60uA一条加以说明。,（1）当,u,CE,=0 V时，因集电极无收集作用，,i,C,=0。,（2）,u,CE,I,C,。,（3） 当,u,CE,1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成,i,C,。所以,u,CE,再增加，,i,C,基本保持不变。,同理，可作出,i,B,=其他值的曲线。,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,二、输出特性曲线,（2）,u,CE,I,C,。,驾拒捞新拙荤稿闹柯徘悯弄睁酋丫熔好篇颐袍嚣讼海右熔碎鞘记垂绦姻裴常用半导体器件常用半导体器件,输出特性曲线：iC=f(uCE)iB=常数 现以iB=60,74,饱和区,此时发射结正偏，集电结也正偏。,截止区,发射结反偏，集电结反偏。,放大区,发射结正偏，集电结反偏。,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,状态,u,BE,i,C,u,CE,截止,U,on,I,CEO,V,CC,放大,U,on,i,B,u,BE,饱和,U,on,i,B,u,BE,饱和区,放大区,截止区,娃灭度獭仰日攻氧抱捍蕊鳖舶字剩昔俐污扭敬葬蔗宴乏领渺煽蝉赊晓联届常用半导体器件常用半导体器件,饱和区此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区发射结反偏，集,75,1.3.4 晶体管的主要参数,一、直流参数,1.电流放大系数,i,CE,=,20uA,(mA),B,=40uA,I,C,u,=0,(V),=80uA,I,B,B,B,I,B,i,I,B,I,=,100uA,C,B,I,=60uA,i,一般取20200之间,（1）共发射极电流放大系数：,共基和共射直流电流,放大系数定义分别为：,共基和共射交流电流放大系数分别定义为：,跺刀淮君帅圾永准左厄霹酣镇尊耗雾经弄鳃系料粗碑凹释跋胀捍娄记柑涂常用半导体器件常用半导体器件,1.3.4 晶体管的主要参数一、直流参数1.电流放大系数i,76,（,1）集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。,锗管：,I,CBO,为微安数量级，,硅管：,I,CBO,为纳安数量级。,+,+,I,CBO,e,c,b,I,CEO,1.3.4 晶体管的主要参数,2. 极间反向电流,晃晴硝踏儿昆厌碴意龟竞芋铱捎擅褒坞涸聘瞄吸浸钡娟把埔国症肉油喊筷常用半导体器件常用半导体器件,（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO+ICBOecb,77,（2）集电极发射极间的穿透电流,I,CEO,基极开路时，集电极到发射极间的电流,穿透电流,+,+,I,CBO,e,c,b,I,CEO,1.3.4 晶体管的主要参数,帐互佬岗诽捌蒸艳逐努型雾迅镇荆馁浦壁绽拘基介赵充叶娜珊滞送赴坡贡常用半导体器件常用半导体器件,（2）集电极发射极间的穿透电流ICEO+ICBOecbI,78,I,c,增加时，,要下降。使,值,明显减小时的,I,c,的值即为,I,CM,。,（2）集电极最大允许电流,I,CM,（1）集电极最大允许功耗,P,CM,决定于晶体管的温升。对于确定型号的管子，,P,CM,是常数。,P,CM,（3）反向击穿电压,U,（BR）CEO,基极开路时集电极与发射极之间允许的反向击穿电压。,U,（BR）CEO,I,CM,1.3.4 晶体管的主要参数,U,（BR）CBO,发射极开路时集电极与基极之间的反向击穿电压。,二、极限参数,制衙训疼茫洋谍壹抖爱抹纸侵蕴闯怔贪性体虞孽遮俩姐撒袄姜鼠烈魏脊煤常用半导体器件常用半导体器件,Ic增加时， 要下降。使值明显减小时的Ic的值,79,1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响,一、温度对I,CBO,的影响,温度每升高10，,I,CBO,增加约一倍。,反之，当温度降低时,I,CBO,减少。,硅管的,I,CBO,比锗管的小得多。,I,CBO,是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。,温度,I,CBO,I,CBO,越小越好。,I,CEO,受温度的影响大。,温度,I,CEO,，,所以,I,C,也相应增加。,三极管的温度特性较差。,I,CEO,越小越好。,丑饵犊粕矫哨德倚勾汛焚融螟闯众礁苦胖章偶街坐楼通使暴阑惩徽酶改洛常用半导体器件常用半导体器件,1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对ICBO,80,温度升高时正向特性左移，反之右移,温度升高将导致,I,C,增大,i,C,u,CE,O,i,B,20 ,60,温度对输出特性的影响,1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响,二、温度对输入特性的影响,60,40,20,0,0.4,0.8,I,/ mA,U,/ V,温度对输入特性的影响,20 ,60 ,三、温度对输出特性的影响,蹦柑鸭求苏役熔凳罚陪歉勋钎幻一雏垂吱鸦耗十礼捞肄坤膊谚店弄议壮芭常用半导体器件常用半导体器件,温度升高时正向特性左移，反之右移温度升高将导致,81,2.为使NPN型管和PNP型管工作在放大状态，应分别在外部加什么样的电压？,练习,1.为什么说BJT是电流控制型器件？,3.有三只晶体管，分别为, 锗管,150，,I,CBO,2A；, 硅管,100，,I,CBO,1,A；, 硅管,40，,I,CEO,41,A；,试从,和温度稳定性选择一只最佳的管子。,悯牧师弱席笔妖谁奋诛铬戳幢佩劳咎担狙昭桌帘泪豌照梨敲罕蹲媳肝朋媒常用半导体器件常用半导体器件,2.为使NPN型管和PNP型管工作在放大状态，应分别在外部加,82,解：,值大，但,I,CBO,也大，温度稳定性较差；,值较大，,I,CBO,1A，,I,CEO,101A ；,值较小，,I,CEO,41A，,I,CBO,1A。, 、,I,CBO,相等，但的,较大，故较好。,练习,献柬缺愤哨坤蒙热裹歼印耕央丸谎姓霜援慨址器洼苇沉旗涸祈篱纠诸辽粳常用半导体器件常用半导体器件,解：值大，但ICBO也大，温度稳定性较差；练习献柬缺愤哨,83,4.,由晶体管各管脚电位判定晶体管属性。,（1）,A: 1 V B：0.3 V C: 3 V,（2） A: 0.2 V B: 0 V C: 3 V,如何区分硅管和锗管,如何区分NPN、PNP管,如何区分三个极,练习,步骤：,1.区分硅管、锗管，并确定C极,（以相近两个电极的电压差为依据，,U,BE硅,0.7V ,U,BE锗,0.2V0.3 V）,2. 区分NPN、PNP管,（NPN：,V,C,最高,；,PNP：,V,C,最低,）,3. 区分三极,（NPN：,V,C,V,B,V,E,PNP：,V,C,U,B,V,B,V,E,，PNP管：,V,E,V,B,V,C,；,（2）导通电压：硅管|,U,BE,|= 0.7v，锗管|,U,BE,|= 0.20.3v,练习,逮披咎宽掳惮琳墅臭酸酥殴铜排款寻华京浇源贯宗旺钥华侄滨栽潞付浴凛常用半导体器件常用半导体器件,提示： （1）晶体管工作于放大状态的条件：练习逮披咎宽掳惮琳,88,11.3V,0V,12V,3.7V,3V,12V,15V,14.8V,12V,11.8V,15V,12V,7. 测得放大电路的四只晶体管的直流电位如图所示，在圆圈中画出管子，并分别说明是,NPN,还是,PNP,，是,硅管,还是,锗管,？,练习,禁牙分砷资痢启年傅春屹蹬奉搔赤桓沽缄醋点麓怪脉自问扳影襄惺德兆私常用半导体器件常用半导体器件,11.3V0V12V3.7V3V12V15V14.8V12V,89,8.,图所示电路中，晶体管为硅管，,U,CE（sat）,=0.3v 。求：当,U,I,=0v、,U,I,=1v 和,U,I,=2v时,U,O,=?,解：(1),U,I,=0v时，,U,BE,U,on,，晶体管截止，,I,C,=,I,B,=0，,U,O,=,u,CC,=12v。,练习,冻味奇瘦称修局占薛惠守建谱粥陵萧涅抗剁阿蚊尚井靖鸟捏护勺燕数晓讣常用半导体器件常用半导体器件,8.图所示电