吕国泰《电子技术》第1章.

1第四节稳压管第五节半导体三极管第三节半导体二极管第二节PN结第一节半导体的导电特性一、半导体的特点二、本征半导体三、N型半导体和P型半导体4观看多媒体动画教学片《半导体器件》之一半导体基础知识第一节半导体的导电特性链接动画片5独特的导电特性1.热敏特性：Ta2.光敏特性：光照3.掺杂特性：掺入微量元素第一节半导体的导电特性导电能力导电能力导电能力一、半导体特点6第一节半导体的导电特性14+硅原子结构4+简化模型纯净的具有晶体结构的半导体。二、本征半导体价电子4价元素（硅、锗）7第一节半导体的导电特性共价键结构444444晶体结构——纯净半导体原子排列整齐共价键结构——两个相邻原子共有一对价电子,价电子受相邻原子核的束缚,处于相对稳定状态。8第一节半导体的导电特性共价键结构444444本征激发——价电子受热或光照后，挣脱束缚成为自由电子。常温下仅极少数。本征激发9第一节半导体的导电特性共价键结构444444本征激发10第一节半导体的导电特性共价键结构444444本征激发自由电子空穴11第一节半导体的导电特性共价键结构444444自由电子空穴本征激发两种载流子：电子空穴成对出现12第一节半导体的导电特性共价键结构444444电子流——电场作用下，自由电子的定向移动。自由电子电场电子流13第一节半导体的导电特性共价键结构444444电子递补空穴流空穴流——电场作用下，电子依次递补空穴的运动。电场14第一节半导体的导电特性共价键结构444444半导体电流=电子流+空穴流电场空穴流电子流15第一节半导体的导电特性三、N型半导体和P型半导体N型半导体——掺入5价元素P型半导体——掺入3价元素杂质半导体——在本征半导体中掺入适量的杂质元素(非半导体元素)。5价元素——磷、砷等。3价元素——硼、镓、銦等。16第一节半导体的导电特性N型半导体444445+5多一个价电子掺杂17第一节半导体的导电特性N型半导体444445多子-------电子少子-------空穴+5掺杂本征激发4N型半导体示意图电子正离子18第一节半导体的导电特性P型半导体444443多一个空穴+3掺杂19第一节半导体的导电特性多子-------空穴少子-------电子P型半导体444443+3P型半导体示意图负离子空穴掺杂本征激发一、PN结的形成二、PN结的单向导电性21第二节PN结1链接动画片观看多媒体动画教学片《半导体器件》之一半导体基础知识22第二节PN结N区P区负离子空穴正离子电子正负电荷中和，不带电一、PN结的形成23第二节PN结空间电荷区（耗尽层）内电场P区N区扩散运动——浓度差造成运动。复合——自由电子填补空穴，两者同时消失的现象。漂移运动——载流子在电场力作用下的运动。多子扩散运动少子漂移运动暴露了失去电子的正离子暴露了失去空穴的负离子24第二节PN结空间电荷区（耗尽层）内电场P区N区浓度差→多子扩散运动→复合→产生内电场→阻碍多子扩散→有利少子漂移运动→扩散运动和漂移运动达到动态平衡→形成一定宽度PN结多子扩散运动少子漂移运动25PN结PNPN结:P区和N区交界面处形成的区域空间电荷区:区内只剩离子,带电耗尽层:区内载流子少名称内电场第二节PN结电位差约为零点几伏宽度为几微米~到几十微米26（一）外加正向电压——导通二、PN结的单向导电性（二）外加反向电压——截止第二节PN结27内电场RE外电场P区N区ID外加正向电压外电场抵削内电场,有利于多子的扩散很大限流,防止电流太大第二节PN结PN结多子中和部分离子,使空间电荷区变窄28REP区N区I反外加反向电压外电场增强内电场,有利于少子的漂移很小第二节PN结PN结内电场外电场少子背离PN结移动，,空间电荷区变宽一、二极管的结构三、二极管的伏安特性四、二极管的主要参数五、二极管应用举例二、二极管的单向导电性30阳极一、二极管的结构阴极+-符号3.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平面型1.构成：2.符号：第三节半导体二极管PN31第三节半导体二极管外壳阴极引线金属丝N型锗片N型硅二氧化硅保护层底座N型硅金锑合金铝合金小球PN结点接触型面接触型平面型32R（一）外加正向电压——EID二、二极管单向导电性导通，ID大（二）外加反向电压——截止，I反很小EI反电流不为零第三节半导体二极管R限流,防止电流太大33I/mAU/VO三、二极管的伏安特性死区UT导通电压:硅0.6-0.8锗0.2-0.3非线性元件第三节半导体二极管导通电压死区电压,方能正常导通。（一）正向特性导通电压:硅0.6-0.8V锗0.1-0.3V死区电压:硅0.5锗0.134I/mAU/VOISUBR死区UT导通电压:硅0.6-0.8锗0.2-0.3死区电压:硅0.5锗0.1反向饱和电流反向击穿电压第三节半导体二极管2.反向击穿现象:U反大到一定值时I反（二）反向特性1.U反较小时:I反很小,称为反向饱和电流。35第三节半导体二极管3.产生反向击穿的原因4.危害:二极管损坏①电击穿:U反大到一定值时,把共价键中的价电子强行拉出强电场引起自由电子加速与原子碰撞，将价电子从共价键中轰出②热击穿:PN结上功耗大，热量高，PN结因过热烧毁。齐纳击穿：雪崩击穿：36I/mAU/VOISUBR死区UT导通电压:硅0.6-0.8锗0.2-0.3死区电压:硅0.5锗0.1反向饱和电流反向击穿电压第三节半导体二极管归纳37第三节半导体二极管四、二极管的主要参数正确选择和安全使用二极管的指标。(一)最大整流电流IF允许通过的最大正向平均电流。最大正向平均电流uitOuOtOui+-uO-+–+RL可在半导体手册中查到38第三节半导体二极管（三）反向电流IR：即反向饱和电流。I/mAU/VOISUBR（二）最高反向工作电压UR二极管不被击穿所容许的最高反向工作电压,为UBR的一半。反向饱和电流反向击穿电压硅几A锗几十~几百A反向饱和电流硅管的温度稳定性比锗管好39第三节半导体二极管（二）极间电容CPN+––+Rui1.PN结存在等效结电容PN结中可存放电荷,相当一个电容。2.对电路的影响：外加交流电源时，当频率高时，容抗小，对PN结旁通，单向导电性被破坏。（三）最高工作频率fM40第三节半导体二极管将二极管的特性线性化处理,按线性电路方法处理。1.二极管理想化模型导通——视为短路截止——视为开路（一）二极管等效模型五、二极管应用举例2.二极管恒压降模型导通——导通电压UD截止——开路41第三节半导体二极管IDUR-+UD-+导通电压:硅管取0.7V锗管取0.2VRUVID[例1-3-1]分别用二极管理想模型和恒压降模型求出IO和UO的值。IO=E/R=6/6=1(mA)UO=V=6VUO=E–UD=60.7=5.3(V)IO=UO/R=5.3/6=0.88(mA)解:1.理想模型2.恒压降模型ER2V6KΩ42第三节半导体二极管uOtO1.整流：改变信号波形，正弦波变脉动波。已知：二极管理想化求：uO波形ui+-（二）二极管应用举例uitOuO-+–+分两个半周分析信号正半周时：D导通uO=ui信号负半周时：D截止uO=0分析思路RL43第三节半导体二极管２.检波作用：从载波信号中检出音频信号。讨论ui+-uO-+–+RLC旁路高频信号载波信号经二极管后负半波被削去检出音频信号ttt44第三节半导体二极管３.限幅：把输出信号的幅度限制在某电平范围内。已知：二极管UD＝0.7V求：uO波形5uito3.7讨论+-3V+-uiuO-+–+uOto3.745第三节半导体二极管B、分两个半周分析信号正半周时：ui3.7V：D截止uO＝ui。ui3.7V：D导通uO＝3.7V。信号负半周时：D截止uO＝ui。A、二极管有导通电压导通——UD=0.7V。截止——视为开路。分析思路讨论46第三节半导体二极管实验一、二极管的限幅作用实验目的：二极管的限幅作用。EDA实验建立电路：二极管双向限幅电路。实验步骤：1.去掉限幅电路,输出波形为正弦波。2.分别去掉一只限幅二级管，输出波形削去一部分。链接EDA147第三节半导体二极管二极管限幅电路EDA实验48第三节半导体二极管EDA实验结论:二极管具有限幅作用。电路情况输出波形无限幅电路去掉1V的限幅电路去掉2V的限幅电路实验数据：49第三节半导体二极管uAuBuO已知:UD＝0.7V求：uA、uB分别为0.3V、3V不同组合时的uO４.钳位与隔离讨论隔离作用——二极管D截止时，相当于断路，阳极与阴极被隔离。钳位作用——二极管D导通时，管压降小，强制阳极与阴极电位基本相同。-12VRDADBFAB50第三节半导体二极管（1）uA与uB为相同电平时，DA、DB均导通。uO=0.3-0.7=0.4V当uA=uB=3V时:uO=3-0.7=2.3V1V0.3V0.3V3V3V2.3V当uA=uB=0.3V时:分析思路-12VRDADBuAuBuOFAB51第三节半导体二极管0.3V3V1V（2）uA与uB为不同电平时：DA管的箝位作用：低电平使DA管优先导通，把uO箝位在1V,DB管加上反向电压，不再导通。二极管箝位作用分析思路DB管的隔离作用：把输入端B和输出端F隔离开。-12VRDADBuAuBuOFAB一、硅稳压二极管及其特性二、硅稳压二极管主要参数53第四节稳压二极管一、硅稳压二极管及其特性（一）稳压作用工作在反向击穿区域。∆I大变化,∆U基本不变。（二）稳压管符号＋－阳极阴极正向运用：相当导通二极管UZ=0.7VUZ▵IZIZmaxIZ▵UZ＋－反向运用：UZ＝U击，起稳压作用DzU/VI/mAO54(三)应用稳压管反向击穿不会损坏:①经特殊工艺处理。②加限流电阻,保证IZ≤IZmax。+UI-UOUZ+-UI增加,UO基本不变,增加量由R承担。限流电阻调节电阻RDＺRLUo=UZ第四节稳压二极管55实验二、稳压管的稳压作用实验目的：稳压二极管的稳压作用。建立电路：1.取电位器RA调整输入电压UI。2.取电位器RB调整负载RL。EDA实验实验步骤：调整RB，改变负载RL，观察前后变化情况。链接EDA2第四节稳压二极管56EDA实验稳压电路第四节稳压二极管57结论:RL变化,UO基本不变。实验数据：EDA实验Ruo1k✕5%7.024V1k✕80%6.916V第四节稳压二极管58OI/mAU/V∆UZ∆IZUZIZ1.稳定电压UZ：反向击穿时电压值。2.稳定电流IZ和最大稳定电流IZmax：IZ指对应稳定电压时的反向电流。IZmax指稳压管允许通过的最大反向电流。ZZIU4.动态电阻rZ＝：愈小稳压效果好。二、硅稳压二极管主要参数IZmax3.最大耗散功耗：PZM=UZIZmax第四节稳压二极管59UZ5~6V正温度系数UZ5~6V负温度系数5VUZ6V温度系数最小5.电压温度系数α：说明稳定电压随温度的变化程度。电压温度系数——当环境温度变化1℃时稳定电压变化的百分比。例：2CW15的αU=0.07%/℃温度提高，稳定电压增加OI/mAU/V∆UZ∆IZUZIZIZmax第四节稳压二极管60归纳二极管1.二极管的特性：单向导电性。2.特性曲线：导通电压、反向饱和电流、反向击穿电压。3.应用：整流、限幅、开关。等效电路：理想化型、恒压降型。4.二极管的主要参数。二极管的结电容。5.稳压管：二极管工作在反向击穿区域。第四节稳压二极管阳极阴极PNPNN是什么?一、三极管的结构二、三极管的电流分配关系和电流放大作用三、特性曲线四、主要参数五、三极管应用举例63第五节半导体三极管一、三极管的结构发射极基极集电极发射区基区发射结集电结集电区bceNPN型NNP64第五节半导体三极管PPN发射极基极集电极发射区发射结基区集电结集电区bcePNP型65第五节半导体三极管NNP几百微米几微米ebc三极管结构图b区薄,掺杂浓度最低c区面积最大e区掺杂浓度最高66第五节半导体三极管1.类型NPN型PNP型e区掺杂浓度最高2.结构特点b区薄,掺杂浓度最低c区面积最大归纳低频小功率管3.按用途分类