项目五半导体二极管和三极管

电工电子技术半导体器件认识及检测主要教学内容电工电子电工技术电子技术模拟电子技术数字电子技术电路原理电机及控制电工电子技术半导体器件认识及检测模拟电子技术教学内容项目五半导体器件项目六基本放大电路项目七集成运算放大器电子电路中的反馈项目八直流电压源核心：放大电路电工电子技术半导体器件认识及检测数字电子技术教学内容项目九门电路和组合逻辑电路项目十触发器和时序逻辑电路项目十一模拟量和数字量的转换核心：逻辑电路的分析和设计方法常用数字芯片的使用电工电子技术半导体器件认识及检测教学参考书《模拟电子技术基础》高教出版社华成英、童诗白《数字电子技术基础》高教出版社阎石《电子技术基础》高教出版社康华光电工电子技术半导体器件认识及检测项目五：半导体器件认识及检测任务二十三：半导体二极管任务二十四：半导体三极管电工电子技术半导体器件认识及检测能力目标：掌握二极管的单向导电性。能够识别常用半导体二级管的种类。任务二十三：半导体二极管掌握检测二极管质量的技能及选用二极管的基本方法。电工电子技术半导体器件认识及检测导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。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，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体的导电特性电工电子技术半导体器件认识及检测半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：•当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化--热敏特性、光敏特性。•往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变--掺杂特性。电工电子技术半导体器件认识及检测本征半导体一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗(Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。电工电子技术半导体器件认识及检测本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统构成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻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：电工电子技术半导体器件认识及检测硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子电工电子技术半导体器件认识及检测共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。共价键形成后，每个原子最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4电工电子技术半导体器件认识及检测二、本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1.载流子、自由电子和空穴电工电子技术半导体器件认识及检测+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子自由电子、空穴成对出现电工电子技术半导体器件认识及检测2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴可吸引附近的电子来填补，其结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子：自由电子和空穴。自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动电工电子技术半导体器件认识及检测温度越高，载流子的浓度越高，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。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。电工电子技术半导体器件认识及检测N型半导体和P型半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子的浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。电工电子技术半导体器件认识及检测一、N型半导体+4+5+4+4多余电子磷原子在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。电工电子技术半导体器件认识及检测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。因掺杂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）。电工电子技术半导体器件认识及检测二、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空位。这个空位可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。P型半导体中空穴是多子，电子是少子。+4+4+3+4空位硼原子空穴电工电子技术半导体器件认识及检测三、杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体中多子和少子的移动都可形成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要是多子，受温度影响较小。一般近似认为多子与杂质浓度相等。电工电子技术半导体器件认识及检测PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。PN结及其单向导电性电工电子技术半导体器件认识及检测P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动就越强，而漂移的结果使空间电荷区变薄。当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡时，空间电荷区的厚度固定不变。电工电子技术半导体器件认识及检测PN结的单向导电性PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正电压、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负电压、N区加正电压。电工电子技术半导体器件认识及检测－－－－++++RE一、PN结加正向电压内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子扩散加强，能够形成较大的正向电流。电工电子技术半导体器件认识及检测二、PN结加反向电压－－－－++++外电场变厚NP+_RE内电场被加强，多子扩散受到抑制，少子漂移加强，但因少子数量有限，只能形成较小的反向电流。内电场电工电子技术半导体器件认识及检测PN结的单向导电性：1、加正向电压时，PN结处于导通状态，呈低电阻，正向电流较大。2、加反向电压时，PN结处于截止状态，呈高电阻，反向电流很小。电工电子技术半导体器件认识及检测二极管一、基本结构：PN结加上管壳和引线。结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。电工电子技术半导体器件认识及检测外加电压大于死区电压，二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压时，二极管被击穿，失去单向导电性。PN+–UI硅管0.5V锗管0.1V反向击穿电压U(BR)导通压降正向特性反向特性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V死区电压PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数。二、伏安特性：非线性电工电子技术半导体器件认识及检测三、主要参数1.最大整流电流IOM二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向工作峰值电压URWM保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压U(BR)的一半或三分之二。点接触型D管为数十伏，面接触型D管可达数百伏。电工电子技术半导体器件认识及检测3.反向峰值电流IRM指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流越大，说明二极管的单向导电性越差。反向电流受温度影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小（几微安），锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。二极管的应用:整流、检波、限幅、保护等电工电子技术半导体器件认识及检测关键：判定二极管的工作状态----导通、截止实际二极管：正向导通----硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V理想二极管：正向导通----管压降为零反向截止----相当于断开四、二极管的电路分析：分析方法：1.断开二极管2.分析其两端电位高低V阳V阴→导通V阳V阴→截止电工电子技术半导体器件认识及检测RLuiuouiuott二极管的应用举例1：二极管半波整流分析依据:二极管的单向导电性假定为理想二极管电工电子技术半导体器件认识及检测RLuiuouiuott二极管的应用举例：二极管半波整流非理想二极管？（硅管）正向管压降硅0.6-0.7V电工电子技术半导体器件认识及检测Uiwt0Uowt05VUiUo++__5VUiUo++__5VUiUo++__5V练习：已知：Ui=10sinwtV，二极管为理想元件。试画出Uo的波形。Ui5V：Uo=Ui解：首先判断二极管何时导通、截止。Ui5V：Uo=5V电工电子技术半导体器件认识及检测例：已知：管子为锗管，Va=3V，Vb=0V。试求：Vy=?先判二极管谁导通，导通后二极管起嵌位作用，两端压降为定值。因：VaVb故：Da优先导通Db截止锗管导通压降为0.3V则：Vy=2.7VVaVbVy-12VDaDb解：多个二极管时，压差大者优先导通！电工电子技术半导体器件认识及检测例：二极管的应用----检波uotttuiuRuo脉冲宽度RC电工电子技术半导体器件认识及检测符号稳压管进入稳压工作状态时，工作于反向击穿区！使用时要加限流电阻稳压原理：稳压管反向击穿以后，电流变化很大，但其两端电压变化很小。稳压二极管UZIZIZMUZIZ伏安特性UIO曲线越陡电压越稳特殊的二极管反向击穿时，稳压管并不一定损坏！电工电子技术半导体器件认识及检测(1)稳定电压UZ稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数ｕ环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻ZZZIUr(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。稳压二极管的主要参数:电工电子技术半导体器件认识及检测例：已知：Uz=12V，IZM=18mA，R=1.6KΩ。试求：Iz=?限流电阻R的阻值是否合适？RIz+20V解：Iz=(20–Uz)/R=(20-12)/1.6x103=5mA因：IZIZM故：限流电阻R的阻值合适电工电子技术半导体器件认识及检测能力目标：掌握半导体三极管的放大原理。能够识别常用半导体三级管的种类。任务二十四：半导体三极管掌握检测三极管的质量及选用方法。电工电子技术半导体器件认识及检测一、三极管的基本结构和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管按功率分：小功率管500mW中功率管0.51W大功率管1WECBECB电工电子技术半导体器件认识及检测二、三极管的放大作用1.三极管放大的条件（以NPN型三极管为例讨论）cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和