g第1章 半导体分立器件

小结： • 1.二极管的应用分析。
• 2.稳压管的应用特点。特殊二极管
(1-50)
小结：
• 三极管的基本结构：结构,分类， • 三极管放大的条件。 内部:发射区掺杂高，基区 薄掺杂低，集电区面积大。
外部:发射结正偏、集电结反偏
• 三极管的特性曲线、主要参数
(1-51)
1.4.3 特性曲线
测量晶体管特性的实验线路 IB
半导体的导电机理
空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 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 可以认为空穴是载流 子。
+4
+4
+4
+4
自由电子和空穴称为半导体载流子。
(1-10)
(1-11)
本征半导体的导电机理 1.本征半导体中电流(载流子移动)由两部分组 成：
(1)自由电子移动产生的电流。
等效电路
反向截止
(1-30)
1.2.2 二极管应用电路
D + 3k 6V 12V A
UAB – B
电路如图，求：UAB
(1-31)
二极管电路分析举例 定量分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
rZ
U Z I Z
PZM U Z I Z max
(1-37)
稳压二极管的稳压原理:
iR
o
iL
R DZ
输入变化时:U U
i

ui
iZ
RL
uo
Ui Uo UDZ I DZ
I R U R UO
I
UZ U IZ
负载变化时: R
RL U o UDZ
NPN型三极管
PNP型三极管
(1-47)
1.4. 2 电流分配和放大原理
1. 三极管放大的外部条件 发射结正偏、集电结反偏 从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VB>VE 集电结反偏 VC>VB
C
IC
IB
B RB E EB N P RC
发射结正偏 集电结反偏
PNP VB<VE VC<VB
N
IE
EC
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。
Ge
Si
(1-7)
硅和锗的共价键结构
+4 +4表示除 去价电子 后的原子
+4
共价键,共 用电子对
+4
+4
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，
(1-8)
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4 束缚电子
(1-9)
N 型半导体 （电子型半导体）
硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑ti）,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）。
P 型半导体 （空穴型半导体）
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟yin）, 空穴是多子，电子是少子。
(1-13)
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。 在常温下即可 变为自由电子 掺入五价元素 掺杂后自由电子数目 Si Si 多 余 大量增加，自由电子导电 电 成为这种半导体的主要导 p+ Si Si 子 电方式，称为电子半导体 或N型半导体。
(1-5)
半导体的导电具有不同于其它物质的特点。 结构：半导体晶体。
导电性：导电可控性
外激发控制
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。
掺杂质控制
• 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。
(1-6)
1.本征半导体
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
本征半导体的结构特点:
2. 反向击穿电压UBR
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电 流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至 过热而烧坏。
(1-26)
3.最高反向工作电压UDRM 指管子不被反向击穿所允许 外加的电压。一般手册上给出 的UDRM约为击穿电压的一半。
(1-27)
4.最大反向电流IRM： 管子在常温下承受最高反向工 作电压UDRM时的反向饱和电流， 其值愈小，则管子的单向导电性 愈好。由于温度增加，IRM会急剧 增加，所以在使用二极管时要注 意温度的影响。
电工学2 电子技术
(1-1)
概
系统及其应用的技术。
述
电子技术：研究电子器件、电子电路和
电子技术
模拟电子技术 数字电子技术
(1-2)
模拟信号： 在时间上和数值上具有连续变化的特点；
t
数字信号：在时间上和数值上是离散的，突变。等 矩形波 尖顶波
t t
(1-3)
第一章 半导体分立器 件及其基本电路
2. 各电极电流关系及电流放大作用 IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06
IC(mA) <0.001 0.70
IE(mA) 结论:
<0.001 0.72
1.50 1.54
2.30
2.36
0.08 3.10 3.18
0.10 3.95 4.05
1）三电极电流关系 I E = IB + IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变 化的特性称为晶体管的电流放大作用。 实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的 变化。
阴极
(1-41)
3. 光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升。
I
U
阳极
照度增加
阴极
(1-42)
小结：
•1.半导体的基本知识与PN结 • 2.二极管的应用分析。
• 3.稳压管的应用特点。特殊二极管
(1-43)
§1.4 三极管及其放大电路
1.4.1 三极管
NPN型
N P N
集电极
1. 基本结构
集电极
失去一个 电子变为 正离子 磷原子 在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数 载流子。
Si
Si
Si B–
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量 增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多 数载流子，自由电子是少数 载流子。
§ 1.1 半导体的基本知识与PN结
§ 1.2 半导体二极管及其应用电路
§ 1.3 放大电路的基本概念及其性 能指标 § 1.4 三极管及其放大电路
§1.6 多级放大电路
(1-4)
§1.1 半导体的本知识与PN结
1.1.1 导体、半导体和绝缘体
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。
(1-28)
四. 二极管的模型 1.理想模型:具有这种理想特性的二
极管也叫做理想二极管。即：二极管 在正向导通时相当于开关闭和，死区 电压=0 ，正向压降=0，二极管反向 截止时相当于开关断开。
等效电路
(1-29)
2.恒压降模型.二极管在正向导通时，
其管压降为恒定值，硅管的管压降约为 0.6-0.7V，锗管的管压降约为0.2-0.3V。
(1-33)
例：
+ ui –
R D + uo –
8V
已知：ui 18sin t V 二极管是理想的，试画 出 uo 波形。
ui 18V 8V
参考点
t
二极管阴极电位为 8 V
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
(1-34)
二. PN结的单向导电性
PN 结外加上正向电压 (正向偏置): P 区加正电压、N 区加负电压。 PN 结外加反向电压(反向偏置): P区加负电压、N 区加正电压。
(1-17)
PN 结外加上正向电压 (正向偏置)
(1-18)
PN 结外加上反向电压 (反向偏置)
(1-19)
PN结具有单向导电性定义
C B
基极
C P N
PNP型
基极 B
P
E
发射极
E
发射极
(1-44)
集电区： 面积较大
C
N P N E
集电极
B
基极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺
杂浓度较高
发射极
(1-45)
C N P N
集电极
集电结
B
基极
发射结
E
发射极
(1-46)
三极管的符号
C B IB E IE IC B IB E IE C IC
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。 解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电 流为Izmax 。
UZ i I zmax 25mA RL 1.2ui iR U z 25R 10
——方程1
(1-39)
令输入电压降到下限 时，流过稳压管的电 流为Izmin 。
UZ i I zmin 10mA RL
(2) 面接触型二极管