ch4半导体二极管、三极管和场效应管PPT课件
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第四单元半导体二极管和三极管优秀课件
扩散和漂移这一对 相反的运动最终达到 动态平衡，空间电荷 区的厚度固定不变。
形成空间电荷区浓度差
多子的扩散运动，在中间位置进行复合
扩散的结果使空间 电荷区变宽
空间电荷区也 称 PN 结
2、扩散运动和漂移运动的动态平衡
扩散强
内电场增强
漂移运动增强
两者平衡
PN结宽度基本稳定
3、PN结的单向导电性
加正向电压（正向偏置）
P接正、N接负
P 区 空间电荷区变窄
N区
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
－－－－ －－ + + + + + +
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
IF
外电场
+–
R
多子扩散加强 大的扩散电流
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。
加反向电压（反向偏置）
+ 44
共价健
S
S
i
i
最外层轨道上的四个电子称为价电子。
单晶硅中的共价健结构
所有的价电子都被共价键束缚，不会成为自由电子
自由电子浓度决定导电能力
价电子结合成共价键，他们既不像导体那样容易挣脱 原子核的束缚，也不像绝缘体那样束缚很紧
因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。
3、本征激发和空穴自导由电电子
第四单元半导体二 极管和三极管
下面图片中各是什么？它们可以导电么？
半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之间的 物质。
第一节 半导体的基础知识
半导体二极管和三极管-PPT精品文档
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自由电子
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出 现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复 合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态 平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。 注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
－ － － － － －
+ + + + + +
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽。
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14.2.2 PN结的单向导电性
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
动画
P
内电场 外电场
自由电子
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出 现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复 合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态 平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。 注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
－ － － － － －
+ + + + + +
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽。
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14.2.2 PN结的单向导电性
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
动画
P
内电场 外电场
半导体二极管和三极管精选PPT课件
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
3. PN结的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
反向饱和电流 反向击穿电压
IF（多子扩散） 正偏
反偏
反向击穿
IR（少子漂移）
电击穿——可逆 热击穿——烧坏PN结
14.3 半导体二极管
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
符号
P
+
阳极
N
-
阴极
二极管按结构分三大类：
(1) 点接触型二极管
束缚电子
+4
+4 +4
+4
空穴
+4 +4
自由电子
+4
+4 +4
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，成为自由 电子。
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。
电路课件第4章半导体二极管、三极管和场效应管
备的输出。
Part
04
场效应管
场效应管的结构与工作原理
结构
场效应管主要由源极、栅极和漏极三个电极组成，其中源极和漏极通常由N型或P型半导 体材料制成，而栅极则由绝缘材料制成。
工作原理
场效应管通过在栅极上施加电压来控制源极和漏极之间的电流，从而实现放大或开关功 能。
场效应管的类型与特性
类型
场效应管有多种类型，如NMOS、PMOS、CMOS等，每种类型具有不同的特性 和应用场景。
三极管的类型与特性
类型
根据材料和结构，三极管可分为 NPN、PNP和硅平面管等类型。
温度特性
三极管的工作受温度影响较大， 温度升高会导致三极管的性能下 降。
特性
不同类型三极管具有不同的特性， 如电流放大倍数、频率响应、功 耗等。
参数
三极管的主要参数包括电流放大 倍数、频率响应、功耗等，这些 参数决定了三极管的应用范围。
特性
场效应管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大等特性，使其在模拟电路和数字 电路中都有广泛的应用。
场效应管的应用
01
02
03
放大器
场效应管可作为放大器使 用，用于放大微弱信号。
开关电路
由于场效应管具有开关特 性，因此可用于开关电路 中实现高速切换。
集成电路
在现代集成电路中，场效 应管已成为主要的元件之 一，用于实现各种逻辑功 能和信号处理。
二极管的类型与特性
类型
硅二极管、锗二极管、肖特基二极管、PIN二极管等。
特性
正向导通压降、反向击穿电压、温度系数等。
二极管的应用
整流
将交流电转换为直流电，如家用 电器中的电源整流器。
稳压
通过串联或并联方式稳定电路中 的电压，如稳压二极管。
Part
04
场效应管
场效应管的结构与工作原理
结构
场效应管主要由源极、栅极和漏极三个电极组成，其中源极和漏极通常由N型或P型半导 体材料制成，而栅极则由绝缘材料制成。
工作原理
场效应管通过在栅极上施加电压来控制源极和漏极之间的电流，从而实现放大或开关功 能。
场效应管的类型与特性
类型
场效应管有多种类型，如NMOS、PMOS、CMOS等，每种类型具有不同的特性 和应用场景。
三极管的类型与特性
类型
根据材料和结构，三极管可分为 NPN、PNP和硅平面管等类型。
温度特性
三极管的工作受温度影响较大， 温度升高会导致三极管的性能下 降。
特性
不同类型三极管具有不同的特性， 如电流放大倍数、频率响应、功 耗等。
参数
三极管的主要参数包括电流放大 倍数、频率响应、功耗等，这些 参数决定了三极管的应用范围。
特性
场效应管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大等特性，使其在模拟电路和数字 电路中都有广泛的应用。
场效应管的应用
01
02
03
放大器
场效应管可作为放大器使 用，用于放大微弱信号。
开关电路
由于场效应管具有开关特 性，因此可用于开关电路 中实现高速切换。
集成电路
在现代集成电路中，场效 应管已成为主要的元件之 一，用于实现各种逻辑功 能和信号处理。
二极管的类型与特性
类型
硅二极管、锗二极管、肖特基二极管、PIN二极管等。
特性
正向导通压降、反向击穿电压、温度系数等。
二极管的应用
整流
将交流电转换为直流电，如家用 电器中的电源整流器。
稳压
通过串联或并联方式稳定电路中 的电压，如稳压二极管。
第三讲半导体二极管和三极管ppt课件
电子
EB
电子
电子 电子
电子 电子 电子
N
电子
电子
电子
IE
IC
电子流向电源正 极形成IC
集电区收集电子 电子在基区的 扩散与复合
发射区向基 区扩散电子
电源负极向发射 区补充电子形成 发射极电流IE
R C
EC
特性曲线和主要参数
输入特性曲线
IB = f (UBE ) UC E = 常数
UCE≥1V
场效应管
3、光电二极管
（1〕结构与工作原理:光电二极管又叫光敏二极管， 它是一种将光信号转化为电信号的器件。
光电二极管工作在反偏状态下，当无光照时，与普 通二极管一样，反向电流很小，称为暗电流。当有 光照时，其反向电流随光照强度的增加而增加，称 为光电流。
(a)图形符号
(b)特性曲线
半导体三极管
半导体三极管BJT ： (双极型三极管，晶体三极管） Bipolar Junction Transistor
N
N+
+
G
P型硅衬底
B 结构图
D
B
S 电路符号
漏极〔D）
栅极〔G）
P+
P+
N沟道
三个电极 源极 （S） 栅极 （G） 漏极 （D）
源极〔S）
N沟道结型管
导电沟道连通 源极S和漏极D
D G
S
箭头方向指 向管内—— N沟道
工作原理
栅源电压对导电沟 道的控制作用
(1) UGS =0
SiO2
D与S之间是两个PN结 反向串联，无论D与S 之间加什么极性的电 压，漏极电流均接近 于零。
常温下，反向-2饱0 和电流 很小.当PN结温度升高时， 反向电流明显-4增0 加。
第9章、半导体二极管和三极管分解PPT课件
40A
EC=UCC
(1-45)
1 3
20A
IB=0
6
9
12 UCE(V)
U CE
0，IC
U CC RC
第45页/共59页
9.4.3 特性曲线
IC
（2）输出特性：当基极电流IB为 常数时，集电极电流IC与集— 射极电压UCE之间的关系曲线。
IC(mA ) 4
RB 100A
RC
IB
+
+ UBE _
UCE
(1-27)
第27页/共59页
例：二极管的应用：
图中，输入端A的电位为+3V，B的 电位为0V。 求：输出端Y的电位VY。 电阻R接 负电源-12V。
+3V DA A
0V B
DB
Y R
解：
因为A端电位比B端电位高，所以，DA优先导通。 若忽略二极管的正向导通压降，则
VY = +3V 当DA导通后，DB上加的是反向电压，因而截止。
(1-40)
1
第40页/共59页
9.4.2 电流分配和放大原理
IC
mA IB
C
B
A
T
E
EC
RB
V
UBE mA
V
UCE
IE
EB
实验线路
实验结论：
2、 IC β • IB
ΔIC β • ΔIB
晶体管的电流 放大作用
β — —静态电流（直流）放大系数
(1-41)
— —动态电流（交流）放大系数 常用代替
第41页/共59页
9.4.2 电流分配和放大原理
IC
mA IB
C
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2） 漂移运动
内电场E
长
沙 理
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
工
大 学
－ － －－ + + + +
计
算
机 通
－ － －－ + + + +
信
工
程 学
－ － －－ + + + +
院
制
作
耗尽层
少子漂移电流
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16
4.1 PN结
少子飘移
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E
多子扩散
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区
长
外电场的方向与内电场方向相反。
沙
理 工
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
大
学 计
→多子扩散形成正向电流I F
算 机
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
通
信
－ － －－
++ ++
工
程 学
－ － －－
++ ++
院 制 作
－
－
－ －正向电流 + +
第 1-3 页
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3
4.1 PN结
1）本征半导体的共价键结构
长
沙
理
+4
工
大
学
计
算
机 通
+4
信
工
程
学
院 制
+4
作
在绝对温度T=0K时，
+4
+ 4 所有的价电子都被共价键紧
紧束缚在共价键中，不会成
+4
+ 4 为自由电子
+4
+4
因此本征半导体的导 电能力很弱，接近绝缘体
第 1-4 页
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本章重点和考点：
长
沙 理
1.二极管的单向导电性、稳压管的原理。
工
大
学
计 算
2.三极管的电流放大原理，
机 通
如何判断三极管的管型 、管脚和管材。
信
工
程
学
院 制
3.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。
作
1
4.1 PN结
1、什么是半导体
长
绝缘体<导电能力<导体
沙
理 工
2、半导体的特点
大
学 计
热敏性： T 导电能力
第 1-11 页
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11
4.1 PN结
2、P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
长 沙
硅原子
理 工
+4
大
学 计
空穴
算
机 通
+4
信
工
程 硼原子
学
院 制
+4
作
+4 +4 +3 +4 +4 +4
电子空穴对
空穴
P型半导体
－ － －－
－ － －－
－ － －－
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
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13
4.1 PN结
1 . PN结的形成
长 沙
P型半导体
理
工 大
－ － －－
学
计
算 机
－ － －－
通
信
工 程
－ － －－
学
院
制
作
N型半导体 ++ ++ ++ ++ ++ ++
第 1-14 页
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14
4.1 PN结
2 . PN结中的载流子运动
1） 扩散运动
长
又失去多子，耗尽层宽，E
沙 理
内电场E
工 大
P型半导体 耗尽层 N型半导体
学
计
－ － －－
++ ++
算
机
通 信
－ － －－
++ ++
工
程 学
－ － －－
++ ++
院
制
多子扩散电流
作
少子漂移电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝0
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I = IN + IP
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9
4.1 PN结
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体。
1、N型半导体
长 沙
1） 构成
理 工
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N
大 学
型半导体。
计
算
+4
+4
+4
机 通
掺入五价
信 工
原子占据Si
程 学
+4
+4
+4
工 程
与空穴就维持在某一浓度。
学
院
制
作
8
4.1 PN结
小结：
长
沙
理 工
1、半导体材料中，自由电子和空穴都是载流子
大
学
计 算
2、在本征半导体中本征激发产生的电子——空
机 通
穴对很少，因而电路中产生的电流很小，但对温
信
工 程
度敏感。
学
院
制 作
3、本征半导体中同时存在两种导电现象，电子
导电和空穴导电，流过外电路的电流为电子电流
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4
2）、本征激发
T
当温度升高或受到光的照
长
沙 理
射时，束缚电子能量增高
工
大 学
，有的电子可以挣脱原子
计
算 机
核的束缚，而参与导电，
通 信
成为自由电子。
工
程
学 自由电子产生的同时，在
院
制 作
其原来的共价键中就出现
了一个空位，称为空穴。
+4
+4
空穴
+4
+4
+4
自由电子 +4
+4
+4
+4
这种现象就称为本征激发
算
机
光敏性： 光照 导电能力
通
信 工
掺杂后： 导电能力
程
学
院
制
作
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2
4.1 PN结
3. 本征半导体
纯净半导体被称为本征半导体。
长
沙
理
典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
工
大
学
计
算
机
通
信 工
si
程
GG ee
+ 44
学
院
制
作
硅和锗最外层轨道上的
硅原子
锗原子 四个电子称为价电子。
原子位置
院
制
作➢在 室 温 下
共价键
就可以激发
+4
+4
+4
成自由电子
第 1-10 页
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10
4.1 PN结
2）多子与少子
长
沙
理 工
多数载流子——自由电子，
大 学
主要由掺杂产生。
计
算
机
通
信
工 程
少数载流子——空穴，由
学 院
本征激发产生。
制
作
电子空穴对 自由电子 N型半导体
++ + + ++ + + ++ + +
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5
4.1 PN结
说明：
长
沙 理
1） 由本征激发产生的自由电子——空穴对很少
工
大
学
计
算 机
2）本征激发受温度的影响很大，温度每上升1
通 信
度，自由电子——空穴的数目增大一倍。
工
程
学
院
制
作
第 1-6 页
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退出本章
6
4、两种载流子
长 沙
载流子：运载电流的粒子
理
+4
+4
工
大
学
计 算
空穴
机 通
+4
+4
信
工
程
学
院
制
+4
+4
作
+4 自由电子
+4 +4
自由电子 带负电荷 电子流
两种载流子
空穴 带正电荷 空穴流
总电流
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7
5、复合
长
沙 理
自由电子失去能量又与共价键中的空穴结合
工
大
学
计
算
机 通