模电(第1章 常用半导体器件)

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模电第1章常用的半导体器件资料

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综上所述,PN结具有单向导电性,即加正向电压时导 通,加反向电压时截止。
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构、 1.结构符号 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.9 所示,在图1.9(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通 电流方向。
外壳
(阳极)

PN
(阴极)

阳极引线
阴极引线
(a)
(阳极) V

(阴极)

(b)
2AP 2C P
2CZ54 2CZ13
(c)
2C Z30
图1.9 二极管结构、 (a)结构;(b)符号;(c)外形
2.类型 (1)按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极 管等。 (2)按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面 接触型二极管。 (3)按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、 变容、阻尼等二极管。 (4)按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。 (5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。
图1.10 半导体器件的型号组成
1.2.3 半导体二极管的伏安特性
半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的特 性——单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描 述二极管的单向导电性。
若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、 电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的 伏安特性曲线,如图1.11所示(图中虚线为锗管的伏安 特性,实线为硅管的伏安特性)。下面对二极管伏安特 性曲线加以说明。
V
+ 3V

2CZ54C S
H R
V

2CZ54C H
U
3V

R
S
(a)
(b)

模电1--常用半导体器件PPT课件

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.5ຫໍສະໝຸດ 1.1.0 半导体特性常用的半导体导体材料有如::金属 物元体素分半类导绝体缘:体硅(如S:i)橡、胶锗、(云G母e、)塑料等。
化合物半半导导体体:—砷化导镓电(能G力aA介s于)导体和绝缘体之间。 掺杂材料:硼(B)、铟(In);磷(P)、锑(Sb)。
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
2. 在外电场的作用下,产生电流 — 电子流和空穴流 电子流 自由电子作定向运动形成的
与外电场方向相反
自由电子始终在导带内运动
空穴流 价电子递补空穴形成的
用空穴移动产
与外电场方向相同
生的电流代表束缚电
始终在价带内运动
子移动产生的电流
.
10
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体
掺入三价元素如B、Al、In等, 形成P型半导体,也称空穴型半导体
+4
.
8
本征半导体
共价键内的电子 挣脱原称子为核束束缚缚电的子 价带中电留子下称的为自由电子 空位称为空穴
导带
自由电子定向移 动形成电外子电流场E
禁带EG
束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流
价带
.
9
本征半导体
1. 本征半导体中有两种载流子 — 自由电子和空穴 电子浓度ni = 空穴浓度pi
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
定其化学性质和导电性能 .
7
1.1.1 本征半导体
本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度:99.9999999%,“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。
T=常0K用且的无本外征半界导激体发,只有束缚电子,没有自由电子,本征 半导体相当于绝缘体;T=300K,本征激发,少量束缚电子

模电1常用半导体器件

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ICEO = (1+β) ICBO
三. 极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
α=β/(1+β)
三极管的安全工作区
1 .4 场效应管(Field Effect Transistor )
场效应管是单极性管子,其输入PN结处于反偏或 绝缘状态,具有很高的输入电阻(这一点与三极管相 反),同时,还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。
1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线
二. 输出特性曲线 IC=f ( IB ,UCE )
实际测试时如下进行:
IC= f ( UCE )|IB
发射结正偏、集电结反 偏时,三极管工作在放大 区(处于放大状态),有放 大作用:IC =βIB + ICEO
两结均反偏时,三极管 工作在截至区(处于截止状 态) ,无放大作用。 IE=IC=ICEO≈0
第五章 负反馈放大器
第六章 信号运算电路
第七章 波形发生电路
第八章 功率放大电路 第九章 直流电源
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第一章 常用半导体器件
本章主要内容:
半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场效应管结构特性。
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1 .1 半导体(Semiconductor)基本知识
• 2、《电子技术实验》.石焕玉等编. • 3、《电子技术基础》(模拟部分).康华光
主编. 高等教育出版社 • 4、《模拟电子技术基础》华成英(第四
版)习题解答(因网络不通,暂时没法放 在系网页上,需要者来复制)
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器

很全的模电课程。

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结电容为扩散电容(Cd)与势垒电容(Cb)之和。
扩散路程中 电荷的积累 与释放
空间电荷区 宽窄的变化 有电荷的积 累与释放
4、稳压二极管
(1) 伏安特性
进入稳压区的最小电流
(2) 主要参数
最大功耗PZM= IZM UZ
不至于损坏的最大电流
稳定电压UZ、稳定电流IZ,即进入闻压区的最小电流IZmin 动态电阻rz=ΔUZ /ΔIZ
模拟电子技术课程综述 第一章 常用半导体器件
1.1半导体基础 一、 本征半导体中的两种载流子
1、本征半导体:有自由电子和空穴两种载流子。
二、杂质半导体 1. N型半导体:多数载流子(多子):自由电子 少数载流子(少子):空穴 2. P型半导体:多数载流子(多子):空穴 少数载流子(少子):自由电子 三、PN结的形成及其单向导电性 (结合二极管)
截止区
第二章 基本放大电路分析
2.1 放大的性能指标
任何放大电路均可看成为二端口网络。
输入电流
信号源 内阻 输出电流
信号源
输入电压 输出电压
1) 放大倍数:输出量与输入量之比
U A o A uu u U i
I A o A ii i I i
U o A ui I i
(3)稳压二极管稳压电路设计中分析限流电路R实例
1.3 晶体三极管
一、晶体管的放大条件与工作状态判断
(发射结正偏) uBE U on 放大的条件 (集电结反偏) uCB 0,即 uCE uBE
二、晶体管的放大状态下电流分配关系
IC I B (1 )ICBO I B ICEO
1.2
半导体二极管
1、二极管的伏安特性及电流方程 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性

《模电课后习题答案》-经典版-清华大学-童诗白

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第一章 常用半导体器件自 测 题一、判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入空内。

(1)在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素,可将其改型为P 型半导体。

( )(2)因为N 型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。

( ) (3)PN 结在无光照、无外加电压时,结电流为零。

( )(4)处于放大状态的晶体管,集电极电流是多子漂移运动形成的。

( ) (5)结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压,才能保证其R G S 大的特点。

( ) (6)若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零,则其输入电阻会明显变小。

( )解:(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×二、选择正确答案填入空内。

(1)PN 结加正向电压时,空间电荷区将 。

A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 (2)设二极管的端电压为U ,则二极管的电流方程是 。

A. I S e U B. TU U I eS C. )1e (S -T U U I(3)稳压管的稳压区是其工作在 。

A. 正向导通B.反向截止C.反向击穿(4)当晶体管工作在放大区时,发射结电压和集电结电压应为 。

A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏(5)U G S =0V 时,能够工作在恒流区的场效应管有 。

A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解:(1)A (2)C (3)C (4)B (5)A C三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值,设二极管导通电压U D=0.7V。

图T1.3解:U O1≈1.3V,U O2=0,U O3≈-1.3V,U O4≈2V,U O5≈1.3V,U O6≈-2V。

四、已知稳压管的稳压值U Z=6V,稳定电流的最小值I Z m i n=5mA。

求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。

模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件

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21
3.4 PN 结的电容效应
1) 势垒电容
PN结外加电压变化时,空间电荷区的宽度将发生变 化,有电荷的积累和释放的过程,与电容的充放电相 同,其等效电容称为势垒电容Cb。
2)扩散电容
PN结外加的正向电压变化时,在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化,也有电荷的积累和释放的 过程,其等效电容称为扩散电容Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子,;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度; 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、 固体均有之,包括电子和空穴的扩散!
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面,由于两种载流子的浓度差,产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面,由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时,达到动态 平衡,形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散,有利于少子漂移;

模拟电子技术基础常用半导体器件.ppt

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PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
---- - - ---- - -
---- - -
---- - -
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
(1-14)
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
---- - - ---- - -
---- - -
(1-34)
1.2.4 二极管的等效电路
能够用简单、理想的模型来模拟电子 器件的复杂特性或行为的电路称为等效电路, 也称为等效模型。
能够模拟二极管特性的电路称为二极管的 等效电路,也称为二极管的等效模型。
(1-35)
一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
Uon Uon
如何判断二极管的工作状态?
什么情况下应选用二极管的什么等效电路?
对V和Ui二极管的模 型有什么不同?
iD
V
uD R
V与uD可比,则需图解: ID 实测特性
Q
uD=V-iR
UD
应用举例——补充
R
+
2. 限幅电路
D I
例2.4.2 提示
UREF
(1) uI (Uon UREF ) 3.5 V 时
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。
(1-12)

模电知识整理

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模电知识整理第零章 导言第一章 常用半导体器件1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体1.1.1.1 半导体物质的导电性能决定于原子结构。

导体一般为低价元素。

绝缘体一般为高价元素(如惰性气体)。

常用半导体材料硅锗均为四价元素。

1.1.1.2 本征半导体的晶体结构晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。

本征半导体中的电子通过共价键互联。

1.1.1.3 本征半导体中的两种载流子常温下,极少数价电子由于热运动(热激发)获得足够的能量,挣脱共价键的束缚成为自由电子,带负电。

自由电子脱离轨道束缚,原处留下空位置,称为空穴,带正电。

自由电子与空穴成对出现,数目相等。

在本征半导体外加电场,则自由电子将产生定向移动,形成电子电流;空穴将被价电子按一定方向依次填补,即空穴也产生定向移动,形成空穴电流。

二者运动方向相反。

半导体中电流为自由电子与空穴电流之和。

运载电荷的粒子称为载流子。

导体的载流子仅有自由电子一种;本征半导体的载流子有自由电子和空穴两种。

1.1.1.4本征半导体中载流子的浓度本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。

复合:自由电子填补空穴的现象。

动态平衡:本征激发产生的自由电子与空穴数目相等。

在一定温度下,本征半导体中载流子的浓度是一定的,且自由电子与空穴浓度相等。

环境温度升高时,载流子浓度升高,导电性增强。

3-3221,,()GOE kT i i i i n p K T e n p cm -==分别表示自由电子与空穴的浓度本征半导体的导电性能很差,且与环境温度密切相关。

可用于制作热敏、光敏器件,但也会造成半导体器件温度稳定性差。

1.1.2杂质半导体通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素得到的半导体。

1.1.2.1 N 型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素。

杂质原子外层有五个价电子,因此除了参与构成共价键的价电子,还多出一个电子,这个电子只需要很少的能量就可以挣脱束缚,成为自由电子。

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UT
UT
rd
UT ID
ID不同rd也将不同
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模拟电子技术基础
外电场
内电场
R(限流电阻) + V
-
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模拟电子技术基础
2、PN结外加反向电压时处于截止状态
PN 结加反向电压、处于反向偏置(简称反偏):
PN结的P区电位低于N 区,即UP<UN。
PN结内电场加强,
阻止扩散运动的进行、
PN结
而漂移运动加剧,形成
反向电流;空间电荷区
变宽。
内电场
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模拟电子技术基础
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
自由电子和空穴是成对出现的。
在其它力的作用下,空穴吸引附近的电子来填补, 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
为空穴是带正电的粒子。 精品课件
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模拟电子技术基础
若在本征半导体两端外加一电场,则一方面自由 电子将产生定向移动,形成电子电流;
3、当反向电压较
i (mA)
O
u (V)
大时,反向电流急剧增
大,这种现象称为反向
击穿。
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模拟电子技术基础
(1)齐纳击穿 耗尽层很窄,反向电压较小,但耗尽层中的电场 很强,直接将共价键中的电子拉出,形成电子—空穴 对,使电流急剧增大。
(2)雪崩击穿
掺杂浓度低,耗尽层较宽,反向电压较大,少子 的漂移速度加快,将共价键中的价电子撞出,产生电 子—空穴对。
i (mA)
正向特性
O Uon
u (V)
开启电压
硅二极管的导通压降为0.6~0.8V; 锗二极管的导通压降为0.1~0.3V。
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模拟电子技术基础
iD /mA
U (BR)
正向特性
O Uon uD /V
反向特性
开启电压
0,
3、U(BR) uD iD< 0.1 A(Si),
几十A (Ge)。
但少子的数目极少, 外电场
即使所有少子都参与漂移 运动,反向电流也非常小,
R(限流电阻) - V
+
认为PN结加反向电压时处
于截止状态。
PN结具有单向导电性。
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模拟电子技术基础
三、PN结的电流方程
PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为
电子的电量 玻尔兹曼常数
热力学温度
反向饱和电流
模拟电子技术基础
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
1.5 单结晶体管和晶闸管
1.6 集成电路中的元件
1.7 Multisim应用举例—二极管特性的研

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模拟电子技术基础
1.1 半导体基础知识
本节的内容: 1、半导体材料的原子结构。 2、半导体材料中的载流子。 3、本征激发与复合,本征激发与温度的关系。
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模拟电子技术基础
二、二极管的微变等效电路
D
u+-i
+ uD -R
V
iD iD ID
△iD
O
+
△-uD rd
Q
UD uD
uD
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模拟电子技术基础
rd
uD iD
Q
1 rd
iD uD
d iD d uD
d[IS(euD UT 1)] duD
IS euD UT I D
载流子,简称少子。
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模拟电子技术基础
二、P型半导体
多子:空穴
空穴
+4
+4
变为负离子
+3
+4
硼原子
少子:自由 电子。
受主原子
多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度,几乎与 温度无关;少子对温度非常敏感。
杂质半导体还是电中性。 精品课件 返回
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模拟电子技术基础
1.1.3 PN结
1.2 半导体二极管
本节的内容: 1、二极管的结构,电路符号。 2、二极管的伏安特性,导通压降。 3、温度对二极管伏安特性的影响。 4、二极管的主要参数。 5、二极管的直流等效电路。 6、二极管的交流等效电路。 7、稳压二极管的结构,电路符号,伏安特性, 主要参数,正常工作状态。
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Uon
O
Uon u
3、正向导通时端电压与电流成线性关系
i
D
Uon rD
O Uon u
分析含有二极管电路时,先将二极管看成开路,
比较二极管两端的电位,若正极端的电位高于负极端
的电位且大于Uon时,二极精品管课件导通,否则二极管截止。
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模拟电子技术基础
若V远大于UD,试求电流I。
D
V
+ -
P型锗
N型锗
正极
P型硅
铝合金小球
正极
负极 触丝
点接触型
适用于高频电路。
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N型硅
负极 面接触型
金锑合金 底座
作为整流管
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模拟电子技术基础
1.2.2 二极管的伏安特性
一、二极管和PN结伏安特性的区别 二极管也具有单向导电性。 二极管的伏安特性与PN结的相似。 二极管存在半导体体电阻和引线电阻,在电流相 同的情况下,二极管的端电压大于PN结上的压降。
通常忽略不计,即二极管截止。
4、U > U(BR),
反向电流
急剧增若大对,电二流极不管加击限穿制。,就会造成二极管永久性损坏。
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模拟电子技术基础
二、温度对二极管伏安特性的影响
U (BR)
iD /mA
O Uon uD /V
温度升高时,二极管的正向特性将左移; 反向特 性将下移。
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模拟电子技术基础
二、PN结的单向导电性
1、PN结外加正向电压时处于导通状态
PN 结加正向电压、处于正向偏置(简称正偏):
PN结的P 区电位高于N 区,即UP>UN。
PN结内电场减弱, 外电场将多子推向PN结, PN结变窄,扩散运动加
PN结
强,漂移运动减弱。
在电源作用下,扩 散运动将源源不断地进 行,从而形成较大的正 向电流,PN结导通。
2、扩散电容:当PN结的正向电压增大时,载流
子的浓度增大,且浓度差也增大,扩散电流增大。
扩散过程中载流子浓度的变化是电荷的积累和释
放的过程,与电容器的充放电过程相同,这种电容效
应称为扩散电容(Cd)。
PN结的总电容:C=Cb+Cd。
通常PN结电容是很小的。 精品课件
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模拟电子技术基础
内电场阻碍多子的扩散,而有利于少子的漂移
最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡,形 成具有一定宽度的PN结。
无外电场时PN结两侧有电位差Uho,但PN结中的电
流为零。
正负离子区称为PN结,也称为空间电荷区,也称 耗尽层。
当P区和N区的杂质浓度相等时,正负离子区的宽 度也相等,称为对称PN结。
当Байду номын сангаас区和N区的杂质浓度不相等时,浓度高一侧的 离子区宽度小于浓度低的一侧,称为不对称PN结。
新产生的电子—空穴对被电场加速后又撞出其它 价电子,载流子雪崩式地倍增,使电流急剧增大。
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模拟电子技术基础
五、PN结的电容效应
1、势垒电容:当PN结外加电压变化时,空间电
荷区的宽度将随之变化,即耗尽层的电荷量随外加电 压而变化,这种现象与电容的充放电过程相同。
耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容(Cb)。
4、N型半导体所掺入杂质,多数载流子(简称多 子),少数载流子(简称少子)。
5、P型半导体所掺入杂质,多子,少子。
6、扩散运动和漂移运动。
7、PN结的形成过程。
8、对称PN结和不对称PN结。
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模拟电子技术基础
9、PN结的正向偏置(简称正偏)和反向偏置 (简称反偏)。
10、PN结的导电特性。 11、PN结宽度与外加电压的关系。 12、PN结的电流方程。 13、PN结的伏安特性。 14、PN结的击穿。 15、PN结的电容效应。
模拟电子技术基础
二极管的符号:
电流的方向
D
阳极(正极)
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阴极(负极)
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模拟电子技术基础
1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
在PN结两端加上电极引线,并用外壳封装起来就 构成了半导体二极管,简称二极管。
由P区引出的电极称为阳极,也称正极;由N区引
出的电极称为阴极,也称负极。
即温度升高,二极管的导通压降下降、反向 饱和电流增大,单向导电性变差。
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模拟电子技术基础
1.2.3 二极管的主要参数
一、 最大整流电流 IF
二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向 平均电流。
其值与PN结面积及外部散热条件等有关。
二、 反向击穿电压UBR
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