电子技术基础 第2版 中国通信学会普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 姜桥 邢彦辰 第1章 常用的半导体器件
48页1、第1章 常用半导体器件,1.1 PN结,光敏性:当收到光照时,导电能力明显变化。,参杂性:往纯净的半导体中参入某种杂质,导电能力明显 改变。,1.1.1半导体的导电特性 1.半导体的特点,热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强。,2、本征半导体,本征半导体纯净的、不含其他杂质的半导体,本征半导体的导电能力很弱,接近绝缘体。导电性取决于外加能量:温度变化,导电性变化;光照变化,导电性变化。,1.1.1半导体的导电特性,形成: 在本征半导体中掺入微量三价元素。,(1) P型半导体,3.杂质半导体,1.1.1半导体的导电特性,多数载流子空穴,少数载流子电子,3.杂质半导体,形成: 在本征半导体中掺入微量五价元素。,(2) N型半导体,1.1.1半导体的导电特性,多数载流子电子,少数载流子空穴,1. PN结的形成,1.1.2 PN结,动态平衡,形成空间电荷区,PN结形成,P型和N型 半导体结合,扩散运动,内电场建立,阻碍扩散运动 促使漂移运动,多子浓度差,2. PN结的单向导电特性,(1)PN结正向偏置,正偏P区接电源正极,N区接电源负极。,PN结正偏时呈导通状态,正向电阻很小,正向电流很
2、大。,1.1.2 PN结,(2)PN结反向偏置,反偏N区接电源正极,P区接电源负极。,PN结反偏时呈截止状态,反向电阻很大,反向电流很小。,2. PN结的单向导电特性,1.1.2 PN结,(1)热击穿:不可逆,应避免。 (2)电击穿:可逆。又分为雪崩击穿和齐纳击穿。无论发生哪种击穿,若对其电流不加以限制,都可能造成PN结的永久性损坏。,3. PN结的反向击穿特性,1.1.2 PN结,1.2 半导体二极管,1.2.1 二极管的结构,1.结构与符号,(a)点接触型,(b)面接触型,1.2 半导体二极管,1.2.1 二极管的结构,1.结构与符号,在PN结的两端各引出一根电极引线,然后用外壳封装起来就构成了半导体二极管(或称晶体二极管,简称二极管)。,1.2.1 二极管的结构,2.分类,(a)点接触型 (b)面接触型 (c)平面型,材料:硅二极管和锗二极管 用途:整流、稳压、开关、普通二极管 结构、工艺:点接触型、面接触型、平面型,1.2.2 二极管的伏安特性及电路模型,1. 二极管的伏安特性,伏安特性是指二极管两端的电压u与流过二极管电流i的关系。,反向饱和电流,1.2.2 二极管的伏安特性
3、及电路模型,(1)正向特性 当外加正向电压小于死区电压Uth 时,正向电流i0。Uth 又称开启电压或门坎电压,硅管约为0.5V,锗管约为0.1V。 当正向电压继续增大至二极管完全导通后,两端电压基本为定值,称为二极管的正向导通压降。硅管约为0.60.8V(通常取0.7V),锗管约为0.20.3V(通常取0.2V)。,1.2.2 二极管的伏安特性及电路模型,(2)反向特性 外加反向电压时,反向电流很小(IIS),而且在相当宽的反向电压范围内,反向电流几乎不变,因此,称此电流值为二极管的反向饱和电流。在室温下,硅管的反向饱和电流比锗管的小得多,小功率硅管的IS小于0.1A,锗管为几十微安。 当反向电压达到U(BR)时,反向电流急剧增大,二极管击穿。U(BR)称为反向击穿电压,二极管一旦击穿,便失去单向导电性,使用时要注意。,1.2.2 二极管的伏安特性及电路模型,2. 温度特性 温度对二极管伏安特性的影响很大,如图1.2.3中虚线部分为温度升高时的特性。特点概括如下: (1)当温度升高时,二极管的正向特性曲线向左移动 二极管的导通压降降低。 (2)当温度升高时,二极管的反向特性曲线向下移
4、动 反向饱和电流IS增大。 (3)当温度升高时,反向击穿电压U(BR)减小。,结论: 二极管是非线性元件;二极管具有单向导电性。,3二极管的等效电路模型,1.2.2 二极管的伏安特性及电路模型,(1)理想电路模型,(2)恒压降模型,(3)二极管的小信号模型,二极管的电压和电流在微小变化范围内,将二极管近似看成线性器件,等效为一个动态电阻rD。,1.2.3 二极管的主要参数,1. 最大整流电流IFM,2. 反向击穿电压UBM,3. 反向电流IR,4. 最高工作频率fM,1.2.4 二极管的应用及测试,1二极管的应用,利用二极管的单向导电特性,常用作整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。,【例1.2.1】图1.2.6所示是利用二极管构成的正向限幅器。所谓限幅器就是削波电路,用来限制输出电压的幅度。设ui=12sint V,US=3V。试分析工作原理,并作出uo的波形(VD为理想元件)。,1.3 特殊二极管,1.3.1 稳压二极管,稳压二极管是一种特殊工艺制造的面接触型硅二极管,通常工作在反向击穿状态。 稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样。,1. 基本概念
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