建筑电工学 教学课件 ppt 作者 王佳 第4章 半导体二极管和三极管
27页1、第 4 章 半导体二极管和三极管,4.2 半导体二极管,4.3 稳压管,4.4 半导体三极管,4.1 半导体的导电特性,第 4 章 半导体二极管和三极管,4.1 半导体的导电特性,本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,4.1.1 本征半导体,自由电子,用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后,便形成共价键结构。在获得一定能量(热、光等)后,少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子,同时在共价键中就留下一个空位,称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现,同时又不断复合。,在外电场的作用下,自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补,而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象,可以看成空穴顺着电场方向移动,形成空穴电流。,可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子,它们都能参与导电。,空穴移动方向,电子移动方向,外电场方向,4.1.2 N 型半导体和 P 型半导体,1. N 型半导体,在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷,当某一个硅原子被磷原子取代时,磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键,
2、多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加,是多数载流子,空穴是少数载流子,将这种半导体称为 N 型半导体。,Si,Si,Si,Si,Si,Si,Si,多余价电子,本征半导体中由于载流子数量极少,导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。,2. P 型半导体,在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼,在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位,相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位,而在该原子中便产生一个空穴,使空穴的数量大大增加,成为多数载流子,电子是少数载流子,将这种半导体称为 P 型半导体。,B,空穴,价电子填补空位,4.1.3 PN 结及其单向导电性,1. PN 结的形成,在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺,形成 P 型半导体区域和 N 型半导体区域,在这两个区域的交界处形成了一个特殊的薄层,称为 PN 结。,P 区,N 区,2. PN 结的单向导电性,(1) 外加正向电压,内电场方向,R,P 区,N 区,外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷,N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷,扩散运动增强
3、,形 成较大的正向电流,P 区,N 区,内电场方向,R,2. 外加反向电压,外电场驱使空间电荷区变宽 多数载流子的扩散运动难于进行,少数载流子越过 PN 结形成很小的反向电流,4.2 半导体二极管,14.2.1二极管基本结构,将 PN 结加上相应的电极引线和管壳,就成为半导体二极管。按结构分,有点接触型和面接触型两类。,点接触型,4.2.2 伏安特性,二极管和 PN 结一样,具有单向导电性,由伏安特性曲线可见,当外加正向电压很低时,电流很小,几乎为零。正向电压超过一定数值后,电流很快增大,将这一定数值的正向电压称为死区电压。通常,硅管的死区电压约为0.5V,锗管约为0.1V。导通时的正向压降,硅管约为0.6 0.7V,锗管约为0.2 0.3V。,60,40,20, 0.02, 0.04,0,0.4,0.8,25,50,I / mA,U / V,正向特性,硅管的伏安特性,反向特性,在二极管上加反向电压时,反向电流很小。但当反向电压增大至某一数值时,反向电流将突然增大。这种现象称为击穿,二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压 U(BR)。,4.2.3 主要参数,1. 最大整
4、流电流 IOM 最大整流电流是指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 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是 反向击穿电压的一半或三分之二。,3. 反向峰值电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。,例 1 在图中,输入电位 VA = + 3 V, VB = 0 V, 电阻 R 接负电源 12 V。求输出端电位 VY。,解 因为 VA 高于VB ,所以DA 优先导通。如果二极管的正向压降是 0.3 V,则 VY = + 2.7 V。当 DA 导通后, DB 因反偏而截止。,在这里,DA 起钳位作用,将输出端电位钳制在 + 2.7 V。,二极管的应用范围很广,主要都是利用它的单向导电性。它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。,4.3 稳压管,稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。其表示符号如下图所示。,稳压管工作于反向击穿区。从反向特性曲线上可以看出,反向电压在一定范围内变化时,反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时,反向电流突然剧增,稳压管反向击穿。此后,电流虽然在很大
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