常用半导体器件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 常用半导体器件,5.1 半导体基础知识,导 体：电阻率小于10,-4,cm,绝缘体：电阻率大于10,10,cm,半导体：电阻率介于10,-4,10,10,cm,之间,5.1.1 本征半导体,二个电子的共价键,二个电子的共价键,正离子,+4,电子空穴对的产生,共价键中原来位置留下一个空位,受热挣脱共价键束缚形成自由电子,形成电子空穴对,在外电场作用下,空穴电流,两部分电流：,本征激发的自由电子形成电子电流；,空穴移动产生的空穴电流,自由电子与空穴都称为,载流子,，在本征半导体中，自由电子和空穴的数目相同,电子运动,空穴运动,束缚电子：x,2,x,1,，x,3,x,2,；,相当于空穴：x,1,x,2,x,3,外电场,E,5.1.2 杂质半导体,N,型半导体（电子型半导体）和,P,型半导体（空穴型半导体）,1,N型半导体,掺入,五价,杂质元素,杂质原子提供多余的电子,电子是多数载流子,空穴是少数载流子,2,P型半导体,掺入,三价,杂质元素,杂质原子提供空穴,空穴是多数载流子,电子是少数载流子,5.1.3 PN结,1PN结的形成,空穴扩散,电子扩散,载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动,当扩散和漂移达到动态平衡时，空间电荷区的宽度就稳定下来。

PN结就处于相对稳定的状态,电位壁垒U,D,的大小，,硅,材料为,0.60.8V,，,锗,材料为,0.20.3V,多数载流子的扩散,空间电荷区,内电场,内电场,阻碍扩散并使少数载流子产生漂移空间电荷区减小内电场减弱,2PN结的单向导电性,(1)外加正向电压,外加电压,P,N,，外电场,削弱内电场,，PN结的动态平衡被破坏，在外电场的作用下，P区中的空穴进入空间电荷区，与一部分负离子中和，N区中的自由电子进入空间电荷区与一部分正离子中和，于是整个,空间电荷区变窄,，从而使多子的,扩散运动增强,，形成较大的扩散电流，这个电流称为,正向电流,，其方向是从P区指向N区这种外加电压接法称为,正向偏置,(2)外加反向电压,外加电压,N,P,，这种情况称为PN结,反向偏置,这时，,外电场增强内电场,的作用在外电场的作用下，P区中的空穴和N区中的自由电子各自背离空间电荷区运动，使,空间电荷变宽,，从而,抑制了多子的扩散,，加强了少子的漂移，形成反向电流由于少子的浓度很低，因此这个,反向电流非常小，,反向电流又称为反向饱和电流，通常用,I,s,表示结论,PN结具有单向导电性,：PN结,正向偏置,时，回路中有较大的正向电流，PN结呈现的电阻很小，,PN结处于导通状态,；当PN结,反向偏置,时，回路中的电流非常小，PN结呈现的电阻非常高，,PN结处于截止状态,。

5.2 半导体二极管,5.2.1 二极管的结构与特性,PN结面积小，结电容小，适用于高频和小功率，用作高频检波和脉冲开关,点接触型,：,面接触型：,PN结面积大，可通过较大的电流，电容效应明显不能用于高频，常用作低频整流1.结构,2.特性,二极管的伏安特性曲线,二极管方程,U,T,=,kT,/,q,为温度电压当量在常温（,T,=300K）下，,U,T,26mV,当二极管加正向电压时，若,U,U,T,，则，电流与电压基本上为指数关系当二极管加反向电压时，,U,U,T,，则，,I,I,s,U,th,称为,死区电压,或,门坎电压,U,th,的大小与材料和温度有关，通常硅管约为0.5V，锗管约为0.1V；二极管导通时的正向压降，硅管为0.60.8V，锗管为0.20.3VU,BR,称为,反向击穿电压,5.2.2 二极管的主要参数,1最大整流电流,I,F,最大整流电流是指二极管长时间工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流，它由PN结的结面积和散热条件决定2最大反向工作电压,U,R,它是二极管加反向电压时为防止击穿所取的安全电压，一般将反向击穿电压,U,BR,的一半定为最大反向工作电压,U,R,3反向电流,I,R,I,R,是指二极管加上最大反向工作电压,U,R,时的反向电流。

I,R,愈小，二极管的单向导电性就愈好此外，由于反向电流是由少数载流子形成的，所以，温度对,I,R,的 影响很大,4最高工作频率,f,M,f,M,主要由PN结电容的大小决定，结电容愈大，则,f,M,就越低若工作频率超过,f,M,，则二极管的单向导电性就变差，甚至无法使用二极管主要是利用其,单向导电性,，通常用于整流、检波、限幅、元件保护等，在数字电路中常作为开关元件例,在图示电路中，输入电压,u,i,=10sin,t,V，试画出电路的输出电压波形设二极管为理想二极管，正向导通时压降为零，反向偏置时，反向电流为零解,：对图 a所示电路，由于二极管具有单向导电性，在,u,i,的正半周，D导通，,u,o1,=,u,i,；,在,u,i,的负半周，D截止，,i,=0，,u,o1,=0对图b所示电路，,当,u,i,5V时，D导通，,u,o2,=5V；,当,u,i,5V时，D截止，,i,=0,u,R,=0，故,u,o2,=,u,i,-,u,R,=,u,i,例,求图所示电路中O点的电位设二极管的正向压降为0.7V两个二极管都可能导通，由于A点电位比B点高，所以D,1,优先导通，D,1,导通后，,此时D,2,上加的是反向电压，故D,2,载止。

在这里D,1,起钳位作用，即把O点的电位钳住在2.3V，而D,2,起隔离作用，把输入端B和输出端O隔离开来解：,课堂练习：,1、求下图中的,I,1,I,2,I,O,U,O,2、画出下图中,u,0,的波形,稳压管是一种用特殊工艺制造的面接触型硅二极管,5.3.1 稳压管的伏安特性和,主要参数,稳压管工作在,反向击穿区,，U,Z,称为稳压值,1稳压值U,Z,稳压管在正常工作时管子两端的电压,2稳定电流,I,Z,能使稳压管正常工作的最小电流I0,1是发射极2是基极,集电区为N型,集电结反偏,U,3,最大,NPN型硅管,发射结正偏,U,BE,0,1是基极,2是发射极,5.4.2 三极管的特性曲线,三极管的特性用三极管的各极电流与极间电压之间的关系来表示,U,BE,与,I,B,的关系称为,输入特性,，把,U,CE,和,I,C,的关系称为,输出特性,1输入特性,2输出特性,I,B,=0,I,C,=I,CEO,很小,发射结截止，此区域称为,截止区,此时三极管的,集电极C与发射极E之间相当于断开,三极管处于,截止状态,U,CE,较小时，,三极管的,集电极C与发射极E之间相当于短接.,此区域,称为,饱和区,。

此时三极管处于,饱和状态,N,N,P,当U,CE,大于1V时，I,C,只与I,B,有关，与U,CE,基本无关.I,C,I,B,此区域,称为,线性放大区,三极管作为一个电流放大器件,此时三极管处于,放大状态,3特征频率,f,T：,下降到1时所对应的频率4集电极最大允许电流,I,CM,集电极电流,I,C,超过一定值时，三极管的,值就要下降，,下降到正常值的2/3时的集电极电流称为集电极最大允许电流,I,CM,5集电极发射极反向击穿电压,U,（BR）CEO,基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压称为反向击穿电压,6集电极最大允许耗散功率,P,CM,I,CM,、,U,（BR）CEO,和,P,CM,称为三极管的极限参数，这三者共同确定了三极管的安全工作区,5.4.3 三极管的主要参数,1电流放大系数,2极间反向饱和电流,I,CBO,、,I,CEO,I,CBO,为发射极开路，集电结加反向电压时的电流；,I,CEO,为基极开路，集电结加反向电压、发射结加正向电压时的集电极电流,第二位：A,锗PNP管、,B,锗NPN管、,C,硅PNP管、,D,硅NPN管,第三位：X,低频小功率管、,D,低频大功率管、,G,高频小功率管、,A,高频大功率管、,K,开关管,用字母表示材料,用字母表示器件的种类,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示同一型号中的不同规格,三极管,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,3DG110B,半导体三极管的型号,10/16/2024,(a),NPN,=I,C,/I,B,=1.96/0.4=49,(b),PNP,=I,C,/I,B,=1/0.01=100,例,：,已知三极管放大时电流，判断三极管类型并求,1.96mA,0.04mA,1mA,0.01mA,1.01mA,2mA,(a),(b),课堂练习,：,设三极管处于放大状态，测得各脚对地的电位如下图，试判断管型（NPN或PNP）、材料（硅或锗），并确定B、E、C极。

序号,U1,U2,U3,管型,材料,E,B,C,A,0,0.3,-5,B,8,2,2.7,C,-2,5,-2.3,D,-10,-2.3,-3,判断方法,：,(,1)在三个电极电压中判断有无电压差为或，从而确定材料和C极；,（2）如C极电压最高，则为,NPN，,最低则为,PNP3）确定B、E极序号,U1,U2,U3,管型,材料,E,B,C,A,0,0.3,-5,B,8,2,2.7,C,-2,5,-2.3,D,-10,-2.3,-3,PNP,锗,U2,U1,U3,NPN,硅,U2,U3,U1,NPN,锗,U3,U1,U2,PNP,硅,U2,U3,U1,已知放大状态,例题,：,已知一NPN三极管在电路中的各极电压如下：试判断其工作状态放大,截止,饱和,已知类型,。