电工学08第十五章半导体二极管和三极管共12页文档.docx

电工学08（第十五章半导体二极管和三极管）.txt14热情是一种巨大的力量，从心灵内部迸 发而出，激励我们发挥出无穷的智慧和活力；热情是一根强大的支柱，无论面临怎样的困境， 总能催生我们乐观的斗志和顽强的毅力……没有热情，生命的天空就没的色彩 本文由 cpu0441528 贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看第十五章半导体二极管和三极管§ 15 - 1半导体的导电特性§ 15 - 2PN结结§ 15 - 3半导体二极管§ 15 -4稳压管§ 15 - 5半导体三极管§ 15 - 1半导体的导电特性导体、一、导体、半导体和绝缘体1、很容易导电的物质称为导体，金属一般、很容易导电的物质称为导体导体，都是 导体都是导体2、有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如、有的物质几乎不导电，称 为绝缘体绝缘体，橡皮、陶瓷、塑料和石英橡皮、陶瓷、塑料和石英3、导电特性处 于导体和绝缘体之间的物质，、导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，称为半导体如锗、 半导体，砷化镓和一些硫化物、称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等 氧化物等一种物质的导电性能取决于它的载流子 一种物质的导电性能取决于它的载流子 密度 （浓度）。

密度（浓度）载流子密度（浓度）举例：载流子密度（浓度）举例：密度原子密度：〜10 23个/ cm 3导体）铜的载流子密度：〜5 X 10 22个/ cm 3 （导体）铜的载流子密度：硅的载流子密度：〜1.5X10个/cm103锗的载流子密度：〜2.5 X1013个/cm 3锗的载流子密度：绝缘体载流子密度：近似等于零载流子密度：半导体？由于半导体的导电机理不同于其它物质，由于半导体的导电机理不同于其它物质，半 导体的导电机理不同于其它物质所以它具有不同于其它物质的特点所以它具有不同于其 它物质的特点例如，当受外界热和光的作用时，例如，当受外界热和光的作用时，它的 导热和光的作用时电能力将明显变化一一热激发电能力将明显变化热激发 又 例如，往纯净的半导体中掺入某些杂质，又例如，往纯净的半导体中掺入某些杂质，掺入 某些杂质会使它的载流子数量大大的增加，会使它的载流子数量大大的增加，半导体的导 电掺杂能力也大大的改变一一掺杂而掺杂可大大增加能力也大大的改变掺杂导电率 正是半导体能制成各种电子器件的基础导电率正是半导体能制成各种电子器件的基础电 子器件的基础二、本征半导体1 要点：要点：（1）通过一定的工艺过程，可以将半）通过一定的工艺过程，导 体制成晶体晶体。

导体制成晶体2）完全纯净的（单一元素组成的）、）完全纯净的（单一元素组成的）、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体本征半导体结构完整的 半导体晶体，称为本征半导体3）在硅和锗晶体中，原子按四角形）在硅和锗晶体中， 系统组成，系统组成，每个原子与其相临的原子之间形成共价键共用一对价电子共价 键，形成共价键，共用一对价电子 硅和锗的共价键结构共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键称为束缚电子束 缚电子，中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，共 价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，由电子很少，导电能力很弱4+4+4+4+4表示除+4表示除去价电子后的原子共价键共用电子对3本征半导体的导电机理在绝对零度（在绝对零度（T=0K）和没有外界激发时） 和没有外界激发时，价电子完全被共价键束缚着，价电子完全被共价键束缚着，本征半导体 中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为0可以运动的带电粒子，它的导电能力为 在常温下，由于热激发，使一些价电子在常温下，由于热激发，热激发 获得足够的能量而 脱离共价键的束缚，获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上 留下一个空位，自由电子，同时共价键上留下一个空位，称空穴。

自由电子和空穴都可以 参与导电，为空穴自由电子和空穴都可以参与导电，通称载流子载流子通称载流子自由电子在外电场的作用下，自由电子在外电场的作用下，在晶格点阵电子电流中 定向运动，形成电子电流中定向运动，形成电子电流本征半导体的导电机理空穴导电：空穴吸引邻近价电子来填补，空穴导电：空穴吸引邻近价电子来填补，这样 的结果相当于空穴的迁移，因此可以认为空穴的结果相当于空穴的迁移，因此可以认为空穴 是呈正电性的载流子，其定向运 流子，动的方向与自由电子相反，电子相反，所形相 反 成的电流称为空成的电流称为空穴电流本征半导体的特点：本征半导体的特点：两种载流子1、半导体有两种载流子：自由电子和空穴、半导体有两种载流子：自由 电子和2、自由电子和空穴总是成对出现，同时又不、自由电子和空穴总是成对出现，成 对出现 断相遇“复合”断相遇“复合”3、在一定温度下，电子空穴对的产生和复合、 在一定温度下，动态平衡，达到动态平衡达到动态平衡，于是半导体中的载流子数目便 维持一定目便维持一定4、温度愈高，半导体的载流子愈多，导电性、温度愈高，半 导体的载流子愈多，能也愈好能也愈好三、N型半导体和P型半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，微量的 杂质就会使半导体的导电性能发生显著变化。

就会使半导体的导电性能发生显著变化例 如，掺杂浓度为百万分之一，例如，掺杂浓度为百万分之一，则载流子浓度约为：子浓度 约为：〜10 23 X 10 ? 6 = 10 17 个 / cm 3 > > 〜10 10 个 / cm 3〜2 X 103电阻率为：电阻率为：？ m减小至〜4 X 10-3 ?m可见，掺杂大大提高了半导体的导电能力，可见，掺杂大大提高了半导体的导电能力， 同时也导致杂质半导体的产生！同时也导致杂质半导体的产生！1、N型半导体、型半导体本征半导体中掺五价元素本征半导体中掺五价元素五价特点：特点：（1）掺杂浓度远大于本征半导+4 +4体中载流子浓度2）自由电子浓度远大于空 穴+5 +4浓度磷原子多数载流子多子）（多子）多余电子自由电子少数载流子（少子）少数载流子（少子）空穴2、P型半导体、型半导体本征半导体中掺三价元素本征半导体中掺三价元素三价特点：特点：+4 +4 （1）掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度3 +4 （2）空穴浓度远大于 自由 电子浓度电子浓度多数载流子（多子）多数载流子（多子）空穴硼原子 空穴 少数载流子自由电子 少 子）（少子）结论型半导体：三价元素1、P型半导体：本征半导体中掺入三价元素；型半导体本征半 导体中掺入三价元素；N型半导体：本征半导体中掺入五价元素。

型半导体：本征半导体 中掺入五价元素型半导体五价元素2、多数载流子少数载流子P型半导体型半导体 空穴电子N型半导体型半导体自由电子空穴的数目取决于掺杂浓度3、多数载流子的数目取决于掺杂浓度，少数载流子多数载流子 的数目取决于掺杂浓度，的数目取决于温度温度的数目取决于温度型半导体或N型 半导体4、无论P型半导体或型半导体，就其整体而言，正无论型半导体或型半导体， 就其整体而言，负电荷平衡仍为电中性电中性负电荷平衡仍为电中性§ 15 - 2一、PN结的形成PN结空间电荷区形成内电场请汪意1、空间电荷区（耗尽层）中没有载流子空间电荷区（耗尽层）中没有载流子阻 碍多子的扩2、空间电荷区中内电场是阻碍多子的扩、空间电荷区中内电场是阻碍散运动， 促进少子的漂移运动少子的漂移运动散运动，促进少子的漂移运动3、P区的电子和 区 的空穴（都是少子），、区的电子和 区的空穴（都是少子区的电子和N区的空穴 少子）， 数量有限，数量有限，因此由它们形成的电流即漂移电流很小很小（级 漂移电流很小（^ A级）4、扩散与漂移达到动态平衡时即形成结扩散与漂移达到动态平衡时即形成达 到动态平衡时即形成PN结一、PN结的单向导电性结的单向导电性1、PN结正向偏置、结正向偏置PN结加上正向电压（或正向偏置）的意思结加上正向电压（或正向偏置）区加正、区 加负电压 区加负电压。

是：P区加正、N区加负电压区加正外电场削弱内电场，空间电荷区变窄外电场削弱内电场，空间电荷区变窄削弱内 电场变窄有利于多子的扩散，形成较大正向电流，结呈低电阻结呈低电阻有利于多子 的扩散，形成较大正向电流，PN结呈低电阻在一定范围内，正向电流随外电压增加而增 大在一定范围内，正向电流随外电压增加而增大内电场I外电场正向导通2、PN结反向偏置、结反向偏置PN结加上反向电压（或反向偏置）的意思结加上反向电压（或反向偏置）区加负、区 加正电压 区加正电压是：P区加负、N区加正电压区加负外电场加强内电场，空间电荷区变宽外电场加强内电场，空间电荷区变宽加强内 电场变宽有利于少子的漂移，扩散很难，形成微弱反向（漂移）有利于少子的漂移，扩散 很难，形成微弱反向（漂移）电流，此时结呈高反向电阻结呈高反向电阻电流，此时 PN结呈高反向电阻电场强度一定时，反向电流只随温度变化电流只随温度变化电场 强度一定时，反向电流只随温度变化内电场外电场反向截止结论PN结的单向导电性为：结的单向导电性为：结的单向导电性为PN结加正向偏置时，导通，正向电流很大，结加正向偏置时，导通，正向电流很大，结 加正向偏置时正向电阻很小；正向电阻很小；PN结加反向偏置时，截止，反向电流很小， 结加反向偏置时，截止，反向电流很小，结加反向偏置时反向电阻很大。

反向电阻很大§ 15 - 3半导体二极管一、 基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管结加上管壳和引线，就成 为半导体二极管结加上管壳和引线P触丝线点接触型电流方向DN表示符号引线外壳线基片二极管实际结构二、 伏安特性I/mAIDU导通压降：导通压降：硅 管0.6~0.8V,锗 锗 管0.2~0.3V0反向击穿 电压U电 压（BR）死区电压硅管0. 5V,锗管锗管0.2VU/VI/uA三、 主要参数1.最大整流电流IOM二极管长期使用时，二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流向平 均电流2. 反向击穿电压（BR）反向击穿电压U二极管反向击穿时的电压值二极管反向击穿时的电压值击穿时反向电流剧增，二 极管的单向导电性被破坏，剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏手册上 给出的最高反向工作电压U烧坏手册上给出的最高反向工作电压RWM 一般的一半是 U（BR ）的一半3. 反向峰值电流IRM指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流反向电流大说明管子的单向导电性差因此反反向电流大，说明管子的单向导电性差， 因此反向电流越小越好反向电流受温度的影响，温度向电流越小越好。

反向电流受温度 的影响，越高反向电流越大硅管的反向电流较小，越高反向电流越大硅管的反向电流 较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍的反向电流要大几十到几百倍四、二极管电路的分析方法及应用（图解法）二极管电路的分析方法及应用（图解法） iD直流信号I IR E U0UuD大交流信号：大交流信号相当电子开关iDuD二极管的应用主要是利用它的单向导电二极管的应用主要是利用它的单向导电应用主 要是利用它的来实现整流限幅（削波）、整流、）、钳位隔离等性来实现整流、限幅（削 波）、钳位隔离等作用整流作用：整流作用：ui uo tD Ruiuo限幅（削。