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二极管和三极管分解.pptx
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1、第第9章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管(下篇)(下篇)返回返回 学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果
2、。果。果。果。对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC RC 的值有误差、的值有误差、的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允
3、许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。件的目的在于应用。件的目的在于应用。件的目的在于应用。第第9章章 二极管和晶体管二极管和晶体管9.2 二极管二极管9.3 稳压二极管稳压二极管9.4 晶体管晶体管9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性
4、9.5 光电器件光电器件第第9章章 二极管和晶体管二极管和晶体管本章要求:本章要求:本章要求:本章要求:一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN结的单向导电性,晶体管的电流分配和结的单向导电性,晶体管的电流分配和结的单向导电性,晶体管的电流分配和结的单向导电性,晶体管的电流分配和 电流放大作用;电流放大作用;电流放大作用;电流放大作用;二、了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造、工 作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;作原理和
5、特性曲线,理解主要参数的意义;作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性:半导体的导电特性:半导体的导电特性:半导体的导电特性:(可做成温度敏感元件,如热敏电阻可做成温度敏感元件,如热敏电阻可做成温度敏感元件,如热敏电阻可做成温度敏感元件,如热敏电阻)掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电 能力明显改变。能力明
6、显改变。能力明显改变。能力明显改变。光敏性:光敏性:光敏性:光敏性:当受到光照时,导电能力明显变化。当受到光照时,导电能力明显变化。当受到光照时,导电能力明显变化。当受到光照时,导电能力明显变化。(可做成各种光敏元件,如光敏电阻、可做成各种光敏元件,如光敏电阻、可做成各种光敏元件,如光敏电阻、可做成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等光敏二极管、光敏三极管等光敏二极管、光敏三极管等光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性:热敏性:热敏性:热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强。当环境温度升高时,导电能力显著增强。当环境温度升高时,导电能力显著增强。当环境温度升高时,导电能力显著增强
7、。(可做成各种不同用途的半导体器件,可做成各种不同用途的半导体器件,可做成各种不同用途的半导体器件,可做成各种不同用途的半导体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。如二极管、三极管和晶闸管等)。如二极管、三极管和晶闸管等)。如二极管、三极管和晶闸管等)。9.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。半导体。半导体。半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价
8、健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,即可挣脱原子核的束缚,即可挣脱原子核的束缚,即可挣脱原子核的束缚,成为成为成为成为自由电子自由电子自由电子自由电子(带负电),(带负电),(带负电),
9、(带负电),同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空位,称为位,称为位,称为位,称为空穴空穴空穴空穴(带正电)(带正电)(带正电)(带正电)。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴 温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下,空穴
10、吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现当半导体两
11、端加上外电压时,在半导体中将出现两部分电流:两部分电流:两部分电流:两部分电流:1 1)自由电子作定向运动)自由电子作定向运动)自由电子作定向运动)自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 2 2)价电子递补空穴)价电子递补空穴)价电子递补空穴)价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意:注意:注意:注意:1.1.本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;2.2.温度愈高,温度愈高,温度愈高,温度愈高,载流子的数目愈多,半导体的导电性能载流
12、子的数目愈多,半导体的导电性能载流子的数目愈多,半导体的导电性能载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。也就愈好。也就愈好。也就愈好。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合空穴成对地产生的同时,又不断复合空穴成对地产生的同时,又不断复合空穴成对地产生的同时,又不断复合 在一定温度下,载流子的产生和复合达到
13、动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。9.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电大量增加,自由电子导电大量增加,自由电子导电大量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式,称为电子半
14、导体电方式,称为电子半导体电方式,称为电子半导体电方式,称为电子半导体或或或或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导
15、体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子,空穴是少数载流多数载流子,空穴是少数载流多数载流子,空穴是少数载流多数载流子,空穴是少数载流子。子。子。子。9.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式,称为空穴半导体或式,称为空穴半导体或式,称为空穴半导体或式,称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三
16、价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子,自由电子是少数载数载流子,自由电子是少数载数载流子,自由电子是少数载数载流子,自由电子是少数载流子。流子。流子。流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的,对外不显电性。型半导体都是中性的,对外不显电性。型半导体都是中性的,对外不显电性。型半导体都是中性的,对外不显电性。9.1.3 PN PN结及其单向导电
17、性结及其单向导电性P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结+形成空间电荷区形成空间电荷区9.1.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压(正向偏置)(正向偏置)(正向偏置)(正向偏置)P接正、接正、N接负接负 IF 多子在外多子在外多子在外多子在外电场的作用电场的作用电场的作用电场的作用之下通过之下通过之下通过之下通过PNPN结进入对方,结进入对方,结进入对方,结进入对方,形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的正向电流。正向电流。正向电流。正向电流
18、。PN PN 结加正向电压时,结加正向电压时,结加正向电压时,结加正向电压时,正向电流较大,正向电阻正向电流较大,正向电阻正向电流较大,正向电阻正向电流较大,正向电阻较小,较小,较小,较小,PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。PN+2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)少子在电场少子在电场的作用之下,的作用之下,通过通过PN结进结进入对方,但少入对方,但少子数量很少,子数量很少,形成的反向电形成的反向电流很小。流很小。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 P
19、PN N+温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时,结加反向电压时,结加反向电压时,结加反向电压时,反向电流较小,反向电阻较反向电流较小,反向电阻较反向电流较小,反向电阻较反向电流较小,反向电阻较大,大,大,大,PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。9.2 半导体二极管半导体二极管9.2.1 基本结构基本结构(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接
20、触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大,用结电容大,用结电容大,用结电容大,用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PN
21、PN结结面积可大可小,结结面积可大可小,结结面积可大可小,结结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。9.2半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图符号:符号:符号:符号:PN阳极阳极阳极阳极阴极阴极阴极阴极D9.9.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压
22、二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿,穿电压二极管被击穿,穿电压二极管被击穿,穿电压二极管被击穿,失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点:非线性特点:非线性特点:非线性特点:非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V,.60.8V,锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3V。UI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范
23、围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。9.2.3 9.2.3 主要参数(了解)主要参数(了解)主要参数(了解)主要参数(了解)1.1.1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.2.2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压 U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电
24、压,一是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是二极管反向击穿电压般是二极管反向击穿电压般是二极管反向击穿电压般是二极管反向击穿电压U U(BRBR)的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。二二二二极管击穿后单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。极管击穿后单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。极管击穿后单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。极管击穿后单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。3.3.3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流 I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。指二极管加最高反向工作电
25、压时的反向电流。指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反反反反向电流大,说明管子的单向导电性差,向电流大,说明管子的单向导电性差,向电流大,说明管子的单向导电性差,向电流大,说明管子的单向导电性差,I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反向电流较大,为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大,为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大,为硅管的几十到几百
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- 二极管 三极管 分解
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