電路電子技術(shù)應(yīng)用

1、電路電子技術(shù)應(yīng)用第15章 常用半導(dǎo)體器件151 半導(dǎo)體的基本知識(shí)152 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管153 特殊二極管穩(wěn)壓管154 半導(dǎo)體三極管 物質(zhì)導(dǎo)電性能導(dǎo)體：如金屬半導(dǎo)體：如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等絕緣體：如橡皮、陶瓷、塑料和石英半導(dǎo)體及其特點(diǎn)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受外界因素的影響很大： 對(duì)溫度敏感 熱敏元件 摻雜 半導(dǎo)體二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管等半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體及其特點(diǎn) 對(duì)光照敏感 光電管、光電池等光敏元件半導(dǎo)體的這些特點(diǎn)是由其原子結(jié)構(gòu)決定的本征半導(dǎo)體：純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。應(yīng)用最多的本征半導(dǎo)體為硅和鍺，原子結(jié)構(gòu)中最外層的價(jià)電子都是四個(gè)。通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制

2、成晶體。本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合，每個(gè)原子的一個(gè)價(jià)電子與另一個(gè)原子的一個(gè)價(jià)電子組成共用電子對(duì)，這對(duì)價(jià)電子是此相鄰原子共有的，它們通過(guò)共價(jià)鍵將相鄰原子結(jié)合在一起。本征半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)零度和無(wú)外界激發(fā)情況下，價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛，本征半導(dǎo)體沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），其

3、導(dǎo)電能力很差價(jià)電子一旦獲得足夠的能量（溫度升高或受光照）后，便可掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴+4+4+4+4自由電子束縛電子空穴+4+4+4+4價(jià)電子脫離共價(jià)鍵后，原子的中性被破壞，由于出現(xiàn)空穴而帶正電，會(huì)吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)空穴，同時(shí)相鄰原子的共價(jià)鍵中出現(xiàn)空穴。價(jià)電子移動(dòng)的結(jié)果相當(dāng)于帶正電的空穴的反方向遷移，因此認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。二者同時(shí)產(chǎn)生，成對(duì)出現(xiàn)。一定溫度下，載流子（空穴和自由電子）的產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。溫度越高，載流子的數(shù)目越多，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于

4、載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的兩端加上電壓后，在電場(chǎng)力的作用下，產(chǎn)生的電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為空穴半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為電子半導(dǎo)體。摻雜半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成

5、為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。N型半導(dǎo)體+4+4+5+4磷原子N 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1、施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。多余電子在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。P

6、型半導(dǎo)體+4+4+3+4空穴硼原子P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1、受主原子提供的空穴，濃度與受主原子相同。2、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。P 型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。摻雜半導(dǎo)體的示意表示法在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，即PN 結(jié)。PN 結(jié)的形成P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，形成的內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而阻擋多子的擴(kuò)散

7、運(yùn)動(dòng)?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E擴(kuò)散和漂移最終將達(dá)到平衡，即P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散的數(shù)目與N區(qū)的空穴向P區(qū)漂移的數(shù)目相等（自由電子也是如此），此時(shí)的空間電荷區(qū)（即PN結(jié)）穩(wěn)定下來(lái)，厚度固定不變，對(duì)外呈電中性。+空間電荷區(qū)（PN結(jié)）N型區(qū)P型區(qū)電位VV0PN 結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加正向電壓、正向偏置的意思都是：P區(qū)接電源正極、N區(qū)接負(fù)極PN結(jié)加反向電壓、反向偏置的意思都是：P區(qū)接電源負(fù)電極、N區(qū)接正極+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變窄變窄PNRE+_PN 結(jié)正向偏置+內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流。此時(shí)PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)很小的正向

8、電阻。+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變寬變寬NP+_REPN 結(jié)反向偏置+內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)。由于少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。此時(shí)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)數(shù)值很大的反向電阻。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很小，正向電流很大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；加反向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很高，反向電流很小，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。可見(jiàn)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。半?dǎo)體二極管PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。常見(jiàn)的半導(dǎo)體二極管分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型結(jié)面積很小，通過(guò)的電流小，高頻性能好。多用于高頻和小功率電路結(jié)面積大，允許通過(guò)的電流較大，但工作頻

9、率低。常用于整流電路。結(jié)面積較大的適宜做脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)管，結(jié)面積較小的，適用于大功率整流。P區(qū)引出線N區(qū)引出線半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)及符號(hào)點(diǎn)接觸型平面型面接觸型二極管的電路符號(hào)PN二極管的伏安特性曲線U死區(qū)電壓 硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.8V,鍺管0.20.3V反向擊穿電壓UBR+-+反向飽和電流，硅管達(dá)10-9A,鍺管10-5AI外電場(chǎng)不能克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流很小反向電流的大小基本保持恒定，與反向電壓的高低無(wú)關(guān)1. 最大整流電流 IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。2. 反向擊穿電壓UBR與反向工作峰值電壓URWM

10、UBR是二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。反向工作峰值電壓URWM一般是UBR的一半或三分之二。二極管的主要參數(shù)二極管加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流值。反向峰值電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向峰值電流越小越好。反向峰值電流受溫度影響：溫度越高，反向峰值電流越大。硅管的反向峰值電流較小，鍺管的反向峰值電流要比硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是利用其單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、鉗位、限幅、保護(hù)等。3. 反向峰值電流 IRM二極管的主要參數(shù)二極管的選擇（1）要求死區(qū)電壓低時(shí)選鍺管，要求反向電流小時(shí)選硅管。（2）要求反向擊穿電壓高時(shí)選硅管。（3）要求耐高溫時(shí)選硅管。（4）小功率整流管選2CP系列；大功率整流管選2CZ系列；高頻電路選用2AP系列；開(kāi)關(guān)工作時(shí)選用2AK、2CK系列。RLuiuouiuott例1：二極管半波整流二極管的應(yīng)用整流cd例2：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐穟2tuot二極管的應(yīng)