電路電子技術應用

1、電路電子技術應用第15章 常用半導體器件151 半導體的基本知識152 PN結及半導體二極管153 特殊二極管穩(wěn)壓管154 半導體三極管 物質導電性能導體：如金屬半導體：如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等絕緣體：如橡皮、陶瓷、塑料和石英半導體及其特點半導體的導電能力受外界因素的影響很大： 對溫度敏感 熱敏元件 摻雜 半導體二極管、三極管、場效應管、晶閘管等半導體器件半導體及其特點 對光照敏感 光電管、光電池等光敏元件半導體的這些特點是由其原子結構決定的本征半導體：純凈的、結構完整的半導體晶體。應用最多的本征半導體為硅和鍺，原子結構中最外層的價電子都是四個。通過一定的工藝過程，可以將半導體制

2、成晶體。本征半導體的晶體結構中，每一個原子與相鄰的四個原子結合，每個原子的一個價電子與另一個原子的一個價電子組成共用電子對，這對價電子是此相鄰原子共有的，它們通過共價鍵將相鄰原子結合在一起。本征半導體共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4本征半導體的導電機理在絕對零度和無外界激發(fā)情況下，價電子完全被共價鍵束縛，本征半導體沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），其

3、導電能力很差價電子一旦獲得足夠的能量（溫度升高或受光照）后，便可掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴+4+4+4+4自由電子束縛電子空穴+4+4+4+4價電子脫離共價鍵后，原子的中性被破壞，由于出現(xiàn)空穴而帶正電，會吸引相鄰原子的價電子來填補空穴，同時相鄰原子的共價鍵中出現(xiàn)空穴。價電子移動的結果相當于帶正電的空穴的反方向遷移，因此認為空穴是載流子。本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。二者同時產(chǎn)生，成對出現(xiàn)。一定溫度下，載流子（空穴和自由電子）的產(chǎn)生與復合達到動態(tài)平衡。溫度越高，載流子的數(shù)目越多，本征半導體的導電能力越強。本征半導體的導電能力取決于

4、載流子的濃度。本征半導體的兩端加上電壓后，在電場力的作用下，產(chǎn)生的電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流。在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。P 型半導體：空穴濃度大大增加的雜質半導體，也稱為空穴半導體。N 型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質半導體，也稱為電子半導體。摻雜半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，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的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。N型半導體+4+4+5+4磷原子N 型半導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、本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。自由電子濃度遠大于空穴濃度。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元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。P

6、型半導體+4+4+3+4空穴硼原子P 型半導體中空穴是多子，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、本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。P 型半導體+N 型半導體雜質型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質濃度相等。摻雜半導體的示意表示法在同一片半導體基片上，分別制造P 型半導體和N 型半導體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了一個空間電荷區(qū)，即PN 結。PN 結的形成P型半導體N型半導體+擴散運動內(nèi)電場E漂移運動擴散的結果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，形成的內(nèi)電場增強。內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而阻擋多子的擴散

7、運動。空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。漂移運動P型半導體N型半導體+擴散運動內(nèi)電場E擴散和漂移最終將達到平衡，即P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散的數(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），此時的空間電荷區(qū)（即PN結）穩(wěn)定下來，厚度固定不變，對外呈電中性。+空間電荷區(qū)（PN結）N型區(qū)P型區(qū)電位VV0PN 結的單向導電性PN結加正向電壓、正向偏置的意思都是：P區(qū)接電源正極、N區(qū)接負極PN結加反向電壓、反向偏置的意思都是：P區(qū)接電源負電極、N區(qū)接正極+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變窄變窄PNRE+_PN 結正向偏置+內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，能夠形成較大的擴散電流。此時PN結處于導通狀態(tài)，呈現(xiàn)很小的正向

8、電阻。+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變寬變寬NP+_REPN 結反向偏置+內(nèi)電場被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強。由于少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。此時PN結處于截止狀態(tài)，呈現(xiàn)數(shù)值很大的反向電阻。PN結加正向電壓時，PN結電阻很小，正向電流很大，PN結處于導通狀態(tài)；加反向電壓時，PN結電阻很高，反向電流很小，PN結處于截止狀態(tài)?？梢?，PN結具有單向導電性。半導體二極管PN 結加上管殼和引線，就成為半導體二極管。常見的半導體二極管分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結構分點接觸型面接觸型平面型結面積很小，通過的電流小，高頻性能好。多用于高頻和小功率電路結面積大，允許通過的電流較大，但工作頻

9、率低。常用于整流電路。結面積較大的適宜做脈沖數(shù)字電路中的開關管，結面積較小的，適用于大功率整流。P區(qū)引出線N區(qū)引出線半導體二極管結構及符號點接觸型平面型面接觸型二極管的電路符號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10-9A,鍺管10-5AI外電場不能克服PN結內(nèi)電場對多子擴散運動的阻力，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關1. 最大整流電流 IOM二極管長期使用時，允許流過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的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。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的反向電流值。反向峰值電流大，說明管子的單向導電性差，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)，二極管的應用是利用其單向導電性，主要應用于整流、鉗位、限幅、保護等。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)電壓低時選鍺管，要求反向電流小時選硅管。（2）要求反向擊穿電壓高時選硅管。（3）要求耐高溫時選硅管。（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；開關工作時選用2AK、2CK系列。RLuiuouiuott例1：二極管半波整流二極管的應用整流cd例2：單相橋式整流電路u2tuot二極管的應