第一章 基本半導(dǎo)體分立器件ok

1、1第第1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件o 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識o 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管o 1.3 晶體三極管晶體三極管o 1.4場效應(yīng)管場效應(yīng)管o 1.5單結(jié)晶體管和晶閘管單結(jié)晶體管和晶閘管21.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識o 1.1.11.1.1本本征半導(dǎo)體征半導(dǎo)體o 1.1.21.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 o 1.1.31.1.3PNPN結(jié)結(jié)3o導(dǎo)體導(dǎo)體：電阻率小于：電阻率小于1010-4-4.cm.cm，很容易導(dǎo)電，稱，很容易導(dǎo)電，稱為導(dǎo)體為導(dǎo)體.如銅、鋁、銀等金屬材料；如銅、鋁、銀等金屬材料；o絕緣體絕緣體：電阻率大于：電阻率大于10101

2、010.cm.cm，很難導(dǎo)電，稱，很難導(dǎo)電，稱為絕緣體，如塑料、橡膠、陶瓷等材料；為絕緣體，如塑料、橡膠、陶瓷等材料；o半導(dǎo)體半導(dǎo)體：電阻率在：電阻率在1010-3-310109 9.cm.cm，導(dǎo)電能力介，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，例如硅于導(dǎo)體和絕緣體之間，例如硅(Si)(Si)和鍺和鍺(Ge)(Ge)等等半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料；半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因? ?o 不是因為它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，不是因為它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是在于半導(dǎo)體材料具有而是在于半導(dǎo)體材料具有熱敏性熱敏性、光敏性光敏性和和摻摻雜性雜性。4半導(dǎo)體材料制作電子器件的

3、原因半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因?1 1、熱敏性、熱敏性：是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加，：是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加，例如例如純凈鍺從純凈鍺從2020升高升高到到3030時，電阻率時，電阻率下降下降為原來的為原來的1/21/2；2 2、光敏性、光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特性；例如硫化鎘薄膜在暗處：電阻為幾十性；例如硫化鎘薄膜在暗處：電阻為幾十MM。光照：電。光照：電阻下降為幾十阻下降為幾十KK3 3、摻雜性、摻雜性：是半導(dǎo)體導(dǎo)能力，因摻入適量的雜質(zhì)而發(fā)生很大：是半導(dǎo)體導(dǎo)能力，因摻入適量的雜質(zhì)而發(fā)生很

4、大的變化，例如在半導(dǎo)體硅中，只要摻入億分之一的硼雜質(zhì)，的變化，例如在半導(dǎo)體硅中，只要摻入億分之一的硼雜質(zhì)，電阻率下降到原來的電阻率下降到原來的幾萬分之一幾萬分之一，利用這一特性，可以制，利用這一特性，可以制造出不同性能不同用途的半導(dǎo)體器件。造出不同性能不同用途的半導(dǎo)體器件。5 1 1、本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體的晶體的晶體 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)把非常純凈的把非常純凈的, ,原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)排列非常整齊的半導(dǎo)體排列非常整齊的半導(dǎo)體稱為稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。1.1.1.1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體6硅原子電子硅原子電子數(shù)為數(shù)為1414，最，最外層電子為外層電子為四個。四個。鍺原子電子鍺原子電子數(shù)為數(shù)為3232，

5、最，最外層電子為外層電子為四個。四個。常把原子核和內(nèi)層電子數(shù)看作一個整體，常把原子核和內(nèi)層電子數(shù)看作一個整體，稱為慣性核。由于原子呈中性，慣性核帶稱為慣性核。由于原子呈中性，慣性核帶4 4單位正電荷。這樣，慣性核和外層價電單位正電荷。這樣，慣性核和外層價電子構(gòu)成一個簡化的原子結(jié)構(gòu)模型。子構(gòu)成一個簡化的原子結(jié)構(gòu)模型。硅硅( (鍺鍺) )的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)簡化模型簡化模型+4+14284+322 8 18 4硅硅( (鍺鍺) )的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)硅硅鍺鍺SiGe1.1.1.1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體7+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價鍵共價鍵A A硅原子電子數(shù)為硅原子電子數(shù)為1414，最

6、外層，最外層電子為四個，是四價元素電子為四個，是四價元素B B、硅原子結(jié)合方式是共價鍵、硅原子結(jié)合方式是共價鍵結(jié)合：結(jié)合：(i)(i)每個價電子都要受到相鄰每個價電子都要受到相鄰兩個原子核的束縛兩個原子核的束縛; ;(ii)(ii)半導(dǎo)體的價電子既不象導(dǎo)半導(dǎo)體的價電子既不象導(dǎo)體的價電子那樣容易掙脫成為體的價電子那樣容易掙脫成為自由電子，也不象絕緣體中被自由電子，也不象絕緣體中被束縛，所以其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)束縛，所以其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間體與絕緣體之間1 1、本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)、本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)共價鍵結(jié)合，以硅原子為共價鍵結(jié)合，以硅原子為例。例。1.1.1.1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體

7、8+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價鍵共價鍵2 2、本征半導(dǎo)體的激發(fā)與復(fù)合本征半導(dǎo)體的激發(fā)與復(fù)合空穴空穴自由電子自由電子空穴空穴A A、本征激發(fā)、本征激發(fā) 電子、空穴對的產(chǎn)生電子、空穴對的產(chǎn)生B B、電子與空穴的復(fù)合、電子與空穴的復(fù)合D D、最后達(dá)到動態(tài)的平衡、最后達(dá)到動態(tài)的平衡C C、空穴是可以移動的，其、空穴是可以移動的，其實是共價鍵的電子依次填補(bǔ)實是共價鍵的電子依次填補(bǔ)空穴，形成空穴的移動空穴，形成空穴的移動1.1.1.1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體9本征半導(dǎo)體小結(jié)：本征半導(dǎo)體小結(jié)： 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體帶正電荷帶正電荷的空穴的空穴1 1、本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體中兩種載流子：中兩種載流

8、子：. .是帶負(fù)電荷的自由電子；是帶負(fù)電荷的自由電子；. .是帶正電荷的空穴。是帶正電荷的空穴。2 2、本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：中電流由兩部分組成： . . 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 . . 空穴移動產(chǎn)生的電流。空穴移動產(chǎn)生的電流。帶負(fù)電荷的帶負(fù)電荷的自由電子自由電子103 3、溫度越高，載流子的濃度越高，導(dǎo)電能力越、溫度越高，載流子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素。強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素。這是半導(dǎo)體的一大特點。這是半導(dǎo)體的一大特點。4 4、本征激發(fā)產(chǎn)生的、本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子載流子數(shù)量很少，本征

9、半導(dǎo)體數(shù)量很少，本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很差。只有在本征半導(dǎo)體中摻入適量導(dǎo)電能力很差。只有在本征半導(dǎo)體中摻入適量的雜質(zhì)，才能極大提高其導(dǎo)電性能，成為的雜質(zhì)，才能極大提高其導(dǎo)電性能，成為雜質(zhì)雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體，用于制造各種半導(dǎo)體器件，用于制造各種半導(dǎo)體器件 。本征半導(dǎo)體濃度為書上本征半導(dǎo)體濃度為書上P11P11，公式（，公式（1.1.11.1.1），自己），自己看看。看看。本征半導(dǎo)體小結(jié)：本征半導(dǎo)體小結(jié)：11在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(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了。雜

10、半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加了。P P 型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素( (如硼如硼) )構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N N 型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素( (如磷如磷) )構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體12121 1、N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體o多余電子因不受共價鍵的束縛成為多余電子因不受共價鍵的束縛成為自由電子自由電子，同時磷原子就成同時磷原子就成為不能移動的帶正電的離子，稱為為不能移動的帶正電的離子，稱為施主原子。施主原子。o另外另外N N 型半

11、導(dǎo)體中還有少量的空穴，其濃度遠(yuǎn)小于自由電子的型半導(dǎo)體中還有少量的空穴，其濃度遠(yuǎn)小于自由電子的濃度，所以把自由電子稱為濃度，所以把自由電子稱為多數(shù)載流子多數(shù)載流子，空穴稱為空穴稱為少數(shù)載流子，少數(shù)載流子，簡稱簡稱多子多子和和少子少子。o在本征半導(dǎo)體中摻在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素入五價元素多余電子多余電子磷原子磷原子+ +N N型硅表示型硅表示1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)雜質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體132 2、P 型半型半導(dǎo)導(dǎo)體體oP 型半型半導(dǎo)導(dǎo)體中空穴是體中空穴是多多數(shù)載數(shù)載流子流子，電電子是子是少少數(shù)載數(shù)載流子流子。o當(dāng)當(dāng)附近硅原子的外附近硅原子的外層電層電子由于子由于熱運(yùn)動填補(bǔ)熱運(yùn)動填補(bǔ)空穴空穴時時，

12、硼原子，硼原子成成為為不可移不可移動動的的負(fù)負(fù)離子。硼原子離子。硼原子稱為稱為受主原子受主原子。在本征半在本征半導(dǎo)導(dǎo)體中體中摻摻入入三價元素三價元素空穴空穴硼原子硼原子P型硅表示型硅表示1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)雜質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體143、雜質(zhì)雜質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體的示意表示法體的示意表示法+N 型半型半導(dǎo)導(dǎo)體體o雜質(zhì)雜質(zhì)型半型半導(dǎo)導(dǎo)體多子和少子的移體多子和少子的移動動都能形成都能形成電電流。流。但由于但由于數(shù)數(shù)量的量的關(guān)關(guān)系，起系，起導(dǎo)電導(dǎo)電作用的主要是多子作用的主要是多子。近似近似認(rèn)為認(rèn)為多子多子濃濃度度與與所所摻雜質(zhì)濃摻雜質(zhì)濃度相等度相等。整整塊塊的的半半導(dǎo)導(dǎo)體仍體仍為為中性中性. .P 型半型半

13、導(dǎo)導(dǎo)體體1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)雜質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體15小結(jié)小結(jié)4 4、P P型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴空穴是多子，是多子，自由電子自由電子是少子。是少子。 N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由電子自由電子是多子，是多子，空穴空穴是少子。是少子。5 5、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度溫度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度 和材料性質(zhì)有關(guān)。和材料性質(zhì)有關(guān)。 1 1、半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。 2 2、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)本征激發(fā)而產(chǎn)生自由而產(chǎn)生自由 電子和空穴對，故其有一定的導(dǎo)電能力。電子和空穴對，故其

14、有一定的導(dǎo)電能力。3 3、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度溫度決定；決定； 雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)所摻雜質(zhì)的濃度決定。的濃度決定。16P P型區(qū)型區(qū)N N型區(qū)型區(qū)內(nèi)建電場內(nèi)建電場 PN結(jié)結(jié)(1)(1)多子的擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場多子的擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場(2)(2)隨著內(nèi)電場由弱到強(qiáng)得建立隨著內(nèi)電場由弱到強(qiáng)得建立, ,少子漂移從無到有少子漂移從無到有, ,逐漸加強(qiáng)逐漸加強(qiáng), ,而擴(kuò)散運(yùn)動逐漸減弱而擴(kuò)散運(yùn)動逐漸減弱, , 形成平衡的形成平衡的PNPN結(jié)。結(jié)。1 1、PN結(jié)結(jié)( (PN Junction) )的形

15、成的形成多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散1.1.31.1.3 PN PN結(jié)結(jié)耗盡層耗盡層問題：問題：PNPN結(jié)是帶正電，結(jié)是帶正電，還是負(fù)電？還是負(fù)電？172 2、PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1) (1) 正向偏置正向偏置( (forward biasforward bias外加外加正向正向電壓電壓) ) (2) (2) 反向偏置反向偏置( (reverse biasreverse bias外加反向電壓外加反向電壓) )1.1.31.1.3 PN PN結(jié)結(jié)18(1)(1)、外加、外加正向正向電壓電壓( (正向偏置正向偏置forward bias) ) P N內(nèi)電場內(nèi)電場外電場

16、外電場正向電流正向電流I IF FIF = I多子多子 I少子少子 I多子多子A A、正向偏壓的接法：、正向偏壓的接法：P P區(qū)接高電位，區(qū)接高電位，N N區(qū)接低電位區(qū)接低電位B B、正向偏壓削弱內(nèi)電場，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動，、正向偏壓削弱內(nèi)電場，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動，使使PNPN結(jié)空間電荷區(qū)變窄；結(jié)空間電荷區(qū)變窄；C C、正向偏壓時，、正向偏壓時，PNPN結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)，外電路電流結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)，外電路電流I IF F很大，很大，PNPN結(jié)呈現(xiàn)的正向電阻很小結(jié)呈現(xiàn)的正向電阻很小RUI多子多子PNPN結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)1.1.31.1.3 PN PN結(jié)結(jié)限流限流電阻電阻19 P N內(nèi)電場內(nèi)電場I

17、R = I少子少子 0反向電流反向電流IRA A、反向偏壓的接法：、反向偏壓的接法：P P區(qū)接低電位，區(qū)接低電位，N N區(qū)接高電位區(qū)接高電位B B、反向偏壓內(nèi)電場增強(qiáng)，不利多子擴(kuò)散運(yùn)動，有利、反向偏壓內(nèi)電場增強(qiáng)，不利多子擴(kuò)散運(yùn)動，有利于少子的漂移運(yùn)動，形反向電流于少子的漂移運(yùn)動，形反向電流IR，IR很小，硅管為很小，硅管為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。C C、反向偏壓，使、反向偏壓，使PNPN結(jié)空間電荷區(qū)變寬。結(jié)空間電荷區(qū)變寬。D D、反向偏壓、反向偏壓PNPN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為O O，PNPN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大結(jié)呈現(xiàn)的

18、反向電阻很大(2) (2) 外加反向電壓外加反向電壓( (反向偏置反向偏置reverse bias）限流限流電阻電阻R外電場外電場UI少子少子PNPN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)1.1.31.1.3 PN PN結(jié)結(jié)20o PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；擴(kuò)散電流； o由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴 PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，漂移電流， PN結(jié)截止。結(jié)截止?？偨Y(jié)總結(jié)211.21.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管(Semic

19、onductor Diode(Semiconductor Diode) )o 1.2.11.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)o 1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性o 1.2.31.2.3二極管主要參數(shù)二極管主要參數(shù)o 1.2.41.2.4二極管的二極管的等效電路等效電路o 1.2.51.2.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管o 1.2.61.2.6其它類型二極管其它類型二極管22構(gòu)成：構(gòu)成： PN 結(jié)結(jié) + 引線引線 + 管殼管殼 = 二極管二極管( (Diode) )符號：符號：分類：分類：按材料分按材料分硅二極管硅二極管鍺二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分點接觸

20、型點接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型1、結(jié)構(gòu)與類型、結(jié)構(gòu)與類型陽極陽極 陰極陰極1.2.11.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)23負(fù)極負(fù)極引線引線點接觸型點接觸型正極正極引線引線金屬觸絲金屬觸絲N 型鍺片型鍺片外殼外殼負(fù)極引線負(fù)極引線 面接觸型面接觸型N型鍺型鍺PN 結(jié)結(jié) 正極引線正極引線鋁合金鋁合金小球小球底座底座金銻金銻合金合金正極正極引線引線負(fù)極負(fù)極引線引線 平面型平面型NP 型支持襯底型支持襯底PPNPN結(jié)結(jié)（常見二極管的結(jié)構(gòu)和外型）（常見二極管的結(jié)構(gòu)和外型）2、特點與用途、特點與用途1.2.11.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)P

21、NPN結(jié)面積小結(jié)面積小結(jié)電容小結(jié)電容小適用于高頻電路適用于高頻電路和小功率整流和小功率整流工作頻率高。工作頻率高。不能通過較大的電流不能通過較大的電流PNPN結(jié)面積大結(jié)面積大能通過較大的電流能通過較大的電流結(jié)電容大結(jié)電容大能在低頻下工作能在低頻下工作一般僅作為整流一般僅作為整流管使用管使用PNPN結(jié)面積可大結(jié)面積可大可小可小視結(jié)面積的大視結(jié)面積的大小用于大功率小用于大功率整流和開關(guān)電整流和開關(guān)電路中路中o半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片2526伏安特性曲線伏安特性曲線 通過二極管的電流隨外加偏壓的變化規(guī)律，通過二極管的電流隨外加偏壓的變化規(guī)律，稱為二極管的伏安特性。稱為二極管的伏安特性。以曲線

22、的形式描繪出來，以曲線的形式描繪出來， 就是伏安特性曲線。就是伏安特性曲線。 正向偏壓正向偏壓反向偏壓反向偏壓IFUFVmAIRURVA1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性27IS擊穿電壓擊穿電壓UBR圖圖1.2.3 1.2.3 二極管的伏安特性二極管的伏安特性FISI鍺管鍺管硅硅 管管0硅管硅管鍺管鍺管死區(qū)電壓死區(qū)電壓Uoni /mA正向電流正向電流104030200.20.60.41.00.8u/VUR/VIR/ A反向電流反向電流反向電壓反向電壓正向電壓正向電壓1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性伏安特性曲線伏安特性曲線導(dǎo)導(dǎo)通通電壓電壓: 硅管硅管0.60

23、.8V,鍺鍺管管0.10.3V死死區(qū)區(qū)（開啟開啟）電壓電壓Uon: 硅管硅管0.5V，鍺鍺管管0.1V28IS擊穿電壓擊穿電壓UBR圖圖 二極管的伏安特性二極管的伏安特性FISI鍺管鍺管硅硅 管管0硅管硅管鍺管鍺管死區(qū)電壓死區(qū)電壓Uoni /mA正向電流正向電流104030200.20.60.41.00.8u/VUR/VIR/ A反向電流反向電流反向電壓反向電壓正向電壓正向電壓1、正向特性、正向特性加正向偏壓加正向偏壓u A、 u 較小時，較小時，i 較小較小 B、 u大于死區(qū)電壓時，大于死區(qū)電壓時， i迅迅速增加，并按指數(shù)規(guī)律上升。速增加，并按指數(shù)規(guī)律上升。 C、當(dāng)二極管電流變化很大、當(dāng)二極

24、管電流變化很大時，二極管兩端電壓幾乎不變，時，二極管兩端電壓幾乎不變，硅管約硅管約0.60.8V，鍺管約，鍺管約0.10.3V，分別作為正向工作，分別作為正向工作時兩端直流壓降得估算值時兩端直流壓降得估算值。2、反向特性、反向特性加反向偏壓加反向偏壓UR A、反向電流、反向電流IR是少子漂移運(yùn)動引是少子漂移運(yùn)動引起，所以數(shù)量小，幾乎不變，又稱起，所以數(shù)量小，幾乎不變，又稱為反向飽和電流為反向飽和電流IS。 B、當(dāng)溫度升高，、當(dāng)溫度升高，IS增加增加 C、硅管、硅管IS小于小于1uA，鍺管為幾十，鍺管為幾十到幾百到幾百uA。3 3、擊穿特性、擊穿特性 當(dāng)當(dāng)UR繼續(xù)增大，并超過某一個特繼續(xù)增大，并

25、超過某一個特定電壓值時，定電壓值時，IR將急劇增大，這種將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿，這時對應(yīng)的電壓叫現(xiàn)象稱為擊穿，這時對應(yīng)的電壓叫擊穿電壓擊穿電壓UBR。1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性伏安特性曲線伏安特性曲線291 1、最大整流電流、最大整流電流I IF 指二極管在一定溫度下，指二極管在一定溫度下， 長期允許通過的最大長期允許通過的最大正向平均電流正向平均電流2 2、最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR指二極管工作時允許外加的最大反向電壓。通指二極管工作時允許外加的最大反向電壓。通常為擊穿電壓常為擊穿電壓U(BR)的一半。的一半。FIRU1.2.31.2.3二極管的主要

26、參數(shù)二極管的主要參數(shù)303 3、反向電流、反向電流IR（反向飽和電流反向飽和電流IS) ) 這個值越小，這個值越小， 則管子的單向?qū)щ娦跃驮胶?。則管子的單向?qū)щ娦跃驮胶?。RI1.2.31.2.3二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)314 4、結(jié)電容與最高工作頻率、結(jié)電容與最高工作頻率fM PN PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) (1)(1)PN結(jié)加電壓后，結(jié)加電壓后， 其空間電荷區(qū)會發(fā)生變化，其空間電荷區(qū)會發(fā)生變化， 這種變化造成的電容效應(yīng)稱為結(jié)電容。這種變化造成的電容效應(yīng)稱為結(jié)電容。 (2)(2)結(jié)電容越大。二極管的高頻單向?qū)щ娦栽讲?。結(jié)電容越大。二極管的高頻單向?qū)щ娦栽讲睢?(3)(3)fM就是

27、二極管仍然保持單向?qū)щ娦缘耐饧与妷壕褪嵌O管仍然保持單向?qū)щ娦缘耐饧与妷?最高頻率。最高頻率。PN1.2.31.2.3二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)32IF /mA0.20.60.40.8UF/V5 5、二極管的溫度特性、二極管的溫度特性C20oC50o C50o C75oC75oC20oT 升高時，升高時，UD(on)以以 (2 2.5) mV/ C 下下降降,輸入曲線左移輸入曲線左移當(dāng)溫度當(dāng)溫度 升高升高10 C時，時，IR增加一倍增加一倍IR/ AUD(on)半導(dǎo)體具有熱敏性，溫度變半導(dǎo)體具有熱敏性，溫度變化化, ,使二極管參數(shù)發(fā)生變化，使二極管參數(shù)發(fā)生變化，使二極管工作不穩(wěn)定。使二極

28、管工作不穩(wěn)定。IF/ A1.2.31.2.3二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)二極管是二極管是非線性非線性器件，器件， 由二極管構(gòu)成電路是由二極管構(gòu)成電路是非線性電路非線性電路。分析困難分析困難用用線性元件構(gòu)成的電路線性元件構(gòu)成的電路來來近似模擬二極管的特性近似模擬二極管的特性二極管的二極管的等效電路等效電路多種多種等效電路，等效電路，根據(jù)根據(jù)應(yīng)用要求應(yīng)用要求進(jìn)行選擇進(jìn)行選擇1.2.4 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路34 圖圖1.2.4 1.2.4 二極管的近似模型二極管的近似模型(1)理想模型理想模型 A、正向?qū)?，管壓降、正向?qū)?，管壓降為?，即，即UF=0，視二極，視二極管

29、為短路；管為短路；B、反向截止，電流為、反向截止，電流為0，即即IF=0，視二極管為開，視二極管為開路路陽極陽極 陰極陰極陽極陽極 陰極陰極ui陽極陽極 陰極陰極理想二極管理想二極管1.2.4 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路35 圖圖1.2.41.2.4二極管的近似模型二極管的近似模型A、正向?qū)〞r二極管、正向?qū)〞r二極管 管壓降為恒定值管壓降為恒定值Uon： 硅管硅管0.7V 鍺管鍺管0.2V uiUon1.2.4 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路B、反向截止，、反向截止，i=0(2)恒恒壓壓降模型降模型 理想二極管理想二極管361.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體

30、基礎(chǔ)知識o 1.1.11.1.1本本征半導(dǎo)體征半導(dǎo)體o 1.1.21.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 o 1.1.31.1.3PNPN結(jié)結(jié)半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因? ?是在于半導(dǎo)體材料具有是在于半導(dǎo)體材料具有熱敏性熱敏性、光敏性光敏性和和摻雜性摻雜性。復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁37本征半導(dǎo)體小結(jié)：本征半導(dǎo)體小結(jié)：1 1、本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體中兩種載流子：中兩種載流子：. .帶負(fù)電荷的自由電子；帶負(fù)電荷的自由電子；. .帶正電荷的空穴。帶正電荷的空穴。2 2、本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：中電流由兩部分組成： . . 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。

31、. . 空穴移動產(chǎn)生的電流。空穴移動產(chǎn)生的電流。3 3、溫度越高，載流子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫、溫度越高，載流子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素。度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素。4 4、本征激發(fā)產(chǎn)生的、本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子載流子數(shù)量很少，本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力數(shù)量很少，本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很差。只有在本征半導(dǎo)體中摻入適量的雜質(zhì)，才能極大很差。只有在本征半導(dǎo)體中摻入適量的雜質(zhì)，才能極大提高其導(dǎo)電性能，成為提高其導(dǎo)電性能，成為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體，用于制造各種半導(dǎo)，用于制造各種半導(dǎo)體器件體器件 。復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁38P P 型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素

32、型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素( (如硼如硼) )構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N N 型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素( (如磷如磷) )構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。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)為多子濃度與所摻雜質(zhì)濃度相等近似認(rèn)為多子濃度與所摻雜質(zhì)濃度相等。整塊的整塊的半導(dǎo)體仍為中性半導(dǎo)體仍為中性. .復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁39小結(jié)小結(jié)4 4、P P型半導(dǎo)體

33、中型半導(dǎo)體中空穴空穴是多子，是多子，自由電子自由電子是少子。是少子。 N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由自由電子電子是多子，是多子，空穴空穴是少子。是少子。5 5、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度溫度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度 和材料性質(zhì)有關(guān)。和材料性質(zhì)有關(guān)。 1 1、半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。 2 2、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)本征激發(fā)而產(chǎn)生自由而產(chǎn)生自由 電子和空穴對，故其有一定的導(dǎo)電能力。電子和空穴對，故其有一定的導(dǎo)電能力。3 3、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度溫

34、度決定；決定； 雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)所摻雜質(zhì)的濃度決定。的濃度決定。復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁401.1.31.1.3 PN PN結(jié)結(jié)o PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流，擴(kuò)散電流，PN結(jié)導(dǎo)通。擴(kuò)散運(yùn)動是因濃度差引起的；結(jié)導(dǎo)通。擴(kuò)散運(yùn)動是因濃度差引起的； o由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。o PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，漂移電流，硅管為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級，硅管為納安數(shù)量級，鍺管為微安

35、數(shù)量級，PN結(jié)截止。漂移運(yùn)動是因電位差而產(chǎn)生的。結(jié)截止。漂移運(yùn)動是因電位差而產(chǎn)生的。 。復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁411.21.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管構(gòu)成：構(gòu)成： PN 結(jié)結(jié) + 引線引線 + 管殼管殼 = 二極管二極管( (Diode) )符號：符號：陽極陽極 陰極陰極正向偏壓正向偏壓IFUF反向偏壓反向偏壓IRUR復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁42IS擊穿電壓擊穿電壓UBR圖圖1.2.3 1.2.3 二極管的伏安特性二極管的伏安特性FISI鍺管鍺管硅硅 管管0硅管硅管鍺管鍺管死區(qū)電壓死區(qū)電壓Uoni /mA正向電流正向電流104030200.20.60.41.00.8u/VUR/VIR/ A反向電流反向電流反向電壓反

36、向電壓正向電壓正向電壓二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線導(dǎo)導(dǎo)通通電壓電壓: 硅管硅管0.60.8V,鍺鍺管管0.10.3V死死區(qū)區(qū)（開啟開啟）電壓電壓Uon: 硅管硅管0.5V，鍺鍺管管0.1V復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁431 1、最大整流電流、最大整流電流I IF2 2、最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR1.2.31.2.3二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)3 3、反向電流、反向電流IR（反向飽和電流反向飽和電流IS) ) 這個值越小，這個值越小， 則管子的單向?qū)щ娦跃驮胶?。則管子的單向?qū)щ娦跃驮胶谩? 4、結(jié)電容與最高工作頻率、結(jié)電容與最高工作頻率fM PN PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)(1)(1)

37、結(jié)電容越大。二極管的高頻單向?qū)щ娦栽讲睢＝Y(jié)電容越大。二極管的高頻單向?qū)щ娦栽讲睢?2)(2)fM就是二極管仍然保持單向?qū)щ娦缘耐饧与妷鹤罡哳l率。就是二極管仍然保持單向?qū)щ娦缘耐饧与妷鹤罡哳l率。5 5、二極管的溫度特性、二極管的溫度特性半導(dǎo)體具有熱敏性，溫度變化半導(dǎo)體具有熱敏性，溫度變化, ,使二極管參數(shù)發(fā)生變化，使二使二極管參數(shù)發(fā)生變化，使二極管工作不穩(wěn)定。極管工作不穩(wěn)定。復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁441.2.4 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 圖圖1.2.4 1.2.4 二極管的近似模型二極管的近似模型(1)理想模型理想模型 A、正向?qū)?，管壓降、正向?qū)ǎ軌航禐闉?，即，即UF=0，視二

38、極，視二極管為短路；管為短路；B、反向截止，電流為、反向截止，電流為0，即即IF=0，視二極管為開，視二極管為開路路陽極陽極 陰極陰極陽極陽極 陰極陰極ui陽極陽極 陰極陰極理想二極管理想二極管復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁45 圖圖1.2.41.2.4二極管的近似模型二極管的近似模型(2)恒壓降模型恒壓降模型uiUon1.2.4 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 理想二極管理想二極管B、反向截止，、反向截止，i=0A、正向?qū)〞r二極管、正向?qū)〞r二極管 管壓降為恒定值管壓降為恒定值Uon： 硅管硅管0.7V 鍺管鍺管0.2V 復(fù)習(xí)頁復(fù)習(xí)頁46 圖圖1.2.41.2.4（）二極管的折線模型（）二極管

39、的折線模型(3)折線模型折線模型uiUonA、二極管、二極管 正向電壓正向電壓UUon后，其電流后，其電流I和和U成線性關(guān)系，直線斜率成線性關(guān)系，直線斜率為為1/rD。B、反向截止，、反向截止，i=0因此，等效電路是理想因此，等效電路是理想二極管串聯(lián)電壓源和電二極管串聯(lián)電壓源和電阻阻rD。 理想二極管理想二極管1.2.4 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路47若若RVI 則則DUV 若若RUVION 則則ONDUU RrUVIDON 精確精確計計算算DIOUVU例：例： P21 UD=0.7VS斷開時斷開時：D導(dǎo)導(dǎo)通通VVV3 . 57 . 06VVUO122S閉閉合合時時：D截止截

40、止48例例1 電路如圖所示，試判斷二極管是導(dǎo)通還是電路如圖所示，試判斷二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出截止，并求出AO兩端電壓兩端電壓UAO, 設(shè)二極管是理想的。設(shè)二極管是理想的。D6VAV12k3O解：解： 假設(shè)不成立，所以假設(shè)不成立，所以D導(dǎo)通，導(dǎo)通， 相當(dāng)于導(dǎo)線，相當(dāng)于導(dǎo)線， UAO= - 6V 。 BCVB=-6VVC=-12V假設(shè)二極管不導(dǎo)通假設(shè)二極管不導(dǎo)通49二極管在電子技術(shù)中的應(yīng)用簡介二極管在電子技術(shù)中的應(yīng)用簡介1 1、整流應(yīng)用、整流應(yīng)用 利用二極管單向?qū)щ娦园汛笮『头较蚨甲兓睦枚O管單向?qū)щ娦园汛笮『头较蚨甲兓恼蚁医涣麟娮優(yōu)閱蜗蛎}動的直流電交流電變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電50U

41、iUott截止截止導(dǎo)通UiUoUDRL(a) (a) 二極管整流電路二極管整流電路; (b) ; (b) 輸入與輸出波形輸入與輸出波形1 1、整流應(yīng)用、整流應(yīng)用( (假設(shè)二極管是理想二極管假設(shè)二極管是理想二極管) )512 2、限幅的應(yīng)用、限幅的應(yīng)用利用二極管單向?qū)裕瑢⑤敵鲭妷合薅ㄔ谝罄枚O管單向?qū)?，將輸出電壓限定在要求的范圍之?nèi)，稱為限幅。的范圍之內(nèi)，稱為限幅。52導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通截止截止2 2、限幅的應(yīng)用、限幅的應(yīng)用uoUit-3t+3-5uo/vui/v+5E1 3v3v E2（a） 雙向限幅電路雙向限幅電路; （b） 輸入與輸出波形輸入與輸出波形1DV2DVv3v3 Ui3V:

42、 VD1導(dǎo)通導(dǎo)通, ,VD2截止截止U0=3VUi-3V: : VD2導(dǎo)通導(dǎo)通, ,VD1截止截止 U0=-3V-3VUi3V:VD1、VD2都截止都截止 U0=Ui531.3 1.3 特殊二極管特殊二極管o 1.3.1 1.3.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管o 1.3.2 1.3.2 發(fā)光二極管與光敏二極管發(fā)光二極管與光敏二極管o 1.3.3 1.3.3 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管1.2.31.2.3二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)541 1、穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線及其工作原理、穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線及其工作原理 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：在反向擊穿區(qū)內(nèi)，反向穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：在反向擊穿區(qū)內(nèi)，反向電流電流 i有很大變化，而穩(wěn)壓管兩端電壓有很大變化，而穩(wěn)壓管兩端電壓 u幾乎保幾乎保持不變。只要持不變。只要IzminIZ IZmin. IZmin約為幾約為幾mAmA以上以上 (3)(3)額定功耗額定功耗PZM：PZM等于等于UZ與最與最大穩(wěn)定電流大穩(wěn)定電流IZM的乘積。的乘積。 IZ 0, uBC0 特點：失去放大能力，即特點：失去放大能力，即iCiB不成立不成立,即即