第6章半導(dǎo)體二極管和晶體管

1、6.1 6.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之 間的物質(zhì)。間的物質(zhì)。半導(dǎo)體特性半導(dǎo)體特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性熱敏特性、光敏特性、摻雜特性共價(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子本征激發(fā)：本征激發(fā)：空穴空穴自由電子自由電子2. 熱激發(fā)與復(fù)合現(xiàn)象熱激發(fā)與復(fù)合現(xiàn)象 由于受熱或光照產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)由于受熱或光照產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象象-熱激發(fā)熱激發(fā) 溫度一定時(shí)，本征半導(dǎo)體中的自由電子溫度一定時(shí)，本征半導(dǎo)體中的自由電子空穴空穴對(duì)的數(shù)目基本不變。溫度愈高，自由電子對(duì)的數(shù)目基本不

2、變。溫度愈高，自由電子空穴對(duì)空穴對(duì)數(shù)目越多數(shù)目越多。 自由電子在運(yùn)動(dòng)中遇到空穴后，兩者同時(shí)自由電子在運(yùn)動(dòng)中遇到空穴后，兩者同時(shí)消失，稱為消失，稱為復(fù)合現(xiàn)象復(fù)合現(xiàn)象.l半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電粒子（載流子）：半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電粒子（載流子）：自由電子、空穴自由電子、空穴 在半導(dǎo)體中，同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電，在半導(dǎo)體中，同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點(diǎn)，也是半導(dǎo)體和這是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點(diǎn)，也是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電原理上的本質(zhì)差別。金屬在導(dǎo)電原理上的本質(zhì)差別。 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去

3、一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴 結(jié)論：結(jié)論：不論不論N N型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是P P型半導(dǎo)體，雖然它們型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但是整個(gè)晶體仍然是都有一種載流子占多數(shù)，但是整個(gè)晶體仍然是不帶電不帶電的的。即。即PN 結(jié)：結(jié)：P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面的特殊薄層型半導(dǎo)體交界面的特殊薄層PN結(jié)是由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的結(jié)是由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的自由電子PN 空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向空穴多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間

4、電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散強(qiáng)擴(kuò)散強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)兩者平衡兩者平衡PNPN結(jié)寬度基本穩(wěn)定結(jié)寬度基本穩(wěn)定外加外加電壓電壓平衡平衡破壞破壞擴(kuò)散強(qiáng)擴(kuò)散強(qiáng)漂移強(qiáng)漂移強(qiáng)PNPN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通PNPN結(jié)截止結(jié)截止PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IFPN結(jié)呈現(xiàn)低阻結(jié)呈現(xiàn)低阻導(dǎo)通狀態(tài)，通過導(dǎo)通狀態(tài)，通過PN結(jié)的電流基本是多子的擴(kuò)散電流結(jié)的電流基本是多子的擴(kuò)散電流正向電流。正向電流。內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+ 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子

5、數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+ 注：注：PNPN結(jié)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通過結(jié)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通過PNPN結(jié)的電流是少子的漂移電流結(jié)的電流是少子的漂移電流 -反向電流反向電流特點(diǎn)特點(diǎn): : 受溫度影響大受溫度影響大原因原因: : 反向電流是靠熱激發(fā)產(chǎn)生的少子形成的反向電流是靠熱激發(fā)產(chǎn)生的少子形成的 3. 反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UI陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小

6、球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽極陽極( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是若二極管是理想理想的，的，例例1：D6V12V3k BAUAB+解：解：例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+解：解：V sin18itu t 解：解：UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUrECNNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRC

7、晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路 mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。性能，是分析放大電路的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極

8、接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ECICEBmA AVUCEUBERBIBV+常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)O 。 。 BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO53704051BC.II 400400605132BC .II （1）V1=

9、3.5V， V2=2.9V， V3=12V。例例2： 測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)極電位測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)極電位值值V1、V2、V3，判斷管子的類型、材料及三個(gè)極。，判斷管子的類型、材料及三個(gè)極。NPN型硅管，型硅管，1、2、3依次為依次為B、E、C（2）V1=3V， V2=2.8V， V3=12V。（3）V1=6V， V2=11.4V， V3=12V。（4）V1=6V， V2=11.8V， V3=12V。NPN型鍺管，型鍺管，1、2、3依次為依次為B、E、CPNP型硅管，型硅管，1、2、3依次為依次為C、B、EPNP型鍺管，型鍺管，1、2、3依次為依次為C、B、E例例3：測(cè)得電路中三極管各極對(duì)地的電位值如：測(cè)得電路中三極管各極對(duì)地的電位值如下表所示，判斷各管的工作狀態(tài)及類型。下表所示，判斷各管的工作狀態(tài)及類型。管號(hào)管號(hào)VB（V）VC（V）VE（V）T1-0.3-50T22.732.32T31-60T1：UBE = -0.3V，放大狀態(tài)，放大狀態(tài)，PNP型型T2： UCE = 0.3V，飽和狀態(tài)，飽和狀態(tài)，NPN型型T3： UCE = -6V， 截止?fàn)顟B(tài)，截止?fàn)顟B(tài)，PNP型型人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分