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IP屬地：廣東 上傳時間：2023-01-12 格式：PPT 頁數(shù)：42 大?。?90KB 積分：20 舉報 版權(quán)申訴

PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

本征半導體

完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結(jié)構(gòu)共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。SiSiSiSi價電子PN結(jié)及其單向?qū)щ娦許iSiSiSi價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。空穴

溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子

在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結(jié)果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦员菊靼雽w的導電機理

當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運動電子電流

(2)價電子遞補空穴空穴電流注意：

(1)本征半導體中載流子數(shù)目極少,其導電性能很差；

(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數(shù)目。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.1.2N型半導體和P型半導體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素SiSiSiSip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子

在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導體。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。動畫PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.1.2N型半導體和P型半導體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體。摻入三價元素SiSiSiSi

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴動畫無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.在雜質(zhì)半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）baPN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成載流子的兩種運動——擴散運動和漂移運動擴散運動：電中性的半導體中，載流子從濃度高的區(qū)域向濃度較低區(qū)域的運動。漂移運動：在電場作用下，載流子有規(guī)則的定向運動。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體

內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.1.4PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄P接正、N接負外電場IF

內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。PN結(jié)加正向電壓時，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導通狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++動畫+–PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場P接負、N接正內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－動畫–+PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)變寬2.PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場

內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。動畫–+PN結(jié)加反向電壓時，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－PN結(jié)及其單向?qū)щ娦远O管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負）時，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正）時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

半導體二極管1.2.1基本結(jié)構(gòu)(a)點接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。

結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦躁帢O引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)

點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖1–12半導體二極管的結(jié)構(gòu)和符號二極管的結(jié)構(gòu)示意圖陰極陽極(

d

)

符號DPN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.2.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c：非線性硅0鍺0.2~UI死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.2.3主要參數(shù)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.

反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。3.

反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦远O管的應(yīng)用(二極管電路分析舉例)定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V

分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若V陽

<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止

若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

半導體三極管2.1.1基本結(jié)構(gòu)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管PN結(jié)及其單向?qū)щ娦曰鶇^(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訠E輸入輸出CB輸入輸入輸出輸出BEECC共基極共發(fā)射極共集電極PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.1.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:1）三電極電流關(guān)系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IBβ=IC/IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。

發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE，多數(shù)擴散到集電結(jié)。從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICE。

集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB

=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計性能良好的電路

重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線PN結(jié)及其單向?qū)щ娦园l(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.

輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管V，鍺管V。正常工作時發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBEPNP型鍺管

UBEIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VOPN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訧B=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。

在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)

當UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES，

鍺管UCES。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦怨ぷ鳡顟B(tài)（晶體管工作狀態(tài)的判定）

放大截止飽和1.根據(jù)PN結(jié)UBE

＞0UBE≤0UBE

＞0偏置電壓(正偏)(反偏)(正偏)UBC＜0UBC＜0UBC≥0(反偏)(反偏)(正偏)2.根據(jù)IB0＜IB＜IBS≈0≥IBSIBICIEIC＝IB≈0＜

IBIE＝IB＋IC≈0＜(1+)

IB

IBS=EC－UCES/RC

硅管臨界飽和UCES

深飽和UCESPN結(jié)及其單向?qū)щ娦怨ぷ鳡顟B(tài)（晶體管工作狀態(tài)的判定）3.測量管壓UBEUCE

放大0.7VUCES＜

UCE＜

EC

截止≤0≈EC

飽和≥0.7V≤UCESPN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當晶體管接成發(fā)射極電路時，

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：

和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。100左右為宜。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦岳涸赨CE=6V時，在Q1點IB=40A,IC；

在Q2點IB=60A,IC，求在以后的計算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–ECICBO越小越好。(硅管的較小1微安以下）PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訧CEO=ICBO+ICBO=（1+

）ICBOIC=ICE+ICBO

=IB+ICEO

AICEOIB=0+–ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOPN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.

集電極最大允許電流ICM5.

集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。

當集—射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)

CEO。6.

集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090