電工學(xué)-第8章半導(dǎo)體基礎(chǔ)

第8章半導(dǎo)體基礎(chǔ)8.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)8.2半導(dǎo)體二極管8.3穩(wěn)壓二極管8.4雙極型晶體管電工電子教學(xué)部教學(xué)要求1.了解半導(dǎo)體二極管的基本類(lèi)型、伏安特性和主要參數(shù)；2.理解單相橋式整流電路和有濾波作用的整流電路；3.了解穩(wěn)壓二極管的主要特性及其穩(wěn)壓電路；4*.了解晶閘管的基本性能及其主要應(yīng)用。5.了解雙極型晶體管的基本類(lèi)型、特性曲線(xiàn)和主要參數(shù)；理解晶體管的三種工作狀態(tài)。6*.了解MOS場(chǎng)效應(yīng)管的基本類(lèi)型、工作原理和特性曲線(xiàn)。7.了解集成電路的發(fā)展概況和特點(diǎn)。理解模擬電路和數(shù)字電路的區(qū)別。電工電子教學(xué)部8.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。物質(zhì)按導(dǎo)電能力劃分：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能：一、本征半導(dǎo)體

1.什么是本征半導(dǎo)體

是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。電工電子教學(xué)部物質(zhì)的導(dǎo)電能力取決于？？？金屬為何導(dǎo)電能力強(qiáng)？？？非金屬金屬為何不導(dǎo)電？？？<4

金

非金>4電工電子教學(xué)部=4

半導(dǎo)體電工電子教學(xué)部sisisisisi電工電子教學(xué)部sisisisisi在絕對(duì)零度時(shí)無(wú)自由電子不能參與導(dǎo)電電工電子教學(xué)部sisisisisi在溫度（或光照）→價(jià)電子獲得能量：電工電子教學(xué)部sisi+4sisi成為自由電子可導(dǎo)電電工電子教學(xué)部sisi+4sisi空穴整體帶1個(gè)單位正電荷電工電子教學(xué)部sisi+4sisi電工電子教學(xué)部sisi+4sisi帶正電，能自由移動(dòng)?？昭ㄒ部蓪?dǎo)電。電工電子教學(xué)部sisi+4sisi自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)數(shù)目與溫度有關(guān)電工電子教學(xué)部sisi+4sisi能量激發(fā)產(chǎn)生的數(shù)目很少。本征半導(dǎo)體常溫不能導(dǎo)電。電工電子教學(xué)部2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性在絕對(duì)零度時(shí)，不導(dǎo)電。溫度（或光照）→價(jià)電子獲得能量：本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)。自由電子和空穴均參與導(dǎo)電，

統(tǒng)稱(chēng)為載流子。溫度→載流子的濃度→導(dǎo)電能力。本征半導(dǎo)體載流子濃度較低，導(dǎo)電能力較弱。電工電子教學(xué)部二、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(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。(1)摻入五價(jià)的雜質(zhì)元素稱(chēng)這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為

N型半導(dǎo)體。(2)摻入三價(jià)的雜質(zhì)元素稱(chēng)這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為

P型半導(dǎo)體。電工電子教學(xué)部PsisisisiN型電工電子教學(xué)部PsisisisiN型電工電子教學(xué)部PsisisisiN型產(chǎn)生自由電子電工電子教學(xué)部5sisisisiN型產(chǎn)生自由電子整體帶1正電不能自由移動(dòng)電工電子教學(xué)部每參入一個(gè)P原子就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由電子同時(shí)伴隨產(chǎn)生一個(gè)正離子隨著參雜濃度的提高……..電工電子教學(xué)部

N型半導(dǎo)體示意圖

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電工電子教學(xué)部

N型半導(dǎo)體中有無(wú)空穴？是否帶負(fù)電？＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電工電子教學(xué)部3sisisisiP型電工電子教學(xué)部3sisisisiP型空位空穴電工電子教學(xué)部3sisisisiP型整體帶1負(fù)電空穴電工電子教學(xué)部每參入一個(gè)硼原子就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空穴同時(shí)伴隨產(chǎn)生一個(gè)負(fù)離子隨著參雜濃度的提高……..電工電子教學(xué)部

P型半導(dǎo)體

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－電工電子教學(xué)部三、PN結(jié)1.PN結(jié)的形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運(yùn)動(dòng)。電工電子教學(xué)部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，多數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)越難以進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)越易于進(jìn)行。電工電子教學(xué)部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋漂移運(yùn)動(dòng)：少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)使PN結(jié)變薄，內(nèi)電場(chǎng)削弱。內(nèi)電場(chǎng)削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而不利于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)電工電子教學(xué)部＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡——平衡的PN結(jié)。內(nèi)電場(chǎng)電工電子教學(xué)部PN結(jié)的形成。電工電子教學(xué)部2.PN結(jié)的特性(1)正向偏置ＰNR外電場(chǎng)正向?qū)↖+

-

內(nèi)電場(chǎng)電工電子教學(xué)部(2)反向偏置RＰN外電場(chǎng)反向截止I≈0

結(jié)論：加正向電壓→導(dǎo)通加反向電壓→截止PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。電工電子教學(xué)部8.2半導(dǎo)體二極管一、普通二極管

ＰN陽(yáng)極陰極(1)按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

點(diǎn)接觸型、面接觸型。(2)按材料分類(lèi)硅管、鍺管。(3)按用途不同分類(lèi)普通管、整流管、開(kāi)關(guān)管等。1.基本結(jié)構(gòu)陰極陽(yáng)極電工電子教學(xué)部U/VI/mA

O二、伏安特性

反向特性正向特性死區(qū)死區(qū)電壓Uth

：

硅管0.5V

鍺管

0.2V

導(dǎo)通壓降UD

：硅管0.6~0.7V

鍺管0.2~0.3V

UDUBRIR(1)實(shí)際特性

鍺管

硅管電工電子教學(xué)部U/VI/mA

OI*R+U=ERED

5V1KI

U

+

-電工電子教學(xué)部UD(2)近似特性UI

OUI

O(3)理想特性3.主要參數(shù)(1)額定正向平均電流（最大整流電流）IFm

(2)正向壓降UF(3)最高反向工作電壓

URm

一般規(guī)定為反向擊穿電壓的1/2或1/3。(4)最大反向電流IRm

(5)最高工作頻率

電工電子教學(xué)部UD

近似特性UI

O正向?qū)ǎ篣D=常數(shù)反向截止：ID=0開(kāi)路電工電子教學(xué)部理想特性正向?qū)ǎ篣D=0短路反向截止：ID=0開(kāi)路UI

O電工電子教學(xué)部UD

近似特性UI

O正向?qū)ǎ篣D=常數(shù)反向截止：ID=0開(kāi)路RED

5V1KI

U

+

-電工電子教學(xué)部理想特性正向?qū)ǎ篣D=0短路反向截止：ID=0開(kāi)路UI

ORED

5V1KI

U

+

-電工電子教學(xué)部二極管的應(yīng)用舉例單向?qū)щ娦噪姽る娮咏虒W(xué)部二極管的應(yīng)用舉例恒壓特性電工電子教學(xué)部二極管的應(yīng)用舉例二極管的限幅電工電子教學(xué)部二極管的應(yīng)用舉例二極管的鉗位電工電子教學(xué)部

整流電路u2正半周，D1

和D3

導(dǎo)通，uO=u2；u1D4D2D1D3RLuou2+－+－+－aTb電流通路：a→D1→RL→D3→b。負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)半波電壓0～π段u2正半周時(shí)電工電子教學(xué)部u2

負(fù)半周，D2

和D4

導(dǎo)通，uO=－u2

；+－+－+－aTbu1D4D2D1D3RLuou2u2負(fù)半周時(shí)電流通路：b→D2→RL→D4→a負(fù)載電阻RL上也得到一個(gè)半波電壓π

～2π段電工電子教學(xué)部一、穩(wěn)壓二極管又稱(chēng)為齊納二極管。為面結(jié)型硅二極管。反向特性正向特性特點(diǎn)：①反向擊穿電壓??；②反向擊穿特性陡。擊穿電壓UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

8.6穩(wěn)壓二極管電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用

RDZ

＋Ui－＋UO－反向擊穿用

電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的分析

RDZ

＋Ui－＋UO－UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

正向用：同普通二極管

恒壓：Ud=常數(shù)

理想：短路電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的分析

RDZ

＋Ui－＋UO－UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin

反向用：

未擊穿：開(kāi)路

擊穿：＋U=Uz

－電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學(xué)部穩(wěn)壓二極管的分析

電工電子教學(xué)部

[解](1)Ui＝10V時(shí)DZ反向擊穿穩(wěn)壓：UO=UZ=5V。

(2)Ui

=3V時(shí)DZ反向截止：UO=Ui

=3V。

(3)Ui

=－5V時(shí)DZ正向?qū)ǎ篣O=0V。

(4)ui

=10sin

tV時(shí)當(dāng)0＜ui＜5V時(shí)，DZ反向截止：UO=Ui

=10sin

tV。

當(dāng)ui＞5V時(shí)，DZ反向擊穿穩(wěn)壓：

[例8.6.1]

如圖所示電路，設(shè)UZ=

5V，正向壓降忽略不計(jì)。當(dāng)直流輸入U(xiǎn)i

=10V、3V、－5V時(shí)，Uo=？當(dāng)輸入為交流ui

=10sin

tV時(shí)，分析uO的波形。RDZ

＋Ui－＋UO－5

tuO/VO23UO=UZ=5V。當(dāng)ui＜0V時(shí)，DZ正向?qū)ǎ篣O