第三章：半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

電路與電子技術(shù)主要內(nèi)容：半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體二極管晶體三極管第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第二篇模擬電子技術(shù)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)電子信息系統(tǒng)的組成模擬電子電路數(shù)字電子電路傳感器接收器隔離、濾波、放大運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較功放模擬-數(shù)字混合電子電路模擬電子系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第一節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、基本概念半導(dǎo)體—導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體—純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。如硅、鍺等。3.1.1雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量五價(jià)元素，如磷(稱為雜質(zhì))等，可使自由電子的濃度大大增加，自由電子成為多數(shù)載流子，空穴成為少數(shù)載流子，這種以電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、P型半導(dǎo)體+3+4+4+4+4+4硼原子空穴

在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量三價(jià)元素(如:硼)，則空穴的濃度大大增加，空穴成為多數(shù)載流子，自由電子成為少數(shù)載流子，這種以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體?？昭〝?shù)>

電子數(shù)空穴—

多子電子—

少子載流子數(shù)空穴數(shù)3.1.2PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦訮N結(jié)：P型半導(dǎo)體和N型交界處所形成的結(jié)。內(nèi)電場(chǎng)P區(qū)N區(qū)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.1.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)—forwardbiasP區(qū)N區(qū)內(nèi)電場(chǎng)+

UR外電場(chǎng)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱內(nèi)電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變窄IFIF

I多子限流電阻2.外加反向電壓（反向偏置)

—reversebias

+UR內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬IRIR=I少子

0PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大;

反偏截止，電阻很大，電流近似為零。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成正向電流IF漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成反向電流IRP區(qū)N區(qū)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第二節(jié)半導(dǎo)體二極管（SemiconductorDiode)3.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號(hào)：A(陽極)K(陰極)文字符號(hào)：Ｄ分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.2.2二極管的伏安特性一、PN結(jié)的伏安特性方程即常溫下:UT

=26mV反向飽和電流IR溫度的電壓當(dāng)量玻爾茲曼常數(shù)電子電量當(dāng)T=300（27C）分析：i

=0當(dāng)正偏（u

＞0）時(shí)

i

≈ISeu/UTi

隨u

按指數(shù)規(guī)律變化當(dāng)反偏（u＜

0）時(shí)i≈-ISi

與u

無關(guān)當(dāng)u=0時(shí)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、二極管的伏安特性曲線OuD

/ViD

/mA正向特性Uon開啟電壓iD

=0Uon

=

0.5V

0.2V(硅管)(鍺管)uDUon時(shí)D導(dǎo)通iD

急劇上升1.正向特性0uD

Uon時(shí)

UF

=0.60.8V硅管0.7V0.10.3V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿2.反向特性

uD

U（BR）

iD=-IS(反向飽和電流)

<0.1A(硅)

幾十A

(鍺)

3.反向擊穿特性

uD

U（BR）反向電流急劇增大(反向擊穿)導(dǎo)通電壓電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)三、溫度對(duì)二極管特性的影響T升高時(shí)，UF減小，IR增大UF以

22.5mV/C減小

IR以2IR

/10C增大604020–0.02O0.4–25–50iD

/mAuD/V20C90C[例1]

如圖所示整流電路中，二極管D為理想二極管，已知輸入電壓ui為正弦波，試畫出輸出電壓波形。例1題圖電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.2.3特殊二極管1、伏安特性iZ

/mAuZ/VOUZ

IZmin

IZmaxUZIZIZ符號(hào)特性工作條件：反向擊穿2、使用穩(wěn)壓管的注意事項(xiàng)（2）穩(wěn)壓管工作時(shí)的電流應(yīng)在IZ和IZM之間。電路中必須串接限流電阻。（3）穩(wěn)壓管可以串聯(lián)使用，串聯(lián)后的穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓值之和，但不能并聯(lián)使用，以免因穩(wěn)壓管值的差異造成各管電流分配不均勻，引起管子過載損壞。（1）穩(wěn)壓管必須工作在反向偏置(利用正向特性穩(wěn)壓除外);一、穩(wěn)壓二極管

[例]：兩個(gè)硅穩(wěn)壓管（8V和7.5V）相串聯(lián)能得到幾組值？[答案]：四組①

1.4V②8.2V

③8.7V

④15.5V

電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號(hào)和特性工作條件：正偏一般工作電流幾十mA，導(dǎo)通電壓12V符號(hào)u/Vi

/mAO2特性2.主要用途發(fā)光、電光轉(zhuǎn)換、構(gòu)成光電耦合器件三、光敏二極管（光電二極管）1．符號(hào)和特性符號(hào)工作條件：反偏2.主要用途:光電轉(zhuǎn)換5.2.4半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

(自學(xué))電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第三節(jié)雙極型三極管(BipolarJunctionTransistor)3.3.1三極管的結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)與符號(hào)NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型ECBPPNEBCECBPNP型二、分類：按材料分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分高頻管低頻管按功率分小功率管<500mW中功率管500mW

1W大功率管>1W電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.3.2BJT的電流分配與放大原理一、BJT處于放大狀態(tài)的工作條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏1.滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極重點(diǎn)：共發(fā)射極電路以BJT的基極作為信號(hào)的輸入端，集電極作為輸出端，發(fā)射極作為輸入和輸出回路的公共端。NPN：UC＞UB＞UEPNP：UC＜UB＜UE電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、BJT的電流分配關(guān)系由此可看出IC>>IB，所以BJT是一種電流型控制器件。3.3.3BJT的共射特性曲線一、輸入特性與二極管特性相似O特性基本重合特性右移導(dǎo)通電壓UBE（on）Si

管:0.60.7VGe管:0.10.3V取0.7V取0.2V正常工作時(shí)Si管約0.5V，Ge管約0.2V輸入回路輸出回路RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)二、輸出特性在不同的

iB

值下，輸出特性曲線是一族曲線。

1.

當(dāng)UCE從零增大，iC直線上升iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAiB=0O24684321△IC△IB2.

當(dāng)UCE≥1V后，iC基本保持定值已知工作在放大狀態(tài)的三極管各腳電位:U1=-4V、U2

=-1.2V、U3=-1.4V判斷該三極管的類型、材料及電極因?yàn)閁1<U3<U2

且U3-U2=-0.2V所以該管為鍺材料PNP三極管，①腳為c極，②腳為e極，③腳為b極

電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)三、BJT的三個(gè)工作區(qū)域iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)1.截止區(qū)：

IB0

的區(qū)域條件：兩個(gè)結(jié)反偏2.放大區(qū)：條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：水平、等間隔3.飽和區(qū)：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0條件：兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：1)IC

IB2)臨界飽和：3)深度飽和：UCE（SAT）=0.3V(硅管)UCE（SAT）=

0.1V(鍺管)uCE

=uBEIBQ>IBS時(shí)三極管飽和uBE<

uon時(shí)三極管截止電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3.3.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)

—交流電流放大系數(shù)一般為幾十

幾百之間2.極間反向飽和電流CB間反向飽和電流

ICBOCE間反向飽和電流ICEO(穿透電流)電路與電子技術(shù)第3章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作