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1、 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体半导体semiconductor：导电能力介于导体和绝缘体导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。之间的材料。常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性：半导体材料的特性：1. 纯净半导体的导电能力很差；纯净半导体的导电能力很差；2. 温度升高温度升高导电能力增强；导电能力增强；3. 光照增强光照增强导电能力增强；导电能力增强；4. 掺入少量杂质掺入少量杂质导电能力增强。导电能力增强。 半导体的导电特性半导体的
2、导电特性共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴PN结结(PN junction)不论是不论是P型半导体还是型半导体还是N型半导体，都只能看做是一型半导体，都只能看做是一般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。半导体器件的核心是半导体器件的核心是PN
3、结，是采取一定的工艺措施结，是采取一定的工艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成在一块半导体晶片的两侧分别制成P型半导体和型半导体和N型型半导体，在两种半导体的交界面上形成半导体，在两种半导体的交界面上形成PN结。结。各种各样的半导体器件都是以各种各样的半导体器件都是以PN结为核心而制成结为核心而制成的，正确认识的，正确认识PN结是了解和运用各种半导体器件结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。的关键所在。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电
4、荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型半导体二极管的结构和符号半导体二极
5、管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D二极管的分类根据制造二极管的根据制造二极管的半导体材料半导体材料 分为硅、锗等分为硅、锗等；根据二极管的结构根据二极管的结构 分为点接触、面接触等；分为点接触、面接触等；根据二极管的工作频率根据二极管的工作频率 分为低频、高频等；分为低频、高频等； 根据二极管的功能根据二极管的功能 分为检波、整流、开关、分为检波、整流、开关、变容、发光、光敏、触发及隧道二极管等；变容、发光、光敏、触发及隧道二极管等； 根据二极管的功率特性根据二极管的功率特性 分为小功率、大功率分为小功率、大功率二极管等；二极管等； 半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家
6、标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。半导体二极管图片反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+小小 技技 巧巧 二极管的简易测量 根据二极管的单向导电性可知，二极管正向电阻小，反向电阻大。利用这一特点，可以用万
7、用表的电阻挡大致测量出二极管的好坏和正负极性 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的， 如图由如图由RC构成微分电路，构成微分电路，当输入电压当输入电压ui为矩形波时，试为矩形波时，试画出输出电压画出输出电压uo的波形。的波形。(设设uc0 =U0)CCRDRLuiuRuouitouRtouotoU例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIOU(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-
8、1030-12反向正向稳压管的使用：稳压管工作于反向击穿区，稳压管工作于反向击穿区，常见电路如下。常见电路如下。U iRU oR L在电路中稳压管是反向联接的。当在电路中稳压管是反向联接的。当U i大于稳压管的击穿电压时，稳压大于稳压管的击穿电压时，稳压管被击穿，电流将增大，电阻管被击穿，电流将增大，电阻R两两端的电压增大，在一定的电流范围端的电压增大，在一定的电流范围内稳压管两端的电压基本不变，输内稳压管两端的电压基本不变，输出电压出电压U i等于等于U z 。ZZ ZIUr 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管(晶体管晶体管)是最重要的一种半导体器件。是最重要的一种半导体器件。
9、广泛应用于各种电子电路中。广泛应用于各种电子电路中。一. 基本结构晶体管最常见的结构有平面型和合金型两种。平面晶体管最常见的结构有平面型和合金型两种。平面型都是硅管、合金型主要是锗管。型都是硅管、合金型主要是锗管。它们都具有NPN或PNP的三层两结三层两结的结构，因而又有NPN和PNP两类晶体管。其三层分别称为发射区、基区和集电区，并引出发发射极射极(E)、基极基极(B)和集电极集电极(C)三个电极。三层之间的两个PN结结分别称为发射结发射结和集电结集电结。本节介绍晶体管的结构、特性及参数的内容。本节介绍晶体管的结构、特性及参数的内容。NNPBECBECIBIEICBECIBIEICN型硅型硅
10、P型型N型型二氧化硅保护膜CBEN型锗铟球铟球P型P型CEB平面型结构合金型结构NNP发射结发射结集电结集电结发射区发射区集电区集电区基区基区EBCNPP发射区发射区集电区集电区基区基区发射结发射结集电结集电结EBCBECBECEEBRBRCBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO用载流子在晶体管内部的运动规律来解释上述结论。用载流子在晶体管内部的运动规律来解释上述结论。电流分配和放大原理电流分配和放大原理 外部条件：发射结加正向电压；集电结加反向电外部条件：发射结加正向电压；集电结加反向电压。压。 UBE0,UBC0,UBC=UBE-UCE,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止
11、区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于
12、哪个区？于哪个区？ICBcmaxIImA2cmaxcII三、主要参数三、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII_工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放交流电流放大倍数大倍数为：为：BIIC1. 电流放大倍数电流放大倍数和
13、和 _ BCII_ BCII 说明：1、静态电流放大系数和动态电流放大系数的意义、静态电流放大系数和动态电流放大系数的意义不同，但大多数情况下近似相等，可以借用进行不同，但大多数情况下近似相等，可以借用进行定量估算。定量估算。2、晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在曲、晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在曲线的等距平直部分才有较好的线性关系，线的等距平直部分才有较好的线性关系，IC与与IB成成正比，正比，也可认为是基本恒定的。也可认为是基本恒定的。3、由于制造工艺的原因，晶体管的参数具有一定、由于制造工艺的原因，晶体管的参数具有一定的离散性，即使是同一型号的晶体管，也不可能的离散性，即使是
14、同一型号的晶体管，也不可能具有完全相同的参数。常用晶体管的具有完全相同的参数。常用晶体管的值在值在20 100之间。之间。近年来由于生产工艺的提高，近年来由于生产工艺的提高，值在值在100300之间之间的晶体管也具有很好的特性。的晶体管也具有很好的特性。53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO本章小结本章小结（1）半导体导电能力取决于其内部载流子的多少，半导体有电子和空穴两种载流子。本征半导体有热敏特性、光敏特性、掺杂特性。在本征半导体中掺入相应的杂质，便可制成P型半导体和N
15、型半导体，它们内部都有空穴和电子两种载流子，其中多子是由掺杂产生的，少子是由本征激发产生的。（2）PN结是构成各种半导体的基础，它具有单向导电性。当接正向偏置时，有较大的正向电流，正向电阻较小；而接反向偏置时，反向电流很小，反向电阻很大。（3）半导体二极管的核心是一个PN结，它的特性与PN结基本相同。二极管的伏安特性是非线性的，所以是非线性器件。二极管的主要参数有最大整流电流、最高反向工作电压和反向饱和电流。（4）稳压二极管是一种特殊二极管，利用在反向击穿状态下的恒压特性，常用它来构成简单的稳压电路。其他特殊二极管，如变容二极管、发光二极管、光敏二极管等均具有非线性的特点，它们均有不同于普通二
16、极管的特殊用途。（5）晶体三极管是由两个PN结构成的半导体器件，在集电结反偏，发射结正偏的外部条件下，晶体管的基极电流对集电极电流具有控制作用，即电流放大作用。晶体三极管有三种连接方式，广泛采用的是共发射极连接。它有三种工作状态，即截止状态、饱和状态和放大状态。三极管的三个极的电流关系是IE=IB+IC，在放大状态时，IC=IB+ICEOIB，这表明三极管是一种电流控制型器件，具有受控特性（指IC与IB的关系）和恒流特性（指IC和UCE的关系）。一、两种半导体和两种载流子一、两种半导体和两种载流子两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子 自由电子自由电子空穴空穴 价电子价电子两两 种种半导体半
17、导体N 型型 ( (多电子多电子) )P 型型 ( (多空穴多空穴) )二极管二极管单向单向正向电阻小正向电阻小( (理想为理想为 0) )，反向电阻大反向电阻大( ( ) )。三、两种半导体放大器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管( (晶体三极管晶体三极管 BJT) )单极型半导体三极管单极型半导体三极管( (场效应管场效应管 FET) )两种载流子导电两种载流子导电多数载流子导电多数载流子导电晶体三极管晶体三极管1. 形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2. 特点特点基极电流控制集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大放放大
18、大条条件件内因：发射区载流子浓度高、内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大基区薄、集电区面积大外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系电流关系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死区电压死区电压( (Uth) )：0.5 V ( (硅管硅管) ) 0
19、.1 V ( (锗管锗管) )工作电压工作电压( (UBE(on) ) ) ：0.6 0.8 V 取取 0.7 V ( (硅管硅管) ) 0.2 0.3 V 取取 0.3 V ( (锗管锗管) )饱饱和和区区截止区截止区iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大区特点：放大区特点：1) )iB 决定决定 iC2) )曲线水平表示恒流曲线水平表示恒流3) )曲线间隔表示受控曲线间隔表示受控5. 参数参数特性参数特性参数电流放大倍数电流放大倍数 = /(1 ) = /(1 + )极间反向电流极间反向电流ICBOICEO极限参数极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安安 全全 工工 作作 区区= (1 + ) ICBO