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1、基本要求基本要求1、掌握二极管的结构特点、伏安特性和参数（掌握二极管的结构特点、伏安特性和参数（含义、常见值含义、常见值）2、掌握双极结型三极管、掌握双极结型三极管BJT的结构，工作原理（栅间电流的结构，工作原理（栅间电流 分配），放大作用和开关特性。分配），放大作用和开关特性。3、掌握场效应管的结构，工作原理，放大作用和开关特性。、掌握场效应管的结构，工作原理，放大作用和开关特性。参见：模电书参见：模电书3章章半导体二极管半导体二极管1一、半导体的特性一、半导体的特性 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，分为导体、绝的不同，分为导体、绝缘体和半导体。缘体和半导体。典型的半
2、导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.导电能力：介于导体、绝缘体之间。导电能力：介于导体、绝缘体之间。2.光敏性、热敏性：光敏性、热敏性：0K时不导电，随着温度、光照增加，导电能力增强。时不导电，随着温度、光照增加，导电能力增强。3掺杂性：掺杂性：在纯净的半导体中掺入少量杂质，导电能力显著增强。在纯净的半导体中掺入少量杂质，导电能力显著增强。2二、本征半导体、空穴及其导电作用二、本征半导体、空穴及其导电作用1.原子结构：原子结构：以以Si,Ge为例为例本本征征半半导导体体化化学学成成分分纯纯净净、没没掺掺入入杂杂
3、质质的的半半导导体体。物理结构上呈单晶体形态。物理结构上呈单晶体形态。硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为的四个电子称为价电子价电子SiGe32.共价键共价键 （晶体结构）（晶体结构）共价键结构平面示意图共价键结构平面示意图共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为称为束缚电子束缚电子，T=0K=-273C时束缚电子能量不足时束缚电子能量不足以脱离共价键成为以脱离共价键成为自由电子自由电子，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。43.本征激发（热激发）本征激发（热激发）当当温温度度升升高高（例例如如室室温温）或
4、或受受到到光光的的照照射射时时，价价电电子子能能量量增增高高，有有的的价价电电子子可可以以挣挣脱脱共共价价键键的的束束缚缚，而而参参与与导导电电，成成为为自由电子自由电子。自由电子产生的同时，在其原自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现一个空位，来的共价键中就出现一个空位，称这个空位为称这个空位为空穴空穴。这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称，也称热激发热激发本征激发而出现的自由电子和空穴是成对出现本征激发而出现的自由电子和空穴是成对出现的，称为的，称为电子空穴对。电子空穴对。5束缚电子从束缚电子从视为空穴从视为空穴从半导体中出现半导体中出现两种载流子两种载流子自由电子自由电子
5、 空穴空穴电量相等，极性相反，电量相等，极性相反，同时参与导电同时参与导电空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！空穴导电：空穴导电：空穴的移动空穴的移动是靠共价健中束缚电子的移动来实现的。是靠共价健中束缚电子的移动来实现的。因此说，因此说，空穴空穴（与自由电子相同）（与自由电子相同）也是一种载流子也是一种载流子。6三、杂质半导体三、杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称为为杂质半导体杂质半导体。N型型(电子电子)半导体半
6、导体掺入五价杂质元素掺入五价杂质元素(如磷如磷P)P型型(空穴空穴)半导体半导体掺入三价杂质元素掺入三价杂质元素(如硼如硼B)7 五价杂质原子中只有五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形半导体原子中的价电子形成共价键，而成共价键，而多余的多余的一个一个价电子因无共价键束缚而价电子因无共价键束缚而容易形成容易形成自由电子自由电子。在在N型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子自由电子是多数载流子（多子（多子)，它主，它主要由杂质原子提供；要由杂质原子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子（少子）（少子）,由本征由本征激发形成。激发形成。提供自由电子的
7、五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离正离子子，故称为，故称为施主杂质施主杂质。1.N型半导体型半导体主要依靠自由电子导电主要依靠自由电子导电!8 因三价杂质原子在与硅因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，原子形成共价键时，缺少缺少一一个价电子而在共价键中留下个价电子而在共价键中留下一个一个空穴空穴。在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺杂它主要由掺杂形成；形成；自由电子是少数载流子自由电子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。因而三价杂质
8、也称为因而三价杂质也称为受主杂质受主杂质。2.P型半导体型半导体空穴空穴主要依靠空穴导电主要依靠空穴导电!9 掺杂对半导体的导电性能有很大的影响。掺杂对半导体的导电性能有很大的影响。T=300 K室温下室温下,本征本征Si的电子和空穴浓度的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm31多子浓度多子浓度 少子浓度少子浓度 2掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm33.掺杂对半导体导电性影响的数据掺杂对半导体导电性影响的数据又又在杂质半导体中，多子的浓度取决于杂质浓度；在杂质半导体中，多子的浓度取决于杂质浓度；而少子的浓度取决于温度。而少子的浓度
9、取决于温度。说明：说明：杂质半导体杂质半导体导电能力主要由掺杂决定导电能力主要由掺杂决定10 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散漂移运动：漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动漂移运动。扩散运动：扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散扩散运动运动。3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性113.2.2 PN结的形成结的形成 在本征半导体两侧通过扩散不同的杂质在本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形分别形成成N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。12 因浓度差因浓度差 促使少子漂移促
10、使少子漂移 阻止多子扩散阻止多子扩散 正负离子不移动正负离子不移动 形成无载流子的空间电荷区，形成无载流子的空间电荷区，所以所以PN结也称结也称耗尽层、势垒层耗尽层、势垒层。（很薄，几微米（很薄，几微米几十微米）几十微米）多子的多子的扩散扩散=少子的少子的漂移漂移 即达到即达到动态平衡动态平衡 稳定的稳定的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结 由由杂质正负离子形成空间电荷区杂质正负离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 0方向方向方向方向多子的扩散运动多子的扩散运动133.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性(1)PN结加正向电压结加正向电压(正偏正偏)当外加电压使当
11、外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正正向电压向电压，简称，简称正偏正偏；反之称为加；反之称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏。外电场外电场E 与内电场与内电场0 方向相反方向相反削弱内电场使势垒区变窄削弱内电场使势垒区变窄有利于多子扩散不利于少有利于多子扩散不利于少子漂移子漂移最后形成较大的正向电流最后形成较大的正向电流14(2)PN 结加反向电压结加反向电压(反偏反偏)外电场外电场E 与内电场与内电场0方向一致方向一致加强了内电场，使势垒加强了内电场，使势垒区变宽区变宽阻碍多子扩散阻碍多子扩散有利于少子漂移有利于少子漂移最后形成很小的反向
12、漂最后形成很小的反向漂移电流（移电流（A级）级）在一定的温度条件下，由本征激在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，所加反向电压的大小无关，这个电流这个电流称为称为反向饱和电流反向饱和电流IS。15 PN结加正向电压时，结加正向电压时，具有较大的正向扩散具有较大的正向扩散电流。电流。PN结呈现低电阻，导通。结呈现低电阻，导通。PN结加反向电压时，结加反向电压时，具有很小的反向漂移具有很小的反向漂移电流。电流。PN结呈现高电阻，截止。结呈现高电阻，截止。由此
13、可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。16 (3)PN(3)PN结结V V-I I 特性表达式特性表达式其中其中I IS S 反向饱和电流反向饱和电流V VT T 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T T=300K=300K）PNPN结的伏安特性结的伏安特性17 (3)PN(3)PN结结V V-I I 特性表达式特性表达式PNPN结的伏安特性结的伏安特性当当VD为正且为正且VDVT时时当当VD为负且为负且 VD VT18在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。(1)点接触型二极管点接触型二极管(a)
14、点接触型点接触型 3.3 半导体二极管半导体二极管3.3.1 二极管的结构二极管的结构二极管按结构分有：二极管按结构分有：点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型PNAK PN结面积小，结面积小，不适用于整流；结电不适用于整流；结电容小，用于检波和变容小，用于检波和变频等高频电路。频等高频电路。rC图图 2.3.519(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路中。往往用于集成电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，宜用结面积大，宜用于整流；结电容也大，于整流；结电容也大，不宜用于高频电路。不宜用于高频电路。(b)面接触型面接触型(c)平面型平面型(4)二极管
15、的代表符号二极管的代表符号D光刻窗口光刻窗口扩散而成扩散而成20Si二极管的死区电压二极管的死区电压Vth=0.5 V左右，左右，Ge二极管的死区电压二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。左右。i)当当0VDVth时，外电场不足以克服时，外电场不足以克服PN结的内电场，结的内电场，正向电流为零，正向电流为零，Vth称为称为死区死区或或开启电压开启电压当当VD0 即处于正向特性区域，正向区又分为两段：即处于正向特性区域，正向区又分为两段：ii)当当VDVth时，内电场大为削弱，时，内电场大为削弱，开始出现正向电流，并按指数规律增长。开始出现正向电流，并按指数规律增长。Vth3.3.2 二极管的
16、V-I 特性(1)正向特性正向特性DD与与PN结伏安特性基本相同结伏安特性基本相同21Si二极管的饱和电流二极管的饱和电流Is Vth 二极管导通，导通后二极管导通，导通后 VD=Vth VD Vth?是是:D导通导通否否:D截止截止对于理想对于理想D，只要，只要V阳阳 V阴阴是是导通且导通且箝位箝位，否则截止否则截止导通后即箝位导通后即箝位将将D断开断开26(3)关于优先导通关于优先导通(V阳阳V阴阴)大的二极管优先导通且箝位大的二极管优先导通且箝位D2:V阳阳2V阴阴2=6v-(-3v)=9vD1:V阳阳1V阴阴1=0v-(-3v)=3vD2优先导通优先导通且且箝位箝位(短路短路)VAO=
17、6v，D1受反压截止受反压截止例例:?27(1)整流整流(半波、全波半波、全波)利用利用D的单向导电性的单向导电性半波导通半波导通tVViVOViVo(2)限幅限幅(削波削波)单向削波单向削波tV二极管应用举例二极管应用举例28(3)低压稳压低压稳压VD=VthVo(4)开关作用开关作用（二极管可在数字电路中做数字开关）（二极管可在数字电路中做数字开关）D导通导通:开关闭和开关闭和D截止截止:开关断开开关断开没有稳压值没有稳压值 3V的稳压管，同时的稳压管，同时稳压管输出稳压值过低，效果不稳压管输出稳压值过低，效果不理想理想要得到要得到 3V的稳压值，通常利用的稳压值，通常利用把几个二极管串联
18、把几个二极管串联的方法。的方法。293.5 特殊二极管 1.稳压二极管（齐纳二极管）稳定直流电压，工作于反向击穿状态 2.变容二极管：结电容随U反而显著 用于高频电路中3.光电二极管4.发光二极管发光二极管5.激光二极管激光二极管光信号光信号电信号，反向电流电信号，反向电流光照度光照度用于光度测量、光电耦合电路接收端用于光度测量、光电耦合电路接收端电信号电信号光信号，发光亮度光信号，发光亮度正向导正向导通电流，用于显示、光电耦合电路发通电流，用于显示、光电耦合电路发送端送端6.肖特基二极管肖特基二极管30（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性31光电传输系统光电传输系统 光信号传输损
19、耗小，抗干扰能力强。光信号传输损耗小，抗干扰能力强。32稳压管稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管是特殊的面接触型半导体硅二极管,工作工作在在反向击穿状态反向击穿状态（齐纳击穿）。其反向击穿是（齐纳击穿）。其反向击穿是可逆的可逆的,且反向电压较稳定且反向电压较稳定（V-I特性较陡）特性较陡）。稳压二极管（齐纳二极管）稳压二极管（齐纳二极管）R:限流电阻限流电阻 限制流经稳压管的反向电流限制流经稳压管的反向电流 防止稳压管进入防止稳压管进入热击穿热击穿。配合稳压管稳压配合稳压管稳压IZmaxVBR(VZ)IZIVIZmin33练习练习1VA=1VVB=3.5V10K 140K 18K 2K 25K 5K AB15V10V+-DD承受反偏而截止承受反偏而截止先假设先假设D断开断开34练习练习2电路如图所示，已知电路如图所示，已知ui5sint(V)，二极管导通电压，二极管导通电压UD0.7V。试画出试画出ui与与uO的波形，并标出幅值。的波形，并标出幅值。35练习练习3写出下列各图所示电路的输出电压值，设二极管导通电压写出下列各图所示电路的输出电压值，设二极管导通电压UD0.7V。解：解：UO11.3V，UO20V，UO31.3V，UO42V，UO51.3V，UO62V。36作业作业3.4.5、3.4.6(b)、(c)3.4.237