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1、1 1第一章第一章 半导体器件半导体器件 信息学院电气信息类信息学院电气信息类之之模拟电子技术基础主讲者：主讲者：郭郭 耸耸教研室：教研室：计算机教研室计算机教研室2 2第一章第一章 半导体器件半导体器件课程相关介绍1、本课程是电气信息类各专业的非常重要的专业基础课。、本课程是电气信息类各专业的非常重要的专业基础课。2、能够使学生获得模拟电子技术方面的基本理论、基本知、能够使学生获得模拟电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能；熟悉模拟电子电路的工作原理，掌握模识和基本技能；熟悉模拟电子电路的工作原理，掌握模拟电路分析方法和设计方法。拟电路分析方法和设计方法。3、能够使学生具有一定的实践技能
2、和应用能力、分析问题、能够使学生具有一定的实践技能和应用能力、分析问题和解决问题的能力，为学习后续课程和从事相关技术工和解决问题的能力，为学习后续课程和从事相关技术工作打好基础。作打好基础。一、课程的重要性一、课程的重要性一、课程的重要性一、课程的重要性3 3第一章第一章 半导体器件半导体器件课程相关介绍1 1、半导体器件，、半导体器件，、半导体器件，、半导体器件，2 2、放大电路的基本原理，、放大电路的基本原理，、放大电路的基本原理，、放大电路的基本原理，3 3、放大电路的频率响应，、放大电路的频率响应，、放大电路的频率响应，、放大电路的频率响应，4 4、功率放大电路，、功率放大电路，、功率
3、放大电路，、功率放大电路，5 5、集成运算放大电路，、集成运算放大电路，、集成运算放大电路，、集成运算放大电路，6 6、放大电路中的反馈，、放大电路中的反馈，、放大电路中的反馈，、放大电路中的反馈，7 7、模拟信号运算电路，、模拟信号运算电路，、模拟信号运算电路，、模拟信号运算电路，8 8、信号处理电路，、信号处理电路，、信号处理电路，、信号处理电路，9 9、波形发生电路，、波形发生电路，、波形发生电路，、波形发生电路，1010、直流电源。、直流电源。、直流电源。、直流电源。二、本课程的主要内容二、本课程的主要内容二、本课程的主要内容二、本课程的主要内容4 4第一章第一章 半导体器件半导体器件
4、课程相关介绍主要把握几个环节：主要把握几个环节：主要把握几个环节：主要把握几个环节：1 1、注重知识的连续性。、注重知识的连续性。、注重知识的连续性。、注重知识的连续性。2 2、课前做好预习，做到心中有数；课上认真听讲，做好、课前做好预习，做到心中有数；课上认真听讲，做好、课前做好预习，做到心中有数；课上认真听讲，做好、课前做好预习，做到心中有数；课上认真听讲，做好课堂笔记；课后加强作业练习，以巩固知识的掌握。课堂笔记；课后加强作业练习，以巩固知识的掌握。课堂笔记；课后加强作业练习，以巩固知识的掌握。课堂笔记；课后加强作业练习，以巩固知识的掌握。3 3、对学习中发现的问题，应及时解决。、对学习
5、中发现的问题，应及时解决。、对学习中发现的问题，应及时解决。、对学习中发现的问题，应及时解决。4 4、加强实践环节，上好实验课。、加强实践环节，上好实验课。、加强实践环节，上好实验课。、加强实践环节，上好实验课。三、如何学好该课程三、如何学好该课程三、如何学好该课程三、如何学好该课程5 5第一章第一章 半导体器件半导体器件课程相关介绍参考书：参考书：参考书：参考书：1 1、杨素行主编，、杨素行主编，、杨素行主编，、杨素行主编，模拟电子技术基础简明教程教学指导模拟电子技术基础简明教程教学指导模拟电子技术基础简明教程教学指导模拟电子技术基础简明教程教学指导书书书书，高等教育出版社，高等教育出版社，
6、高等教育出版社，高等教育出版社，20062006年年年年7 7月月月月2 2、阎石，、阎石，、阎石，、阎石，模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础第五版，高等教育出版第五版，高等教育出版第五版，高等教育出版第五版，高等教育出版社，社，社，社，20062006年年年年5 5月月月月四、教材与参考书四、教材与参考书四、教材与参考书四、教材与参考书教材：教材：教材：教材：1 1、杨素行主编，、杨素行主编，、杨素行主编，、杨素行主编，模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程第三版，第三版，第三版，第三版，高等教育出版社，
7、高等教育出版社，高等教育出版社，高等教育出版社，20062006年年年年5 5月月月月6 6第一章第一章 半导体器件半导体器件课程相关介绍成绩主要由以下几部分组成：成绩主要由以下几部分组成：成绩主要由以下几部分组成：成绩主要由以下几部分组成：（1 1）平时成绩）平时成绩）平时成绩）平时成绩 包括：作业包括：作业包括：作业包括：作业 课堂表现（点名课堂表现（点名课堂表现（点名课堂表现（点名+检查课堂笔记）检查课堂笔记）检查课堂笔记）检查课堂笔记）（2 2）实验成绩）实验成绩）实验成绩）实验成绩 实验成绩不及格将取消正常考试资格实验成绩不及格将取消正常考试资格实验成绩不及格将取消正常考试资格实验成
8、绩不及格将取消正常考试资格。（3 3）考试成绩）考试成绩）考试成绩）考试成绩 五、考核方式五、考核方式五、考核方式五、考核方式7 7第一章第一章 半导体器件半导体器件关于我的联系方式1 1、邮箱：、邮箱：、邮箱：、邮箱：guosong_guosong_2 2、办公地点：戊、办公地点：戊、办公地点：戊、办公地点：戊2-3072-3078 8第一章第一章 半导体器件半导体器件第一章第一章 半导体器件半导体器件第一节第一节第一节第一节 半导体的特性半导体的特性半导体的特性半导体的特性第二节第二节第二节第二节 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第三节第三节第三节第三节 双极型三极管双极型
9、三极管双极型三极管双极型三极管第四节第四节第四节第四节 场效应三极管场效应三极管场效应三极管场效应三极管下页下页总目录总目录9 9第一章第一章 半导体器件半导体器件第一节第一节 半导体的特性半导体的特性本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体下页下页总目录总目录1010第一章第一章 半导体器件半导体器件1.1.半导体半导体半导体半导体(semiconductor)共价键共价键共价键共价键Covalent Covalent bondbond半导体的定义：半导体的定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质
10、统称为半导体半导体。大多数半导体器件所大多数半导体器件所用主要材料是硅和锗用主要材料是硅和锗一、本征半导体一、本征半导体(intrinsic semiconductors)(intrinsic semiconductors)价价价价电电电电子子子子在硅在硅(或锗或锗)的晶体中的晶体中,原子在空间排列成规则的晶格。原子在空间排列成规则的晶格。晶体中的价电子与共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4下页下页首页首页上页上页1111第一章第一章 半导体器件半导体器件2.2.本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体(intrinsic semiconductors
11、intrinsic semiconductors)纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体。本征半导体。本征半导体。在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在热力学温度零度在热力学温度零度在热力学温度零度在热力学温度零度（即（即（即（即T=0KT=0K，），），），）时，时，时，时，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子
12、的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体一样。一样。一样。一样。下页下页上页上页首页首页1212第一章第一章 半导体器件半导体器件+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子带负电的自由电子带负电的自由电子带负电的自由电子带负电的自由电子Fr
13、ee electronFree electron带正电的空穴带正电的空穴带正电的空穴带正电的空穴holehole如果温度升高，如果温度升高，如果温度升高，如果温度升高，少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为自由电子。自由电子。自由电子。自由电子。在原来的共价键位置在原来的共价键位置在原来的共价键位置在原来的共价键位置留下一个空位，留下一个空位，留下一个空位，留下一个空位，称之为称之为称之为称之为空穴。空穴。空穴。空穴。下页下页上页上页首页首页1313第一章第一章 半导体器件半导体器件+4+4+4+4+4+4+4+
14、4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4半导体中存在两种载流子：半导体中存在两种载流子：半导体中存在两种载流子：半导体中存在两种载流子：带负电的带负电的带负电的带负电的自由电子自由电子自由电子自由电子和带正电的和带正电的和带正电的和带正电的空穴。空穴。空穴。空穴。在一定温度下在一定温度下在一定温度下在一定温度下电子电子电子电子 -空穴对空穴对空穴对空穴对的的的的产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。在本征半导体中，在本征半导体中，在本征半导体中，在本征半导体中，两种载流子总是成对出现两种载流子总是成对出现两种载流子总是成对出现两种载流
15、子总是成对出现称称称称为为为为 电子电子电子电子 空穴对空穴对空穴对空穴对本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感电子电子电子电子-空穴对空穴对空穴对空穴对两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等下页下页上页上页首页首页1414第一章第一章 半导体器件半导体器件1.N1.N型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体 (N-type semiconductor)(N-type semiconductor)二、二、杂质半导体杂质半导体则原来晶格中的某
16、些硅原子将被则原来晶格中的某些硅原子将被则原来晶格中的某些硅原子将被则原来晶格中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子代替。杂质原子代替。杂质原子代替。杂质原子与周围四个硅原子组成杂质原子与周围四个硅原子组成杂质原子与周围四个硅原子组成杂质原子与周围四个硅原子组成共价键时多余一个电子。共价键时多余一个电子。共价键时多余一个电子。共价键时多余一个电子。这个电子只受自身原子核吸引，这个电子只受自身原子核吸引，这个电子只受自身原子核吸引，这个电子只受自身原子核吸引，在室温下可成为在室温下可成为在室温下可成为在室温下可成为自由电子。自由电子。自由电子。自由电子。在在在在4 4价的硅或锗中掺入少量的价的
17、硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的5 5价价价价杂质元素杂质元素杂质元素杂质元素，下页下页上页上页在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体。+5+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子自由电子自由电子首页首页1515第一章第一章 半导体器件半导体器件+5+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失
18、去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。在这种杂质半导体中，在这种杂质半导体中，在这种杂质半导体中，在这种杂质半导体中，电子的浓度大大高于空穴的浓度。电子的浓度大大高于空穴的浓度。电子的浓度大大高于空穴的浓度。电子的浓度大大高于空穴的浓度。因其主要依靠电子导电，因其主要依靠电子导电，因其主要依靠电子导电，因其主要依靠电子导电，故称为电子型半导体。故称为电子型半导体。故称为电子型半导体。故称为电子型半导体
19、。多数载流子多数载流子多数载流子多数载流子Majority carrierMajority carrier少数载流子少数载流子少数载流子少数载流子Minority carrierMinority carrier下页下页上页上页5 5价的杂质原子可以提供电子，所以称价的杂质原子可以提供电子，所以称价的杂质原子可以提供电子，所以称价的杂质原子可以提供电子，所以称为为为为施主原子施主原子施主原子施主原子。首页首页1616第一章第一章 半导体器件半导体器件+3+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的在硅
20、或锗晶体中掺入少量的3 3价价价价杂质元素，杂质元素，杂质元素，杂质元素，空位空位空位空位2.P2.P型半导体型半导体型半导体型半导体(P-type semiconductor)(P-type semiconductor)当它与当它与当它与当它与周围的硅原子组成共价键时，周围的硅原子组成共价键时，周围的硅原子组成共价键时，周围的硅原子组成共价键时，将缺少一个价电子，将缺少一个价电子，将缺少一个价电子，将缺少一个价电子，产生了一个产生了一个产生了一个产生了一个空位空位空位空位。下页下页上页上页首页首页1717第一章第一章 半导体器件半导体器件硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由
21、于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，杂质原子成为负离子，杂质原子成为负离子，杂质原子成为负离子，杂质原子成为负离子，硅原子的共价键中产生一个硅原子的共价键中产生一个硅原子的共价键中产生一个硅原子的共价键中产生一个空穴。空穴。空穴。空穴。在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子的浓度。的浓度。的浓度。的浓度。+3+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴空穴空穴在室温
22、下仍有在室温下仍有在室温下仍有在室温下仍有电子电子电子电子-空穴空穴空穴空穴对的产生和复合。对的产生和复合。对的产生和复合。对的产生和复合。多数多数多数多数载流载流载流载流子子子子P P型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。下页下页上页上页3 3价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子的作用，所以称为的作用，所以称为
23、的作用，所以称为的作用，所以称为受主原子受主原子受主原子受主原子。少数少数少数少数载流载流载流载流子子子子首页首页1818第一章第一章 半导体器件半导体器件在杂质半导体中：在杂质半导体中：在杂质半导体中：在杂质半导体中：杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；而少数载流子的浓度主要取决于温度。而少数载流子的浓度主要取决于温度。而少数载
24、流子的浓度主要取决于温度。而少数载流子的浓度主要取决于温度。杂质半导体的优点：杂质半导体的优点：杂质半导体的优点：杂质半导体的优点：掺入不同性质、不同浓度的杂质，掺入不同性质、不同浓度的杂质，掺入不同性质、不同浓度的杂质，掺入不同性质、不同浓度的杂质，并使并使并使并使P P型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和N N型半导体以不同方式组合，型半导体以不同方式组合，型半导体以不同方式组合，型半导体以不同方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、可以制造出形形色色、品种繁多、可以制造出形形色色、品种繁多、可以制造出形形色色、品种繁多、用途各异的半导体器件。用途各异的半导体器件。用途各异的半导体器件
25、。用途各异的半导体器件。总结总结总结总结上页上页首页首页1919第一章第一章 半导体器件半导体器件第二节第二节 半导体二极管半导体二极管PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数稳压管稳压管稳压管稳压管总目录总目录下页下页2020第一章第一章 半导体器件半导体器件NP-+-1.PN1.PN结中载流子的运动结中载流子的运动结中载流子的运动结中载流子的运动 -+-空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区内电场内电场内电场内电场U UD D即即
26、即即PNPN结结结结，又称耗尽层又称耗尽层又称耗尽层又称耗尽层。最终扩散最终扩散最终扩散最终扩散(diffusion)diffusion)运动运动运动运动与漂移与漂移与漂移与漂移(driftdrift)运动达到动运动达到动运动达到动运动达到动态平衡，态平衡，态平衡，态平衡，PNPN结中总电流为结中总电流为结中总电流为结中总电流为零。零。零。零。内电场内电场内电场内电场又称又称又称又称阻挡层阻挡层阻挡层阻挡层，阻止扩散，阻止扩散，阻止扩散，阻止扩散运动，却有利于漂移运动。运动，却有利于漂移运动。运动，却有利于漂移运动。运动，却有利于漂移运动。硅约为（硅约为（硅约为（硅约为（0.60.80.60.
27、8）V V锗约为（锗约为（锗约为（锗约为（0.20.30.20.3）V V一、一、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性扩散扩散扩散扩散漂移漂移漂移漂移下页下页上页上页首页首页NP2121第一章第一章 半导体器件半导体器件正向电流正向电流正向电流正向电流外电场削弱了内电场，有利于外电场削弱了内电场，有利于外电场削弱了内电场，有利于外电场削弱了内电场，有利于扩散运动，不利于漂移运动。扩散运动，不利于漂移运动。扩散运动，不利于漂移运动。扩散运动，不利于漂移运动。空间电空间电空间电空间电荷区变荷区变荷区变荷区变窄窄窄窄2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性加正向电
28、压加正向电压加正向电压加正向电压+-U U-+-R RE E内电场内电场内电场内电场U UD D-U U外电场外电场外电场外电场I I称为正向接法或正向偏置称为正向接法或正向偏置称为正向接法或正向偏置称为正向接法或正向偏置（简称正偏）（简称正偏）（简称正偏）（简称正偏）forward biasforward biasPNPN结处于正向导通结处于正向导通结处于正向导通结处于正向导通(onon)状态，正向等效电阻较小。状态，正向等效电阻较小。状态，正向等效电阻较小。状态，正向等效电阻较小。NP空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区扩散电流大于漂移电流，在回路中形成正向电流扩散电流大于漂移电流，在
29、回路中形成正向电流I。2222第一章第一章 半导体器件半导体器件+-U U-+-R RE E称为反向接法或反向偏置称为反向接法或反向偏置（简称反偏）（简称反偏）一定温度下，一定温度下，一定温度下，一定温度下，E E 超过某超过某超过某超过某一值后一值后一值后一值后 I I 饱和，称为反饱和，称为反饱和，称为反饱和，称为反向饱和电流向饱和电流向饱和电流向饱和电流 I IS S 。结论：结论：结论：结论：PNPN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。结具有单向导电性：正向导通，反向截止。结具有单向导电性：正向导通，反向截止。结具有单向导电性：正向导通，反向截止。内电场内电场内电场内电场 外电场外电
30、场外电场外电场U UD D+U U 空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区外电场增强了内电场有利于漂外电场增强了内电场有利于漂外电场增强了内电场有利于漂外电场增强了内电场有利于漂移运动，不利于扩散运动。移运动，不利于扩散运动。移运动，不利于扩散运动。移运动，不利于扩散运动。反向电流非常小，反向电流非常小，PN结处于截止结处于截止(cut-off)状态。状态。加反向电压加反向电压I I反向反向反向反向电流电流电流电流IS 对温度十分敏感。对温度十分敏感。下页下页上页上页首页首页NP2323第一章第一章 半导体器件半导体器件二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二极管二极管：在：在PN结上加上
31、管壳和引线，结上加上管壳和引线，阳极从阳极从P区引出，阴极从区引出，阴极从N区引出。区引出。1.二极管的类型二极管的类型从材料分：从材料分：硅二极管和锗二极管。硅二极管和锗二极管。从管子的结构分：从管子的结构分：对应对应对应对应N N区区区区对应对应对应对应P P区区区区点接触型二极管，点接触型二极管，工作电流小，可在高频下工作，工作电流小，可在高频下工作，适用于检波和小功率的整流电路。适用于检波和小功率的整流电路。面接触型二极管，面接触型二极管，工作电流大，只能在较低频率下工作电流大，只能在较低频率下工作，可用于整流。工作，可用于整流。开关型二极管，开关型二极管，在数字电路中作为开关管。在数
32、字电路中作为开关管。二极管的符号阳极阳极阳极阳极anodeanode阴极阴极阴极阴极cathodecathode下页下页上页上页首页首页2424第一章第一章 半导体器件半导体器件303020201010I I/mAmAU UD D/V/V0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5 20 1020 102 24 4-I I/O O正向特性正向特性正向特性正向特性死区死区死区死区电压电压电压电压I Is sU UBRBR反向特性反向特性反向特性反向特性+-U UD DI I2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性下页下页上页上页首页首页动画动画动画动画2525第
33、一章第一章 半导体器件半导体器件当正向电压超过死区电压后，当正向电压超过死区电压后，二极管导通二极管导通,电流与电压关系近似指数关系。电流与电压关系近似指数关系。硅二极管为硅二极管为硅二极管为硅二极管为0.7V0.7V左右左右左右左右锗二极管为锗二极管为锗二极管为锗二极管为0.2V0.2V左右左右左右左右死区死区死区死区电压电压电压电压正向特性正向特性正向特性正向特性0.5 1.0 1.50.5 1.0 1.5101020203030U U/V/VI I/mAmAO O 二极管正向特性曲线硅二极管为硅二极管为硅二极管为硅二极管为0.5V0.5V左右左右左右左右锗二极管为锗二极管为锗二极管为锗二
34、极管为0.1V0.1V左右左右左右左右死区电压：死区电压：导通压降：导通压降：正向特性正向特性正向特性正向特性下页下页上页上页首页首页2626第一章第一章 半导体器件半导体器件反偏时，反向电流值很小，反偏时，反向电流值很小，反向电阻很大，反向电阻很大，反向电压超过反向电压超过UBR则被击穿。则被击穿。I IS S反向特性反向特性反向特性反向特性U UBRBR结论：结论：二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。二极管方程：二极管方程：反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压若若若若|U U|U U
35、T T则则则则 I I -I IS S 式中：式中：IS为反向饱和电流为反向饱和电流 UT 是温度电压当量，是温度电压当量，常温下常温下UT近似为近似为26mV。反向特性反向特性反向特性反向特性2 24 4-I I/A AI I/mAmAU U/V/V20 1020 10O O若若若若U U U UT T 则则则则下页下页上页上页首页首页2727第一章第一章 半导体器件半导体器件三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流 IF指二极管长期运行时，指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。允许通过管子的最大正向平均电流。IF的数值是由二极管允许的温升所限定。的数
36、值是由二极管允许的温升所限定。最高反向工作电压最高反向工作电压 UR工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。否则二极管可能被击穿。为了留有余地，通常将击穿电压为了留有余地，通常将击穿电压UBR的一半定为的一半定为UR。下页下页上页上页首页首页2828第一章第一章 半导体器件半导体器件室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。流过管子的反向电流。IR值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。IR受温度的受温度的影响很大。影响很大
37、。最高工作频率最高工作频率 fM fM值主要决定于结结电容的大小。值主要决定于结结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。下页下页上页上页 反向电流反向电流 IR首页首页2929第一章第一章 半导体器件半导体器件二极管除了具有单向导电性以外，二极管除了具有单向导电性以外，还具有一定的电容效应。还具有一定的电容效应。原因：二极管两端的电压变化，原因：二极管两端的电压变化，PN结中结中 存储的电量也产生变化，如同电容器一存储的电量也产生变化，如同电容器一样。样。这种电容效应用这种电容效应用PN结的结电容来表示。结的结电容来表示。下页下页上
38、页上页首页首页3030第一章第一章 半导体器件半导体器件 例例例例1.2.11.2.1已知已知已知已知U Ui i =U Ummsinsin t t ，画出画出画出画出u uo o和和和和u uD D的波形。设二的波形。设二的波形。设二的波形。设二极管的正向压降和反向电流可以忽略。极管的正向压降和反向电流可以忽略。极管的正向压降和反向电流可以忽略。极管的正向压降和反向电流可以忽略。VDVDR R+-+-u ui iu uo o+-u uD Di io oU Umm t tu uo oo o t tu uD Do ou ui i 0 0 时二极管导通，时二极管导通，时二极管导通，时二极管导通，u
39、 uo o=u ui i u uD D =0 0u ui i 0 0 时二极管截止，时二极管截止，时二极管截止，时二极管截止，u uD D =u ui i u uo o=0 0-U UmmU Umm t tu ui io o下页下页上页上页首页首页3131第一章第一章 半导体器件半导体器件 例例例例1.2.2 1.2.2 二极管可用作开关二极管可用作开关二极管可用作开关二极管可用作开关E EVDVDE ES SE EVDVDE ES S正向偏置，相当于开关闭合。正向偏置，相当于开关闭合。正向偏置，相当于开关闭合。正向偏置，相当于开关闭合。反向偏置，相当于开关断开。反向偏置，相当于开关断开。反向
40、偏置，相当于开关断开。反向偏置，相当于开关断开。下页下页上页上页首页首页3232第一章第一章 半导体器件半导体器件四、稳压管四、稳压管稳压管实质上也是一种二极管，但通常工作在反向击穿区。稳压管实质上也是一种二极管，但通常工作在反向击穿区。与二极管不同之处：与二极管不同之处：1.采用特殊工艺，击穿状态不致损坏；采用特殊工艺，击穿状态不致损坏；2.击穿是可逆的。击穿是可逆的。特性曲线如下图所示：特性曲线如下图所示：U U I II IU UO 稳压管的伏安特性 U U I I值很小值很小值很小值很小有稳压特性有稳压特性有稳压特性有稳压特性阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极下页下页上页上页首页首页33
41、33第一章第一章 半导体器件半导体器件1.稳定电压稳定电压UZ，稳压管工作在反向击穿区时的工作电压。稳压管工作在反向击穿区时的工作电压。2.稳定电流稳定电流Iz，稳压管正常工作时的参考电流。稳压管正常工作时的参考电流。3.动态内阻动态内阻rz，稳压管两端电压和电流的变化量之比。稳压管两端电压和电流的变化量之比。rz=U/I rz 越小，稳压效果越好。越小，稳压效果越好。4.电压的温度系数电压的温度系数U，稳压管电流不变时，稳压管电流不变时，环境温度每变化环境温度每变化1时所引起的稳定电压变化的百分比。时所引起的稳定电压变化的百分比。5.额定功耗额定功耗Pz，最大稳定电流流过稳压管时消耗的功率。
42、，最大稳定电流流过稳压管时消耗的功率。主要参数：主要参数：主要参数：主要参数：下页下页上页上页首页首页3434第一章第一章 半导体器件半导体器件使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：U Uo oR RL LVDVDZ ZR RU Ui iI IR RI Io oI IZ Z+-稳压管电路1.稳压管必须工作在稳压管必须工作在反向击穿区，反向击穿区，2.稳压管应与负载稳压管应与负载RL并联，并联，3.必须限制流过稳压必须限制流过稳压管的电流管的电流IZ，通过，通过接入一个限流电阻接入一个限流电阻R来调节来调节IZ的大小。的大小。下页下页上页上页首页首页3535第一
43、章第一章 半导体器件半导体器件例例1.2.3 电路如图所示，已知电路如图所示，已知UImax=15V，UImin=10VIZmax=50mA，IZmin=5mA，RLmax=1k，RLmin=600UZ=6V,对应对应UZ=0.3V。求求rZ，选择限流电阻选择限流电阻R。下页下页上页上页首页首页U Uo oR RL LVDVDZ ZR RU Ui iI IR RI Io oI IZ Z+-+-U UZ Z3636第一章第一章 半导体器件半导体器件解：解：解：解：I IZ Z=I IR R -I Io o=U UI I -U UZ ZR R-U UZ ZR RL LI IZmaxZmax U U
44、ImaxImax -U UZ ZR R-U UZ ZR RLmaxLmaxI IZminZmin U UIminImin -U UZ ZR R-U UZ ZR RLminLminr rZ Z =I IZ Z U UZ Z=6.76.71515 -6 65050 +6 61 1=160160 R R R R1010 -6 65 5 +6 60.60.6=267267 I IZ Z=I IZmaxZmax-I IZminZmin=45mA45mA下页下页上页上页首页首页U Uo oR RL LVDVDZ ZR RU Ui iI IR RI Io oI IZ Z+-+-U UZ Z3737第一章第一
45、章 半导体器件半导体器件+-VDVD1 1VDVD2 2U U+-U U+-U U+-U UVDVD1 1VDVD2 2VDVD1 1VDVD2 2VDVD1 1VDVD2 2例例1.2.4 有两个稳压管有两个稳压管 VD1 和和 VD2，它们的稳压值它们的稳压值为为UZ1=6V，UZ2=8V，正向导通压降均为正向导通压降均为 UD=0.6 V，将它们串联可得到几种稳压值。将它们串联可得到几种稳压值。U U=U UD D+U UD D =1.2V =1.2VU U=U UZ1Z1+U UD D =6.6V =6.6VU U=U UZ1Z1+U UZ2Z2 =14V =14VU U=U UD D
46、+U UZ2Z2 =8.6V =8.6V下页下页上页上页首页首页3838第一章第一章 半导体器件半导体器件第三节第三节 双极型结三极管双极型结三极管三极管的结构三极管的结构三极管的结构三极管的结构三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数总目录总目录下页下页3939第一章第一章 半导体器件半导体器件半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管 晶体管晶体管晶体管晶体管 (
47、transistortransistor)双极型三极管或简称三极管双极型三极管或简称三极管双极型三极管或简称三极管双极型三极管或简称三极管制作材料：制作材料：制作材料：制作材料：分类分类分类分类 ：它们通常是组成各种电子电路的核心器件。它们通常是组成各种电子电路的核心器件。它们通常是组成各种电子电路的核心器件。它们通常是组成各种电子电路的核心器件。双极结型三极管双极结型三极管双极结型三极管双极结型三极管BJT,BJT,又称为又称为又称为又称为 ：硅或锗硅或锗硅或锗硅或锗NPNNPN型型型型PNPPNP型型型型下页下页上页上页首页首页4040第一章第一章 半导体器件半导体器件一、一、三极管的结构
48、三极管的结构三个区三个区三个区三个区发射区：发射区：发射区：发射区：杂质浓度很高杂质浓度很高杂质浓度很高杂质浓度很高基基基基 区：区：区：区：杂质浓度低且很薄杂质浓度低且很薄杂质浓度低且很薄杂质浓度低且很薄集电区：集电区：集电区：集电区：无特别要求无特别要求无特别要求无特别要求发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区发射区发射区发射区发射区c cb be eNPN型三极管的结构和符号两个两个两个两个PNPN结结结结发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结三个电极三个电极三个电极三个电极发射极发射极发射极发射极 e e基极基极基极基极 b
49、b集电极集电极集电极集电极 c c集电极集电极集电极集电极 c ccollectorcollector基极基极基极基极 b bbasebase发射极发射极发射极发射极 e eemitteremitterN NP PN N实现放大的外部条件实现放大的外部条件：发射结正向偏置，集电极反向偏置。：发射结正向偏置，集电极反向偏置。实现放大的实现放大的内部条件内部条件4141第一章第一章 半导体器件半导体器件一、一、三极管的结构三极管的结构c cb be ePNP型三极管的结构和符号发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区发射区发射区发射区发射区集电极集电
50、极集电极集电极 c ccollectorcollector基极基极基极基极 b bbasebase发射极发射极发射极发射极 e eemitteremitterP PN NP P下页下页上页上页首页首页4242第一章第一章 半导体器件半导体器件R Rb bR Rc cE EB BE EC Ce ec cb b发射极电流发射极电流发射极电流发射极电流二、三极管中载流子的运动和电流分配关系二、三极管中载流子的运动和电流分配关系1.发射发射发射发射:2.发射区大量电子向基区发射。发射区大量电子向基区发射。发射区大量电子向基区发射。发射区大量电子向基区发射。2.2.复合和扩散：复合和扩散：复合和扩散：复