電工電子技術－第九章 常用半導體器件

1、第九章 常用半導體器件,第一節(jié) PN結及其單向導電性 第二節(jié) 半導體二極管 第三節(jié) 特殊二極管 第四節(jié) 晶體管,第一節(jié) PN結及其單向導電性,半導體基本知識 PN結,一、半導體的導電特點,1.半導體材料,物質分為導體、半導體、絕緣體，半導體是4價元素,半導體材料的特點： 半導體的導電能力受光和熱影響 T 導電能力 光照導電能力 純凈的半導體摻入雜質導電性會大大增強,4,純凈的、具有晶體結構的半導體稱為本征半導體。 本征半導體中的載流子 自由電子 () 空 穴 （,2. 本征半導體,空穴與電子成對出現(xiàn)并可以復合,3. 雜質半導體,N型半導體 摻五價元素，如磷，自由電子數(shù)多于空穴數(shù)，自由電子數(shù)是多

2、子,P型半導體 摻三價元素，如硼， 空穴數(shù)多于自由電子數(shù)，空穴是多子,4擴散電流與漂移電流 載流子由于濃度差異而形成運動所產(chǎn)生的電流叫擴散電流。 在電場作用下，載流子定向運動而形成的電流叫漂移電流,1. PN結的形成,二、 PN結,擴散運動,空間電荷區(qū),削弱內電場,漂移運動,內電場,動態(tài)平衡,電荷區(qū)空間,外電場方向與內電場方向相反 空間電荷區(qū)(耗盡層)變薄 擴散漂移 導通電流很大 ,呈低阻態(tài),2. PN結的單向導電性,加正向電壓（正偏） P（+） N（,外電場與內電場相同 耗盡層加厚 漂移擴散 形成反向電流IR，很小。呈高阻態(tài),N,加反向電壓（反偏）P（） N（,第二節(jié) 半導體二極管,半導體二

3、極管的伏安特性 半導體二極管的主要參數(shù),一、半導體二極管的伏安特性,P區(qū)陽極 N區(qū)陰極,陽極,陰極,1. 正向特性 死區(qū)電壓 硅管 0.5V 鍺管 0.1V 正向導通電壓 硅管 0.7V 鍺管 0.3V,2. 反向特性 反向飽和電流很小，可視為開路， 反向電壓過高，電流急增，二極管發(fā)生擊穿,VD,二、半導體二極管的主要參數(shù),1. 最大整流電流 IF 二極管允許通過的最大正向平均電流。 2. 最高反向工作電壓 URM 保證二極管不被擊穿允許加的最大反向電壓。 3. 最大反向飽和電流 IR 室溫下，二極管加最高反向電壓時的反向電流，與溫度有關,例：如圖，E5V，二極管正向壓降忽略不計，畫出 uo波

4、形,E,VD,ui,uO,10,ui (V,t,ui E VD截止 uo =E,ui E VD導通 uo = ui,5,5,利用二極管的單向導電性可對輸出信 號起限幅作用,例：二極管組成電路如圖，設二極管導通電壓為0.3V，試求輸出電壓UF,3V,UF,12V,R,0V,VD1,VD2,3 0 12V,VD1率先導通， UF30.32.7V,VD2截止,解,第三節(jié) 特殊二極管,穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，具有穩(wěn)定電壓的作用,穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。 特點：電流變化大，電壓變化小,一、穩(wěn)壓原理,穩(wěn)壓管：）加正向電壓時同二極管 ）加反向電壓時使其擊穿后穩(wěn)壓,VS,穩(wěn)定電壓UZ 正常工作下，穩(wěn)

5、壓管兩端電壓。 同一型號的穩(wěn)壓管分散性較大。 穩(wěn)定電流 IZ 正常工作下的參考電流。 大小由限流電阻決定。 動態(tài)電阻rZ rZ =U/I rZ 越小，穩(wěn)壓效果越好,二、穩(wěn)壓管參數(shù),例：如圖，已知UZ=10V，負載電壓UL（ ） （） 5 （）10 （）15 （）20,溫度系數(shù)u 溫度改變1，穩(wěn)壓值改變的百分比。 其值可正，可負,A,UL,例：已知ui = 6sint，UZ =3V，畫輸出波形,穩(wěn)壓管的工作條件 （）必須工作在反向擊穿狀態(tài) （）電路中應有限流電阻，以保證反向電流不超過允許范圍,3,3,第四節(jié) 晶體管,晶體管的基本結構和類型 晶體管的電流分配和放大原理 晶體管的特性曲線 晶體管的主

6、要參數(shù) 溫度對晶體管的影響,一、晶體管的基本結構和類型,基區(qū),集電區(qū),發(fā)射區(qū),基極,集電極,發(fā)射極,集電結,發(fā)射結,NPN型,VT,PNP型,特點：發(fā)射區(qū)參雜濃度很大， 基區(qū)薄且濃度低， 集電結面積大,VT,二、晶體管的電流分配和放大原理,放大條件 （）內部特點決定 發(fā)射區(qū)產(chǎn)生大量載流子 基區(qū)傳送載流子 集電區(qū)收集載流子,外部條件 發(fā)射結正偏，集電結反偏,RB,RC,EB,EC,N,N,P,發(fā)射區(qū)電子,發(fā)射結正偏 利于發(fā)射區(qū)發(fā)射電子,基區(qū),集電結反偏利于集電區(qū)收集電子,集電區(qū),2. 電流分配,RB,EB,RC,EC,基極電流很小的變化，將引起集電極電流一個很大的變化,直流放大系數(shù),交流放大系數(shù)

7、,1. 輸入特性曲線,三、三極管特性曲線,IBf (UBE) UCE =常數(shù),發(fā)射結、集電結正偏，兩個二極管正向并聯(lián),集電結反偏，IB 減小 UCE 1 IB 變化很小，與 UCE = 1 曲線重合,2輸出特性曲線,飽和區(qū),截止區(qū),放大區(qū),截止區(qū) IB0 ，IC0 ，UBE0 發(fā)射結反偏，集電結反偏,放大區(qū) ICIB 發(fā)射結正偏，集電結反偏,飽和區(qū) UCEUBE ，發(fā)射結、集電結正偏,2極間反向電流 ICBO：發(fā)射極開路，基極與集電極間的反向飽和電流，受溫度影響大。 ICEO：基極開路，集電極與發(fā)射極間的穿透電流,四、三極管主要參數(shù),1 放大倍數(shù),集電極最大電流ICM IC ICM 集電極發(fā)射極反向擊穿電壓UCEO 基極開路，加在集電極和發(fā)射極間的最大允許工作電壓。 UCE UCEO 集電極最大允許功耗PCM ICUCE PCM,3極限參數(shù),五、溫度對晶體管的影響,溫度對ICEO、ICBO的影響 ICEO、 ICBO 隨溫度上升急劇增加，溫度每升高10， ICBO約增加一倍。 溫度對鍺管的影響比較大。 溫度對 的影響 溫度增加， 隨之增加 。 3. 溫度對 UBE 的影響 溫度增加， UBE 隨之減少,例：有三只三極管，分別為 鍺管150，ICBO2A； 硅管100，IC