常用半導(dǎo)體器最新課件

1、(1-1)第第1 1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件(1-2)導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(1-3)半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物

2、質(zhì)，所以的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。1.1.摻雜性摻雜性2.2.熱敏性和光敏性熱敏性和光敏性(1-4)1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeGeSiSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們現(xiàn)代電子學(xué)

3、中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。(1-5)在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)，共用一對(duì)價(jià)電子。電子。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)：通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。(1-6)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵

4、共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子(1-7)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，

5、使原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。+4+4+4+4(1-8)二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)在絕對(duì)0 0度（度（T T=0K=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電能），它的導(dǎo)電能力為力為 0 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由自由電子電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一

6、個(gè)空位，稱為，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴(1-9)+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子(1-10)2.2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流可以認(rèn)為空穴是載流子。子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子

7、，即自由電子自由電子和和空穴空穴。(1-11)溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。（在本征半導(dǎo)體中（在本征半導(dǎo)體中 自由電子和空穴成對(duì)出

8、現(xiàn)，自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，同時(shí)又不斷的復(fù)合）同時(shí)又不斷的復(fù)合）(1-12)1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。N N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。也

9、稱為（電子半導(dǎo)體）。(1-13)一、一、N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷，在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷，晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。動(dòng)的帶正電的離子。(1-14)+4+4+4+4+5+5+4+4多余

10、多余電子電子磷原子磷原子N N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1.1.由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。(1-15)二、二、P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼在硅或鍺晶體中

11、摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。的帶負(fù)電的離子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。(1-16)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號(hào)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號(hào)P P 型半導(dǎo)

12、體型半導(dǎo)體+N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(1-17)總總 結(jié)結(jié)2.N2.N型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，的電子，N N型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.P3.P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1. 1. 本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子很少。本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子很少。(1-18)一、一、 PN PN 結(jié)的形成結(jié)

13、的形成 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P P 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體和體和N N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了交界面處就形成了PN PN 結(jié)。結(jié)。1.1.3 PN 結(jié)的形成及單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及單向?qū)щ娦?1-19)P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層

14、。也稱耗盡層。(1-20)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E E所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。(1-21)+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV0(1-22)1.1.空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流子?？臻g電荷區(qū)中沒(méi)有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴中的空穴. .N N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ?/p>

15、運(yùn)動(dòng)（）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。）。3.3.P P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)小結(jié)(1-23)(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng) 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E正向電流正向電流 二、二

16、、 PN PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1-24)(2) (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P P區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場(chǎng)+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRP PN N 在一定的溫度下，在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故度是一定的，故I IR R基本上與基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)外加反壓的大小無(wú)關(guān)，所所以稱為以稱為

17、反向飽和電流反向飽和電流。但。但I(xiàn) IR R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 (1-25) PN PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PNPN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PNPN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PNPN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dǎo)電性。(1-26)1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.11.2.1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為

18、半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管的電路符號(hào)：二極管的電路符號(hào)：陽(yáng)極陽(yáng)極+陰極陰極-(1-27)1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR(1-28)1.2.3 1.2.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1. 1. 最大整流電流最大整流電流 I IOMOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。正向平均電流。3. 3. 反向擊穿電壓反

19、向擊穿電壓U UBRBR二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓U UWRMWRM一一般是般是U UBRBR的一半。的一半。2. 2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓U UBWMBWM保證二極管不被擊穿時(shí)的反向峰值電壓。保證二極管不被擊穿時(shí)的反向峰值電壓。(1-29)4. 4. 反向電流反向電流 I IR R指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子

20、的單向?qū)щ娦粤?。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。硅管大幾十到幾百倍。(1-30)5. 微變電阻微變電阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工作點(diǎn)作點(diǎn)Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與電流的變化之比：電流的變化之比：DDDiur顯然，顯然，rD是對(duì)是對(duì)Q附近的微小附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。(1-31

21、)6. 二極管的極間電容二極管的極間電容（結(jié)電容）（結(jié)電容）二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD。勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即應(yīng)地隨之改變，即PNPN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像

22、電容充放電一樣。之變化，就像電容充放電一樣。(1-32) 當(dāng)外加正向電壓不當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，同時(shí)，PNPN結(jié)兩側(cè)堆積結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程當(dāng)電容的充放電過(guò)程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：為了形成正向?yàn)榱诵纬烧螂娏鳎〝U(kuò)散電流），注入電流（擴(kuò)散電流），注入P P 區(qū)的少子（電子）在區(qū)的少子（電子）在P P 區(qū)區(qū)有濃度差，越靠近有濃度差，越靠近

23、PNPN結(jié)濃結(jié)濃度越大，即在度越大，即在P P 區(qū)有電子區(qū)有電子的積累。同理，在的積累。同理，在N N區(qū)有空區(qū)有空穴的積累。正向電流大，穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容生的電容就是擴(kuò)散電容. .(1-33)CB在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)容的綜合效應(yīng)rd(1-34)二極管：二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 .5V=0

24、 .5V，正向壓降，正向壓降 0.7V(0.7V(硅二極管硅二極管) ) 理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 =0 ，正向壓降，正向壓降=0 =0 RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1 1：二極管半波整流二極管半波整流二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦裕鞫O管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。要應(yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。(1-35)1.2.4 1.2.4 二極管的應(yīng)用舉二極管的應(yīng)用舉例例2 2：tttuiuRuoRRLuiuRuo(1-36)1.2.5 1.2.5 特殊二極管：特殊二極管：1.1.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIIZI

25、Zmax UZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，曲線越陡，電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)定。定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻：ZZIUZrr rz z越小，穩(wěn)越小，穩(wěn)壓性能越壓性能越好。好。(1-37)（4 4）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流I IZ Z、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZZMIUP穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù): :（1 1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓 U UZ Z（2 2）電壓溫度系數(shù)）電壓溫度系數(shù) U U（%/%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3 3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻ZZIU

26、Zr(1-38)在電路中穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)脑陔娐分蟹€(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。電阻連接才能起到穩(wěn)壓作用。UIIZIZmax UZ IZUZ(1-39)穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,minmaxzzzII10U穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù): : k2LR解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為流為I Iz zmax max mAmax25RUIiLZz10R25UiRu2 . 1zi方程方程1 1要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)

27、載電壓波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變?；静蛔?。求：求：電阻電阻R R和輸入電壓和輸入電壓 u ui i 的正常值。的正常值。(1-40)令輸入電壓降到下限令輸入電壓降到下限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為流為I Iz zmin min 。mAmin10RUIiLZz10R10UiRu8 . 0zi方程方程2 2u uo oi iZ ZD DZ ZR Ri iL Li iu ui iR RL L聯(lián)立方程聯(lián)立方程1 1、2 2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui(1-41)2.光電二極管光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加照度增加(

28、1-42)3.發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過(guò)有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見(jiàn)波段的紅外到可見(jiàn)波段的光，它的電特性與光，它的電特性與一般二極管類似。一般二極管類似。(1-43)1.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型 1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管(1-44)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜

29、濃度較高(1-45)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)(1-46)BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管符號(hào)符號(hào)(1-47)ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 一一. 一個(gè)實(shí)驗(yàn)一個(gè)實(shí)驗(yàn)1.3.2 1.3.2 電流分配和放大原理電流分配和放大原理(1-48)結(jié)論結(jié)論: :1. IE=IC+IB常數(shù)BCBCBCBCIIII1IIII.23. IB=0, IC=ICEO4.4.要使晶體管放大要使晶體管放大, ,發(fā)射結(jié)必須正偏發(fā)射結(jié)必須正偏, ,集電結(jié)必須集電結(jié)必須反偏。反偏。(1-49)二二. 電流放大原理電流放大

30、原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可的擴(kuò)散可忽略。忽略。IBE進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向基區(qū)斷向基區(qū)擴(kuò)散，形擴(kuò)散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流IE。(1-50)BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有集電結(jié)反偏，有少子形成的反向少子形成的反向電流電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電散來(lái)的電子作為集子作為集電結(jié)的少電結(jié)的少子，漂移子，漂移進(jìn)入集電進(jìn)

31、入集電結(jié)而被收結(jié)而被收集，形成集，形成ICE。(1-51)IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE(1-52)ICE與與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)之比稱為電流放大倍數(shù)BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII(1-53)一一.輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.1V。1.3.3 特性曲線特性曲線(1-54)二、

32、二、輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一定的數(shù)值時(shí)，定的數(shù)值時(shí)，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。(1-55)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。(1-56)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此

33、區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3) (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： U UBEBE 0時(shí)時(shí)UGS足夠大時(shí)足夠大時(shí)（UGSVT）將）將P區(qū)少子電子聚集區(qū)少子電子聚集到到P區(qū)表面，形區(qū)表面，形成導(dǎo)電溝道，如成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形電壓，就可以形成漏極電流成漏極電流id。感應(yīng)出電子感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓稱為閾值電壓(1-71)UGS較小時(shí)，導(dǎo)較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電電溝道相當(dāng)于電阻將阻將D-S連接起連接起來(lái)，來(lái)，UGS越大此越大此電阻越小。電阻越小。PNNGSDUDSUGS(1-72)i(mA)D

34、GS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UTiD=f(uGS) uDS=常數(shù)常數(shù)三、增強(qiáng)型三、增強(qiáng)型N N溝道溝道MOSMOS管的特性曲線管的特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線(1-73) 一個(gè)重要參數(shù)一個(gè)重要參數(shù)跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm gm= iD/ uGS uDS=const gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上，在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DS

35、u=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD(1-74)N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的基本特性管的基本特性u(píng) uGSGS U UT T，管子截止，管子截止u uGSGS U UT T，管子導(dǎo)通，管子導(dǎo)通u uGSGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓u uDSDS作用下，漏極電流作用下，漏極電流I ID D越大越大(1-75)四、耗盡型四、耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線耗盡型的耗盡型的MOS管管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。電壓才能夾斷

36、。轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT(1-76)輸出特性曲線輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS0(1-77) N N溝道溝道耗盡型耗盡型MOSMOS管的特點(diǎn)管的特點(diǎn)當(dāng)當(dāng)u uGSGS=0=0時(shí)，就有溝道，加入時(shí)，就有溝道，加入u uDSDS，就有，就有i iD D。當(dāng)當(dāng)u uGSGS0 0時(shí)，溝道增寬，時(shí)，溝道增寬，i iD D進(jìn)一步增加。進(jìn)一步增加。當(dāng)當(dāng)u uGSGS0 0時(shí)，溝道變窄，時(shí)，溝道變窄，i iD D減小。減小。(1-78)電子技術(shù)電子技術(shù)第1章 結(jié)束模擬電路部分模擬電路部分SgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkSh

37、PeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&am

38、p;s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A

39、-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9

40、I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfN8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI

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