電工電子技術(shù)-全套 第5章 常用半導(dǎo)體器件ppt課件

1、1青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管5.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管5.6 光電器件光電器件常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件第第 5 章章5.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管5.5 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管2青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)l理解電子和空穴兩種載流子及擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動的概念。理解電子和空穴兩種載流子及擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動的概念。l掌握掌握PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?。結(jié)的單向?qū)щ娦?。l掌握

2、二極管的伏安特性、主要參數(shù)及主要應(yīng)用場合。掌握二極管的伏安特性、主要參數(shù)及主要應(yīng)用場合。l掌握穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用、主要參數(shù)及應(yīng)用。掌握穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用、主要參數(shù)及應(yīng)用。 l理解三極管的工作原理、特性曲線、主要參數(shù)、放大作用理解三極管的工作原理、特性曲線、主要參數(shù)、放大作用和開關(guān)作用。和開關(guān)作用。l會分析三極管的三種工作狀態(tài)。會分析三極管的三種工作狀態(tài)。l理解場效應(yīng)管的恒流、夾斷、變阻三種工作狀態(tài)，了解場理解場效應(yīng)管的恒流、夾斷、變阻三種工作狀態(tài)，了解場效應(yīng)管的應(yīng)用。效應(yīng)管的應(yīng)用。3青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)

3、及其單向?qū)щ娦?.1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識導(dǎo)導(dǎo) 體體: 自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì).例如金屬。例如金屬。絕緣體：電阻率很高的物質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電絕緣體：電阻率很高的物質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電;如橡皮、如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。陶瓷、塑料和石英等。半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)， 例如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等例如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等半導(dǎo)體的特點(diǎn)半導(dǎo)體的特點(diǎn)當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力

4、往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。明顯改變。4青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體GeSi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)理純凈的半導(dǎo)體。如：硅和鍺純凈的半導(dǎo)體。如：硅和鍺1最外層四個價電子。最外層四個價電子。2共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價鍵共用電子對共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子表示除去價電子后的原子5青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束

5、縛電子，常溫下束縛電子很難鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體脫離共價鍵成為自由電子，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)電中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+46青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III3在絕對在絕對0度和沒有度和沒有外界激發(fā)時外界激發(fā)時

6、,價電子完全價電子完全被共價鍵束縛著，本征被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子即載流子的帶電粒子即載流子），它的導(dǎo)電能力為），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。+4+4+4+44在熱或光激發(fā)在熱或光激發(fā)下，使一些價電子獲下，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，鍵上留下一個空位，稱為空穴。稱為空穴。+4+4+4+4空空穴穴束縛束縛電子電子自由自由電子電子7青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III在其它

7、力的作用下，空在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來填穴吸引臨近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴動，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。是載流子。+4+4+4+45自由電子和空穴的運(yùn)動形成電流自由電子和空穴的運(yùn)動形成電流8青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。9青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)

8、驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III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)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。子，即自由電子和空穴。溫度越高溫度越高載流子的濃度越高載流子的濃度越高本征半導(dǎo)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。濃度。歸納歸納10青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體使某種載流子濃度大大增加。雜質(zhì)半導(dǎo)體使某種載流子濃度大大增加。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)。

9、在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)。1N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體四價中摻入少量的五價元素磷，在硅或鍺晶體四價中摻入少量的五價元素磷，使自由電子濃度大大增加。使自由電子濃度大大增加。多數(shù)載流子多子）：電子。取決于摻雜濃度；多數(shù)載流子多子）：電子。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子少子）：空穴。取決于溫度。少數(shù)載流子少子）：空穴。取決于溫度。11青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III+4+4+5+4N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子12青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III2P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或

10、鍺晶體四價中摻入少量的三價元素硼，在硅或鍺晶體四價中摻入少量的三價元素硼，使空穴濃度大大增加。使空穴濃度大大增加。多數(shù)載流子多子）：空穴。取決于摻雜濃度；多數(shù)載流子多子）：空穴。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子少子）：電子。取決于溫度。少數(shù)載流子少子）：電子。取決于溫度。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子13青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III歸納歸納3、雜質(zhì)半導(dǎo)體中起導(dǎo)電作用的主要是多子。、雜質(zhì)半導(dǎo)體中起導(dǎo)電作用的主要是多子。4、N型半導(dǎo)體中電子是多子，空穴是少子；型半導(dǎo)體中電子是多子，空穴是少子； P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。型半導(dǎo)體中

11、空穴是多子，電子是少子。1、雜質(zhì)半導(dǎo)體中兩種載流子濃度不同，分為多、雜質(zhì)半導(dǎo)體中兩種載流子濃度不同，分為多數(shù)載流子和少數(shù)載流子簡稱多子、少子）。數(shù)載流子和少數(shù)載流子簡稱多子、少子）。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量取決于摻雜、雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量取決于摻雜濃度，少數(shù)載流子的數(shù)量取決于溫度。濃度，少數(shù)載流子的數(shù)量取決于溫度。5 5、雜質(zhì)半導(dǎo)體對外并不顯示電性。、雜質(zhì)半導(dǎo)體對外并不顯示電性。14青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體15青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中

12、心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.1.2 PN 結(jié)的形成結(jié)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型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了處就形成了PN結(jié)。結(jié)。 因濃度差因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 16青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III

13、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場E漂移運(yùn)動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動結(jié)處載流子的運(yùn)動17青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III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。漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體體+擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動結(jié)處載流子的運(yùn)動內(nèi)電場越強(qiáng)，就使內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動越強(qiáng)，而漂移運(yùn)動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)漂移使空間電荷區(qū)變薄。變薄。18青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III漂移運(yùn)

14、動漂移運(yùn)動P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動結(jié)處載流子的運(yùn)動所以擴(kuò)散所以擴(kuò)散和漂移這和漂移這一對相反一對相反的運(yùn)動最的運(yùn)動最終達(dá)到平終達(dá)到平衡，相當(dāng)衡，相當(dāng)于兩個區(qū)于兩個區(qū)之間沒有之間沒有電荷運(yùn)動電荷運(yùn)動，空間電，空間電荷區(qū)的厚荷區(qū)的厚度固定不度固定不變。變。19青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III+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)20青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III 1） PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況 外

15、加的正向電壓有外加的正向電壓有一部分降落在一部分降落在PN結(jié)結(jié)區(qū)，方向與區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是了內(nèi)電場。于是,內(nèi)內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散電的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。結(jié)呈現(xiàn)低阻性。21青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III 2. PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落外加的反向電壓有一部分降落在在PN結(jié)區(qū)，方向與

16、結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電結(jié)內(nèi)電場方向相同，加場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時擴(kuò)散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 在一定的溫度條件下在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱

17、大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。為反向飽和電流。 22青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III空間電荷區(qū)中沒有載流子?？臻g電荷區(qū)中沒有載流子?？臻g電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙多子（空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙多子（ P中的中的空穴、空穴、N中的電子）中的電子） 的擴(kuò)散運(yùn)動。的擴(kuò)散運(yùn)動。 P中的電子和中的電子和N中的空穴都是少子），中的空穴都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的漂移電數(shù)量有限，因此由它們形成的漂移電流很小。流很小?？臻g電荷區(qū)中內(nèi)電場推動少子（空間電荷區(qū)中內(nèi)電場推動少子（ P中的中的電子、電子、N中的空穴）中的空穴） 的漂移運(yùn)動。的漂移運(yùn)動。23

18、青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.1.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓正向偏置）：結(jié)加正向電壓正向偏置）： P區(qū)區(qū)接電源的正極、接電源的正極、N區(qū)接電源的負(fù)極。區(qū)接電源的負(fù)極。PN結(jié)加反向電壓反向偏置）：結(jié)加反向電壓反向偏置）： P區(qū)區(qū)接電源的負(fù)極、接電源的負(fù)極、N區(qū)接電源的正極。區(qū)接電源的正極。24青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIPN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變薄變薄PN+_內(nèi)電場被削弱內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加多子的擴(kuò)散加強(qiáng)強(qiáng)能夠形成較大能

19、夠形成較大的的擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流。I正正25青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIPN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被被加內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有但少子數(shù)量有限，只能形成限，只能形成較小的反向電較小的反向電流。流。I反反26青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦哉蛱匦哉蛱匦苑聪蛱匦苑聪蛱匦詺w納歸納P（+），），N（-），外電場削弱內(nèi)電場，結(jié)導(dǎo)通，），外電場

20、削弱內(nèi)電場，結(jié)導(dǎo)通，I大；大；I的大小與外加電壓有關(guān)；的大小與外加電壓有關(guān)；P（-），），N（+），外電場增強(qiáng)內(nèi)電場，結(jié)不通，），外電場增強(qiáng)內(nèi)電場，結(jié)不通，I反很小反很?。籌反的大小與少子的數(shù)量有關(guān)，反的大小與少子的數(shù)量有關(guān)，與溫度有關(guān)；與溫度有關(guān)；27青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管5.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)結(jié) + 管殼和引線管殼和引線PN陽極陽極陰極陰極符號：符號：VD28青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管29青島大學(xué)電工

21、電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管30青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管31青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.2.2 伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)正向特性：正向特性：EVDI反向特性：反向特性：EVDI反反U死區(qū)死區(qū)電壓，導(dǎo)電壓，導(dǎo)通；通；UII反很小，與溫

22、度反很小，與溫度有關(guān)；有關(guān)；U擊穿電擊穿電壓，擊穿導(dǎo)通；壓，擊穿導(dǎo)通；I 32青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.2.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1.最大整流電流最大整流電流 IOM2.最大反向工作電壓最大反向工作電壓URM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。二極管正常工作時允許承受的最大反向工作電壓。手冊上給二極管正常工作時允許承受的最大反向工作電壓。手冊上給出的最高反向工作電壓出的最高反向工作電壓URM一般是一般是UBR的一半。的一半。3. 最大反向電流最大反向電流 IRM指二

23、極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。33青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III1. 理想二極管理想二極管U 0，VD導(dǎo)通；導(dǎo)通；UD=0，I取決于外電路；相當(dāng)于一取決于外電路；相當(dāng)于一個閉合的開關(guān)個閉合的

24、開關(guān)EVDIUDEIUU 0，VD截止；截止；I=0， UD負(fù)值取決于外電負(fù)值取決于外電路；相當(dāng)于一個斷開的開路；相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)關(guān)EVDI反反UDEI反反U5.2.4 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例34青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III2.二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用電路如圖示：已知電路如圖示：已知E=5V， ui=10sin t VRVDEuiuO解：解： 此類電路的分析方法：此類電路的分析方法：當(dāng)當(dāng)D的陽極電位高于陰極電位時，的陽極電位高于陰極電位時，D導(dǎo)通，將導(dǎo)通，將D作為一短路線；作為一短路線；當(dāng)當(dāng)D的陽極電位低于陰極電位時，的陽極電位低于陰極電

25、位時，D截止，將截止，將D作為一斷開的開關(guān)；作為一斷開的開關(guān)；將二極管看成理想二極管將二極管看成理想二極管ui tuO t10V5V5V削波削波例例1求：求： uO的波形的波形35青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIRRLuiuRuotttuiuRuo設(shè)設(shè) =RC tp，求，求uo的波形的波形tp例例2 236青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III電路如圖示：知電路如圖示：知 VA=3VVB=0V 求：求：VF=？解：解： 此類電路的分析方法：此類電路的分析方法：將二極管看成理想二極管。將二極管看

26、成理想二極管。當(dāng)幾個二極管共陽極或共陰極連接時，承受當(dāng)幾個二極管共陽極或共陰極連接時，承受正向電壓高的二極管先導(dǎo)通。正向電壓高的二極管先導(dǎo)通。VDB通，通， VF=0VRVDAAVDBB+12VF箝位箝位隔離隔離例例3 337青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIUZIZIZmax UZ IZ曲曲線線越越陡陡，電電壓壓越越穩(wěn)穩(wěn)定定。1.結(jié)構(gòu)和符號：結(jié)構(gòu)同二極管結(jié)構(gòu)和符號：結(jié)構(gòu)同二極管2.伏安特性：伏安特性：穩(wěn)壓值穩(wěn)壓值同二極管同二極管VDZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差+-+-38青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)

27、教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III3.主要參數(shù)主要參數(shù)1穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ2動態(tài)電阻動態(tài)電阻ZZIUZrdd=3穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。4最大允許功耗最大允許功耗maxZZZMIUP UIUZIZminIZmax39青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III4.穩(wěn)壓管與二極管的主要區(qū)別穩(wěn)壓管與二極管的主要區(qū)別穩(wěn)壓管運(yùn)用在反向擊穿區(qū)穩(wěn)壓管運(yùn)用在反向擊穿區(qū) 二極管運(yùn)用在正向區(qū)；二極管運(yùn)用在正向區(qū)；穩(wěn)壓管比二極管的反向特性更陡。穩(wěn)壓管比二極管的反向特性更陡。40青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

28、青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III 穩(wěn)壓二極管在工作穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入時應(yīng)反接，并串入一只電阻。一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；電阻的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。UO VDZRRL+41青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III已知圖示電路中，已知圖示電路中，UZ=

29、6VUZ=6V，最，最小穩(wěn)定電流小穩(wěn)定電流IZmin=5mAIZmin=5mA，最大，最大穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZmax=25mAIZmax=25mA，負(fù)載電，負(fù)載電阻阻RL=600 RL=600 ，求限流電阻，求限流電阻R R的的取值范圍。取值范圍。RIRUO VDZRLILIDZ+UI=10V解：解：1046 . 064 RRRURUUIIILZZILRDZ由：由：maxmin104ZZIRI得：得：227R114RuiOuiIZUZIZM例例4 442青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5. 4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管5.4.1 三極管的基

30、本結(jié)構(gòu)三極管的基本結(jié)構(gòu)NPN型型PNP型型BEC基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NNPPPNBEC發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基極基極43青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III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)：摻雜濃度較高雜濃度較高BEC基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NNP44青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIBEC基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NNP發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)45青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電

31、工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III1. 放大狀態(tài)放大狀態(tài)BECNNPEBRBEcRC5.4.2 三極管的工作原理三極管的工作原理放大的條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏放大的條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏EB保證發(fā)射結(jié)正偏，保證發(fā)射結(jié)正偏，ECEB保證集電結(jié)反偏。保證集電結(jié)反偏。46青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部分與基區(qū)少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，的空穴復(fù)合，形成電流形成電流IB ，多數(shù)擴(kuò)散到，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。集電結(jié)。BECNNPEBRBEc發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，正偏，發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)電子不電子不斷向基斷向基區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散，形成，形成

32、發(fā)射極發(fā)射極電流電流IE。IEIBRCIB47青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III從基區(qū)擴(kuò)從基區(qū)擴(kuò)散來的電散來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)入集電結(jié)而被收結(jié)而被收集，形成集，形成IC。BECNNPEBRBEcIEICIBICRCIBBCII EBCIII 48青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIIC與與IB之比稱為電流放大倍之比稱為電流放大倍數(shù)數(shù)BCII 靜態(tài)電流放大系數(shù)：靜態(tài)電流放大系數(shù)：動態(tài)電流放大系數(shù)：動態(tài)電流放大系數(shù)：BCII 通常：通常： 49青島大學(xué)電

33、工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIBECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管留留意！意！只需：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管只需：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管才能工作在放大狀態(tài)。內(nèi)部條件是制造時才能工作在放大狀態(tài)。內(nèi)部條件是制造時使基區(qū)薄且摻雜濃度低，發(fā)射區(qū)摻雜濃度使基區(qū)薄且摻雜濃度低，發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)高于集電區(qū)。遠(yuǎn)高于集電區(qū)。CBEVVVCBEVVV50青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III2. 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)當(dāng)三極管的當(dāng)三極管的UCEUBE時時，BC結(jié)處于正向

34、偏置，此結(jié)處于正向偏置，此時，即使再增加時，即使再增加IB，IC也也不會增加了。不會增加了。飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)飽和的三極飽和的三極管相當(dāng)于一管相當(dāng)于一個閉合的開個閉合的開關(guān)關(guān)V.UUREI ,IICESCECCCBC3010 3. 截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)當(dāng)三極管的當(dāng)三極管的UBEIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)稱為飽和區(qū)。55青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE0， UCE UBE 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集

35、電結(jié)反偏I(xiàn)C = IB 電流放大作用電流放大作用UBE0， UCE 0時時UGS足夠大時足夠大時UGSUTH感應(yīng)出足夠多感應(yīng)出足夠多電子，這里以電子，這里以電子導(dǎo)電為主電子導(dǎo)電為主出現(xiàn)出現(xiàn)N型的導(dǎo)型的導(dǎo)電溝道。電溝道。感應(yīng)出電子感應(yīng)出電子UTH稱為開啟電稱為開啟電壓壓71青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)IIIPNNGSDUDSUGSUGS較小時，較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將于電阻將D-S連接起來，連接起來，UGS越大此電越大此電阻越小。阻越小。72青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5

36、.5.2 增強(qiáng)型增強(qiáng)型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線0IDUGSVT|DSDmUGSIgU跨導(dǎo)：跨導(dǎo)： UGS對對ID的控制能力的控制能力當(dāng)漏源間電壓當(dāng)漏源間電壓U DS 保持一定值時，漏極電流保持一定值時，漏極電流ID與柵源極與柵源極電壓電壓UGS的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。1. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性73青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III當(dāng)柵源間電壓當(dāng)柵源間電壓UGS UTH 并保持一定值時，漏極電流并保持一定值時，漏極電流ID與漏源極電壓與漏源極電壓U DS的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線IDU DS0UGS=3VUGS=4VUGS=5V區(qū)：區(qū)：U

37、DS較小較小時時ID隨隨UDS的增加而增的增加而增加，相當(dāng)于一個可變加，相當(dāng)于一個可變電阻電阻可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)區(qū)：區(qū)：UDS較大較大時時ID只隨只隨UGS的變化而的變化而變化，變化， UGS一定時，一定時， 相當(dāng)于一個壓控恒流相當(dāng)于一個壓控恒流源源恒流區(qū)恒流區(qū)2. 輸出特性曲線輸出特性曲線74青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III耗盡型耗盡型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時就有導(dǎo)電溝道，加時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSUoff夾斷電壓夾斷

38、電壓75青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III輸出特性曲線輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS0不論柵不論柵源電壓正、負(fù)或源電壓正、負(fù)或0都能控制漏極都能控制漏極電流，但一般工作在負(fù)柵電流，但一般工作在負(fù)柵源電壓狀態(tài)源電壓狀態(tài)76青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III P溝道絕緣柵場效應(yīng)管的工作原理和特性溝道絕緣柵場效應(yīng)管的工作原理和特性與與N溝道場效應(yīng)管完全相同，兩者只是在工溝道場效應(yīng)管完全相同，兩者只是在工作時所加電壓的極性不同，當(dāng)然，產(chǎn)生電流作時所加電壓的極性不同，當(dāng)然，產(chǎn)生電流的方向也不同。的方向也不同。即：即：P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管在溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管在UGS 0時時 導(dǎo)通導(dǎo)通77青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心青島大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)III5.6 光電器件光電器件1.發(fā)光二極管與光電二極管發(fā)光二極管與光電二極管1發(fā)光二極管