1、電子電路中常用的元件第1頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.1 半導(dǎo)體的基本知識10.1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征10.1.2 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體第2頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體 純凈的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。載流子 自由運(yùn)動的帶電粒子。+4+4+4+4硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)Si284Ge28184簡化模型+4原子核硅(鍺)的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內(nèi)移動第3頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四本征激發(fā)

2、：復(fù) 合： 自由電子和空穴在運(yùn)動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。漂 移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運(yùn)動。 在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。第4頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運(yùn)動自由電子(在共價鍵以外)的運(yùn)動空穴(在共價鍵以內(nèi))的運(yùn)動半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征IIPINI = IP + IN+ 電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電 在外電場的作用下，自由電子逆著電場方向定向運(yùn)動形成電子電流IN ?？昭樦妶龇较蛞苿?，形成空穴電流IP 。第5頁，共46頁，2022年，5月

3、20日，20點(diǎn)13分，星期四 結(jié)論:1. 本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn), 且數(shù)量少； 2. 半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電； 3. 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度、光照等外 界條件有關(guān)。10.1.2 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體中由于載流子數(shù)量極少，導(dǎo)電能力很弱。如果有控制、有選擇地?fù)饺胛⒘康挠杏秒s質(zhì)（某種元素），將使其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，成為具有特定導(dǎo)電性能的雜質(zhì)半導(dǎo)體。第6頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四一、N 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入五價元 素磷。N 型磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù) 電子數(shù)+5+4+4+4+4+4正的磷離

4、子多數(shù)載流子少數(shù)載流子N 型半導(dǎo)體的簡化圖示第7頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四P 型硼原子空穴空穴 多子電子 少子載流子數(shù) 空穴數(shù)二、P 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入三價元 素硼。+4+4+4+4+4+3P型半導(dǎo)體的簡化圖示多數(shù)載流子少數(shù)載流子負(fù)的硼離子第8頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.2 PN結(jié)10.2.1 PN結(jié)的形成10.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.2.1 PN結(jié)的形成一、載流子的濃度差引起多子的擴(kuò)散二、 復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū)(耗盡層) 空間電荷區(qū)特點(diǎn):無

5、載流子、阻止擴(kuò)散進(jìn)行、利于少子的漂移。三、 擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡擴(kuò)散電流 等于漂移電流內(nèi)電場擴(kuò)散運(yùn)動：漂移運(yùn)動：由濃度差引起的載流子運(yùn)動。載流子在電場力作用下引起的運(yùn)動。PN第10頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四一、加正向電壓(正向偏置)導(dǎo)通P 區(qū)N 區(qū)內(nèi)電場+ UR外電場外電場使多子向 PN 結(jié)移動,中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。 I限流電阻多子的擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)形成正向電流 I 。I = I多子 I少子 I多子二、加反向電壓(反向偏置)截止P 區(qū)N 區(qū) +UR內(nèi)電場外電場外電場使少子背離 PN 結(jié)移動， 空間電荷區(qū)變寬。IPN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電

6、流較大; 反偏截止，電阻很大，電流近似為零。少子的漂移運(yùn)動加強(qiáng)形成反向電流 II = I少子 010.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?1頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.3 二極管10.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)10.3.2 二極管的伏安特性10.3.3 二極管的主要參數(shù)10.3.4 二極管電路的分析第12頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：PN結(jié) + 引線 + 管殼 = 二極管 (Diode)符號：分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型點(diǎn)接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線 面接觸型N型鍺P

7、N結(jié) 正極引線鋁合金小球底座金銻合金平面型正極引線負(fù)極引線集成電路中平面型pNP型支持襯底第13頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四第14頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四OuD /ViD /mA正向特性Uth死區(qū)電壓iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(鍺管)U UthiD 急劇上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V(0.1 0.3) V鍺管 0.2 V反向特性ISU (BR)反向擊穿U(BR) U 0 iD = IS 0.1 A(硅) 幾十 A (鍺)U U(BR)反向電流急劇增大(反向擊

8、穿)第 1 章半導(dǎo)體二極管10.3.2 二極管的伏安特性第15頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因： 齊納擊穿：反向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價鍵。雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。 PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)。 PN結(jié)燒毀。第16頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四第 1 章半導(dǎo)體二極管硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020 0.02 0.0400.40.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020第17頁，共46

9、頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四溫度對二極管特性的影響T 升高時，UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降第 1 章半導(dǎo)體二極管604020 0.0200.42550iD / mAuD / V20C90C第18頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四1. IOM 最大整流電流（最大正向平均電流）2. URM 最高反向工作電壓，為U(BR) / 2 3. IRM 最大反向電流（二極管加最大反向電壓時的 電流，越小單向?qū)щ娦栽胶茫?0.3.3 二極管的主要參數(shù)補(bǔ)充： 二極管電路的分析一、理想二極管特性uDiD符號及等效模型SS正偏導(dǎo)通，uD= 0 ; 反偏

10、截止， iD= 0第19頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四二、實(shí)際二極管uDiD例 10.1 硅二極管，R = 2 k，求出 VDD = 2 V 時 IO 和 UO 的值。（忽略二極管正向工作電壓）UOVDDIOR解：VDD = 2 V IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA)UO = VDD = 2 VUOVDDIOR硅管 0.7 V鍺管 0.2 V二極管正向工作電壓第20頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四例 10.2 ui = 2 sin t (V), 分析二極管的限幅作用（二極管的正向工作電壓0.7V）。D1D2uiuOR

11、 0.7 V ui 0.7 VD1、D2 均截止uO= uiuO= 0.7 Vui 0.7 VD2 導(dǎo)通 D截止ui 0.7 VD1 導(dǎo)通 D2 截止uO= 0.7 VOtuO/ V0.7Otui / V2 0.7解：第21頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四例10.3 二極管構(gòu)成“門”電路，設(shè) D1、D2 均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓 UA、UB 為低電壓 0 V 和高電壓 5 V 的不同組合時，求輸出電壓 UF 的值。0 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0 V0 V5 V正偏導(dǎo)通反偏截止0 V5 V0 V反偏截止正偏導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通5 VFR3 kW12 VD1

12、D2BAUAUBUFR3 kW12 VVDDD1D2BAF輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBD1D20 V0 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0 V0 V5 V正偏導(dǎo)通反偏截止0 V5 V0 V反偏截止正偏導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通5 V第22頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.4 穩(wěn)壓二極管10.4.1 穩(wěn)壓二極管的伏安特性10.4.2 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)第23頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.4.1 穩(wěn)壓二極管的伏安特性 穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。I/mAUZ /VOUZIZIZM+ 正向 +反向UZIZ符號工作條件

13、：反向擊穿第24頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.4.2 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1. 穩(wěn)定電壓 UZ 流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。2. 穩(wěn)定電流 IZ 穩(wěn)壓二極管在正常工作情況下的電流。越大穩(wěn)壓效果越好，小于 Imin 時不穩(wěn)壓。3. 最大工作電流 IZMP ZM = UZ IZM5. 動態(tài)電阻 rZrZ = UZ / IZ 越小穩(wěn)壓效果越好。4. 最大耗散功率 PZM第25頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.4 發(fā)光二極管第26頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四一、發(fā)光二極管 LED (Light Em

14、itting Diode)1. 符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾 mA到幾十mA 工作電壓 (1 .5 3) V2. 主要參數(shù)發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型： 普通 LED ，不可見光：紅外光點(diǎn)陣 LED符號七段 LED第27頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四第28頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四每字段是一只發(fā)光二極管 低電平驅(qū)動二、七段數(shù)碼管1. 共陽極abcdefg 高電平驅(qū)動2. 共陰極abcdefgaebcfgdcomcom第29頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.6 晶體管10.6.1 晶體

15、管的基本結(jié)構(gòu)10.6.2 電流分配和電流放大作用10.6.3 特性曲線10.6.4 主要參數(shù)第30頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.6.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)晶體管（三極管）是最重要的一種半導(dǎo)體器件。部分三極管的外型第31頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四一、結(jié)構(gòu)NNP發(fā)射極 E基極 B集電極 C發(fā)射結(jié)集電結(jié) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型ECB三層半導(dǎo)體材料構(gòu)成NPN型、PNP型PPNEBCECBPNP 型第32頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四各區(qū)主要作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)：

16、作用：發(fā)射載流子 特點(diǎn)：摻雜濃度高基區(qū)：作用：傳輸載流子 特點(diǎn)：薄、摻雜濃度低集電區(qū)：作用：接收載流子 特點(diǎn)：面積大按材料分： 硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分： NPN、 PNP按使用頻率分： 低頻管、高頻管按功率分：小功率管 1 W二、分類第33頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.6.2 電流分配和電流放大作用一、晶體管放大的條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A電路條件: ECEB 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏NPN: VCVBVE PNP: VEVBVCECBECB第34頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四mAmAICEC

17、IBIERBEBCEB3DG6A1.測量結(jié)果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/ IB5050535558IC/ IB50606070(1)符合KCL定律(2) IC和IE比IB大得多(3) IB 很小的變化可以引起 IC很大的變化。 即：基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是晶體管的放大作用。第35頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四2. 晶體管的電流分配關(guān)系(直流電流放大倍數(shù)）總結(jié)： 1.晶體管在發(fā)射結(jié)正向偏置、集電

18、結(jié)反向偏置的條件下具有電流放大作用。 2.晶體管的電流放大作用，實(shí)質(zhì)上是基極電流對集電極電流的控制作用。ECB第36頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四10.6.3 特性曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路RCECiBiERB+uBE+uCEEBCEBiC+O導(dǎo)通電壓 UBESi 管: (0.6 0.8) VGe管: (0.2 0.3) V取 0.7 V取 0.2 VECB第37頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四二、輸出特性輸出特性曲線50 A40 A30 A10 AIB = 020 AuCE /VO 2 4 6 8 4321iC / mAmAICEC

19、IBRBEBCEB3DG6ARCV+uCEECB第38頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321截止區(qū)： IB 0 IC 0條件：兩個結(jié)反偏2. 放大區(qū)：3. 飽和區(qū)：uCE u BEVC VB條件：兩個結(jié)正偏特點(diǎn)：I C IB= ICS臨界飽和時：深度飽和時：0.3 V (硅管)U CES為：0.1 V (鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏特點(diǎn)：水平、等間隔ICEO輸出特性曲線VC = VB第39頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四

20、+RCECiBIERB+uBE+uCEuiCEBiC+iB=0，iC=0，uCE=EC（大）2. ui增加0.7V，三極管工作于放大區(qū)3. Ui繼續(xù) 增加到一定值，三極管工作于飽和區(qū)輸入信號的變化，對三極管工作區(qū)域的影響 ui 0.7V ，三極管工作于截止區(qū) iB , iC = iB ，uCE=EC-iCRCiB，iC=ICS， uCE=uCES=0.3V第40頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四一、共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 00 2 4 6 8 4321一般為幾十 幾百Q(mào)二、極間反向飽和電流CB極間反

21、向飽和電流 ICBO，CE極間反向飽和電流 ICEO。10.6.4 主要參數(shù)1.直流電流放大系數(shù)2.交流電流放大系數(shù)第41頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四三、極限參數(shù)1. ICM 集電極最大允許電流，超過時 值明顯降低。U(BR)CBO 發(fā)射極開路時 C、B極間反向擊穿電壓。一般幾十V以上2. PCM 集電極最大允許功率損耗PC = iC uCE。3. U(BR)CEO 基極開路時 C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO 集電極極開路時 E、B極間反向擊穿電壓。一般5V左右U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全 工 作 區(qū)第42頁，共46頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)13分，星期四 小 結(jié)第 10 章第