第一章常用半導(dǎo)體器件第一章常用器件半導(dǎo)體類別項(xiàng)目導(dǎo)體絕緣體代表物質(zhì)

一般最外層電子數(shù)外層電子受原子核的束縛力

導(dǎo)電性

金屬惰性氣體硅、鍺<4>4=4小易大二者之間不易二者之間半導(dǎo)體1.1.1本征半導(dǎo)體1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體無(wú)雜質(zhì)???GeSi半導(dǎo)體硅和鍺的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可將其制成晶體。即為本征半導(dǎo)體+4+4+4+4熱和光的作用自由電子空穴一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵束縛電子空穴對(duì)本征激發(fā)（熱激發(fā)）帶正電帶負(fù)電游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移?？昭ǖ倪w移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體的兩種載流子溫度越高，載流子的濃度越高，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)體中電流由兩部分組成：1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。+4+4+5+4N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2、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，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。Negative+4+4+3+4空位硼原子空穴P型半導(dǎo)體摻入少量的三價(jià)元素硼（或銦）取代，形成共價(jià)鍵產(chǎn)生一個(gè)空位吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)受主原子硼原子成為不能移動(dòng)的負(fù)離子空穴是多子，電子是少子Positive(3)、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P

型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。一、PN結(jié)的形成利用摻雜工藝，將P

型半導(dǎo)體和N

型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面處就形成了PN

結(jié)。1.1.3PN結(jié)N

型半導(dǎo)體P

型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++PN結(jié)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++物質(zhì)因濃度差會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。自由電子空穴空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。擴(kuò)散的結(jié)果是產(chǎn)生空間電荷區(qū)。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)E+-在電場(chǎng)力作用下，載流子產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)自由電子空穴電位VV0最終擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)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)的厚度固定不變。二、

PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?+++REPN

結(jié)正向偏置內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄PN+_外加電源將使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)源源不斷的進(jìn)行，形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通PN

結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚NP+_內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。PN結(jié)截止RE

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，PN結(jié)截止?？偨Y(jié)ABC四、PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢(shì)壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散過(guò)程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕P++++++++++++++++----------------1.2半導(dǎo)體二極管外殼封裝陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線陰極引線(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大能通過(guò)較大的電流結(jié)電容大能在低頻下工作一般僅作為整流管使用合金法PN結(jié)面積可大可小陽(yáng)極引線陰極引線視結(jié)面積的大小用于大功率整流和開(kāi)關(guān)電路中二極管的電路符號(hào)陽(yáng)極陰極二端無(wú)源元件(3)平面型二極管擴(kuò)散法+-uiui幾點(diǎn)說(shuō)明二極管的正向特性陽(yáng)極陰極+-uu＞00＜u＜UonUon開(kāi)啟電壓正向電流為零u＞Uon開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。二極管的反向特性陽(yáng)極陰極+-uu<0U(BR)＜u＜0反向電流很小u＞U(BR)

反向電流急劇增加uiIS反向飽和電流U(BR)反向擊穿電壓基本不隨反向電壓的變化而變化二極管發(fā)生擊穿(2)不同材料二極管伏安特性的區(qū)別u/Vi鍺材料硅材料硅材料PN結(jié)平衡時(shí)的耗盡層電勢(shì)比鍺材料的大0.51.0硅管0.6~0.8V導(dǎo)通壓降硅管〈0.1μA反向飽和電流-10μA鍺管0.1~0.3V鍺管幾十μA(3)溫度對(duì)二極管伏安特性的影響ui80℃20℃正向區(qū)：溫度升高，曲線左移反向區(qū)：溫度升高，曲線下移1.2.3半導(dǎo)體二極管的參數(shù)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。二極管工作時(shí)允許外加的最大反向電壓(1)最大整流電流IF與PN結(jié)結(jié)面積和散熱條件有關(guān)(2)最高反向工作電壓UR通常為擊穿電壓U(BR)的一半(3)反向電流IR二極管未被擊穿時(shí)的反向電流一般是指最大反向工作電壓下的反向電流值。反向電流越小越好。uiIRUR1.2.4二極管的等效電路二極管是非線性器件，由二極管構(gòu)成電路是非線性電路。分析困難用線性元件構(gòu)成的電路來(lái)近似模擬二極管的特性二極管的等效電路多種等效電路，根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行選擇反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。rd=uD/iDuiIDUDQuDiDrd與工作狀態(tài)有關(guān)+-ui+-rduDiD二極管的微變等效電路Q2Q11.微變等效電路

2.由伏安特性折線化得到的等效電路ui正向壓降為0反向電流為0ui正向壓降為U反向電流為0ui直線斜率為1/rd反向電流為0UUUrd理想二極管U[例1]電路如圖所示，試判斷二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出AO兩端電壓UAO,設(shè)二極管是理想的。D6VAO解：假設(shè)不成立，所以D導(dǎo)通，相當(dāng)于導(dǎo)線，UAO=-6VBCVB=-6VVC=-12V假設(shè)二極管不導(dǎo)通[例2]

電路如圖所示，試判斷二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出AO兩端電壓UAO,設(shè)二極管是理想的。D215VAOD1解：D1導(dǎo)通，短路D2截止，斷路UAO=0V假設(shè)二極管不導(dǎo)通VB=-12VBCVC=-15VDVD=0V[例3]電路如圖所示，設(shè)ui=6sinωtV，試?yán)L出輸出電壓uo的波形，設(shè)D為理想二極管。+ui-3VRD+uo-解：ui3VD截止uo=ui

ui3VD導(dǎo)通uo=3Vui/V

ωto6uo/V

ωto33單向限幅AB假設(shè)二極管不導(dǎo)通VA=3VVB=ui[例4]電路如圖所示，設(shè)ui=6sinωtV，試?yán)L出輸出電壓uo的波形，設(shè)D為理想二極管。+ui-3VRD1+uo-2VD2解：ui

3VD1導(dǎo)通、D2截止uo=3Vui-2VD1截止、D2導(dǎo)通uo=-2Vui3V-2VD1截止D2截止uo=ui

雙向限幅ABCVA=3VVB=-2VVC=uiui/V

ωto6uo/V

ωto33-2-2[練習(xí)]

二極管開(kāi)關(guān)電路如圖所示，求輸出電壓VO的值。設(shè)D為硅二極管，導(dǎo)通壓降為0.7V。D16VD20V5VVCCVO解：D1導(dǎo)通，D2截止，VO=0.7+0=0.7V共陽(yáng)極，陰極誰(shuí)低誰(shuí)導(dǎo)通共陰極，陽(yáng)極誰(shuí)低誰(shuí)導(dǎo)通[例6]電路如圖所示，設(shè)ui=6sinωtV，試?yán)L出輸出電壓uo的波形，設(shè)D為硅二極管，導(dǎo)通壓降為0.7V。+ui-3VRD+uo-解：ui3.7VD截止uo=ui

ui3.7VD導(dǎo)通uo=3.7Vui/V

ωto6uo/V

ωto3.73.7R+ui-3V+uo-0.7VBAVA=uiVB=3.7V[例7]電路如圖所示，設(shè)ui=6sinωtV，試?yán)L出輸出電壓uo的波形，設(shè)D為硅二極管，開(kāi)啟電壓Uon=0.5V，電阻rd=200Ω。+ui-3V800ΩD+uo-+ui-3V800Ω+uo-0.5V200Ω解：ui3.5VD截止uo=ui

ui3.5VD導(dǎo)通uo=0.5+3+ui-0.5-3800+200200=0.2ui+2.8BAVA=uiVB=3.5V1.2.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是硅材料制成的面接觸型晶體二極管。uiIZIZMUZIZ曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZ1、穩(wěn)壓管的伏安特性u(píng)>UZ時(shí)作用同二極管u增加到UZ時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿(a)2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。(1)穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)壓管低于此值穩(wěn)壓情況變壞，常記作IZmin(2)穩(wěn)定電流IZ工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí)，端電壓變化量與其電流變化量之比(3)動(dòng)態(tài)電阻rZrZ=UZ/IZ(4)額定功耗PZMPZM=UZIZmax最大穩(wěn)定電流(5)溫度系數(shù)α表示溫度每變化1℃穩(wěn)壓值的變化量[例1]電路如圖所示，設(shè)ui=6sinωtV，試?yán)L出輸出電壓uo的波形。設(shè)DZ為硅穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓為5V,正向?qū)▔航岛雎圆挥?jì)。+ui-3VRDZ+uo-解：ui-3VD導(dǎo)通uo=-3Vui-3VD截止uo=ui

2V

2VuiD反向擊穿uo=2Vui/V

ωto6uo/V

ωto22-3-3ABVB=uiVA=-3V[例2]穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電UZ=6V,最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA,最大穩(wěn)定電流IZmax=25mA,負(fù)載電阻RL=600Ω。求限流電阻R的取值范圍。UI=10VRDZ