单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,14,章 二极管和三极管,14.3,半导体二极管,14.4,稳压二极管,14.5,晶体管,14.2 PN,结,14.1,半导体的导电特性,第,14,章 二极管和三极管,理解PN结的单向导电性，三极管的电流安排和电流放大作用；,2.了解二极管、稳压管和三极管的根本构造、,工作原理和特性曲线和主要参数的；,3.把握含有二极管的电路分析，了解该电路的,根本原理。,本章要求：,学会用工程观点分析问题，就是依据实际状况，对器件的数学模型和电路的工作条件进展合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。,对电路进展分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究准确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程上允许确定的误差、承受合理估算的方法。,对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。争论器件的目的在于应用。,14.1.1,本征半导体,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子价电子都是四个。,Si,硅原子,Ge,锗原子,14.1,半导体的导电特性,(,Intrinsic semiconductor,),本征半导体,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健构造,共价健,共价键中的两个电子，称为,价电子,(,valence electron,),。,Si,Si,Si,Si,价电子,(,covalent bond,),完全纯洁的、构造完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体的导电力气很弱。,价电子在获得确定能量温度上升或受光照后，即可摆脱原子核的束缚，成为自由电子，同时共价键中留下一个空位，称为空穴。这一现象称为本征激发。,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,Si,Si,Si,Si,价电子,valence electron,本征半导体的导电机理,空穴,(hole),自由电子,free eletron,Si,Si,Si,Si,价电子,本征半导体的导电机理,空穴,(hole),自由电子,free eletron,在外电场的作用下，自由电子将产生定向移动，形成电子电流；由于空穴的存在，价电子将按确定的方向依次来填补空穴，而在该原子中消逝一个空穴，其结果相当于空穴的运动相当于正电荷的移动。,本征半导体的导电机理,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将消逝两局部电流,(1)自由电子作定向运动 电子电流,(2)价电子递补空穴 空穴电流,留意：,(1)本征半导体中载流子数目极少，其导电性能很差；,(2)温度愈高，载流子的数目愈多，半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。,自由电子和空穴都称为载流子。,自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在确定温度下，载流子的产生和复合到达动态平衡，半导体中载流子便维持确定的数目。,14.1.2 N,型半导体和,P,型半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或,N,型半导体。,掺入五价元素,Si,Si,Si,Si,p+,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的杂质某种元素,形成杂质半导体。,在,N,型半导体中,自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,+,N,型硅表示,14.1.2 N,型半导体和,P,型半导体,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或,P,型半导体。,掺入三价元素,Si,Si,Si,Si,在,P,型半导体中,空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,B,硼原子,承受一个电子变为负离子,空穴,无论,N,型或,P,型半导体都是中性的，对外不显电性。,P,型硅表示,杂质半导体的示意表示法,P,型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,(N-type semiconductor),(P-type semiconductor),半导体的导电特性：,(,可做成温度敏感元件，如热敏电阻,),。,掺杂性：往纯洁的半导体中掺入某些杂质，导电,力气明显转变(可做成各种不同用途的半导,体器件，如二极管、三极管和晶闸管等。,光敏性：当受到光照时，导电力气明显变化(可做,成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极,管、光敏三极管等)。,热敏性：当环境温度上升时，导电力气显著增加,14.2 PN,结,(PN junction),PN,结的形成,多子的集中运动,内电场,少子的漂移运动,浓度差,P,型半导体,N,型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,集中的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称,PN,结,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,形成空间电荷区,14.2 PN,结,(PN junction),PN,结的形成,少子的漂移运动,浓度差,空间电荷区也称,PN,结,集中(diffusion)和漂移(drift)这一对相反的运动最终到达平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,14.2.2 PN,结的单向导电性,1.PN 结加正向电压正向偏置,PN,结变窄,P,接正、,N,接负,外电场,I,F,内电场被减弱，多子的集中加强，形成较大的集中电流。,PN,结加正向电压时，,PN,结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，,PN,结处于导通状态。,内电场,P,N,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,(forward bias),2.PN 结加反向电压反向偏置,外电场,P,接负、,N,接正,内电场,P,N,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,(backward bias),PN,结变宽,2.PN 结加反向电压反向偏置,外电场,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,I,R,P,接负、,N,接正,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,+,PN,结加反向电压时，,PN,结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，,PN,结处于截止状态。,内电场,P,N,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,(backward bias),(a),点接触型,金属触丝,阳极引线,N,型锗片,阴极引线,外壳,(,a,),点接触型,14.3,半导体二极管,铝合金小球,N,型硅,阳极引线,PN,结,金锑合金,底座,阴极引线,(,b,),面接触型,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,(b),面接触型,14.3.1 根本构造和符号,(Semiconductor diode),结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,阴极引线,阳极引线,二氧化硅保护层,P,型硅,N,型硅,(,c,),平面型,(c),平面型,阴极,阳极,(,d,),符号,D,往往用于集成电路制作工艺中。,PN,结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,Cathode,anode,反向电流,在确定电压,范围内保持,常数。,14.3.2,伏安特性,硅管,0.5V,锗管,0,.1V,。,反向击穿,电压,U,(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅,0,.60.8V,锗0,.2,0.3V,U,I,死区电压,P,N,+,P,N,+,Volt-ampere Characteristic,14.3.3,主要参数,Main Parameter,1.,最大整流电流,I,OM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.,反向工作峰值电压,U,RWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压,U,BR,的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。,3.,反向峰值电流,I,RM,指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，,I,RM,受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。,半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,附 录,二极管,的单向导电性,1.二极管加正向电压正向偏置，阳极接正、阴极接负 时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,2.二极管加反向电压反向偏置，阳极接负、阴极接正 时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3.,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,4.,二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,二极管电路分析举例,定性分析：推断二极管的工作状态,导通截止,否则，正向管压降,硅,0,.60.7V,锗,0,.2,0.3V,分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位,的凹凸或所加电压UD的正负。,假设 V阳 V阴或 UD为正(正向偏置)，二极管导通,假设 V阳 V阴 二极管导通,假设无视管压降，二极管可看作短路，UAB=6V,否则，UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V,例,1,：,取,B,点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,在这里，二极管起钳位作用。,D,6V,12V,3k,B,A,U,AB,+,u,i,8V,，二极管导通，可看作短路,u,o,=8V,u,i,8V,，二极管截止，可看作开路,u,o,=,u,i,已知：,二极管是理想的，试画出,u,o,波形。,8V,例,2,：,二极管的用途：,整流、检波、,限幅、钳位、开,关、元件疼惜、,温度补偿等。,u,i,18V,参考点,二极管阴极电位为,8 V,D,8V,R,u,o,u,i,+,+,14.4,稳压二极管,1.,符号,U,Z,I,Z,I,ZM,U,Z,I,Z,2.,伏安特性,稳压管正常工作时加反向电压,使用时要加限流电阻,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,_,+,U,I,O,(Zener diodes),3.,主要参数,(1),稳定电压,U,Z,稳压管正常工作,(,反向击穿,),时管子两端的电压。,(2),电压温度系数,环境温度每变化,1,C,引起,稳压值变化的,百分数,。,(3),动态电阻,(4),稳定电流,I,Z,、最大稳定电流,I,ZM,(5),最大允许耗散功率,P,ZM,=,U,Z,I,ZM,r,Z,愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,14.5,晶体管,(,Bipolar Junction Transistor,),14.5.1 根本构造,金属封装,塑料封装,大功率管,中功率管,管芯结构剖面图,(Basic Construction),14.5,双极型晶体管,14.5.1 根本构造,N,N,P,基极,放射极,集电极,NPN,型,B,E,C,B,E,C,PNP,型,P,P,N,基极,发射极,集电极,符号：,B,E,C,I,B,I,E,I,C,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,型三极管,PNP,型三极管,base,collector,emitter,(Basic Construction),NPN,Type,PNP Type,基区：最薄，,掺杂浓度最低,放射区：掺,杂浓度最高,放射结,Base-Emitter,Junction,集电结,Base-Collector,Junction,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,构造特点：,集电区：,面积最大,Emitter Region,Base Region,Collector Region,放射结正偏，放射区电子不断向基区集中，形成放射极电流IE。,从基区集中来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,进入P 区的电子少局部与基区的空穴