第4章半导体器件.ppt

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1、第四章第四章 半导体器件半导体器件 半导体基本知识半导体基本知识 半导体二极管半导体二极管 半导体三极管半导体三极管 场效应管场效应管(不讲不讲)半导体基本知识半导体基本知识 本征半导体本征半导体 杂质半导体杂质半导体 PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性本征半导体本征半导体半导体半导体本征半导体本征半导体本征半导体的导电性能本征半导体的导电性能 半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体的材料称为半导体。最常用的半导体。最常用的半导体为硅为硅(Si)(Si)和锗和锗(GeGe)。它们的共同特征。它们的共同特征是是四价元素四价元素，每个原子最外层

2、电子数，每个原子最外层电子数为为 4 4。+SiGe半导体材料的特性半导体材料的特性掺杂性掺杂性纯净半导体的导电能力很纯净半导体的导电能力很差，掺入少量杂质，导电能力极大增差，掺入少量杂质，导电能力极大增强强；热敏性热敏性温度升高导电能力增强；温度升高导电能力增强；光敏性光敏性光照增强，导电能力增强；光照增强，导电能力增强；本征半导体本征半导体 经过高度提纯的单一晶格结构的硅经过高度提纯的单一晶格结构的硅或锗原子构成的晶体，或者说，完全纯或锗原子构成的晶体，或者说，完全纯净、具有晶体结构的半导体称为本征半净、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。导体。本征半导体的特点是：本征半导体的特点是：原子

3、核最外层的价电子是原子核最外层的价电子是四个，是四价元素，它们四个，是四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结排列成非常整齐的晶格结构。构。所以半导体又称为所以半导体又称为晶晶体体。本征半导体的导电性能本征半导体的导电性能价电子与共价键价电子与共价键自由电子与空穴自由电子与空穴电子电流与空穴电流电子电流与空穴电流价电子与共价键价电子与共价键在本征半导体的晶体结在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相构中，每一个原子与相邻的四个原于结合。每邻的四个原于结合。每一原子的一原子的个个价电子价电子与与另一原子的一个另一原子的一个价电子组成一个电子对。这对组成一个电子对。这对价电子是每两个相邻原价电子是每两

4、个相邻原子共有的，它们把相邻子共有的，它们把相邻的原子结合在一起，构的原子结合在一起，构成所谓成所谓共价键共价键的结构。的结构。共价键共价键硅硅原子原子共价键共价键价电子价电子价电子价电子受到受到激发激发，形成形成自由电子自由电子并留并留下下空穴。空穴。半导体中的半导体中的自由电自由电子子和和空穴空穴都能参与都能参与导电导电半导体具半导体具有两种载流子。有两种载流子。自由电子和空穴自由电子和空穴同时产生同时产生空穴空穴自由电子与空穴自由电子与空穴在价电子成为自由电子在价电子成为自由电子的同时，在它原来的位的同时，在它原来的位置上就出现一个空位，置上就出现一个空位，称为空穴。空穴表示该称为空穴。

5、空穴表示该位置缺少一个电子，丢位置缺少一个电子，丢失电子的原子显正电，失电子的原子显正电，称为正离子。称为正离子。自由电子又可以回到空自由电子又可以回到空穴的位置上，使离子恢穴的位置上，使离子恢复中性，这个过程叫复复中性，这个过程叫复合。合。硅原子共价键价电子电离与复合电离与复合电子电流与空穴电流电子电流与空穴电流在外电场的作用下，有空穴的原子可以吸在外电场的作用下，有空穴的原子可以吸引相邻原子中的价电子，填补这个空穴。引相邻原子中的价电子，填补这个空穴。同时，在失去了一个价电子的相邻原子的同时，在失去了一个价电子的相邻原子的共价键中出现另一个空穴，它也可以由相共价键中出现另一个空穴，它也可以

6、由相邻原子中的价电子来递补，而在该原于中邻原子中的价电子来递补，而在该原于中又出现一个空穴。如此继续下去就好象空又出现一个空穴。如此继续下去就好象空穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，因此空穴运动相当于正电动的方向相反，因此空穴运动相当于正电荷的运动，称为空穴电流。荷的运动，称为空穴电流。空穴价电子杂质半导体杂质半导体本征半导体虽然有自由电子和空穴本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数目极少导电两种载流子，但由于数目极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入微能力仍然很低。如果在其中掺入微量的杂质量的杂质(某种元素某种元素)，这将使掺杂，

7、这将使掺杂后的半导体后的半导体(杂质半导体杂质半导体)的导电性的导电性能大大增强能大大增强N N型半导体型半导体P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入在硅或锗晶体中掺入 磷磷(或其它五价元素或其它五价元素)。每个磷原子有每个磷原子有5个价电子故在构成共价键结构时个价电子故在构成共价键结构时将因增加一个电子而形成一个自由电子，这样，将因增加一个电子而形成一个自由电子，这样，在半导体中就形成了大量自由电子。这种以自在半导体中就形成了大量自由电子。这种以自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电子型半导体或子型半导体或N型半导体。型半

8、导体。SiGe+P=N型型P+多余多余电子电子SiSiSiSiSiSiP 掺入掺入磷磷杂质的硅半导体晶体中，杂质的硅半导体晶体中，自由电子自由电子的数目大的数目大量增加。自由电子是这种半导体的导电方式，称之为电量增加。自由电子是这种半导体的导电方式，称之为电子半导体或子半导体或N型半导体型半导体。特点特点 在在N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载流子。流子。P P型半导体型半导体在硅或锗晶体中渗入硼在硅或锗晶体中渗入硼(或其它三价或其它三价元素元素)。每个硼原子只有三个价电子。每个硼原子只有三个价电子故在构成共价键结构时将因缺少一个故在构成共价键结

9、构时将因缺少一个电子而形成一个空穴，这样，在半导电子而形成一个空穴，这样，在半导体中就形成了大量空穴。这种以空穴体中就形成了大量空穴。这种以空穴导电作为主要导电方式的半导体称为导电作为主要导电方式的半导体称为空穴半导体或空穴半导体或P型半导体。型半导体。SiGe+B=P型型SiSiSiSiSiSiB+B空穴空穴 掺硼的硼的半导体中，空穴空穴的数目远大于的数目远大于自由电子自由电子的数目。的数目。空空穴穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空空穴型半导体穴型半导体或或P型半导体型半导体 一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少

10、数一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数载流子的载流子的1010倍或更多，电子载流子数目将增加几十万倍。倍或更多，电子载流子数目将增加几十万倍。不论是不论是N型半导体还是型半导体还是P型半导体，都型半导体，都只有一种多数载流子。然而整个半导体晶只有一种多数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。体仍是电中性的。思考题：思考题：电子导电与空穴导电有什么区别？空穴电流电子导电与空穴导电有什么区别？空穴电流是不是自由电子递补空穴所形成的？是不是自由电子递补空穴所形成的？杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎么产生的？为什么杂质半导体中的少数载怎么产

11、生的？为什么杂质半导体中的少数载流子比本征半导体中的浓度还小。流子比本征半导体中的浓度还小。N型半导体中的自由电子多于空穴，型半导体中的自由电子多于空穴，P型半导型半导体中的空穴多于自由电子，是否体中的空穴多于自由电子，是否N型半导体型半导体带负电，带负电，P型半导体带正电？型半导体带正电？PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性PN结的形成结的形成PN结的单向导电性结的单向导电性PN结的形成结的形成在一块晶片两边分别形成在一块晶片两边分别形成P型和型和N型半导型半导 体。图体。图中中 代表得到一个电子的三价杂质代表得到一个电子的三价杂质(例如硼例如硼)离子，带负电；离子，带负电；代表失去一个

12、电子的五价代表失去一个电子的五价杂质杂质(例如磷例如磷)离入带正电。由于离入带正电。由于P区有大量空区有大量空穴穴(浓度大浓度大)，而，而N区的空穴极少区的空穴极少(浓度小浓度小)，因，因此空穴要从浓度大的此空穴要从浓度大的P区向浓度小的区向浓度小的N区扩散。区扩散。PN自由电子自由电子空穴空穴扩散扩散 扩散扩散空间电荷区空间电荷区P区区N区区内电场内电场多数载流子将多数载流子将扩散扩散形形成成耗尽层；耗尽层；耗尽了载流子的交界处留耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成下不可移动的离子形成空空间电荷区；间电荷区；（内电场）（内电场）内电场内电场阻碍了多子的阻碍了多子的继续扩散。继续扩散。空

13、间电荷区空间电荷区P区区N区区空间电荷区的内电场对多数载流子的扩散运空间电荷区的内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用。但对少数载流子（动起阻挡作用。但对少数载流子（P区的自区的自由电子和由电子和N区的空穴区的空穴)则可推动它们越过空则可推动它们越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移漂移漂移漂移扩散与漂移扩散与漂移扩散和漂移的动态平衡形成了扩散和漂移的动态平衡形成了PN结结 扩散和漂移是互相联系，又是互相矛盾的。在扩散和漂移是互相联系，又是互相矛盾的。在开始形成空间电荷区时，多数载流

14、子的扩散运动开始形成空间电荷区时，多数载流子的扩散运动占优势。但在扩散运动进行过程中，空间电荷区占优势。但在扩散运动进行过程中，空间电荷区逐渐加宽，内电场逐步加强。于是在一定条件下逐渐加宽，内电场逐步加强。于是在一定条件下(例如温度一定例如温度一定)，多数载流子的扩散运动逐渐减，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数裁流子的漂移运动则逐渐增强。最后弱，而少数裁流子的漂移运动则逐渐增强。最后扩散运动和漂移运动达到动态平衡。达到平衡后扩散运动和漂移运动达到动态平衡。达到平衡后空间电荷区的宽度基本上稳定下来，空间电荷区的宽度基本上稳定下来，PN结就处于结就处于相对稳定的状态。相对稳定的状态。PN结的单

15、向导电性结的单向导电性如果在如果在PN结上加正向电压，即外电源的正端接结上加正向电压，即外电源的正端接P区，负端接区，负端接N区。区。外电场与内电场的方向相反，因此扩散与漂移外电场与内电场的方向相反，因此扩散与漂移运动的平衡被破坏。整个空间电荷区变窄，内运动的平衡被破坏。整个空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子的扩散运动增强，形电场被削弱，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流成较大的扩散电流(正向电流正向电流)。外电源不断地向半导体提供电荷，使电流得以外电源不断地向半导体提供电荷，使电流得以维持。维持。PN结的单向导电性结的单向导电性若给若给PN结加反向电压，即外电源的正端接结加反

16、向电压，即外电源的正端接N区，区，负端接负端接P区，则外电场与内电场方向一致，也区，则外电场与内电场方向一致，也破坏了扩散与漂移运动的平衡。破坏了扩散与漂移运动的平衡。外电场使得空间电荷增加，空间电荷区变宽，外电场使得空间电荷增加，空间电荷区变宽，内电场增强，使多数载流子的扩散运动难以进内电场增强，使多数载流子的扩散运动难以进行。但另一方面，内电场的增强也加强了少数行。但另一方面，内电场的增强也加强了少数裁流于的漂移运动，在电路中形成了反向电流裁流于的漂移运动，在电路中形成了反向电流 由于少数载梳子数量很少，因此反向由于少数载梳子数量很少，因此反向电流不大，即电流不大，即PN结呈现的反向电阻很

17、高。结呈现的反向电阻很高。结论：结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。在在PN结上加正向电压时，结上加正向电压时，PN结电阻很低结电阻很低正向电流较大正向电流较大(PN结处于导通状态结处于导通状态);加反向电压时，加反向电压时，PN结电阻很高，反向电结电阻很高，反向电流很小流很小(PN结处于截止状态结处于截止状态)。思考题：为什么空间电荷区靠近为什么空间电荷区靠近N区的一侧带正区的一侧带正电，而靠近电，而靠近P区的一侧带负电？区的一侧带负电？空间电荷区既然是由带电的正负离子形空间电荷区既然是由带电的正负离子形成，为什么它的电阻率很高？成，为什么它的电阻率很高？半导体二极管半导体二极管

18、二极管的基本结构和类型二极管的基本结构和类型 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的主要参数二极管的主要参数 二极管的应用二极管的应用 特殊二极管特殊二极管二极管的基本结构和类型二极管的基本结构和类型将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。从P区引出的电极称为阳极（正极），从N区引出的电极称为阴极（负极）。按结构分二极管有点接触型和面接触型两类。点接触型二极管一般为锗管如图点接触型二极管一般为锗管如图(a)(a)所示。所示。它的它的PNPN结结面积很小结结面积很小(结电容小结电容小)，一般适，一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中

19、的开关元件。中的开关元件。面接触型二极管面接触型二极管(一般为硅管一般为硅管)如图如图 (b)(b)所所示。它的示。它的PNPN结结面积大结结面积大(结电容大结电容大)，故可，故可通过较大电流通过较大电流(可达上千安培可达上千安培)，但其工作频，但其工作频率较低一般用作整流。率较低一般用作整流。图图 (c)(c)是二极管的表示符号。是二极管的表示符号。文字符号文字符号为为D（c）符号符号二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管既然是一个二极管既然是一个PN结，结，它当然具有单向导电性，其它当然具有单向导电性，其伏安特性曲线如图所示。伏安特性曲线如图所示。U(V)0.400.8-50-25I(m

20、A)204060(A)4020 由图中可见，二极由图中可见，二极管的伏安特性是非线性管的伏安特性是非线性的，大致可分为四个区的，大致可分为四个区死区、正向导通区、死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿反向截止区和反向击穿区。区。死区死区 由图可见当外加由图可见当外加正向电压很低时，由正向电压很低时，由于外电场还不能克服于外电场还不能克服PN结内电场对多数载结内电场对多数载流子流子(除少量较大者外除少量较大者外)扩散运动的阻力，故扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎正向电流很小，几乎为零。这一区域称为为零。这一区域称为死区。死区。U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060(A)40

21、20通常硅管的死区电压通常硅管的死区电压约为约为0.5V，锗管约为，锗管约为0.2V。死区死区正向导通区正向导通区 当外加正向电压大当外加正向电压大于死区电压时，二极管于死区电压时，二极管由不导通变为导通，当由不导通变为导通，当电压再继续增加时，电电压再继续增加时，电流将急剧增加，而二极流将急剧增加，而二极管的电压却几乎不变，管的电压却几乎不变，此时二极管的电压称为此时二极管的电压称为正向导通压降。正向导通压降。U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060(A)4020硅管正向导通压降为硅管正向导通压降为0.60.7V，锗管的正向导通压降为锗管的正向导通压降为0.20.3V。导通区

22、导通区反向截止区反向截止区 在二极管上加反在二极管上加反向电压时，反向电流有向电压时，反向电流有两个特点两个特点:一是它随温度的上升增一是它随温度的上升增长很快；长很快；二是在反向电压不超过二是在反向电压不超过某一范围，反向电流的某一范围，反向电流的大小基本恒定，而与反大小基本恒定，而与反向电压的高低无关，向电压的高低无关，故故通常称它为反向饱和电通常称它为反向饱和电流。流。U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060(A)4020此时，二极管呈高阻截止状态。此时，二极管呈高阻截止状态。反向反向截止区截止区反向击穿区反向击穿区 当外加反向电压过当外加反向电压过高时，反向电流将突然高

23、时，反向电流将突然增加，二极管失去单向增加，二极管失去单向导电性，这种现象称为导电性，这种现象称为击穿。击穿。产生击穿时加在二极产生击穿时加在二极管上的管上的反向电压称为反反向电压称为反向击穿电压（向击穿电压（UBR）。U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060(A)4020反向反向击穿击穿区区反向击穿反向击穿击穿发生在空间电荷区。发生击穿的原因，一击穿发生在空间电荷区。发生击穿的原因，一种是处于强电场中的载流于获得足够大的能量种是处于强电场中的载流于获得足够大的能量碰撞晶格而将价电子碰撞出来，产生电子空穴碰撞晶格而将价电子碰撞出来，产生电子空穴对，新产生的载流子在电场作用下获得

24、足够能对，新产生的载流子在电场作用下获得足够能量后又通过碰撞产生电子空穴对。如此形成连量后又通过碰撞产生电子空穴对。如此形成连锁反应，反向电流越来越大，最后使得二极管锁反应，反向电流越来越大，最后使得二极管反向击穿，另一种原因是强电场直接将共价键反向击穿，另一种原因是强电场直接将共价键中的价电子拉出来，产生电子空穴对，形成较中的价电子拉出来，产生电子空穴对，形成较大的反向电流。大的反向电流。二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，还可用一些数据来说明，这些数据就是还可用一些数据来说明，这些数据就是二极管的参数。二极管的主要参数有下

25、二极管的参数。二极管的主要参数有下面几个面几个最大整流电流最大整流电流I ICMCM最高反向电压最高反向电压U URM RM 最大反向电流最大反向电流I IRMRM最大整流电流最大整流电流ICMCM最大整流电流是指二极管长时间最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。当电流超过允许正向平均电流。当电流超过允许值时，将由于值时，将由于PNPN结过热而使管子结过热而使管子损坏。损坏。最高反向电压最高反向电压URM它是保证二极管不被击穿而给出它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，也是二极管正的反向峰值电压，也是二极管正常工作时所允许加的最

26、高反向电常工作时所允许加的最高反向电压，一般是反向击穿电压的一半压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。或三分之二。最大反向电流最大反向电流IRM它是指在二极管上加最高反向工作它是指在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流值。反向电流越电压时的反向电流值。反向电流越小，说明二极管的单向导电性能越小，说明二极管的单向导电性能越好，但反向电流受温度的影响很大。好，但反向电流受温度的影响很大。使用中应加以注意。使用中应加以注意。硅管的反向电流较小，一般在几个硅管的反向电流较小，一般在几个微安以下。锗管的反向电流较大为微安以下。锗管的反向电流较大为硅管的几十到几百倍。硅管的几十到几百倍。除此之外，二极

27、管的除此之外，二极管的参数还有最高工作频率，参数还有最高工作频率，结电容值、工作温度和微结电容值、工作温度和微变电阻等。变电阻等。二极管的应用二极管的应用二极管的应用范围很广，主要都是二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。它可用于整利用它的单向导电性。它可用于整流、检波、元件保护以及在脉冲与流、检波、元件保护以及在脉冲与数字电路中作为开关元件。数字电路中作为开关元件。举例说明。举例说明。例题分析例题分析 如如图由图由RC构成微分电构成微分电路，当输入电压路，当输入电压ui为矩形波为矩形波时，试画出输出电压时，试画出输出电压uo的的波波形。形。(设设uc0=U0)CRDRLuiuRu

28、ouitouotoUuRto 在这里，二极管起削波作在这里，二极管起削波作用，削去正尖脉冲。用，削去正尖脉冲。例题分析例题分析 例例2：在图中，输入端：在图中，输入端A的电位的电位UA=+3V,B的电的电位位UB=0V,求输出端求输出端F的电的电位位UF=?。电阻。电阻R接负电源接负电源12V。解：解：因为因为A端电位比端电位比B端电位高，所以，端电位高，所以，DA优先导通。设二极管的正向压降是优先导通。设二极管的正向压降是0.3V，则，则，UF=2.7V。当。当DA导通后，导通后，DB上加的是反向电压，上加的是反向电压，所以，所以，DB截止。截止。DA起钳位作用。将起钳位作用。将UF钳制在钳

29、制在2.7V。DB起隔离作用起隔离作用例题分析例题分析 例例3 在题在题3图所示的图所示的两个电路中，已知两个电路中，已知ui=30sintV，二极管的，二极管的正向压降可忽略不计，正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压试分别画出输出电压u0的波形。的波形。RDR+-uiu0u0D+-ui+-+-特殊二极管特殊二极管稳压二极管稳压二极管光敏二极管光敏二极管发光二极管发光二极管稳压二极管稳压二极管结构和工作原理结构和工作原理稳压的符号与稳压电路稳压的符号与稳压电路伏安特性与稳压原理伏安特性与稳压原理主要参数主要参数结构和工作原理结构和工作原理 稳压二极管是一种用特殊工艺制成稳压二极管是一种用特殊

30、工艺制成的面接触型硅二极管，的面接触型硅二极管，其特殊之处在于其特殊之处在于它工作在特性曲线的反向击穿区它工作在特性曲线的反向击穿区，正常，正常工作时处于反向击穿状态，并通过制造工作时处于反向击穿状态，并通过制造工艺保证工艺保证PNPN结不会被热击穿。所以，在结不会被热击穿。所以，在切断电源后，管子能恢复原来的状态。切断电源后，管子能恢复原来的状态。在电路中与适当电阻配合，能起在电路中与适当电阻配合，能起到稳定电压的作用。故称其为稳压管到稳定电压的作用。故称其为稳压管稳压的符号与稳压电路稳压的符号与稳压电路R是限流电阻是限流电阻RL是负载电阻是负载电阻伏安特性与稳压电路伏安特性与稳压电路稳压管

31、的伏安特性稳压管的伏安特性曲线的反向击穿特曲线的反向击穿特性比普通二极管的性比普通二极管的要陡些。要陡些。U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向反向正向正向主要参数主要参数稳定电压稳定电压UZ稳压管在正常工作稳压管在正常工作时管子两端的电压。时管子两端的电压。（其数值具有分散（其数值具有分散性）性）稳定电流稳定电流IZ是指稳压管在正常是指稳压管在正常工作时的参考电流。工作时的参考电流。低于此值稳压效果低于此值稳压效果差。在不超过额定功率的前提下，高于此值差。在不超过额定功率的前提下，高于此值稳压效果好，即工作电流越大稳压效果越好。稳压效果好，即工作电流越

32、大稳压效果越好。主要参数主要参数电压温度系数电压温度系数Z电压温度系数是电压温度系数是指稳压管的稳压值受温度变化的影指稳压管的稳压值受温度变化的影响的系数。响的系数。特别说明：特别说明：稳压管的电压温度系数有正稳压管的电压温度系数有正负之别负之别.因此选用6V左右的稳压管，具有较好的温度稳定性。主要参数主要参数动态电阻动态电阻rZ动态电阻是指稳压管端电动态电阻是指稳压管端电压的变化量与相应电流变化量之比值（也压的变化量与相应电流变化量之比值（也称为稳压管的交流动态电阻）称为稳压管的交流动态电阻）最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZM保证管子安全保证管子安全工作时所允许的最大功率损耗。工作时所允

33、许的最大功率损耗。动态电阻越小，则稳压动态电阻越小，则稳压性能越好性能越好光敏二极管光敏二极管光敏二极管是利用半导体光敏二极管是利用半导体的光敏特性制成的，当光的光敏特性制成的，当光线辐射于线辐射于PNPN结时。它的反结时。它的反向电流随光照强度的增加向电流随光照强度的增加而增强，所以称为光敏二而增强，所以称为光敏二极管，或光电二极管。它极管，或光电二极管。它的符号如图（的符号如图（a a）所示，）所示，伏安特性如图（伏安特性如图（b b）所示，）所示，光敏二极管的反向电流与光敏二极管的反向电流与光照度成正比。光敏二极光照度成正比。光敏二极管可以用来做为光控元件。管可以用来做为光控元件。光敏二

34、极管的符号光敏二极管的符号 光敏二极管的伏安特性光敏二极管的伏安特性 发光二极管发光二极管 发光二极管，顾名思发光二极管，顾名思意这种管于通以电流意这种管于通以电流将会发出光来。发光二将会发出光来。发光二极管的符号如图极管的符号如图(a)所所示，伏安特性如图示，伏安特性如图(b)所示。它的死区电压比所示。它的死区电压比普通二极管高，发光强普通二极管高，发光强度与正向电流的大小成度与正向电流的大小成正比。发光二及管常用正比。发光二及管常用来做显示器件。来做显示器件。发光二极管的符号发光二极管的符号 发光二极管的伏安特性发光二极管的伏安特性 复习思考题复习思考题为什么稳压管的动态电阻越小，则为什么

35、稳压管的动态电阻越小，则稳压愈好？稳压愈好？利用稳压管或普通二极管的正向压利用稳压管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？降，是否也可以稳压？半导体三极管半导体三极管三极管的结构三极管的结构三极管的伏安特性三极管的伏安特性工作原理工作原理三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的结构三极管的结构 半导体三极管半导体三极管(晶体管晶体管)是最重要的一是最重要的一种半导体器件。广泛应用于各种电子电路种半导体器件。广泛应用于各种电子电路中中 晶体管最常见的结构有平面型和合金晶体管最常见的结构有平面型和合金型两种。平面型都是硅管、合金型主要是型两种。平面型都是硅管、合金型主要是锗管。锗管。CN型硅型硅

36、P型型N型型二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜BE平面型结构平面型结构N型锗型锗铟球铟球铟球铟球P型型P型型CEB合金型结构合金型结构三极管的结构三极管的结构 它们都具有它们都具有NPN或或PNP的三层两结的的三层两结的结构，因而又有结构，因而又有NPN和和PNP两类晶体管。两类晶体管。发射区发射区集电区集电区发射结发射结集电结集电结NNP基区基区CBENPP发射区发射区集电区集电区基区基区发射结发射结集电结集电结CBEBECBEC三极管的结构三极管的结构 每一类都分成基区、集电区和发射区，分别每一类都分成基区、集电区和发射区，分别引出基极引出基极B、发射极发射极E和集电极和集电极C。每一类部有每一

37、类部有两个两个PN结。基区和发射区之间的结称为发射结。基区和发射区之间的结称为发射结，基区和集电区之间的结称为集电结。结，基区和集电区之间的结称为集电结。BECBEC集电极集电极发射极发射极基极基极基极基极三极管的伏安特性三极管的伏安特性 工作原理工作原理 NPNNPN型和型和PNPPNP型晶体管的工作原理类似，仅在型晶体管的工作原理类似，仅在使用时电源极性联接不向而已。下面以使用时电源极性联接不向而已。下面以NPNNPN型型晶体管为例来分析讨论。晶体管为例来分析讨论。三极管的三个电极之间可以组成不同的输入三极管的三个电极之间可以组成不同的输入回路和输出回路回路和输出回路共发射极电路，共集电共

38、发射极电路，共集电极电路和共基极电路极电路和共基极电路电流放大原理电流放大原理三极管的伏安特性三极管的伏安特性三极管的三个电极之间可以组成不同三极管的三个电极之间可以组成不同的输入回路和输出回路的输入回路和输出回路共发射极电路共发射极电路基极和发射极组成输入回基极和发射极组成输入回路，集电极和发射极组成输出回路。（最常路，集电极和发射极组成输出回路。（最常用）用）共集电极电路共集电极电路基极和集电极组成输入回基极和集电极组成输入回路。发射极和集电极组成输出回路（如射极路。发射极和集电极组成输出回路（如射极输出器）输出器）共基极电路共基极电路集电极和基极组成输入回路，集电极和基极组成输入回路，发

39、射极和基极组成输出回路。发射极和基极组成输出回路。电流放大原理电流放大原理 如如图图，对对NPN型型晶晶体体管管加加EB和和EC两两个个电电源源，接接成成共共发发射射极极接接法法构成两个回路。构成两个回路。改变可变电阻改变可变电阻RB，则基极电流则基极电流IB，集集电极电沈电极电沈IC和和发射极地电流发射极地电流IE都发生变化。都发生变化。电流方向如图中所示。电流方向如图中所示。电流放大原理电流放大原理IB(mA)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA)0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE(mA)0.001 0.72 1.54 2.36 3.

40、18 4.05通过实验及测量结果，得通过实验及测量结果，得IC(或或IE)比比IB大得多，大得多，(如如表中第三、四列数据表中第三、四列数据)电流放大原理电流放大原理 这这就就是是晶晶体体管管的的电电流流放放大大作作用用，IB的的微微小小变变化化可可以以引引起起IC的的较较大大变变化化(第第三三列列与与第第四四列的电流增量比列的电流增量比)。当当IB=0(基极开路基极开路)时，也很小时，也很小(约为约为1微微安以下安以下)。IC=ICEO 该值称为集射极穿透电该值称为集射极穿透电流。流。电流放大原理电流放大原理 要使晶体管起放大作用，要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置、集电发射结必须正向

41、偏置、集电结必须反向偏置结必须反向偏置具有放具有放大作用的外部条件。大作用的外部条件。电流放大原理电流放大原理 内部载流子运动规律内部载流子运动规律1、发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子 发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，掺杂浓度较高的发射区向基掺杂浓度较高的发射区向基区进行多子扩散。区进行多子扩散。2、电子在基区的扩散和复合电子在基区的扩散和复合 基区厚度很小，电子在基区厚度很小，电子在基区继续向集电结扩散。基区继续向集电结扩散。（但有少部分与空穴复合而（但有少部分与空穴复合而形成形成IBE IB）电流放大原理电流放大原理3、集电区收集扩散电子集电区收集扩散电子 集电结为反向偏集

42、电结为反向偏置使置使内电场内电场增强，对增强，对从基区扩散进入集电从基区扩散进入集电结的电子具有加速作结的电子具有加速作用而把电子收集到集用而把电子收集到集电区，形成集电极电电区，形成集电极电流流(ICE IC)。放大作用的内部条件：放大作用的内部条件：基区很薄且掺杂浓度很低。基区很薄且掺杂浓度很低。小结：小结：在晶体管中，不仅在晶体管中，不仅I IC C比比I IB B大很多；当大很多；当I IB B有微小变化时还会引起有微小变化时还会引起I IC C的较大变的较大变化化晶体管放大的外部条件发射结必须晶体管放大的外部条件发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置正向偏置，集电结必须反向偏置放大作

43、用的内部条件基区很薄且掺放大作用的内部条件基区很薄且掺杂浓度很低。杂浓度很低。三极管的伏安特性三极管的伏安特性 三极管的伏安特性反映了三极管电三极管的伏安特性反映了三极管电极之间电压和电流的关系。要正确使用极之间电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了解其伏安特性。三极管必须了解其伏安特性。输入特性输入特性输出特性输出特性输入特性输入特性三极管的输入特性三极管的输入特性是在三极管的集电是在三极管的集电极与发射极之间加极与发射极之间加一定电压，即：一定电压，即：UCE=常数时，基极常数时，基极电流电流IB和基极与发和基极与发射极之间的电压射极之间的电压UBE之间的关系。之间的关系。AVmAVEC

44、RBIBUCEUBEICEB00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V与二极管正向特性一致。与二极管正向特性一致。放大状态时，硅放大状态时，硅NPN管管UBE=0.60.7V；锗；锗PNP管管UBE=0.2 0.3V。对硅管来说，当对硅管来说，当 UCE 1V时，时，集电结已处于反向偏置，发射结集电结已处于反向偏置，发射结正向偏置所形成电流的绝大部分正向偏置所形成电流的绝大部分将形成集电极电流，但将形成集电极电流，但IB与与UBE的关系依然与的关系依然与PN结的正向结的正向类似。类似。(当当UCE更小，更小，IB才会明显增加才会明显增加)硅管的硅管的死区电压为死区电压为0.

45、5V，锗，锗管的管的死区电压不超过死区电压不超过0.2V。00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V输出特性输出特性输出特性曲线是指当输出特性曲线是指当基极电流基极电流IB为常数时，为常数时，输出电路输出电路(集电极电路集电极电路)中集电极电流中集电极电流IC与集与集-射极电压射极电压UCE之间的之间的关系曲线。关系曲线。在不同的在不同的IB下，可得到下，可得到不同的曲线，即晶体不同的曲线，即晶体管的输出特性曲线是管的输出特性曲线是一组曲线一组曲线(见下图见下图)。当当IB一定时，一定时，UCE超过约超过约1V以后就将形以后就将形成成IC，当，当UCE继续增加继续增加时，时

46、，IC 的增加将不再的增加将不再明显。这是晶体管的恒明显。这是晶体管的恒流特性。流特性。当当IB增加时，相应增加时，相应的的IC也增加，曲线上移，也增加，曲线上移，而且而且IC比比IB 增加得更明增加得更明显。这是晶体管的电流显。这是晶体管的电流放大作用。放大作用。通通常常将将晶晶体体管管的的输输出出特特性性曲曲线线分分为三个工作区：为三个工作区：(1)放大区放大区特性曲线进于水平的区域。特性曲线进于水平的区域。在放大区，也称线性区。在放大区，也称线性区。此时发射结正向偏置，集电此时发射结正向偏置，集电结反向偏置。结反向偏置。(2)截止区截止区IB=0曲线以下的区域。曲线以下的区域。IB=0时

47、时IC=ICEO。对于硅管当对于硅管当UBE 0.5V时即开始截止。为了时即开始截止。为了可靠截止常使可靠截止常使UBE 0。(3)饱和区饱和区当当UCE U(BR)CEO时，时，ICEO突变，突变，晶体管会被击晶体管会被击穿损坏。穿损坏。集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCMIC流经集电结时将流经集电结时将产生热量使结温上产生热量使结温上升，从而引起晶体升，从而引起晶体管参数的变化。在管参数的变化。在参数变化不超过允参数变化不超过允许值时集电极所消许值时集电极所消耗的功率称为耗的功率称为PCM。因此因此PCM主要受结主要受结温温T j制约。制约。复习思考题复习思考题 三极管按制

48、造工艺分可分为三极管按制造工艺分可分为 ，。按结构分可分为按结构分可分为 ，。发射结正偏，集电结反偏，三极管工作发射结正偏，集电结反偏，三极管工作在什么状态；发射结和集电结均反偏，在什么状态；发射结和集电结均反偏，三极管工作在什么状态；发射结和集电三极管工作在什么状态；发射结和集电结均正偏，三极管工作在什么状态？结均正偏，三极管工作在什么状态？场效应管场效应管概述概述场效应管的分类场效应管的分类N N沟道绝缘栅型场效应管沟道绝缘栅型场效应管（NMOSNMOS管）管）概述概述场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载流子，使流过半导体内的电流大小随电场强弱流

49、子，使流过半导体内的电流大小随电场强弱的改变而变化的电压控制电流的放大器件。其的改变而变化的电压控制电流的放大器件。其英文名称为：英文名称为：Metal Oxide Semiconductor Metal Oxide Semiconductor Filed Effect TransistorFiled Effect Transistor，缩写为，缩写为MOSFETMOSFET 场效应管是的外型与晶体管（三极管）相似，场效应管是的外型与晶体管（三极管）相似，但它除了具有三极管的一切优点以外，还具有但它除了具有三极管的一切优点以外，还具有如下特点：如下特点：特点特点基本上不需要信号源提供电流基本上

50、不需要信号源提供电流输入阻抗很高（可达输入阻抗很高（可达10109 9 10101515）受温度和辐射等外界因素影响小，受温度和辐射等外界因素影响小，制造工艺简单、便于集成化等；制造工艺简单、便于集成化等；只有多数载流子参与导电，所以又只有多数载流子参与导电，所以又称其为单极性晶体管称其为单极性晶体管场效应管的分类场效应管的分类按封装形式分：塑料封装和金属封装按封装形式分：塑料封装和金属封装按功率大小分：小功率、中功率和大功率按功率大小分：小功率、中功率和大功率按频率特性分：低频管、中频管和高频管按频率特性分：低频管、中频管和高频管按结构特点分：按结构特点分：结型（结型（JFET）和绝缘栅型）