第7章二极管及三极管.ppt
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1、,(下),第1章 半导体二极管和三极管,电工技术与电子技术,返回,第15章 半导体二极管和三极管,返回,后一页,1.3 半导体二极管,1.4 稳压二极管,1.5 半导体三极管,1.2 PN结,1.1 半导体的导电特性,返回,前一页,后一页,第15章 半导体二极管和三极管,本章要求:一、了解PN的单向导电性、二极管的特性和 主要参数。二、了解稳压管的稳压性能和主要参数。三、了解三极管的电流放大作用、特性和主 要参数。四、会根据二极管的单向导电性分析含有二 极管的电路。,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。讨论器件的目的在于应用。学会用工程观点分析问题,
2、就是根据实际情况,对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、RC的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。,前一页,后一页,返回,15.1 半导体的导电特性,半导体的特性:,(可制成温度敏感元件,如热敏电阻),掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使 其导电能力明显改变。,光敏性:当受到光照时,其导电能力明显变化。(可制成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等)。,热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强。,前一
3、页,后一页,返回,1.1.1 本征半导体,完全纯净的、结构完整的半导体晶体,称为本征半导体。,硅和锗的晶体结构,前一页,后一页,返回,硅和锗的共价键结构,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子。,前一页,后一页,返回,自由电子,空穴,束缚电子,在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子(带负电),同时共价键上留下一个空位,称为空穴(带正电)。,本征半导体的导电机理,这一现象称为本征激发。,前一页,后一页,返回,本征半导体的导电机理,在其它力的作用下,空穴吸引临近的电子来填补,其结果相当于空穴的迁移。,空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以认为
4、空穴是载流子。,因常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子和空穴很少,所以本征半导体的导电能力很弱。,当半导体外加电压时,在电场的作用下将出现两部分电流:1)自由电子作定向移动 电子电流 2)价电子递补空穴 空穴电流,前一页,后一页,返回,本征半导体的导电机理,本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。,温度越高,载流子的浓度越高,本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,跳转,前一页,后一页,返回,1.1.2 N型半导体和P型半导体,N 型半导体,掺杂浓度远大
5、于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。,多余电子,磷原子,掺入五价元素,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,返回,前一页,后一页,前一页,后一页,P 型半导体,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,空穴浓度远大于自由电子浓度。空穴称为多数载流子(多子),自由电子称为少数载流子(少子)。,硼原子,空穴,掺入三价元素,接受一个电子变为负离子,返回,杂质半导体的示意表示法,前一页,后一页,无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性。,返回,1.在杂质半导体中多子的数量与(a.掺杂浓度、b.温度)有
6、关。,2.在杂质半导体中少子的数量与(a.掺杂浓度、b.温度)有关。,3.当温度升高时,少子的数量(a.减少、b.不变、c.增多)。,a,b,c,4.在外加电压的作用下,P 型半导体中的电流主要是,N 型半导体中的电流主要是(a.电子电流、b.空穴电流),b,a,前一页,后一页,返回,1.2 PN 结,1.2.1 PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,空间电荷区,内电场越强,漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡,空间电荷区的厚度固定不变。,空间电荷区也称 PN 结,前一页,后一页,返回,前一页,后一页,
7、二、PN结的单相导电性,PN 结变窄,P接正、N接负,U,P,N,IF,内电场被削弱,多子的扩散加强,形成较大的扩散电流。,PN结正向电阻较小,正向电流较大,PN结处于导通状态。,返回,2.PN 结加反向电压(反向偏置),U,P,N,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。,IR,PN 结变宽,P接负、N接正,PN结反向电阻较大,反向电流很小,PN结处于截止状态。,温度越高少子的数量越多,反向电流将随温度增加,前一页,后一页,返回,PN 结的单向导电性,1、PN 结加正向电压(正向偏置,P 接正、N 接负)时,PN 结处于正向导通状态,PN 结正向电阻较小,正向电流
8、较大。,2、PN 结加反向电压(反向偏置,P接负、N 接正)时,PN 结处于反向截止状态,PN 结反向电阻较大,反向电流很小。,前一页,后一页,返回,1.3 半导体二极管,1.3.1 基本结构,(a)点接触型,1.结构:按结构可分三类,(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。,结面积大、正向电流大、结电容大,用于工频大电流整流电路。,前一页,后一页,(c)平面型 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。,返回,1.3 半导体二极管,二极管的结构示意图,2.符号:,阳极,阴极,VD,前一页,后一页,返回,1.3.1 伏安特性,前一
9、页,后一页,硅管0.5V,锗管0.1V。,反向击穿电压U(BR),导通压降,死区电压,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,非线性,反向电流在一定电压范围内保持常数。,硅0.60.8V,锗0.20.3V。,返回,1.3.3 主要参数,1、最大整流电流 IOM,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 URWM,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)的一半或三分之一。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 IRM,指二极管加
10、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,IRM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。,前一页,后一页,返回,二极管的单向导电性,前一页,后一页,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。,返回,二极管电路分析
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