電子技術(shù)應(yīng)用課程

1、電子技術(shù)應(yīng)用課程半導(dǎo)體具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：半導(dǎo)體具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如： 當(dāng)受外界熱和光作用時，導(dǎo)電能力明顯當(dāng)受外界熱和光作用時，導(dǎo)電能力明顯變化。變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。能力明顯改變。9.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性依照導(dǎo)電性能，可以把材料分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。依照導(dǎo)電性能，可以把材料分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體有良好的導(dǎo)電能力，常見的有銅、鋁等金屬材料；導(dǎo)體有良好的導(dǎo)電能力，常見的有銅、鋁等金屬材料； 絕緣體基本上不能導(dǎo)電，常見的有玻璃、陶瓷等材料；絕緣體基本上不能導(dǎo)電，常見的有玻璃、陶瓷等

2、材料； 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常見的有硅半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常見的有硅(Si)、鍺、鍺(Ge)、砷化鎵、砷化鎵(GaAs)等材料。等材料。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點Si用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。本征半導(dǎo)體：完全純凈的、晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。共價鍵：共共價鍵：共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價電子去價電子后的原子后的原子形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。束縛電子在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導(dǎo)本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。體不導(dǎo)電。+4

3、+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子空空穴穴復(fù)合復(fù)合在常溫下自由電子和空穴的形成在常溫下自由電子和空穴的形成成對出現(xiàn)成對出現(xiàn)成對消失成對消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴導(dǎo)電的空穴導(dǎo)電的實質(zhì)是共價實質(zhì)是共價鍵中的束縛鍵中的束縛電子依次填電子依次填補空穴形成補空穴形成電流。電流?？昭ㄒ苿臃较蚩昭ㄒ苿臃较?電子移動方向電子移動方向 價電子填補空穴價電子填補空穴自由電子能導(dǎo)電自由電子能導(dǎo)電空穴能導(dǎo)電空穴能導(dǎo)電半導(dǎo)體中兩種載流子半導(dǎo)體中兩種載流子:自由電子和空穴自由電子和空穴本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。 N半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的

4、雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。+4+4+4+4+4+4+4+41 . N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中在硅或鍺的晶體中摻入少量五價元素摻入少量五價元素磷原子磷原子+4+5多余價電子多余價電子自由電子自由電子正離子正離子N 型半導(dǎo)體中的載流子型半導(dǎo)體中的載流子: :1 1、自由電子。、自由電子。2 2、空穴。、空穴。多數(shù)載流子多數(shù)載流子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 N 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子少數(shù)載流子多數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子正離

5、子在在N型半導(dǎo)中型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子電子是多數(shù)載流子, 空穴是少數(shù)載流子?？昭ㄊ巧贁?shù)載流子。+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中在硅或鍺的晶體中 摻入少量的三價元摻入少量的三價元 素素, 形成形成P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 +4+4硼原子硼原子填補空位填補空位+3負離子負離子P 型半導(dǎo)體中的載流子是型半導(dǎo)體中的載流子是: :1 1、自由電子。、自由電子。2 2、空穴。、空穴。多數(shù)載流子多數(shù)載流子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 P 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子電子是少數(shù)載流子負離子負離子空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半

6、導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E漂移運動漂移運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN結(jié)結(jié)9.1.3 PN9.1.3 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦詢?nèi)電場阻止擴散內(nèi)電場阻止擴散，有利于漂移，有利于漂移1. PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置_PN 結(jié)加正向電壓、正向偏置：結(jié)加正向電壓、正向偏置： P 區(qū)加正、區(qū)加正、N 區(qū)加負電壓區(qū)加負電壓內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向ERIP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄 內(nèi)電場被削弱，多子內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。較大的擴散電流。二、二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向ER空間電

7、荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬 外電場方向外電場方向IR2. 2. 外加反向電壓外加反向電壓外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走少數(shù)載流子越過少數(shù)載流子越過PN結(jié)結(jié)形成很小的反向電流形成很小的反向電流 多數(shù)載流子的擴散運動難于進行多數(shù)載流子的擴散運動難于進行伏安特性伏安特性PN結(jié)的單向結(jié)的單向?qū)щ娦?！?dǎo)電性！一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管符號：二極管符號：9.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管

8、600400200050100I / mAU / V正向特性正向特性反向擊反向擊穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性反向特性反向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓I / mAU / V0.40.8 40 802460.10.2鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性0 二、伏安特性二、伏安特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: :鍺管鍺管0.23. 反向峰值電流反向峰值電流 IRM1. 最大整流電流最大整流電流 IOM：最大正向平均電流：最大正向平均電流2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓URWM理想二極管：死區(qū)電壓理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0

9、RLuiuouiuott例例1：二極管半波整流：二極管半波整流D3VRuiuouRuD 例例2：下圖是二極管限幅電路，：下圖是二極管限幅電路，D為理想二極管，為理想二極管， ui = 6 sin t V, E= 3V,試畫出試畫出 uo波形波形 。 t t ui / V Vuo /V63300 2 2 6例例3：下圖中，已知：下圖中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB為為鍺管鍺管(導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降0.3V )，求輸出端，求輸出端Y的電位的電位, 并說明二并說明二極管的作用。極管的作用。 解：解： DA優(yōu)先導(dǎo)通，則優(yōu)先導(dǎo)通，則VYDA導(dǎo)通后導(dǎo)通后, DB因反偏而截止因反偏而截止,起隔離

10、作用起隔離作用, DA起鉗位作用起鉗位作用,將將Y端的電位鉗制在。端的電位鉗制在。 DA 12VYABDBR 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管+-穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓 UZ（2）動態(tài)電阻）動態(tài)電阻ZZIUZrUIIZm UZ IZ曲線越陡，動曲線越陡，動態(tài)電阻愈小，態(tài)電阻愈小，電壓越穩(wěn)定。電壓越穩(wěn)定。UZ（3）. 最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流 IZmax 穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性制作的二極管，其除了可以構(gòu)成限幅電路之外，主要用于穩(wěn)壓電路。30V2kUODZ1DZ2+-+-例：設(shè) DZ1 的 穩(wěn) 定 電 壓 為 6 V，DZ2 的 穩(wěn) 定 電 壓 為 1

11、2 V， 設(shè) 穩(wěn) 壓 管 的 正 向 壓 降 為 0.7 V，則 輸 出 電 壓UO 等 于 （ ）。二極管的單向?qū)щ娦裕憾O管的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)正向偏置，近似短路，有的壓降結(jié)正向偏置，近似短路，有的壓降PN結(jié)反向偏置，處于高阻狀態(tài)，類似斷路結(jié)反向偏置，處于高阻狀態(tài)，類似斷路穩(wěn)壓管的反向穩(wěn)壓性：穩(wěn)壓管的反向穩(wěn)壓性：小結(jié)：小結(jié)：作業(yè)：作業(yè)：P264-2669.2.4(a)(b)、N型硅型硅BECN+P型硅型硅基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高1. NPN 型三極管型三極管集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射

12、結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)NN集電極集電極C基極基極B發(fā)射極發(fā)射極EPECB符號符號 三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu) 分類和符號分類和符號集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)CBEN集電極集電極C發(fā)射極發(fā)射極E基極基極BNPPN2. PNP型三極管型三極管CEB三極管具有電流控制作用的外部條件三極管具有電流控制作用的外部條件 :（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。）集電結(jié)反向偏置。對于對于NPN型三極管應(yīng)滿足型三極管應(yīng)滿足: UBE 0UBC VB VE對于對于PNP型三極管應(yīng)滿足型三極管應(yīng)滿足: UEB 0UCB 0即即 VC VB IC，稱稱為飽和區(qū)。為飽和區(qū)。

13、UCE=0IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,UBE 死區(qū)電死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。壓，稱為截止區(qū)。發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏UCE=VCC小結(jié)：三極管的三種工作狀態(tài)小結(jié)：三極管的三種工作狀態(tài)集電結(jié)，發(fā)射結(jié)均正偏，三極管處于飽和狀態(tài)集電結(jié)，發(fā)射結(jié)均正偏，三極管處于飽和狀態(tài)集電結(jié)，發(fā)射結(jié)均反偏，三極管處于截止狀態(tài)集電結(jié)，發(fā)射結(jié)均反偏，三極管處于截止狀態(tài)集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài)集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài)、主要參數(shù)、主要參數(shù)三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基

14、、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：共射直流電流放大倍數(shù)：BCII_基極電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：BIIC1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _2. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM 集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCM安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICM集電極最大電流集電極最大電流U(BR)CEO集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓3.集集- -基極反向截止電流基極反向截止電流ICBO AICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響大。電流，受溫度的變化影響大。4. 集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，三極管的溫度特性較差。 場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中的載流子，使流過半導(dǎo)體內(nèi)的電流大小隨電場強