第7章半導(dǎo)體器件

1、第第7 7章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件本章要求：本章要求：1.理解理解PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和電流放大作用；電流放大作用；2.了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的工作原理和特了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的工作原理和特 性曲線，理解主要參數(shù)的意義；性曲線，理解主要參數(shù)的意義；3.會(huì)分析二極管和三極管的電路。會(huì)分析二極管和三極管的電路。 學(xué)會(huì)用學(xué)會(huì)用工程分析方法工程分析方法，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)器，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似合理的近似，以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。以便用簡(jiǎn)便

2、的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。 1.對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。 2.元器件本身是非線性的，具有分散性，元器件的元器件本身是非線性的，具有分散性，元器件的值有誤差，工程上允許一定的誤差。值有誤差，工程上允許一定的誤差。對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在特性特性、參數(shù)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)和和正確使用方法正確使用方法，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。件的目的在于應(yīng)用。7.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)為什么具有這些導(dǎo)電特性？為

3、什么具有這些導(dǎo)電特性？半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：( (可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻) )。摻雜性摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯 改變改變( (可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二 極管、三極管和晶閘管等）。極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 ( (可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等管、光敏三極管等) )。熱敏性：熱敏性：當(dāng)環(huán)境

4、溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)單晶硅單晶硅(Si)的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價(jià)鍵共價(jià)鍵價(jià)電子價(jià)電子常用的半導(dǎo)體材料：硅常用的半導(dǎo)體材料：硅 Si(Silicon) 和鍺和鍺 Ge(Germanium) 均為均為四價(jià)元素，原子最外層有四價(jià)元素，原子最外層有4個(gè)價(jià)電子。個(gè)價(jià)電子。一、一、 本征半導(dǎo)體（純凈半導(dǎo)體）本征半導(dǎo)體（純凈半導(dǎo)體）這種純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。這種純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性： Si Si Si Si S

5、i Si Si Si Si溫度溫度(T)(T)一定時(shí)，一定時(shí)，載流子載流子數(shù)量一定。當(dāng)數(shù)量一定。當(dāng)TT時(shí)，時(shí)，載流子載流子數(shù)量數(shù)量。(3)價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴，價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴，進(jìn)而產(chǎn)生了電子電流和空進(jìn)而產(chǎn)生了電子電流和空穴電流。穴電流。(2)在室溫下受熱激發(fā)時(shí)，在室溫下受熱激發(fā)時(shí)， (1)在絕對(duì)零度在絕對(duì)零度 (T=0K)時(shí)時(shí)不導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體；不導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體；產(chǎn)生電子空穴對(duì)；產(chǎn)生電子空穴對(duì)；l 半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴 這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電的重要特點(diǎn)。這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電的重要特點(diǎn)。自由電子自由電子空穴空穴l 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度影響很大。半導(dǎo)體的

6、導(dǎo)電性能受溫度影響很大。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價(jià)鍵共價(jià)鍵二、二、 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體-N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體:多數(shù)載流子為電子，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。少數(shù)載流子為空穴。在室溫下就在室溫下就可 以 激 發(fā) 成可 以 激 發(fā) 成自由電子自由電子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價(jià)鍵共價(jià)鍵2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體:空位吸引鄰空位吸引鄰近原子的價(jià)近原子的價(jià)電子填充。電子填充。多數(shù)載流子為空穴，多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。少數(shù)載流子為電子。二、二、 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體綜上所述：綜上

7、所述： 無(wú)論無(wú)論N N型還是型還是P P型半導(dǎo)體，對(duì)外都呈電中性。型半導(dǎo)體，對(duì)外都呈電中性。注意：注意：(1)(1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。其中其中電子是多數(shù)載流子電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。參加導(dǎo)電的正離子。(2)(2)本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。其中其中空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子，此外還有不，電子是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。參加導(dǎo)電的負(fù)離子。(3)(

8、3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少子由本征雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 D陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極管殼管殼P N例如例如2CZ10,2CW182CZ10,2CW18等。等。例例1：陽(yáng)陽(yáng)陰陰解：解：D6V12V3k BAUAB+(a)(b)BD16V12V3k AD2UAB+解：解：t

9、)(sintui 18 已知已知ui=5sint (V)，二極管導(dǎo)通電壓，二極管導(dǎo)通電壓UD0.7V。試畫(huà)出。試畫(huà)出ui與與uo波形，并標(biāo)出幅值。波形，并標(biāo)出幅值。 IZ穩(wěn)壓管反向擊穿后，電穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中特性，穩(wěn)壓管在電路中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。IZIZM_+陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 DZ UZUZUIO+DZ DZ (1)(1)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。時(shí)管子兩端的電壓。(3)(3)動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻(2)(2)穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流

10、IZ 、最大穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流 IZM(4)(4)最大允許耗散功率最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。UZ IZIZIZMUI UZZZZIUr 例例 在下圖中，通過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流在下圖中，通過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流IZ等于多少？等于多少？R是限流是限流電阻，其值是否合適？電阻，其值是否合適？+20VR=1.6kUZ=12VIZM=18mA解：解：310611220.ZI=5mAIZ IZM , 電阻值合適。電阻值合適。C 集電極集電極B 基極基極E 發(fā)射極發(fā)射極集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射發(fā)射區(qū)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)EBCE

11、BCC 集電極集電極B 基極基極E 發(fā)射極發(fā)射極集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射發(fā)射區(qū)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)IEIEIBIBC 集電極集電極B 基極基極E 發(fā)射極發(fā)射極集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射發(fā)射區(qū)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)EEBRBRCIEICIBEEBRBRCIEICIBEEBRBRCIEICIB輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOUBEIB+RBEBIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UC

12、E(V)912OICmAUCEIBECV+IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)9120放大區(qū)放大區(qū) BCII_ BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEOBCII 三極管型號(hào)的含義三極管型號(hào)的含義(2)(2)用字母表示三極管的材料與類型。如用字母表示三極管的材料與類型。如A A表示表示PNPPNP型鍺管，型鍺管，B B表示表示NPNNPN型鍺管，型鍺管，C C表示表示PNPPNP型硅管，型硅管，D D表示表示NPNNPN型硅管型硅管。(3)(3)由字母

13、組成，表示器件類型，即表明管子的功能。由字母組成，表示器件類型，即表明管子的功能。 如如: X: X表示低頻小功率管，表示低頻小功率管， G G表示高頻小功率管表示高頻小功率管， D D表示低頻大功率管，表示低頻大功率管， A A表示高頻大功率管。表示高頻大功率管。 三極管的型號(hào)一般由五部分組成三極管的型號(hào)一般由五部分組成, ,如如3AX31A3AX31A、3DG12B3DG12B、3CG14G3CG14G等。下面以等。下面以3DG12B3DG12B為例說(shuō)明各部分的含義。為例說(shuō)明各部分的含義。) 1 (3)2(D) 3(G)4(12)5(B(1) 用數(shù)字表示電極數(shù)目。用數(shù)字表示電極數(shù)目?！?”

14、代表三極管。代表三極管。(4)(4)用數(shù)字表示三極管的用數(shù)字表示三極管的序號(hào)序號(hào)。(5)(5)由字母組成由字母組成, ,表示三極管的表示三極管的規(guī)格號(hào)規(guī)格號(hào)。小功率管塑封管硅銅塑封三極管實(shí)物照片實(shí)物照片練習(xí)題練習(xí)題5V-0.3V-0.1V0V1.3V2V1.3V6V2.0V截止截止放大放大飽和飽和 3 3 今測(cè)得放大電路中一個(gè)三極管的各極對(duì)地電位分別今測(cè)得放大電路中一個(gè)三極管的各極對(duì)地電位分別為為-1V-1V，-1.3V-1.3V，-6V-6V，試判別三極管的三個(gè)電極，并說(shuō)明，試判別三極管的三個(gè)電極，并說(shuō)明是硅管還是鍺管，是是硅管還是鍺管，是NPNNPN型還是型還是PNPPNP型。型。 4 4 已知放大電路中一個(gè)三極管的各極對(duì)地電位已知放大電路中一個(gè)三極管的各極對(duì)地電位 分別為分別為 2.3V2.3V，3V3V，6V6V，試判別管子的類型、管子的三，試判別管子的類型、管子的三個(gè)電極，并說(shuō)明是硅管還是鍺管。個(gè)電極，并說(shuō)明是硅管還是鍺管。5.放大電路中