常用半导体器件--ppt课件PPT文档格式.ppt

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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。

本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电流。

2.空穴移动产生的电流。

在本征半导体中掺入少量合适的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。

1.1.2杂质半导体,N型半导体,磷原子,多余电子,掺入少量的五价元素磷（或锑）,取代，形成共价键,多出一个电子,磷原子成为不能移动的正离子,施主原子,Impuritysemiconductor,N型半导体中的载流子是什么？

1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。

2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。

掺杂浓度远大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）。

Negative,空位,硼原子,空穴,P型半导体,掺入少量的三价元素硼（或铟）,取代，形成共价键,产生一个空位,吸引束缚电子来填补,受主原子,硼原子成为不能移动的负离子,空穴是多子，电子是少子,Positive,（3）、杂质半导体的示意表示法,P型半导体,N型半导体,杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。

但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。

近似认为多子与杂质浓度相等。

小结,4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。

N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。

5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。

1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。

2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。

3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；

杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。

一、PN结的形成,利用掺杂工艺，将P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面处就形成了PN结。

1.1.3PN结,N型半导体,P型半导体,PN结,物质因浓度差会产生扩散运动,N区自由电子浓度远高于P区。

P区空穴浓度远高于N区。

自由电子,空穴,空间电荷区，也称耗尽层。

扩散的结果是产生空间电荷区。

内电场E,+,-,在电场力作用下，载流子产生的运动称为漂移运动,自由电子,空穴,最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，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。

多子的扩散运动,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,总结,因浓度差,由杂质离子形成空间电荷区,达到平衡，空间电荷区宽度固定不变,二、PN结的单向导电性,PN结正向偏置,P,N,+,_,外加电源将使扩散运动源源不断的进行，形成正向电流，PN结导通,forwardbias,PN结反向偏置,N,P,+,_,内电场被被加强，多子的扩散受抑制。

少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。

PN结截止,R,E,Reversebias,PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；

由此可以得出结论：

PN结具有单向导电性。

PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止。

总结,Unilateralconductivity,三、PN结VCR方程,PN结两端的外电压u与流过PN结的电流i之间的关系,UT:

温度电压当量，=kT/q，一般取值为26mv；

k为玻耳曼常数T为热力学温度q为电子电荷量,IS：

反向饱和电流,A,B,C,四、PN结的电容效应,1.势垒电容,PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。

2.扩散电容,PN结外加的正向电压变化时，在扩散过程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。

结电容：

结电容不是常量！

若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！

barriercapacity,Diffusedcapacity,1.2半导体二极管,阴极引线,阳极引线,semiconductordiode,1.2.1半导体二极管的结构类型,按结构分类,点接触型,面接触型,平面型,

（1）点接触型二极管,PN结面积小,不能通过较大的电流,结电容小,工作频率高,适用于高频电路和小功率整流,

（2）面接触型二极管,PN结面积大,能通过较大的电流,结电容大,能在低频下工作,一般仅作为整流管使用,合金法,PN结面积可大可小,视结面积的大小用于大功率整流和开关电路中,二极管的电路符号,阳极,阴极,二端无源元件,（3）平面型二极管,扩散法,半导体二极管图片,1.2.2半导体二极管的伏安特性曲线,二极管,近似分析时：

（1）二极管和PN结伏安特性的区别,二极管存在半导体体电阻和引线电阻,二极管表面漏电流,单向导电性,几点说明,二极管的正向特性,u0,0uUon,Uon,开启电压,正向电流为零,uUon,开始出现正向电流，并按指数规律增长。

二极管的反向特性,u0,U（BR）u0,反向电流很小,uU（BR）,反向电流急剧增加,反向饱和电流,反向击穿电压,基本不随反向电压的变化而变化,二极管发生击穿,

（2）不同材料二极管伏安特性的区别,u/V,i,锗材料,硅材料,硅材料PN结平衡时的耗尽层电势比锗材料的大,0.5,1.0,硅管0.60.8V,导通压降,硅管0.1A,反向饱和电流,-10A,锗管0.10.3V,锗管几十A,（3）温度对二极管伏安特性的影响,u,i,80,20,正向区：

温度升高，曲线左移,反向区：

温度升高，曲线下移,1.2.3半导体二极管的参数,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

二极管工作时允许外加的最大反向电压,

（1）最大整流电流IF,与PN结结面积和散热条件有关,

（2）最高反向工作电压UR,通常为击穿电压U（BR）的一半,（3）反向电流IR,二极管未被击穿时的反向电流,一般是指最大反向工作电压下的反向电流值。

反向电流越小越好。

UR,1.2.4二极管的等效电路,二极管是非线性器件，,由二极管构成电路是非线性电路。

分析困难,用线性元件构成的电路来近似模拟二极管的特性,二极管的等效电路,多种等效电路，根据应用要求进行选择,反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。

rd=uD/iD,ID,UD,uD,iD,rd与工作状态有关,二极管的微变等效电路,Q2,Q1,1.微变等效电路,1.微变等效电路,2.由伏安特性折线化得到的等效电路,正向压降为0,反向电流为0,正向压降为U,反向电流为0,直线斜率为1/rd,反向电流为0,U,U,U,rd,理想二极管,U,例1电路如图所示，试判断二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压UAO,设二极管是理想的。

解：

假设不成立，所以D导通，,相当于导线，,UAO=-6V,B,C,VB=-6V,VC=-12V,假设二极管不导通,例2电路如图所示，试判断二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压UAO,设二极管是理想的。

D1导通，,短路,D2截止，,断路,UAO=0V,假设二极管不导通,VB=-12V,B,C,VC=-15V,D,VD=0V,例3电路如图所示，设ui=6sintV，试绘出输出电压uo的波形，设D为理想二极管。

ui3V,D截止,uo=ui,ui3V,D导通,uo=3V,单向限幅,A,B,假设二极管不导通,VA=3V,VB=ui,例4电路如图所示，设ui=6sintV，试绘出输出电压uo的波形，设D为理想二极管。

ui3V,D1导通、,D2截止,uo=3V,ui-2V,D1截止、,D2导通,uo=-2V,ui3V,-2V,D1截止,D2截止,uo=ui,双向限幅,A,B,C,VA=3V,VB=-2V,VC=ui,练习二极管开关电路如图所示，求输出电压VO的值。

设D为硅二极管，导通压降为0.7V。

D1导通，,D2截止，,VO=0.7,+0,=0.7V,共阳极，阴极谁低谁导通,共阴极，阳极谁低谁导通,例6电路如图所示，设ui=6sintV，试绘出输出电压uo的波形，设D为硅二极管，导通压降为0.7V。

ui3.7V,D截止,uo=ui,ui3.7V,D导通,uo=3.7V,VA=ui,VB=3.7V,例7电路如图所示，设ui=6sintV，试绘出输出电压uo的波形，设D为硅二极管，开启电压Uon=0.5V，电阻rd=200。

ui3.5V,D截止,uo=ui,ui3.5V,D导通,uo=,0.5,+3,ui,-0.5,-3,800,+200,200,=0.2ui+2.8,B,A,VA=ui,VB=3.5V,1.2.5稳压二极管,稳压二极管是硅材料制成的面接触型晶体二极管。

u,i,曲线越陡，电压越稳定。

UZ,1、稳压管的伏安特性,uUZ时作用同二极管,u增加到UZ时，稳压管击穿,（a）,Voltage-regulationdiode,2、稳压管的主要参数,规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。

（1）稳定电压UZ,稳压管低于此值稳压情况变坏，常记作IZmin,

（2）稳定电流IZ,工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比,（3）动态电阻rZ,rZ=UZ/IZ,（4）额定功耗PZM,PZM=UZIZmax,最大稳定电流,（5）温度系数,表示温度每变化1稳压值的变化量,例1电路如图所示，设ui=6sintV，试绘出输出电压uo的波形。

设DZ为硅稳压二极管，稳定电压为5V,正向导通压降忽略不计。

ui-3V,D导通,uo=-3V,ui-3V,D截止,uo=ui,2V,2Vui,D反向击穿,uo=2V,A,B,VB=ui,VA=-3V,例2稳压管的稳定电UZ=6V,最小稳定电流IZmin=5mA,最大稳定电流IZmax=25mA,负载电阻RL=600。

求限流电阻R的取值范围。

UO=UZ,=6V,IL=,UO,RL,6,600,=0.01A,=10mA,当IDZ=IZmin=5mA时,IR=IDZ+IL,=5+10,=15mA,R=,UI,-UO,IR,10,-6,15,10-3,=227,当IDZ=IZmax=25mA时,IR=,25+10,=35mA,10,-6,35,10-3,=114,R=114227,1.3晶体三极管,管中有两种不同极性的载流子参与导电，所以又称做双极型晶体管,由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件,BJT,Crystaltriode,较薄，掺杂浓度低,面积很大,掺杂浓度很高,集电结,发射结,NPN型,P,N,N,发射区,集电区,基区,基极b,发射极e,集电极c,1.3.1晶体管的结构及类型,emitter,base,collector,我国晶体管的型号命名方法