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半导体基础知识1第一页，讲稿共九十三页哦作业：作业：按时交，可补交（不批改）。按时交，可补交（不批改）。实验：实验：5-65-6次，遵守实验室纪律，认真写实验报告。次，遵守实验室纪律，认真写实验报告。期末考试成绩：期末考试成绩：期末考试期末考试6060期中期中2020平时成绩平时成绩1010+实验实验10102第二页，讲稿共九十三页哦绪论绪论电子技术基础电子技术基础 数字电子技术基础数字电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础3第三页，讲稿共九十三页哦一、什么是电子技术？其发展概况如何？一、什么是电子技术？其发展概况如何？1 1、定义：定义：又名电子学，它是一门研究各种电子器件、电子电路及又名电子学，它是一门研究各种电子器件、电子电路及其应用的学科。是当代发展最迅速的学科之一。其应用的学科。是当代发展最迅速的学科之一。2 2、发展概况：、发展概况：1 1）真空管或电子管时代）真空管或电子管时代 2 2）晶体管和集成电路时代）晶体管和集成电路时代 3 3）超导材料、纳米材料）超导材料、纳米材料 （纳米电子学为十大科技之首）（纳米电子学为十大科技之首）4第四页，讲稿共九十三页哦3 3、电子技术发展简介、电子技术发展简介1）电子器件的发展简介）电子器件的发展简介 1904年发明了真空二极管年发明了真空二极管 1906年发明了真空三极管年发明了真空三极管1912年发明了再生式放大器年发明了再生式放大器1917年发明了振荡器和超外差式电路年发明了振荡器和超外差式电路1947年发明了晶体管年发明了晶体管1960年发明了场效应管年发明了场效应管5第五页，讲稿共九十三页哦2 2）集成电路发展简介）集成电路发展简介1960年发明了小规模的集成电路（年发明了小规模的集成电路（SSI）(Small Scale Integration)1964年小规模的年小规模的MOS集成电路集成电路1966年中规模的集成电路（年中规模的集成电路（MSI）1969年大规模的集成电路（年大规模的集成电路（LSI）1975年超大规模的集成电路（年超大规模的集成电路（VLSI）6第六页，讲稿共九十三页哦二、本课程的任务、研究内容二、本课程的任务、研究内容 1、掌握各种功能电路的组成原理及其性能特点，、掌握各种功能电路的组成原理及其性能特点，具有集成器件应用的设计能力。具有集成器件应用的设计能力。2、掌握电子技术的基本理论、基本知识、基本技能，、掌握电子技术的基本理论、基本知识、基本技能，为后续课程打好基础。为后续课程打好基础。3、研究内容是电子器件（包括组件）、基本电子电路、研究内容是电子器件（包括组件）、基本电子电路及其构成的应用系统。及其构成的应用系统。4、器件、器件电路电路应用系统应用系统 7第七页，讲稿共九十三页哦三、课程的特点与学习方法三、课程的特点与学习方法电子技术基础是一门技术基础课，应有工程的观点，电子技术基础是一门技术基础课，应有工程的观点，采用工程近似的方法简化实际问题。采用工程近似的方法简化实际问题。接近工程实际，认真对待模拟电子技术实验课程，接近工程实际，认真对待模拟电子技术实验课程，巩固理论知识，掌握基本实验技能巩固理论知识，掌握基本实验技能8第八页，讲稿共九十三页哦第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 三极管三极管1.4 1.4 场效应管场效应管1.5 1.5 晶闸管晶闸管1.6 1.6 集成电路中的元件集成电路中的元件9第九页，讲稿共九十三页哦1 概念概念 2 半导体分类半导体分类 1.1 半导体基础知识 10第十页，讲稿共九十三页哦导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金，金属一般都是导体。属一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如，如橡皮、陶瓷、塑料。橡皮、陶瓷、塑料。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为缘体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。镓和一些硫化物、氧化物等。11第十一页，讲稿共九十三页哦半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性返回返回12第十二页，讲稿共九十三页哦一、本征半导体二、杂质半导体半导体分类13第十三页，讲稿共九十三页哦一、本征半导体1、本征半导体的晶体结构、本征半导体的晶体结构2 2、本征半导体中的两种载流子、本征半导体中的两种载流子3 3、本征半导体中的载流子的浓度、本征半导体中的载流子的浓度14第十四页，讲稿共九十三页哦1 1、本征半导体的晶体结构、本征半导体的晶体结构GeGeSiSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。最外层电子（价电子）都是四个。15第十五页，讲稿共九十三页哦在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成子之间形成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。16第十六页，讲稿共九十三页哦硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子17第十七页，讲稿共九十三页哦共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电束缚电子子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，因，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。+4+4+4+4返回返回18第十八页，讲稿共九十三页哦2 2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0 0度（度（T T=0K=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价电子完价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即带电粒子（即载流子载流子），它的导电能力为），它的导电能力为 0 0，相当，相当于绝缘体。于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足在常温下，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，成为够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时，同时共价键上留下一个空位，称为共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴19第十九页，讲稿共九十三页哦+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子20第二十页，讲稿共九十三页哦2.2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电自由电子子和和空穴空穴。21第二十一页，讲稿共九十三页哦温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体温度越高，载流子的浓度越高。因此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。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：本征半导体中电流由两部分组成：1.1.自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。2.2.空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。（在本征半导体中（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，同时又自由电子和空穴成对出现，同时又不断的不断的复合复合）返回返回22第二十二页，讲稿共九十三页哦二、杂质半导体1、N型半导体型半导体2 2、P P型半导体型半导体3 3、PNPN结结 （重点）（重点）在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加体的某种载流子浓度大大增加。23第二十三页，讲稿共九十三页哦一、一、N N 型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，使其取代晶格中硅原子的位置。返回24第二十四页，讲稿共九十三页哦+4+4+4+4+5+5+4+4多余电子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1.1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。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。自由电子称为度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空），空穴称为穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。25第二十五页，讲稿共九十三页哦二、二、P P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。的带负电的离子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。26第二十六页，讲稿共九十三页哦三、杂质半导体的符号三、杂质半导体的符号P P 型半导体型半导体+N N 型半导体型半导体返回返回27第二十七页，讲稿共九十三页哦3、PN结结1、PN结的形成结的形成2 2、PNPN结的单向导电性结的单向导电性3 3、PNPN结的伏安特性结的伏安特性4 4、PNPN结的电容效应结的电容效应28第二十八页，讲稿共九十三页哦总总 结结2.N2.N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，N N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认近似认为多子与杂质浓度相等。为多子与杂质浓度相等。3.3.P P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.1.本征半导体中受激产生的电子很少。本征半导体中受激产生的电子很少。返回返回29第二十九页，讲稿共九十三页哦PN PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P P 型半导体型半导体和和N N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了处就形成了PN PN 结。结。30第三十页，讲稿共九十三页哦P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动(浓度差产生浓度差产生)内电场内电场E E漂移运动（电场力作用）漂移运动（电场力作用）扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。31第三十一页，讲稿共九十三页哦漂移运动漂移运动P P型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，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。32第三十二页，讲稿共九十三页哦+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV033第三十三页，讲稿共九十三页哦1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P区区中的空穴中的空穴.N N区区 中中的电子（的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3.3.P P 区中的电子和区中的电子和 N N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），数量），数量有限，因此由它们形成的电流很小。有限，因此由它们形成的电流很小。小结小结返回返回34第三十四页，讲稿共九十三页哦(1)加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F正向电流正向电流 PNPN结的单向导电性结的单向导电性35第三十五页，讲稿共九十三页哦(2)(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R RP PN N 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定征激发产生的少子浓度是一定的，故的，故I IR R基本上与外加反压的基本上与外加反压的大小无关大小无关，所以称为，所以称为反向饱和反向饱和电流电流。但。但I IR R与温度有关。与温度有关。36第三十六页，讲稿共九十三页哦 PNPN结加正向电压时，具有较大的正向扩结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，散电流，呈现低电阻，PNPN结导通；结导通；PNPN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻，PNPN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导结具有单向导电性。电性。返回返回37第三十七页，讲稿共九十三页哦 3、PN结的伏安特性38第三十八页，讲稿共九十三页哦1.2 半导体二极管半导体二极管1 1、基本结构、基本结构PN PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型点接触型PN结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：阳极阳极+阴极阴极-39第三十九页，讲稿共九十三页哦2 2、伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压(开启电压开启电压)硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR反向击穿反向击穿电流电流Is40第四十页，讲稿共九十三页哦3.3.主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流 I IF F二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。3.3.反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压上给出的最高反向工作电压U UR R一般是一般是U UBRBR的一半。的一半。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压U UR R保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。41第四十一页，讲稿共九十三页哦4.4.反向电流反向电流 I IR R指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向指二极管加反向峰值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，因此反向电流电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。要比硅管大几十到几百倍。二极管工作的上限频率，超过此值，由于结电容的二极管工作的上限频率，超过此值，由于结电容的作用，不能很好的体现单向导电性。作用，不能很好的体现单向导电性。5.5.最高工作频率最高工作频率 f f M M42第四十二页，讲稿共九十三页哦UIUonUon4 4 二极管的等效电路二极管的等效电路43第四十三页，讲稿共九十三页哦二极管：二极管：死区电压死区电压=0.5V=0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管)理理想二极管：想二极管：死区电压死区电压=0=0，正向压降，正向压降=0 =0 RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二极管半波整流二极管半波整流二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。应用于整流、限幅、保护等等。44第四十四页，讲稿共九十三页哦5.稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样。UI45第四十五页，讲稿共九十三页哦 图 稳压二极管的伏安特性 (a)符号 (b)伏安特性(b)(a)46第四十六页，讲稿共九十三页哦 从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。极管的参数。(1)稳定电压UZ(2)动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流IZ下，所对应的反向下，所对应的反向工作电压。工作电压。其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。rZ=UZ/IZ47第四十七页，讲稿共九十三页哦(4)最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗取稳压管的最大功率损耗取决于决于PN结的面积和散热等条件。结的面积和散热等条件。反向工作时反向工作时PN结的功率损耗为结的功率损耗为 PZ=VZ IZ，由，由 PZM和和VZ可以决定可以决定IZmax。(3)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作 电流IZmin 48第四十八页，讲稿共九十三页哦(5)稳定电压温度系数VZ 温度的变化将使温度的变化将使VZ改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 VZ 7 V时，时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。当当 VZ 4 V时，时，VZ具有负温度系数，具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。反向击穿是齐纳击穿。当当4 V VZ 7 V时，稳压管可以获得接时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。压管使用。49第四十九页，讲稿共九十三页哦 稳压二极管在工作时应反接，并串稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。起到稳压作用。(c)稳压二极管工作二极管工作50第五十页，讲稿共九十三页哦稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例例例 2 2 在图在图1.1.131.1.13中，已知稳压二极管的中，已知稳压二极管的U UVDZVDZ=6.3V,=6.3V,当当U UI I=20V=20V，R=1kR=1k时，求时，求U UO O。已知稳压二极管的正向导通压降。已知稳压二极管的正向导通压降U UF F=0.7 V=0.7 V。解当UI=+20V,VDZ1反向击穿稳压，UVDZ1=6.3V，VDZ2正向导通，UF2=0.7V，则UO=+7V；同理，UI=-20V,UO=-7V。例例 1 1 书书p66 1.7p66 1.7 51第五十一页，讲稿共九十三页哦uoiZDZRiLiuiRL例例 2 2稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为I Iz zmax max 方程方程1 1要求当输入电压由正常值发生要求当输入电压由正常值发生 20%20%波动时，负载电压基本波动时，负载电压基本不变。不变。求：求：电阻电阻R R和输入电压和输入电压 u ui i 的正常值。的正常值。52第五十二页，讲稿共九十三页哦令输入电压降到下限时，令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为I Iz zmin min。方程方程2 2u uo oi iZ ZD DZ ZR Ri iL Li iu ui iR RL L联立方程联立方程1 1、2 2，可解得：，可解得：53第五十三页，讲稿共九十三页哦光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加54第五十四页，讲稿共九十三页哦发光二极管发光二极管有正向电流流过时，有正向电流流过时，发出一定波长范围的发出一定波长范围的光，目前的发光管可光，目前的发光管可以发出从红外到可见以发出从红外到可见波段的光，它的电特波段的光，它的电特性与一般二极管类似。性与一般二极管类似。返回返回55第五十五页，讲稿共九十三页哦一、三极管的结构及类型一、三极管的结构及类型二、晶体管的电流放大作用二、晶体管的电流放大作用三、晶体管的共射特性放大曲线三、晶体管的共射特性放大曲线四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数五、温度对晶体管特性及参数的影响五、温度对晶体管特性及参数的影响1.3 半导体三极管半导体三极管56第五十六页，讲稿共九十三页哦一一 基本结构基本结构三极管是由两个三极管是由两个PNPN结、结、3 3个杂质半导体区域组成的，个杂质半导体区域组成的，因杂质半导体有因杂质半导体有P P、N N型两种，所以三极管的组成形式有型两种，所以三极管的组成形式有NPNNPN型和型和PNPPNP型两种型两种。57第五十七页，讲稿共九十三页哦BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型58第五十八页，讲稿共九十三页哦BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高59第五十九页，讲稿共九十三页哦BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结集电结60第六十页，讲稿共九十三页哦BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管符号符号61第六十一页，讲稿共九十三页哦注意，注意，PNPPNP型和型和NPNNPN型三极管表示符号的区别是发射极的型三极管表示符号的区别是发射极的箭头方向不同，箭头方向不同，这个箭头方向表示发射结加正向偏置这个箭头方向表示发射结加正向偏置时的电流方向时的电流方向。使用中要注意电源的极性，确保发射结。使用中要注意电源的极性，确保发射结永远加正向偏置电压，三极管才能正常工作。永远加正向偏置电压，三极管才能正常工作。三极管根据基片的材料不同，分为锗管和硅管两大类，三极管根据基片的材料不同，分为锗管和硅管两大类，目目前国内生产的硅管多为前国内生产的硅管多为NPN型（型（3D系列），锗管多为系列），锗管多为PNP型型（3A系列）；系列）；从频率特性分，可分为高频管和低频管；从功率从频率特性分，可分为高频管和低频管；从功率大小分，可分为大功率管、中功率管和小功率管，等等。大小分，可分为大功率管、中功率管和小功率管，等等。实际实际应用中采用应用中采用NPN型三极管较多型三极管较多，所以下面以，所以下面以NPN型三极型三极管为例加以讨论，所得结论对于管为例加以讨论，所得结论对于PNP三极管同样适用。三极管同样适用。返回返回62第六十二页，讲稿共九十三页哦ICmA AVVUCEUBERBIBECEB1、一个实验一个实验二二 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用B BE EC CmAmA63第六十三页，讲稿共九十三页哦结论结论:1.IE=IC+IB3.3.要使晶体管放大要使晶体管放大,发射结必须正偏发射结必须正偏,集电结必须反偏。集电结必须反偏。64第六十四页，讲稿共九十三页哦2、电流放大原理、电流放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。65第六十五页，讲稿共九十三页哦BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。66第六十六页，讲稿共九十三页哦IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEIE=IC+IB67第六十七页，讲稿共九十三页哦ICE与与IBE之比称为之比称为电流放大倍数电流放大倍数 返回返回68第六十八页，讲稿共九十三页哦 iB是是输入入电流，流，vBE是是输入入电压，加在，加在B、E两两电极极之之间。iC是是输出出电流，流，vCE是是输出出电压，从，从C、E 两两电极取极取出。出。输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=const本节介绍三极管的特性曲线，即三三 双极型半导体三极管的特性曲线双极型半导体三极管的特性曲线IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE69第六十九页，讲稿共九十三页哦1.1.1.1.输入特性曲线输入特性曲线IB=f(UBE )UC E =常数常数IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE70第七十页，讲稿共九十三页哦UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电压，硅管0.5V，锗管0.1V。输入特性曲线输入特性曲线IB=f(UBE )UC E =常数常数71第七十一页，讲稿共九十三页哦2、输出特性特性曲线输出特性特性曲线IC =g (UCE)|IB=常数常数IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE72第七十二页，讲稿共九十三页哦输出特性曲线输出特性曲线IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。IC =g (UCE)|IB=常数常数73第七十三页，讲稿共九十三页哦IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。74第七十四页，讲稿共九十三页哦IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3)(3)截止区：截止区：U UBEBE 死区电压，死区电压，I IB B=0=0，I IC C=I ICEOCEO 0 0 返回返回76第七十六页，讲稿共九十三页哦四、主要参数四、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应相应的集电极电流变化为的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：1.电流放大倍数电流放大倍数和和 77第七十七页，讲稿共九十三页哦例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=78第七十八页，讲稿共九十三页哦2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。79第七十九页，讲稿共九十三页哦BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBO3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升时，大，当温度上升时，ICEO增加很快，所增加很快，所以以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性三极管的温度特性较差较差。80第八十页，讲稿共九十三页哦4.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出的功率所发出的功率 为：为：PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区81第八十一页，讲稿共九十三页哦五、温度对晶体管特性及参数的影响五、温度对晶体管特性及参数的影响3、温度对输出特性的影响1、温度对ICBO的影响2、温度对输入特性的影响 半导体材料具有热敏性，几乎所有的晶半导体材料具有热敏性，几乎所有的晶体管的参数都是温度的函数。体管的参数都是温度的函数。82第八十二页，讲稿共九十三页哦2、温度对输入特性的影响83第八十三页，讲稿共九十三页哦3、温度对输出特性的影响返回返回84第八十四页，讲稿共九十三页哦BECIBIEIC应用总结：应用总结：1.1.给定三极管三个电极的电位（三级位置已知），判断三极给定三极管三个电极的电位（三级位置已知），判断三极管的工作状态。管的工作状态。2.2.给定三极管三个电极的电位（三级位置未知），判断三个给定三极管三个电极的电位（三级位置未知），判断三个电极的位置且判断是电极的位置且判断是sisi管还是管还是GeGe管、是管、是PNPPNP管还是管还是NPNNPN管管。3.3.给已知应用电路，求解管子处于什么工作状态。给已知应用电路，求解管子处于什么工作状态。作业：作业：1.81.81.91.9其余的。其余的。85第八十五页，讲稿共九十三页哦86第八十六页，讲稿共九十三页哦87第八十七页，讲稿共九十三页哦1.5 1.5 晶闸管晶闸管1晶闸管的基本结构晶闸管的基本结构 晶闸管（可控硅）是在晶体管的基础上发展起来的一种大功率半导体器件，由四层半导体1、制成，形成三个结、。用途：可控整流、逆变、调压等。2 2、晶闸管的电极、晶闸管的电极 由最外的层引出的电极为阳极，最外的层引出的电极为阴极C，由中间的层引出的电极为控制极，然后用外壳封装起来.88第八十八页，讲稿共九十三页哦结构示意图结构示意图 结构分解结构分解 等效电路等效电路 符号符号 89第八十九页，讲稿共九十三页哦3 3、晶闸管的工作原理、晶闸管的工作原理(1)控制极不加电压（开路），控制极不加电压（开路），当阳极当阳极A和阴极和阴极C之间加正向电之间加正向电压（压（A为高电位，为高电位，C为低电位）为低电位）时，时，PN结结J1和和J3处于正向偏置，处于正向偏置，J2处于反向偏置，故处于反向偏置，故V1不能导通，不能导通，晶闸管处于截止状态（称晶闸管处于截止状态（称阻断阻断状态状态）当阳极当阳极A和阴极和阴极C之间加反向电压时，则之间加反向电压时，则J2处于正处于正向偏置，向偏置，而而J1和和J3处于反向偏置，处于反向偏置，V1仍不能导通，故晶闸管还是处仍不能导通，故晶闸管还是处于阻断状态。于阻断状态。90第九十页，讲稿共九十三页哦(2)当控制极G和阴极C之间加正向电压（G为高电位，C为低电位），阳极和阴极之间加正向电压。触发导通过程。91第九十一页，讲稿共九十三页哦4 4、晶闸管的伏安特性、晶闸管的伏安特性i if f（u u）|I|IG G(i (i 阳极电流，阳极电流，u Au AC C间电压间电压)92第九十二页，讲稿共九十三页哦例题：例题：1 193第九十三页，讲稿共九十三页哦