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第一章常用半导体器件及其特征第1页，本讲稿共124页课题：第一节 半导体二极管（2学时）目的要求：1、掌握常用的半导体工作原理 2、了解二极管的工作特性重点、难点和突破方法：半导体材料、PN结、二极管，的特性和主要参数 复习提问：作业：见课件。使用班级 电子081 电子082总第 次课第2页，本讲稿共124页第一节第一节半导体的基础知识半导体的基础知识1本征半导体本征半导体2杂质半导体杂质半导体3PN结结第3页，本讲稿共124页一、常用半导体材料及其导电性能一、常用半导体材料及其导电性能 自然界中的物质按照导电能力可分为导体、绝缘体与半导体。自然界中的物质按照导电能力可分为导体、绝缘体与半导体。Next 典型的元素半导体有典型的元素半导体有硅硅Si和和锗锗Ge，此外，还有化合物半导体，此外，还有化合物半导体砷化镓砷化镓GaAs等。等。导导 体体：导电能力良好的物体，如银、铜、铁等。：导电能力良好的物体，如银、铜、铁等。绝缘体绝缘体：不能导电或导电能力很差的物体，如橡胶、陶瓷、玻璃、塑料：不能导电或导电能力很差的物体，如橡胶、陶瓷、玻璃、塑料等。等。半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。半导体简介半导体简介第4页，本讲稿共124页半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第5页，本讲稿共124页1.本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子第6页，本讲稿共124页 Si Si Si Si价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或受价电子在获得一定能量（温度升高或受价电子在获得一定能量（温度升高或受价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电），同时共价键中留下（带负电），同时共价键中留下（带负电），同时共价键中留下（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为一个空位，称为一个空位，称为一个空位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子温度愈高，晶体中产生的自由电子温度愈高，晶体中产生的自由电子温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。便愈多。便愈多。便愈多。自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。第7页，本讲稿共124页本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流 (1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对所以，温度对所以，温度对所以，温度对半导体器件性能影响很大。半导体器件性能影响很大。半导体器件性能影响很大。半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。注意：第8页，本讲稿共124页2.杂质半导体（杂质半导体（N型半导体）型半导体）掺杂后自由电子数目大量增加，自掺杂后自由电子数目大量增加，自掺杂后自由电子数目大量增加，自掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导由电子导电成为这种半导体的主要导由电子导电成为这种半导体的主要导由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或电方式，称为电子半导体或电方式，称为电子半导体或电方式，称为电子半导体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子，自由电子是多数载流子，自由电子是多数载流子，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。空穴是少数载流子。空穴是少数载流子。空穴是少数载流子。动画第9页，本讲稿共124页2.杂质半导体（杂质半导体（P型半导体）型半导体）掺杂后空穴数目大量增加，空穴掺杂后空穴数目大量增加，空穴掺杂后空穴数目大量增加，空穴掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方导电成为这种半导体的主要导电方导电成为这种半导体的主要导电方导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是空穴是多数载流子，自由电子是空穴是多数载流子，自由电子是空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。少数载流子。少数载流子。少数载流子。B硼原子接受一个电子接受一个电子变为负离子变为负离子空穴动画无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第10页，本讲稿共124页 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a思考题：第11页，本讲稿共124页1.PN PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，漂移运动越强，而漂移内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这一对相反扩散和漂移这一对相反扩散和漂移这一对相反扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，的运动最终达到动态平衡，的运动最终达到动态平衡，的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不空间电荷区的厚度固定不空间电荷区的厚度固定不空间电荷区的厚度固定不变。变。变。变。+动画形成空间电荷区二、二、PN PN结结第12页，本讲稿共124页2.PN结的单向导电性结的单向导电性 2.1 PN 2.1 PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场IF 内电场被削弱，内电场被削弱，内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强，多子的扩散加强，多子的扩散加强，多子的扩散加强，形成较大的扩散电形成较大的扩散电形成较大的扩散电形成较大的扩散电流。流。流。流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PNPN结处结处结处结处于导通状态。于导通状态。于导通状态。于导通状态。内电场PN+第13页，本讲稿共124页2.2 PN 2.2 PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+第14页，本讲稿共124页PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.2 PN 2.2 PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加强，少子内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的数量很少，形成很小的反向电流。反向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PNPN结处于结处于结处于结处于截止状态。截止状态。截止状态。截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第15页，本讲稿共124页1.2半导体二极管半导体二极管1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数第16页，本讲稿共124页1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：A(anode)C(cathode)分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型第17页，本讲稿共124页 半导体二极管半导体二极管1.基本结构基本结构(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结电容结面积小、结电容结面积小、结电容结面积小、结电容小、正向电流小。适小、正向电流小。适小、正向电流小。适小、正向电流小。适用于小电流高频电路。用于小电流高频电路。用于小电流高频电路。用于小电流高频电路。结面积大、正向电结面积大、正向电结面积大、正向电结面积大、正向电流大、结电容大，用流大、结电容大，用流大、结电容大，用流大、结电容大，用于低频大电流电路。于低频大电流电路。于低频大电流电路。于低频大电流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电结结面积可大可小，用于高频整流和开关电结结面积可大可小，用于高频整流和开关电结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。路中。路中。路中。第18页，本讲稿共124页点接触型正极引线触丝N 型锗片外壳负极引线负极引线 面接触型N型锗PN 结 正极引线铝合金小球底座金锑合金正极引线负极引线集成电路中平面型PNP 型支持衬底第19页，本讲稿共124页半导体二极管图片点接触型点接触型 面接触型面接触型平面型平面型第20页，本讲稿共124页第21页，本讲稿共124页2.伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗锗锗锗0.1V0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电压二极外加电压大于死区电压二极外加电压大于死区电压二极外加电压大于死区电压二极管才能导通。管才能导通。管才能导通。管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极外加电压大于反向击穿电压二极外加电压大于反向击穿电压二极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。管被击穿，失去单向导电性。管被击穿，失去单向导电性。管被击穿，失去单向导电性。正向特性正向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。硅管硅管 0.7 V锗管锗管 0.2 V第22页，本讲稿共124页反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V，正，正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。第23页，本讲稿共124页3.主要参数主要参数3.13.1 最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IFMFM指允许长期流过二极管的最大正向平均电流。指允许长期流过二极管的最大正向平均电流。指允许长期流过二极管的最大正向平均电流。指允许长期流过二极管的最大正向平均电流。3.23.2 反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR指管子击穿时的电压，一旦超过，管子将被击穿而损坏。指管子击穿时的电压，一旦超过，管子将被击穿而损坏。指管子击穿时的电压，一旦超过，管子将被击穿而损坏。指管子击穿时的电压，一旦超过，管子将被击穿而损坏。3.33.3 最高反向工作电压最高反向工作电压最高反向工作电压最高反向工作电压U UBMBM指管子允许的最高反向工作电压，通常取反向击穿电压的一半。指管子允许的最高反向工作电压，通常取反向击穿电压的一半。指管子允许的最高反向工作电压，通常取反向击穿电压的一半。指管子允许的最高反向工作电压，通常取反向击穿电压的一半。3.43.4 反向电流反向电流反向电流反向电流I IR R指常温下反向电压一定时流过管子的反向电流。指常温下反向电压一定时流过管子的反向电流。指常温下反向电压一定时流过管子的反向电流。指常温下反向电压一定时流过管子的反向电流。第24页，本讲稿共124页二极管的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于二极管处于二极管处于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。正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于二极管处于二极管处于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。反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。3.3.3.3.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。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。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。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。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。第25页，本讲稿共124页 二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通截导通截止止否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅硅硅0.7V0.7V锗锗锗锗0 0.2V.2V 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 V V阴或阴或阴或阴或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 V U U阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UAB=AB=6V 6V否则，否则，否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例1：取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V10V3kBAUAB+第27页，本讲稿共124页u ui 8Vi 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo=8Vo=8V u ui 8Vi 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 u uo=o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例例例2 2：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、整流、检波、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V 8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+动画第28页，本讲稿共124页1.4特殊二极管特殊二极管1.4.1 稳压二极管稳压二极管1.4.2 光电二极管光电二极管第29页，本讲稿共124页1.1.4 稳压二极管稳压二极管1.1.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作时加反向稳压管正常工作时加反向电压电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，电流变稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。路中可起稳压作用。_+UIO第30页，本讲稿共124页1.4.1 稳压二极管稳压二极管一、伏安特性一、伏安特性符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VOUZ IZmin IZmaxUZIZ IZ特性特性第31页，本讲稿共124页二、主要参数二、主要参数1.稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2.稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。3.最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM4.动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 几十几十 第32页，本讲稿共124页5.稳定电压温度系数稳定电压温度系数 CT一般，一般，UZ 5V，CTV 8 V，CTV 0(为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；5 V UZ 8 V，CTV 很小。很小。第33页，本讲稿共124页例例 1.4.1 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR RUIUORRLILIRIZ第34页，本讲稿共124页1.4.2 发光二极管与光敏二极管发光二极管与光敏二极管一、发光二极管一、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)1.符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA，导通电压导通电压(1 2)V符号符号u/Vi /mAO2特性特性第35页，本讲稿共124页2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：I FM，U(BR)，IR光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 P，亮度亮度 L，光通量光通量 发光类型：发光类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：不可见光：红外光红外光点阵点阵 LED七段七段 LED,第36页，本讲稿共124页第37页，本讲稿共124页二、光敏二极管二、光敏二极管1符号和特性符号和特性符号符号特性特性uiO暗电流E=200 lxE=400 lx工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片实物照片第38页，本讲稿共124页补充：补充：选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤：步骤：1.设定工作电压设定工作电压(如如 0.7 V；2 V(LED)；UZ)2.确定工作确定工作电流电流(如如 1 mA；10 mA；5 mA)3.根据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻 R=(UI UD)/ID(R 要选择标称值要选择标称值)第39页，本讲稿共124页第二节第二节半导体半导体三极管三极管1.5.1 晶体三极管晶体三极管1.5.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线1.5.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数第40页，本讲稿共124页课题：第一节 半导体三极管（2学时）目的要求：1、掌握三极管工作原理 2、了解三极管的工作特性和主要参数重点、难点和突破方法：三极管，的特性和主要参数 复习提问：半导体的导电机理 作业：见课件。使用班级 电子081 电子082总第 次课第41页，本讲稿共124页(Semiconductor Transistor)1.5.1 晶体三极管晶体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB第42页，本讲稿共124页分类：分类：按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W第43页，本讲稿共124页二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极第44页，本讲稿共124页ICmAAVVUCEUBERBIBECEB3.电流分配关系共发射极电路第45页，本讲稿共124页IB(mA)00.010.030.040.05IC(mA)0.010.561.742.332.91IE(mA)0.01O.571.772.372.96三极管电流测量数据结论结论:1.IE=IC+IB第46页，本讲稿共124页4.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)第47页，本讲稿共124页I CNIEI BNI CBOIB 3)集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 第48页，本讲稿共124页4.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系当当管管子子制制成成后后，发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电电结结面面积积等等确确定定，故故电电流流的的比比例例关关系系确定，即：确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBO穿透电流穿透电流第49页，本讲稿共124页IE=IC+IB第50页，本讲稿共124页1.5.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似第51页，本讲稿共124页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。第52页，本讲稿共124页O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 V第53页，本讲稿共124页二、输出特性二、输出特性iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区：截止区：IB 0 IC=ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏截止区截止区ICEO第54页，本讲稿共124页iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.放大区：放大区：放大区放大区截止区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO第55页，本讲稿共124页iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43213.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=)=0.1 V(锗管锗管)放大区截止区饱饱和和区区ICEO第56页，本讲稿共124页三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。OT2 T1第57页，本讲稿共124页2.温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O第58页，本讲稿共124页作业1某三极管在实验中测得两个PN结的电压分别为可判定它是一只型的三极管，工作在区。2、某三极管可判定它工作在区第59页，本讲稿共124页1.5.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百Q第60页，本讲稿共124页iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO。第61页，本讲稿共124页2.集-基极反向饱和电流ICBOAICBOICBO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。第62页，本讲稿共124页BECNNPICBOICEO=ICB0+ICBO IBE ICBOICBO进入N区，。根据放大关系，由于ICB0的存在，必有电流ICBO。集电结反偏有ICBO3.集-射极反向饱和电流ICEOICEO受温度影响很大，受温度影响很大，当温度上升时，当温度上升时，ICEO增增加很快，所以加很快，所以IC也相应增也相应增加。加。三极管的温度特性较三极管的温度特性较差差。第63页，本讲稿共124页三、极限参数三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流集电极最大允许电流。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全 工 作 区集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为电极电流即为ICM。第64页，本讲稿共124页 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2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。第65页，本讲稿共124页U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO(P34 2.1.7)已知已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO =20 V，当当 UCE=10 V 时，时，IC mA当当 UCE=1 V，则，则 IC mA当当 IC=2 mA，则，则 UCE V 102020第66页，本讲稿共124页1.6场效应管场效应管 引言引言1.6.1 结型场效应管结型场效应管1.6.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.6.2 MOS 场效应管场效应管第67页，本讲稿共