第15章 半导体二极管和三极管PPT讲稿.ppt
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1、第15章 半导体二极管和三极管第1页,共43页,编辑于2022年,星期日第第15章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管本章要求:本章要求:本章要求:本章要求:一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN结的单向导电性,三极管的电流分配和结的单向导电性,三极管的电流分配和结的单向导电性,三极管的电流分配和结的单向导电性,三极管的电流分配和 电流放大作用;电流放大作用;电流放大作用;电流放大作用;二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线,理解
2、主要参数的意义;作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。第2页,共43页,编辑于2022年,星期日 学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,
3、器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,就不要过分追究精确的数值。分追究精确的数值。分追究精确的数值。分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、
4、特性有分散性、RC RC 的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨
5、论器件的目的在于应用。的在于应用。的在于应用。的在于应用。第3页,共43页,编辑于2022年,星期日15.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性:半导体的导电特性: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
6、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:
7、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4页,共43页,编辑于2022年,星期日15.1.1 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,称为本征半导完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。体。体。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
8、价健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价电子价电子第5页,共43页,编辑于2022年,星期日 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,即(温度升高或受光照)后,即(温度升高或受光照)后,即(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,成为可挣脱原子核的束缚,成为可挣脱原子核的束缚,成为可挣脱原子核的束缚,成为自自自自由电子由电子由电子由电子(带负电),同时共(带负电),同时共(带负
9、电),同时共(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为价键中留下一个空位,称为价键中留下一个空位,称为价键中留下一个空位,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。空穴空穴 温度愈高,晶体中产生的温度愈高,晶体中产生的温度愈高,晶体中产生的温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下,空
10、穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下,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补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的补,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)。运动(相当于正电荷的移动)。运动(相当于正电荷的移动)。运动(相当于正电荷的移动)。第6页,共43页,编辑于2022年,星期日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当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两当半导体两端
11、加上外电压时,在半导体中将出现两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部分电流部分电流部分电流 (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注意:注意:注意:注意:(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
12、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半导体的导电性能也半导体的导电性能也半导体的导电性能也就愈好。就愈好。就愈好。就愈好。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对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。在一空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一空穴成对地产生的同时,又不断复
13、合。在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载定温度下,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。流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。第7页,共43页,编辑于2022年,星期日15.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电成量增加,自由电子导电成量增加,自由电子导电成量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导电为这
14、种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式,称为电子半导体或方式,称为电子半导体或方式,称为电子半导体或方式,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+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 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),形成杂形成杂形成杂形成杂质半导体。质半导体。
15、质半导体。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自由电子是多数自由电子是多数自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子。载流子,空穴是少数载流子。载流子,空穴是少数载流子。载流子,空穴是少数载流子。动画动画第8页,共43页,编辑于2022年,星期日15.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这种半加,空穴导电成为这种半加,空穴导电成为这种半加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式,称导体的主要导电方式,称导体的主要导电方式,称导体的主要导电方式,
16、称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。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空穴是多数空穴是多数空穴是多数载流子,自由电子是少数载流载流子,自由电子是少数载流载流子,自由电子是少数载流载流子,自由电子是少数载流子。子。子。子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴动画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
17、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9页,共43页,编辑于2022年,星期日 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
18、,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
19、 ba a第10页,共43页,编辑于2022年,星期日15.2 PN结结15.2.1 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,漂移运动内电场越强,漂移运动内电场越强,漂移运动内电场越强,漂移运动越强,而漂移使空间电荷越强,而漂移使空间电荷越强,而漂移使空间电荷越强,而漂移使空间电荷区变薄。区变薄。区变薄。区变薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散
20、和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡,空间电荷区衡,空间电荷区衡,空间电荷区衡,空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区第11页,共43页,编辑于2022年,星期日15.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 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 外电场外电场IF 内电场被削内电场被削内电场被削内电场被
21、削弱,多子的扩弱,多子的扩弱,多子的扩弱,多子的扩散加强,形成散加强,形成散加强,形成散加强,形成较大的扩散电较大的扩散电较大的扩散电较大的扩散电流。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,正向结变窄,正向电流较大,正向结变窄,正向电流较大,正向结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,电阻较小,电阻较小,电阻较小,PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+动画动画+第12页,共43页,编辑于2022年,星期日2.PN 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
22、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+动画动画+第13页,共43页,编辑于2022年,星期日PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 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,内电场被加强,少子的漂移加强,少子的漂移加强,由于少子数量很由于少子数量很少,形成很小的少,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
23、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。动画动画+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,反向电结变宽,反向电流较小,反向电结变宽,反向电流较小,反向电结变宽,反向电流较小,反向电阻较大,阻较大,阻较大,阻较大,PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第14页,共43页,编辑于2022年,星期日15.3 半导体二极管半导体
24、二极管15.3.1 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、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大,用结电容大,用结电容大,用结电容大,用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c)(c)平面型
25、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,用结结面积可大可小,用结结面积可大可小,用结结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。第15页,共43页,编辑于2022年,星期日阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金
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