第9章半导体二极管和三极管.优秀PPT.ppt

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1、电电 工工 学学东华理工高校东华理工高校机械与电子工程学院基础教学部机械与电子工程学院基础教学部海南风光 下篇下篇 电子技术模拟电子技术模拟电子技术 晶体管基础晶体管基础 放大电路放大电路 运算运算放大器电路放大器电路 直流电源直流电源数字电子技术数字电子技术 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序逻辑电路时序逻辑电路下篇下篇从从20世纪初起先，人们相继发觉了真空和半导体电世纪初起先，人们相继发觉了真空和半导体电子器件，以检波、放大及开关等功能为核心的电子子器件，以检波、放大及开关等功能为核心的电子技术得到快速发展。技术得到快速发展。从从1948美国贝尔试验室独创半导体晶体管以来，半导体美国贝尔试验室

2、独创半导体晶体管以来，半导体电子器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的主角，电子器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的主角，经验了分立器件、集成电路、大规模和超大规模的集成经验了分立器件、集成电路、大规模和超大规模的集成电路。其应用领域遍及广播、通讯、测量、限制电路。其应用领域遍及广播、通讯、测量、限制；今日，计算机已经以高技术的载体进入到各个领域，为今日，计算机已经以高技术的载体进入到各个领域，为人类文明的发展树立了一座宏伟的里程碑。人类文明的发展树立了一座宏伟的里程碑。划时代的独创划时代的独创半导体电子学半导体电子学50年年 :/db66 今日今日,听广播、看电视已成为人们日听广播、看电视

3、已成为人们日常生活中最一般的事。个人计算机正在常生活中最一般的事。个人计算机正在进入寻常百姓家。人们在享用现代科技进入寻常百姓家。人们在享用现代科技成果时，未必都能想到，就在身边的收成果时，未必都能想到，就在身边的收音机、电视机、计算机里，曾经发生过音机、电视机、计算机里，曾经发生过几次天翻地覆的大革命。几次天翻地覆的大革命。第一次大革命发生在第一次大革命发生在1906年。那一年，美国年。那一年，美国人德福雷斯特独创了真空三极管。由这种真空三人德福雷斯特独创了真空三极管。由这种真空三极管和其他一些元件（电阻、电容、电感等）组极管和其他一些元件（电阻、电容、电感等）组成放大电路，可以把收音机接收

4、的信号放大十倍、成放大电路，可以把收音机接收的信号放大十倍、百倍乃至千倍。这样，收音机就能收到更远的电百倍乃至千倍。这样，收音机就能收到更远的电台，而且音量更大、音质更好。真空是靠在真空台，而且音量更大、音质更好。真空是靠在真空中运动的电子来实现放大的，所以人们也把它称中运动的电子来实现放大的，所以人们也把它称为电子管。为电子管。真空管体积大、耗电多，发热量也大，寿命又真空管体积大、耗电多，发热量也大，寿命又不够长，缺点不少。到了不够长，缺点不少。到了20世纪世纪40年头，人们把年头，人们把收音机和其他电子设备做得小巧些，寿命更长、收音机和其他电子设备做得小巧些，寿命更长、牢靠性更高些，用真空

5、管很难办到。于是，电子牢靠性更高些，用真空管很难办到。于是，电子学领域里的其次次革命爆发了。学领域里的其次次革命爆发了。晶体管革命晶体管革命 在在20世纪世纪30年头，美国的贝尔试验室里有年头，美国的贝尔试验室里有3位值位值得留意的人物：得留意的人物：探讨部主任默文探讨部主任默文凯利、探讨人员布拉顿和肖凯利、探讨人员布拉顿和肖克利。克利。凯利是一位富有创见的科技管理者，凯利是一位富有创见的科技管理者，早在早在30年头中期，他已经意识到用于电话交换机的机电年头中期，他已经意识到用于电话交换机的机电继电器动作速度太慢，如不淘汰势必影响电话技术继电器动作速度太慢，如不淘汰势必影响电话技术的进步。的进

6、步。1936年，凯利明确地向肖克利表示，年，凯利明确地向肖克利表示，为为了适应通信业务的增长，电话的机械交换必将被电了适应通信业务的增长，电话的机械交换必将被电子交换取代。真空管又存在很多致命的弱点，寻求子交换取代。真空管又存在很多致命的弱点，寻求建立在新材料、新原理基础上的新型电子器件便成建立在新材料、新原理基础上的新型电子器件便成了当务之急。了当务之急。1956年年12月月10日，肖克利、巴丁、布拉顿经过日，肖克利、巴丁、布拉顿经过20年年的努力最终攻克了这一难题，研制出晶体管。为此的努力最终攻克了这一难题，研制出晶体管。为此他们从瑞典国王手中接过了诺贝尔物理奖的证书。他们从瑞典国王手中接

7、过了诺贝尔物理奖的证书。他们为人类奉献的，不仅是一项宏大的技术独创，他们为人类奉献的，不仅是一项宏大的技术独创，而且是半导体物理学的划时代的新发觉。而且是半导体物理学的划时代的新发觉。晶体管的独创是电子学领域的一场革命。晶体管的独创是电子学领域的一场革命。与电子管相比，晶体管体积仅为与电子管相比，晶体管体积仅为1/100，耗电量也仅为耗电量也仅为1/100，而寿命却要长，而寿命却要长100倍。倍。晶体管以咄咄逼晶体管以咄咄逼“人人”之势占据了原被电子管占据之势占据了原被电子管占据的舞台，到的舞台，到50年头末，接受晶体管的收音机、电视年头末，接受晶体管的收音机、电视机已比比皆是了。机已比比皆是

8、了。到到50年头末，人们越来越猛烈地感到，一个个相互年头末，人们越来越猛烈地感到，一个个相互独立的元件、器件的小型化之路，将走到终点。这独立的元件、器件的小型化之路，将走到终点。这是因为：是因为：一个困难的电路，里面有大量的元器件，这些一个困难的电路，里面有大量的元器件，这些“零零件件”之间要用导线连接起来。大量的导线也限制了之间要用导线连接起来。大量的导线也限制了电路体积的缩小。电路体积的缩小。在科学技术发展的关键时刻，在科学技术发展的关键时刻，往往须要富有想象力的科学家创建全新的观念。往往须要富有想象力的科学家创建全新的观念。1958年，就出现了两位这样的人物：年，就出现了两位这样的人物：

9、基尔比和诺伊斯。基尔比和诺伊斯。1958年年9月月12日，基尔比的第一个集成电路试验日，基尔比的第一个集成电路试验获得成功。在这一年里，获得成功。在这一年里，美国仙童公司的美国仙童公司的RN诺伊斯也诺伊斯也研制出第一块集成电路片。研制出第一块集成电路片。到今日，集成电路已走过到今日，集成电路已走过40多年的历程。多年的历程。在这在这40多年中，集成电路发生了巨大的变更。多年中，集成电路发生了巨大的变更。先说说在一个芯片上能集成多少个器件。先说说在一个芯片上能集成多少个器件。1958年，集成电路诞生时，那个芯片上只有年，集成电路诞生时，那个芯片上只有5个元个元器件；器件；1971年独创的微处理器

10、，年独创的微处理器，上面集成了上面集成了2，300个器件；个器件；1989年英特尔公司年英特尔公司80486芯片，芯片，集成了集成了120万个晶体管；万个晶体管；今日，一个高性能的微处理器上可集成今日，一个高性能的微处理器上可集成2.5亿个以上亿个以上的器件。的器件。再看集成电路里半导体器件的尺寸：再看集成电路里半导体器件的尺寸：1959年大约是年大约是100微米，微米，到到1961年下降到年下降到25微米。微米。1984年研制的年研制的1兆位半导体存储器，线宽大约兆位半导体存储器，线宽大约1微米；微米；1990年的年的64兆位半导体存储器，线宽降至兆位半导体存储器，线宽降至0.3微米。微米。

11、到到2004年，线宽就仅有年，线宽就仅有0.1微米了。微米了。0.1微米约为一般原子尺度的微米约为一般原子尺度的100倍，倍，集成电路与分子电路已经很接近。集成电路与分子电路已经很接近。此外，芯片的进步还表现在运算速度上。此外，芯片的进步还表现在运算速度上。时钟频率确定着芯片完成一次运算的速度。时钟频率确定着芯片完成一次运算的速度。目前，高性能微处理器运算速度高达每秒近目前，高性能微处理器运算速度高达每秒近10亿次亿次第第 9 章章半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管9-1.半导体的导电特性半导体的导电特性9-2.半导体二极管半导体二极管9-3.稳压管稳压管9-4.半导体三极管半导体三极管

12、第第9章章半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很简洁导电的物质称为导体，金属导体：自然界中很简洁导电的物质称为导体，金属一般都是导体。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，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。一些硫化物、氧化物等。9-1.半导体的导电特性半导体的导电特性半导体半导体-

13、导电实力介于导体和半导体之间的材料。导电实力介于导体和半导体之间的材料。常见的半导体材料有硅、锗、硒及很多金属的氧化物常见的半导体材料有硅、锗、硒及很多金属的氧化物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性：半导体材料的特性：1.纯净半导体的导电实力很差；纯净半导体的导电实力很差；2.温度上升温度上升导电实力增加；导电实力增加；3.光照增加光照增加导电实力增加；导电实力增加；4.掺入少量杂质掺入少量杂质导电实力增加。导电实力增加。完全纯净、具有晶体结构的半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体一、本征半导体最常用的半导体为硅(Si)和锗(G

14、e)。它们的共同特征是四价元素四价元素，每个原子最外层电子数为 4。+SiGe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

15、价电子相邻原子由外层电子形成共价键共价键 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得确定能量价电子在获得确定能量价电子在获得确定能量价电子在获得确定能量（温度上升或受光照）后，即（温度上升或受光照）后，即（温度上升或受光照）后，即（温度上升或受光照）后，即可摆脱原子核的束缚，成为自可摆脱原子核的束缚，成为自可摆脱原子核的束缚，成为自可摆脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价由电子（带负电），同时共价由电子（带负电），同时共价由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴键中留下一个空位，称为空穴键中留下一个空位，称为空穴键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。（带正电）。（

16、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在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来在外电场的作用下，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，其结果相当于填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于填补，而在该原

17、子中出现一个空穴，其结果相当于填补，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）。空穴的运动（相当于正电荷的移动）。空穴的运动（相当于正电荷的移动）。空穴的运动（相当于正电荷的移动）。当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现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两部分电流两部分电流两部分电流 (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

18、递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流留意：留意：留意：留意：(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,半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。也就愈好。所以，温度对半导体器件

19、性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在确定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半确定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半确定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半确定温度下，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确定的数目。导体中载流子便维持确定的数目。导体中载流子便维持确定的数目。导体中载流子便维

20、持确定的数目。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 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或或或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

21、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。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自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。子。子。二.N型半导体和P型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数

22、目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方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空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子。流子。流

23、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。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

24、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.当温度上升时，少子的数量当温度上升时，少子的数量当温度上升时，少子的数量当温度上升时，少子的数量 （a.a.削减、削减、削减、削减、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

25、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思索思索思索思索三、PN结的形成PN空间电荷区空间电荷区P区区N区区多数载流子将扩散扩散形成耗尽层；耗尽层；耗尽了载流子的交界处留下不行移动的离子形成空间电荷区；（内电场）一块晶片的两边分别为P型半导体和N型半导体。内电场阻碍了多子内电场阻碍了多子的接着扩散。的接着扩散。空间电荷区空间电荷区P区区N区区载流子的运动有两种形式：扩散扩散 由于载流子浓度梯度浓度梯度引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动。漂移漂移 载流子受电场作用电场作

26、用沿电场力方向的运动。耗尽层中载流子的扩散和漂移运动最终达到一种动态平衡，这样的耗尽层就是PN结。PN结内电场内电场的的方向方向由N区指向P区。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，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结

27、结 扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区一、PN结的形成 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 内电场被减内电场被减内电场被减内电场被减弱，多子的弱，多子的弱，多子的弱，多子的扩散加强

28、，扩散加强，扩散加强，扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。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，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，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+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 P P接负、接负、接负、接负

29、、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+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 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。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，

30、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，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，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+1.1.点接触型点接触型点接触型点接触型2.2.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。小、正向电流小。小、正向电流小。小、正向电流小。用于检波和变频等用于检波和变频

31、等用于检波和变频等用于检波和变频等高频电路。高频电路。高频电路。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。3.3.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，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和

32、开关电路中。9-2.半导体二极管半导体二极管一一、二极管的结构和分类二极管的电路符号：二极管的电路符号：PN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 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 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结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线 面接触型面接触型半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极 符号符号D二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性硅管硅管

33、硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0.1V0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反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

34、 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在确定电压在确定电压在确定电压在确定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数1.1.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 IOMOM二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.2.反向工作峰值电压反

35、向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3

36、.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向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，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向

37、电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。二极管二极管的单向导电性的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负极接负极接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正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。向电阻较小，

38、正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。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、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正极接正极接正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反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。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。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，失外加电压大于反向击穿电压二极

39、管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失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。去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。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：推断二极管的工作状态定性分析：推断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，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 0

40、 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的凹凸或所加电压的凹凸或所加电压的凹凸或所加电压的凹凸或所加电压UDUD的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 V V阴阴阴阴或或或或 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 VV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视管压降，二

41、极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，UAB=UAB=6V 6V例例1：取取取取 B B 点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。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。D6V12V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一

42、起取取取取 B B 点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。的电位。的电位。V1V1阳阳阳阳=6 V6 V，V2V2阳阳阳阳=0 V=0 V，V1V1阴阴阴阴=V2=V2阴阴阴阴=12 V12 VUD1=6VUD1=6V，UD2=12V UD2=12V UD2 UD1 UD2 UD1 D2 D2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D1 D1截止。截止。截止。截止。若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降

43、，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，UAB=0 VUAB=0 V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起起起起钳位作用，钳位作用，钳位作用，钳位作用，D D1 1起起起起隔离作用。隔离作用。隔离作用。隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+u ui i 8V 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 o=8V=8V

44、 u ui i 8V 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3 3：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、整流、检波、限幅、钳位、开关、元件钳位、开关、元件钳位、开关、元件钳位、开关、元件爱护、温度补偿等。爱护、温度补偿等。爱护、温度补偿等。爱护、温度补偿等。u ui

45、i18V18V参考点参考点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+9-3.稳压管稳压管稳压管是一种特殊的面接触型二极管。稳压管是一种特殊的面接触型二极管。它在电路中常用作稳定电压的作用，它在电路中常用作稳定电压的作用，故称为稳压管。故称为稳压管。一、稳压管的图形符号：一、稳压管的图形符号：二、稳压管的伏安特性：二、稳压管的伏安特性：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管的伏安特性曲线与一般二极管类似，只是反向曲线更陡一些。伏安特性伏安特性伏安特性伏

46、安特性UZIZIZM UZ IZ 稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时稳压管正常工作时加反向电压加反向电压加反向电压加反向电压运用时要加限流电阻运用时要加限流电阻运用时要加限流电阻运用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变更很大，但其两端流变更很大，但其两端流变更很大，但其两端流变更很大，但其两端电压变更很小，利用此电压变更很小，利用此电压变更很小，利用此电压变更很小，利用此特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中可起稳压作用。可起稳压作用。可起稳压作用。可起稳压作用。_+UIO符

47、号符号符号符号 伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性三、三、三、三、主要参数主要参数主要参数主要参数1.1.1.1.稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。2.2.2.2.电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变更环境温度每变更环境温度每变更环境温度每变更1 1 1 1 C C C C引起稳压值变更的百分数。引起稳压值变更的百分数。引起稳压值变更的百分数。引起稳压值变更的百分数。3.3.3.3.动态电阻动态电

48、阻动态电阻动态电阻4.4.4.4.稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 I IZMZM5.5.5.5.最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。四、光电二极管四、光电二极管四、光电二极管四、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。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。I IU U 照度

49、增加照度增加照度增加照度增加符号符号符号符号发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发出确定波长范围的光，目前有正向电流流过时，发出确定波长范围的光，目前有正向电流流过时，发出确定波长范围的光，目前有正向电流流过时，发出确定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电性与一般二极管类似

50、，正向电压较一般二极管高，电流为几流为几流为几流为几 几十几十几十几十mAmA。光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管 9-4 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管(晶体管晶体管)是最重要的一种半导体器件。是最重要的一种半导体器件。广泛应用于各种电子电路中。广泛应用于各种电子电路中。一一.基本结构基本结构晶体管最常见的结构有平面型和合金型两种。平面型都是硅管、合金型主要是锗管。它们都具有NPN或PNP的三层两结三层两结的结构，因而又有NPN和PNP两类晶体管。本节介绍晶体管的结构、特性及参数的内容。N型硅型硅P型型N型型二氧化硅保护膜CBE