第14章-半导体二极管和三极管-电工学必备自学课件.ppt
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1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第14章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管14.5 14.5 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管14.2 PN14.2 PN结结结结14.1 14.1 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下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第14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、
2、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。
3、三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,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对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对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似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似,以便
4、用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。果。果。果。对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,对电路进行分析计算时,只要能满足技术指标,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。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。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、特性有分散性、RC RC 的值有误差、的值有误差、的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一
5、定的误差、采用合理估算的方法。工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、技术指标和对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件,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。讨论器正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。件的目的在于应用。件的目的在于应用。件的目的在于应用。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电
6、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
7、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
8、著增强下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 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,(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,即可挣脱原子核的束缚,即可挣脱原子核的束缚,即可挣脱原子核的束缚,成为成为成为成为自由电子自由电子自由电子自由电子(带负电),(带负电),(带负电),(带负电),同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留
9、下一个空位,称为位,称为位,称为位,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,晶体中产温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。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在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价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,而在该原子中出现一个空
10、穴,其结果相当来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当来填补,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)。于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一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
11、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
12、半导体的导电性半导体的导电性半导体的导电性能也就愈好。能也就愈好。能也就愈好。能也就愈好。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。空穴成对地产生的同时,又不断复合。空穴成对地产生的同时,又不断复合。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,在一定温度下,载流子的产生和复合
13、达到动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,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。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页14.1.2 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
14、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
15、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。动画动画下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 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
16、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
17、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下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页14.2 PN结结14.2.1 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
18、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。+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页2.PN 2
19、.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+动画动画+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页14.3 半导体二极管半导体二极管14.3.1 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。
20、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
21、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。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页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结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 14.3 半导体二极管半导体二极管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
22、极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页14.3.3 主要参数主要参数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二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时,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
23、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。3.3.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
24、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
25、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。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页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,正向电流较大。向电阻较小,正向电流较大。向电阻
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