第14章半导体二极管和三极管精选文档.ppt
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1、第14章半导体二极管和三极管本讲稿第一页,共七十一页 个个 人人 简简 介介PhD,副教授副教授研究方向:固态量子计算和量子信息研究方向:固态量子计算和量子信息主持国家自然科学基金一项;省优秀青年教师资助项主持国家自然科学基金一项;省优秀青年教师资助项目一项;目一项;Email:本讲稿第二页,共七十一页 每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次,每学期共登记每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次,每学期共登记每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次,每学期共登记每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次,每学期共登记8 8 8 8次。次。次。次。按校学生守则规定,每次所收作业只批改按校学生守则规定,每
2、次所收作业只批改按校学生守则规定,每次所收作业只批改按校学生守则规定,每次所收作业只批改1/31/31/31/3,学生在作业的第,学生在作业的第,学生在作业的第,学生在作业的第一页按学号尾号填写批次。一页按学号尾号填写批次。一页按学号尾号填写批次。一页按学号尾号填写批次。学号尾号学号尾号学号尾号学号尾号0 0 0 0、1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3是第一批次;是第一批次;是第一批次;是第一批次;4 4 4 4、5 5 5 5、6 6 6 6是第二批次;是第二批次;是第二批次;是第二批次;7 7 7 7、8 8 8 8、9 9 9 9是第三批次。改一个批次作业时,其余批次的作业阅
3、过后登记。是第三批次。改一个批次作业时,其余批次的作业阅过后登记。是第三批次。改一个批次作业时,其余批次的作业阅过后登记。是第三批次。改一个批次作业时,其余批次的作业阅过后登记。按校学生守则规定,一学期作业所登次数少于按校学生守则规定,一学期作业所登次数少于按校学生守则规定,一学期作业所登次数少于按校学生守则规定,一学期作业所登次数少于4 4 4 4次,该生无资次,该生无资次,该生无资次,该生无资格参加本课程考试。格参加本课程考试。格参加本课程考试。格参加本课程考试。评分标准:评分标准:评分标准:评分标准:1.1.1.1.一学期所登次数一学期所登次数一学期所登次数一学期所登次数4 4 4 4次
4、,得次,得次,得次,得60606060分;分;分;分;2.2.2.2.一学期登满一学期登满一学期登满一学期登满4 4 4 4次后,再每登一次得次后,再每登一次得次后,再每登一次得次后,再每登一次得8 8 8 8分,并根据所交作业的质分,并根据所交作业的质分,并根据所交作业的质分,并根据所交作业的质量好坏,在量好坏,在量好坏,在量好坏,在8 8 8 8分的基础上,适当加减。分的基础上,适当加减。分的基础上,适当加减。分的基础上,适当加减。3.3.3.3.无故补交一次作业减无故补交一次作业减无故补交一次作业减无故补交一次作业减2 2 2 2分。分。分。分。4.4.4.4.缺交一次作业减缺交一次作业
5、减缺交一次作业减缺交一次作业减10101010分。分。分。分。电工学平时作业管理办法及评分标准电工学平时作业管理办法及评分标准本讲稿第三页,共七十一页电电 子子 技技 术术 的的 应应 用用(信信 号号 检检 测)测)压力、温度、水位、水流量等的测量与调节压力、温度、水位、水流量等的测量与调节;电子仪器(如信号发生器,电子脉搏器)电子仪器(如信号发生器,电子脉搏器)电子仪器(如信号发生器,电子脉搏器)电子仪器(如信号发生器,电子脉搏器);.本讲稿第四页,共七十一页电电 子子 技技 术术 的的 应应 用用(汽汽汽汽 车车车车 电电电电 子)子)子)子)点火装置,燃油喷射控制、点火装置,燃油喷射控
6、制、点火装置,燃油喷射控制、点火装置,燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表
7、出租车用仪表出租车用仪表出租车用仪表收音机、收音机、收音机、收音机、CDCD本讲稿第五页,共七十一页几种模拟信号波形几种模拟信号波形(a)正弦波正弦波(b)三角波三角波(c)调幅波调幅波(d)阻尼振荡波阻尼振荡波(a)(d)(b)(c)信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化,波形上任意一点模拟信号的幅值随时间呈连续变化,波形上任意一点的数值均有其物理意义。的数值均有其物理意义。数字信号数字信号数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函其函数值通常是某个最小单位的整数倍。数值通常是某个最小单位的整数倍。信信 号号 及及 其其 分
8、分 类类 本讲稿第六页,共七十一页信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化,波形上任模拟信号的幅值随时间呈连续变化,波形上任意一点的数值均有其物理意义。意一点的数值均有其物理意义。数字信号数字信号数字信号波形举例数字信号波形举例数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数其函数值通常是某个最小单位的整数倍。值通常是某个最小单位的整数倍。本讲稿第七页,共七十一页 电工学(下)电工学(下)电子技术电子技术第第第第1414章章章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管(2(2次课次课)第第第
9、第1515章章章章 基本放大电路基本放大电路基本放大电路基本放大电路(4.5(4.5次课次课次课次课)第第第第1616章章章章 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器(2次课次课次课次课)第第第第1717章章电子电路中的反馈电子电路中的反馈(2.5(2.5次课次课次课次课)第第1818章章章章 直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源(2(2次课次课次课次课)第第19章章章章 电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术第第第第20章章门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路(3(3次课次课)第第21章章章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻
10、辑电路触发器和时序逻辑电路(4(4次课次课次课次课)第第2222章章章章 存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件第第第第2323章章章章 模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换本讲稿第八页,共七十一页主主 要要 教教 学学 内内 容容主要教学内容主要教学内容主要教学内容主要教学内容本讲稿第九页,共七十一页 参参 考考 书书 目目1.1.秦曾煌主编秦曾煌主编秦曾煌主编秦曾煌主编 电工学电工学电工学电工学第七版第七版 高教出版社高教出版社2.2.骆雅琴主编骆雅琴主编 电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习
11、教程电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程第二版第二版第二版第二版 中科大出版社中科大出版社中科大出版社中科大出版社3.3.图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材本讲稿第十页,共七十一页第第1414章章 半导体器件半导体器件 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 14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性 14.3 14.3 二极管二极管二极管二极管 14.4 14.4 稳压二极管稳压二
12、极管稳压二极管稳压二极管 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管 14.6 14.6 光电器件光电器件光电器件光电器件本讲稿第十一页,共七十一页本章要求:本章要求:理解理解理解理解PNPN结的单向导电性,三极管的电流分配和电流结的单向导电性,三极管的电流分配和电流放大作用;放大作用;了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理了解二极管、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;和特性曲线,理解主要参数的意义;和特性曲线,理解主要参数的意义;和特性曲线,理解主要参数的意义
13、;会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管本讲稿第十二页,共七十一页学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对器件学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对器件学会用工程观点分析问题,就是根据实际情况,对器件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,以便用简的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,以便用简的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似,以便用简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。便的分析方法获得具有实际意义的结果。便
14、的分析方法获得具有实际意义的结果。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、特性有分散性、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
15、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、技术指标和正确使对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正确使对于元器件,重点放在特性、参数、技术指标和正确使对于元器件,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。讨论器件的目的在于应用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用方法,不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。用。用。用。本讲稿第十三页,共七十一页导体:导体:电阻率小于电阻率小于10-3 cmcm 量级量级;绝缘体:电阻
16、率大于绝缘体:电阻率大于108 cmcm量级量级;半导体:电阻率介于导体和绝缘体之间半导体:电阻率介于导体和绝缘体之间;导电导电导电导电能力能力能力能力14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性本讲稿第十四页,共七十一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
17、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 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
18、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,导电能力显著增强本讲稿第十五页,共七十一页14.1.1 14.1.1 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,称为本征半完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。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价电子价电子本讲稿第十六页,共七十一页
19、本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 Si Si Si Si价电子价电子价电子在获得一定能量(温度升高或价电子在获得一定能量(温度升高或价电子在获得一定能量(温度升高或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,受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,受光照)后,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),同时共价(带负电),同时共价(带负电),同时共价(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为键中留下一个空位,称为键中留下一个空位,称为键中留下一个空位,称为空穴空穴空穴空穴(带正(带正(带正(带正电)
20、电)电)电)。空穴空穴自由电子自由电子空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中又空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中又空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中又空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中又出现一个空穴,如此继续下去,就好像空穴在运动(相出现一个空穴,如此继续下去,就好像空穴在运动(相出现一个空穴,如此继续下去,就好像空穴在运动(相出现一个空穴,如此继续下去,就好像空穴在运动(相当于正电荷的移动)。当于正电荷的移动)。当于正电荷的移动)。当于正电荷的移动)。本征半导体中产生电子本征半导体中产生电子空穴对的空穴对的现象称为现象称为本征激发。本征激发。本征激发。本征
21、激发。本讲稿第十七页,共七十一页当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出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现两部分电流现两部分电流现两部分电流(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)被原子束缚的被原子束缚的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
22、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)本征半导体中,自由电子数目恒等于空穴数目。本征半导体中,自由电子数目恒等于空穴数目。本征半导体中,自由电子数目恒等于空穴数目。本征半导体中,自由电子数目恒等于空穴数目。(3)(3)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半导体的导电性能也就愈好。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
23、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。本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和空穴总是成对产生的同时,空穴总是成对产生的同时,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。态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目。本讲稿第十八页,共七十一页14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电成为这增加,
24、自由电子导电成为这增加,自由电子导电成为这增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式,种半导体的主要导电方式,种半导体的主要导电方式,种半导体的主要导电方式,称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或N N型半导型半导型半导型半导体。体。体。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变在常温下即可变为自由电子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
25、中掺入微量的杂质(某种元素),形成形成形成形成杂质半导体。杂质半导体。杂质半导体。杂质半导体。在在在在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自由电子是多自由电子是多自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子。数载流子,空穴是少数载流子。数载流子,空穴是少数载流子。数载流子,空穴是少数载流子。本讲稿第十九页,共七十一页14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体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
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