半导体二极管三极管PPT讲稿.ppt
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1、半导体二极管三极管第1页,共52页,编辑于2022年,星期五第第9章章 9.19.1 9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性9.1.1 本征半导体本征半导体一、导体、绝缘体、半导体一、导体、绝缘体、半导体导体导体导体导体:外层电子受原子核的束缚力很小,导电性很好。外层电子受原子核的束缚力很小,导电性很好。绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体:外层电子受原子核的束缚力很大,导电力差。外层电子受原子核的束缚力很大,导电力差。半导体半导体半导体半导体:外层电子不像导体那样容易挣脱,也不像绝缘体那样外层电子不像导体那样容易挣脱,也不像绝缘体那样 束缚得很紧,所以导电性介于两者之间。束缚得很紧,所以导电性介于两者
2、之间。半导体材料特点:半导体材料特点:半导体材料特点:半导体材料特点:1.获得能量,导电能力显著提高。获得能量,导电能力显著提高。2.掺入某些杂质元素,导电能力也大幅提高。掺入某些杂质元素,导电能力也大幅提高。第2页,共52页,编辑于2022年,星期五在热力学温度零度在热力学温度零度和没有外界激发时和没有外界激发时,本征半导体不导电。本征半导体不导电。纯净的没有结构缺陷的纯净的没有结构缺陷的纯净的没有结构缺陷的纯净的没有结构缺陷的半导体单晶体半导体单晶体半导体单晶体半导体单晶体本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体 它是共价键结构。它是共价键结构。图图9.1.1 本征半导体的共价键结构本征半
3、导体的共价键结构硅原子硅原子硅原子硅原子价电子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4第第9章章 9.1二、本征半导体的晶体结构二、本征半导体的晶体结构和共价键和共价键 第3页,共52页,编辑于2022年,星期五+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空空穴穴本征激发本征激发复合复合图图9.1.2 本征半导体中的自由电子和空穴本征半导体中的自由电子和空穴成对出现成对出现成对消失成对消失第第9章章 9.1三、本征半导体中的两种载流子三、本征半导体中的两种载流子热激发:热激发:热激发:热激发:产生产生两种两种带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子电子电子电子电子空穴空穴空穴空穴复合:复合:
4、复合:复合:消失消失两种两种带电带电带电带电粒子粒子粒子粒子电子电子电子电子空穴空穴空穴空穴第4页,共52页,编辑于2022年,星期五+4+4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向外电场方向外电场方向外电场方向电子电子电子电子和和和和空穴空穴空穴空穴为承为承为承为承载电流的粒子载电流的粒子载电流的粒子载电流的粒子 载流子载流子载流子载流子空穴移动方向空穴移动方向 电子移动方向电子移动方向 当外电场作用:当外电场作用:电子电子电子电子和和空穴空穴空穴空穴均能均能参与导电。参与导电。价电子填补空穴价电子填补空穴第第9章章 9.1第5页,共52页,编辑于2022年,星期五第第9章章 9.1四、温度是
5、影响本征半导体中载流子的浓度的主要因素四、温度是影响本征半导体中载流子的浓度的主要因素 在一定温度条件下,半导体内实现相对平衡,这时产生在一定温度条件下,半导体内实现相对平衡,这时产生与复合的过程虽然仍在不断进行,但电子与复合的过程虽然仍在不断进行,但电子-空穴对却保持一定空穴对却保持一定的数目。的数目。温度温度获得的能量获得的能量产生的产生的电子电子电子电子空穴对空穴对空穴对空穴对浓度浓度半导体导电能力半导体导电能力 所以所以半导体的温度特性不好!半导体的温度特性不好!半导体的温度特性不好!半导体的温度特性不好!半导体于室温时电导率约在半导体于室温时电导率约在10+710+5/m之间之间 第
6、6页,共52页,编辑于2022年,星期五+4+4+4+4+4+4+4+49.1.2 9.1.2 杂质半导体杂质半导体一一.N 型半导体型半导体型半导体型半导体掺入少量的掺入少量的五价元五价元五价元五价元 素素素素,如磷如磷,则形成则形成N型半导体型半导体多子多子多子多子自由电子自由电子自由电子自由电子少子少子少子少子空穴空穴空穴空穴 磷原子磷原子+4+5多余价电子多余价电子自由电子自由电子正离子正离子第第9章章 9.1图图9.1.3 N型半导体型半导体第7页,共52页,编辑于2022年,星期五 N 型半导体结构示意图型半导体结构示意图少数载流子少数载流子多数载流子多数载流子正离子正离子在在N型
7、半导中型半导中,电子是电子是多数载流子多数载流子,空穴是少数载流子。空穴是少数载流子。第第9章章 9.1导电基本以自由电子为主,被称为导电基本以自由电子为主,被称为导电基本以自由电子为主,被称为导电基本以自由电子为主,被称为电子半导体电子半导体电子半导体电子半导体 。在室温下,几乎所有的杂质原子都被电离为带正电的杂质在室温下,几乎所有的杂质原子都被电离为带正电的杂质离子和带负电的自由电子。离子和带负电的自由电子。第8页,共52页,编辑于2022年,星期五+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴二二二二.P型半导体型半导体掺入少量的三价元掺入少量的三价元 素素,如硼如硼,则形成则形成P 型半导体。型
8、半导体。+4+4硼原子硼原子填补空位填补空位+3负离子负离子第第9章章 9.1图图9.9.4 P型半导体型半导体第9页,共52页,编辑于2022年,星期五 P 型半导体结构示意图型半导体结构示意图导电基本上以空穴导电为主,因此,又被称为导电基本上以空穴导电为主,因此,又被称为空穴半导体空穴半导体空穴半导体空穴半导体。电子是少数载流子电子是少数载流子负离子负离子空穴是多数载流子空穴是多数载流子第第9章章 9.1第10页,共52页,编辑于2022年,星期五一、一、PN 结的形成结的形成 多子扩散多子扩散空间电荷区空间电荷区少子漂移少子漂移动态平衡动态平衡PNPN结结9.1.3 9.1.3 PN 结
9、结第第9章章 9.1多子扩散多子扩散多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移少子漂移少子漂移内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区P 区区N 区区图图9.1.5 PN 结的形成结的形成 (a)P区与区与N区中载流子的扩散运动区中载流子的扩散运动第11页,共52页,编辑于2022年,星期五外界环境不变条件下,多子扩散与少子漂移达到动态平衡,外界环境不变条件下,多子扩散与少子漂移达到动态平衡,空间电荷区的宽度基本上稳定下来空间电荷区的宽度基本上稳定下来PNPN结达到稳定结达到稳定结达到稳定结达到稳定 第第9章章 9.1P 区区N 区区空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向图图9.1
10、.5 PN 结的形成结的形成 (b)平衡状态下的平衡状态下的PN结结第12页,共52页,编辑于2022年,星期五内电场方向内电场方向E外电场方向外电场方向RI二、二、二、二、PN PN 结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性P 区区N 区区空间电荷区变窄空间电荷区变窄 扩散运动增强,形扩散运动增强,形成较大的正向电流成较大的正向电流1.1.外加正向电压外加正向电压外加正向电压外加正向电压第第9章章 9.1图图9.1.6 PN结加正向电压时导通结加正向电压时导通第13页,共52页,编辑于2022年,星期五P 区区N 区区内电场方向内电场方向ER空间电荷区变宽空间电荷区变宽 外电
11、场方向外电场方向IR2.2.2.2.外加反向电压外加反向电压外加反向电压外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过少数载流子越过PN结形结形成很小的反向电流成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行多数载流子的扩散运动难于进行第第9章章 9.1图图9.1.7 PN结加反向电压时截止结加反向电压时截止第14页,共52页,编辑于2022年,星期五第第9章章 9.1总结:总结:总结:总结:1.PN结的结的P区接电源的正极,区接电源的正极,N区接负极时,区接负极时,PN结处于结处于正向导通正向导通正向导通正向导通(正(正向偏置
12、):向偏置):正向电流由多数载流子扩散形成,正向电流由多数载流子扩散形成,电流数值很大;电流数值很大;电流数值很大;电流数值很大;正向电压稍有改变,电流变化较大。表现出的正向电压稍有改变,电流变化较大。表现出的正向动态等效电正向动态等效电正向动态等效电正向动态等效电阻极小!阻极小!阻极小!阻极小!2.PN结的结的N 区接电源的正极,区接电源的正极,P区接负极时,区接负极时,PN结处于结处于反向截止反向截止反向截止反向截止(反向偏置):(反向偏置):反向电流由反向电流由本征激发本征激发本征激发本征激发的少数载流子漂移组成,的少数载流子漂移组成,电流数值较小电流数值较小电流数值较小电流数值较小环境
13、温度不变,少数载流子浓度不变且与反向电压无关,反向电流具环境温度不变,少数载流子浓度不变且与反向电压无关,反向电流具有饱和特性。其有饱和特性。其动态反向电阻极大。动态反向电阻极大。动态反向电阻极大。动态反向电阻极大。温度温度T少子浓度少子浓度 反向电流数值反向电流数值正向电阻极小,反向电阻极大正向电阻极小,反向电阻极大正向电阻极小,反向电阻极大正向电阻极小,反向电阻极大PNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 第15页,共52页,编辑于2022年,星期五二极管二极管 :PN结结 +引线引线二极管的符号二极管的符号阳极阳极,A负极负极9.2 9.2 半导体二极管半导体二极
14、管正极正极阴极阴极,KD作用:作用:整流、检波、限幅整流、检波、限幅 稳压、保护稳压、保护特性:特性:单向导电性单向导电性第16页,共52页,编辑于2022年,星期五 正极引线正极引线触丝触丝N型锗型锗支架支架外壳外壳负极引线负极引线点接触型二极管点接触型二极管9.2.1 二极管的结构和符号二极管的结构和符号二极管的符号二极管的符号阳极阳极负极负极9.2 9.2 半导体二极管半导体二极管 正极引线正极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型区型区负极引线负极引线 面接触型二极管面接触型二极管N型硅型硅PN结结PN结结正极正极阴极阴极D,VD第17页,共52页,编辑于2022年,星期五6004002
15、00 0.1 0.200.40.850100I/mAU/V正向特性正向特性反向击反向击穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性反向特性反向特性死区电压死区电压死区电压死区电压I/mAU/V0.40.8 40 802460.10.2锗管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性0 开启电压开启电压开启电压开启电压Uon(死区电压)(死区电压):使二极管开始正向导通的电压使二极管开始正向导通的电压室温下,室温下,开启电压开启电压开启电压开启电压:硅管硅管硅管硅管0.5V0.5V;锗管锗
16、管锗管锗管0.1V0.1V导通电压导通电压导通电压导通电压:硅管硅管硅管硅管0.60.60.8V0.8V 锗管锗管锗管锗管0.2 0.2 0.3V0.3V第18页,共52页,编辑于2022年,星期五9.2.3 二极管的主要极限参数二极管的主要极限参数1.最大整流电流最大整流电流IOM:长时间工作、允许流过的最大正向平均电流长时间工作、允许流过的最大正向平均电流2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URM:约为实际击穿电压的一半到三分之一约为实际击穿电压的一半到三分之一3.反向峰值电流反向峰值电流IRM:二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值第20页,共5
17、2页,编辑于2022年,星期五 例例1:下图中,已知:下图中,已知VA=3V,VB=0V,DA、DB为锗管,求:为锗管,求:输出端输出端Y的电位并说明的电位并说明二极管的二极管的作用。作用。解:解:由于:由于:A A较较B B到到-12V-12V端的电位差最大端的电位差最大 所以:所以:D DA A优先导通,则优先导通,则VY=30.3=2.7VDA导通后导通后,DB因反偏而截止因反偏而截止,起隔离作用起隔离作用,DA起起钳位钳位钳位钳位作用作用,将将Y端的电位钳制在端的电位钳制在+2.7V。DA 12VYABDBR第21页,共52页,编辑于2022年,星期五DE3VRuiuouRuD 例例2
18、:下图是:下图是二极管二极管限幅电路,限幅电路,D为理想二极管,为理想二极管,ui=6 sin t V,E=3V,试画出试画出 uo波形波形。t t ui/V Vuo/V63300 2 2 6二极管只有二极管只有二极管只有二极管只有导通导通导通导通和和和和截止截止截止截止两种状态两种状态两种状态两种状态分析输入信号分析输入信号分析输入信号分析输入信号uiui在什么范围内:在什么范围内:在什么范围内:在什么范围内:ui=?ui=?D D一定截止一定截止一定截止一定截止uo=uo=?否则否则否则否则 D D可能导通可能导通可能导通可能导通uo=uo=?分析方法提示分析方法提示分析方法提示分析方法提
19、示第22页,共52页,编辑于2022年,星期五9.3 9.3 稳压管稳压管IFUF0正向特性正向特性反向击穿区反向击穿区UZIminIZmax伏安特性伏安特性 稳压管是一种特殊的稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。面接触型半导体二极管。稳压管工作在反向击穿区稳压管工作在反向击穿区稳压管工作在反向击穿区稳压管工作在反向击穿区DZ正极正极负极负极符号符号符号符号第24页,共52页,编辑于2022年,星期五 稳压二极管:稳压二极管:1.1.必须工作在其反向击穿区,因此其负极接稳定电压的正极。必须工作在其反向击穿区,因此其负极接稳定电压的正极。2.2.需要有限流电阻串联才能输出需要有限流电阻串联才
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