nullnull海南风光第17讲10.1半导体的基础知识,P型硅,N型硅
10.2 PN结及半导体二极管
10.3 稳压二极管
10.4 半导体三极管第10章 半导体器件null10.1.1 本征半导体现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。§10.1 半导体的基本知识null通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体,称为本征半导体。在硅和锗晶体中,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。null硅和锗的共价键结构共价键共
用电子对+4表示除去价电子后的原子null共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。null10.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子:电子,空穴N型半导体(主要载流子为电子,电子半导体)
P型半导体(主要载流子为空穴,空穴半导体)nullN型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷(或锑),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,磷原子的最外层有五个价电子,其中四个与相临的半导体原子形成共价键,必定多出一个电子,这个电子几乎不受束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子,称为施主原子。硅或锗 +少量磷 N型半导体nullN型半导体多余电子磷原子硅原子nullP型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素,如硼(或铟),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,硼原子的最外层有三个价电子,与相临的半导体原子形成共价键时,产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补,使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子,所以称为受主原子。硅或锗 +少量硼 P型半导体null空穴P型半导体硼原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷,并且可以移动null杂质半导体的示意表示法null10.2.1 PN 结的形成在同一片半导体基片上,分别制造P型半导体和N型半导体,经过载流子的扩散,在它们的交界面处就形成了PN结。§10.2 PN结及半导体二极管nullP型半导体N型半导体空间电荷区PN结处载流子的运动null扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽,空间电荷区越宽。内电场越强,就使漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。null所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡,相当于两个区之间没有电荷运动,空间电荷区的厚度固定不变。
null10.2.2 PN结的单向导电性 PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是: P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是: P区加负、N区加正电压。nullPN结正向偏置内电场减弱,使扩散加强,
扩散飘移,正向电流大PN+_nullPN结反向偏置NP+_内电场加强,使扩散停止,
有少量飘移,反向电流很小反向饱和电流
很小,A级null10.2.3 半导体二极管(1)、基本结构PN结加上管壳和引线,就成为半导体二极管。null(2)、伏安特性导通压降: 硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压U(BR)null(3)静态电阻Rd ,动态电阻 rD静态工作点Q(UQ ,IQ )null(3)静态电阻Rd ,动态电阻 rD静态电阻 :Rd=UQ/IQ
(非线性)动态电阻:
rD =UQ/ IQ在工作点Q附近,动态电阻近似为线性,故动态电阻又称为微变等效电阻null例1:二极管:死区电压=0 .5V,正向压降
0.7V(硅二极管)
理想二极管:死区电压=0 ,正向压降=0 二极管半波整流null例2:二极管的应用uonull§10.3 稳压二极管当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数正向同二极管稳定电流稳定电压null例:稳压二极管的应用稳压二极管技术数据为:稳压值UZW=10V,Izmax=12mA,Izmin=2mA,负载电阻RL=2k,输入电压ui=12V,限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围为1.5 k ~4 k ,是否还能稳压?nullUZW=10V ui=12V
R=200
Izmax=12mA
Izmin=2mA
RL=2k (1.5 k ~4 k) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5(mA)
i= (ui - UZ)/R=(12-10)/0.2=10 (mA)
iZ = i - iL=10-5=5 (mA)
RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7(mA), iZ =10-6.7=3.3(mA)
RL=4 k , iL=10/4=2.5(mA), iZ =10-2.5=7.5(mA)null§10.4 半导体三极管10.4.1 基本结构NPN型PNP型null三极管符号null基区:较薄,掺杂浓度低集电区:面积较大发射区:掺
杂浓度较高null发射结集电结null10.4.2 电流放大原理发射结正偏,发射区电子不断向基区扩散,形成发射极电流IE。1进入P区的电子少部分与基区的空穴复合,形成电流IB ,多数扩散到集电结。nullEBRBEc从基区扩散来的电子漂移进入集电结而被收集,形成IC。2要使三极管能放大电流,必须使发射结正偏,集电结反偏。null静态电流放大倍数静态电流放大倍数,动态电流放大倍数动态电流放大倍数IB : IB + IBnull10.4.3 特性曲线null IB 与UBE的关系曲线(同二极管)(1)输入特性 死区电压,硅管0.5V工作压降: 硅管UBE 0.7Vnull(2)输出特性(IC与UCE的关系曲线)IC(mA )QQ’null输出特性IC(mA )当UCE大于一定的数值时,IC只与IB有关,IC=IB , 且 IC = IB 。此区域称为线性放大区。此区域中UCEUBE,集电结正偏,IB>IC,UCE0.3V称为饱和区。此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBE< 死区电压,,称为截止区。null输出特性三个区域的特点:(1) 放大区
BE结正偏,BC结反偏, IC=IB , 且 IC = IB(2) 饱和区
BE结正偏,BC结正偏 ,即UCEUBE , IB>IC,UCE0.3V (3) 截止区
UBE< 死区电压, IB=0 , IC=ICEO 0 null例: =50, USC =12V,
RB =70k, RC =6k
当USB = -2V,2V,5V时,
晶体管的静态工作点Q位
于哪个区?USB =-2V, IB=0 , IC=0,
Q位于截止区 USB =2V, IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA
IC= IB =500.019=0.95 mA< ICS =2 mA , Q位于放大区
IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA null例: =50, USC =12V,
RB =70k, RC =6k
当USB = -2V,2V,5V时,
晶体管的静态工作点Q位
于哪个区?USB =5V, IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mA
IC= IB =500.061=3.05 mA> ICS =2 mA , Q位于饱和区(实际上,此时IC和IB 已不是的关系)null三极管的技术数据:(自学)
(1)电流放大倍数
(2)集-射间穿透电流ICEO
(3)集-射间反向击穿电压UCEO (BR)
(4)集电极最大电流ICM
(5)集电极最大允许功耗PCMnull本课重点(1)二极管的特性曲线,静态电阻,
动态电阻。
(2)稳压二极管的特性曲线及稳压计算。
(3)晶体管的特性曲线,三个工作区域,
电流放大倍数。
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