电工电子学0901

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1、第9章二极管和晶体管9.1半导体的导电特性本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。9.1.1本征半导体自由电子空穴共价键SiSiSiSi本征半导体中自由电子和空穴的形成在获得一定能量(热、光等)后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中就留下一个空位，称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。这个过程称为热激发或本征激发。热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流

2、。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流。空穴移动方向电子移动方向外电场方向SiSiSiSiSiSiSi在半导体中自由电子和空穴都能参与导电，称为载流子。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度T=0K时本征半导体不导电。9.1.1本征半导体1、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体。9.1.2杂质半导体自由电子浓度远大于空穴的浓度，自由电子多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流

3、子(简称少子)。磷（P）N型半导体主要靠自由电子导电，掺入杂质越多，自由电子浓度越高，导电性越强。故也称电子型半导体)。9.1.2杂质半导体2.P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。空穴浓度大于电子浓度，空穴为多数载流子，电子为少数载流子。硼（B）P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，故也称为空穴型半导体。说明几点：1.掺入杂质的浓度决定多子的浓度；温度决定少子的浓度。4.杂质半导体总体上保持电中性。3.杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导

4、体，因而其导电能力大大改善。在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结图1.2.1PN结的形成9.1.3　PN结及其单向导电性9.1.3　PN结及其单向导电性1.PN结的形成多子扩散形成空间电荷区产生内电场少子漂移促使阻止扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结减弱增强①外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于导通状态。2.PN结

5、的单向导电性②外加反向电压（也叫反向偏置）外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流IR，因为是少子漂移运动产生的，IR很小，这时称PN结处于截止状态。2.PN结的单向导电性9.2二极管9.2.1基本结构将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管按结构分，有点接触型和面接触型两类。点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。面接触型：结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结

6、允许的电流大。高频电路和小功率整流仅作为整流管大功率整流和脉冲数字电路的开关管9.2二极管二、二极管的伏安特性及电流方程材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.6~0.8V几µA以下锗Ge0.1V0.2~0.3V几十µA开启电压反向饱和电流击穿电压二极管通过的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管单向导电性正向特性死区电压反向特性9.2.3主要参数1．最大整流电流IOM最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2．反向工作峰值电压URWM它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的1/2或2/

7、3。3．反向峰值电流IRM它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。反向电流大，说明二极管的单向导电性差，并且受温度的影响大。[例1]在图中，输入电位VA=+3V，VB=0V，电阻R接负电源–12V。求输出端电位VY。[解]因为VA高于VB，所以DA优先导通。如果二极管的正向压降是0.3V，则VY=2.7V。当DA导通后，DB因反偏而截止。在这里，DA起钳位作用，将输出端电位钳制在2.7V。二极管的应用范围很广,主要都是利用它的单向导电性。它可用作整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。DA–12VYVAVBDBR二极管的应用分析

8、要点：根据给定的参数判断二极管的工作状态。稳压二极管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。其表示