半导体器件及其特性

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1、半导体器件及其特性第1章机械工业出版社同名教材配套电子教案第1章半导体器件及其特性1.1普通二极管1.1.1PN结⒈半导体的导电特性⑴掺杂特性。⑵热敏和光敏特性。⒉N型半导体和P型半导体⑴N型半导体⑵P型半导体4价元素掺入微量5价元素后形成。多数载流子：电子；少数载流子：空穴。4价元素掺入微量3价元素后形成。多数载流子：空穴；少数载流子：电子。图1-1本征半导体与掺杂半导体结构示意图a)本征半导体b)N型半导体c)P型半导体⒊PN结图1-2PN结的形成a)载流子的扩散运动b)平衡状态下的PN结⑴形成过程和原理：①扩散。②形成空间电荷区和

2、内电场。③内电场阻止扩散运动，促进漂移运动。⑵PN结内电场电位差：硅材料约0.5~0.7V，锗材料约0.2~0.3V。⒋PN结单向导电性⑴加正向电压——导通。⑵加反向电压——截止。图1-3外加电压时的PN结a)正偏b)反偏1.1.2二极管⑴正向特性⒈二极管的伏安特性①死区段。②导通段。⑵反向特性①饱和段。②击穿段。图1-5PN结伏安特性⑶数学表达式：IS：PN结反向饱和电流；UT为温度电压当量：UT≈26mV（T=300K）。⒉硅二极管与锗二极管伏安特性的区别①硅管的死区电压比锗管大，硅管导通正向压降比锗大。②硅管的反向饱和电流IS比锗

3、管小得多。图1-6硅二极管与锗二极管伏安特性⒊温度对二极管伏安特性的影响①温度升高后，二极管死区电压Uth和导通正向压降Uon下降（正向特性左移）。温度每升高1℃，Uon约减小2~2.5mV。②温度升高后，二极管反向饱和电流IS大大增大（反向特性下移）。温度每升高10℃，反向饱和电流约增大一倍。图1-7温度对伏安特性的影响⒋二极管的主要特性参数⑴最大整流电流IF⑵最高反向工作电压URM⑶反向电流IR和反向饱和电流IS⑷最高工作频率fM⒌理想二极管⑴理想二极管模型⑵恒压降模型图1-8理想二极管的伏安特性a)理想二极管模型b)恒压降模型【例

4、1-2】已知电路如图1-10a、b所示，VD为理想二极管，E=5V，ui=10Sinωt（V），试分别画出输出电压uO波形。图1-10例1-2电路解：（1）图1-10a电路：VD导通时，UD=0，按uO=UD+E=E=5V。VD截止时，电阻中无电流流过，UR=0，按uO=UR+ui=ui=10Sinωt（V）。VD端正极电压大于5V时，VD导通；小于5V时，VD截止。画出uO波形如图1-10c所示。例1-2电路及ui、uO波形（2）图1-10b电路：二极管VD导通时，uO=UD+ui=ui二极管VD截止时，uO=UR+(-E)=-E=-

5、5VVD端正极电压大于-5V时导通，小于-5V时截止，画出uO波形如图1-10d所示。例1-2电路及ui、uO波形解题说明：求解含有理想二极管电路时，可先判断二极管导通还是截止。若二极管导通，则用短路导线替代二极管VD；若二极管截止，则将二极管开路。然后按一般线性电路分析计算。1.2特殊二极管1.2.1稳压二极管⒈伏安特性与普通二极管的伏安特性相似。区别在于反向击穿特性很陡，反向击穿时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化却很小。图1-13稳压二极管符号及伏安特性a)符号b)伏安特性⒉稳压工作条件①电压极性反偏；②有合适的工

6、作电流。⒊主要特性参数⑴稳定电压UZ。⑵稳定电流IZ。⑶最大耗散功率PZM和最大工作电流IZM。⑷动态电阻rZ。稳压管的质量参数，rZ越小，稳压管稳压特性越好。⑸电压温度系数αZ1.2.2发光二极管正向压降大多在1.5V~2V之间；工作电流为几mA~几十mA，亮度随电流增大而增强，典型工作电流10mA；图1-14发光二极管符号及电路a)符号b)应用电路1.3双极型三极管1.3.1三极管概述⒈基本结构和符号图1-18NPN型三极管的结构和符号a)结构示意图b)符号图1-19PNP型三极管的结构和符号a)结构示意图b)符号⒉分类⑴按极性分：

7、NPN型和PNP型；⑵按半导体材料分：硅三极管和锗三极管；⑶按用途分：放大管、开关管、功率管等；⑷按工作频率分：低频管和高频管；⑸按功率大小分：小功率管和大功率管；⒊电流放大原理⑴三极管内部载流子的传输过程图1-20NPN型三极管中载流子运动及各电极电流⑵电流分配关系⑶电流放大功能也可写成：1.3.2三极管的特性曲线和主要参数⒈三极管电路的三种基本组态图1-21三极管三种基本组态电路a)共射极b)共基极c)共集电极⒉共发射极特性曲线⑴输入特性曲线1）定义：2）特点：①是一族曲线，uCE＝１V的那一条可以作为代表。②与二极管正向伏安特性曲

8、线相似。③放大工作状态时，硅管uBE约为0.6～0.7V，锗管约0.2～0.3V。图1-22NPN型三极管共发射极电路输入特性曲线⑵输出特性曲线1）定义：2）特点：①是一族曲线，对应于每一iB都有一条输出特