半导体、二极管和三极管.ppt

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1、§15.3半导体二极管一.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。按结构分，二极管有点接触型和面接触型两类。点接触型二极管（一般为锗管）如图15-19(a)所示。它的PN结结面积很小（结电容小），因此不能通过较大电流，但其高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。面接触型二极管（一般为硅管）如图15-19(b)所示。它的PN结结面积较大（结电容大），故可通过较大电流（可达上千安培），但其工作频率较低，一般用作整流。图15-19(c)是二极管的表示符

2、号。二.伏安特性二极管既然是一个PN结，它当然具有单向导电性，其伏安特性曲线如图15-20所示。图15-20二极管伏安特性可以证明，二极管的理想伏安特性可由下式表示：根据式（15-11），当时，这是反向饱和电流，由少数载流子的漂移电流构成。这是流过二极管的正向电流，由多数载流子的扩散电流构成。当时，图15-212CP10硅二极管的伏安特性曲线而当U=0，I=0，I扩=I漂时，是动态平衡状态。三.实际二极管的伏安特性图15-21是一个实例。实际二极管伏安特性，有如下特点：1.正向电压较小时，存在死区电

3、压（又称阀值电压，导通电压）由图可见，当外加正向电压很小时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子（除少量能量较大者外）扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。当正向电压超过一定数值后，内电场被大大削弱，电流增长很快。这个一定数值的正向电压就是死区电压，其大小与材料及环境温度有关。通常，硅管的死区电压约为0.6V，锗管约为0.2V。2.PN结的反向击穿当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增大，这种现象称为PN结的击穿。击穿电压用U(BR)表示。我们注意到，击穿时

4、，虽然反向电流急剧增加，但管压降几乎不变。利用反向击穿时二极管的恒压特性，可以作为稳压管，它的表示符号如图15-22（a）所示。图15-22稳压二极管第(11)页例15-3已知图15-22（b）稳压管应用电路中，稳压管击穿电压（即稳定电压），负载电阻欧姆，限流电阻欧姆，外加电压10V。求I，IL，IZ。解：（1）（2）（3）四.二极管的电容特性PN结不仅具有非线性电阻特性，而且具有非线性电容特性。在正向偏压下，PN结呈现的电容称为扩散电容，而在反向偏压下，PN结呈现的电容称为势垒电容。这里，我们讨论

5、势垒电容。图15-23势垒电容前已论述，在反向偏压时，反向电流几乎为零，PN结可以认为几乎截止，PN结反向电阻近似无穷大。从宏观看，PN结边界两边的基本结构类似于平板电容，这一电容称为势垒电容Cj。势垒电容与反向偏压大小有关，反向偏压越高，空间电荷越多，空间电荷区宽度ℓ越大，势垒电容越小。可以证明，PN结势垒电容的表达式为式中，U—外加偏压UB—PN结内建电位差对于硅二极管，UB=0.6~0.7VCj(0)—零偏压下的势垒电容。—电容指数，它反映了不同类型PN结电容特性的差别。(15-12)图15

6、-24PN结势垒电容特性图15-25变容二极管符号图15-24是式（15-12）的曲线。利用势垒电容可以制成变容二极管，它的电路符号为图15-25所示。§15.4半导体三极管在一块完整的半导体单晶上制作两个PN结，就获得三极管。一.基本结构图15-26半导体三极管的结构工艺第三十一讲第(12)页三极管有两种基本类型：PNP三极管和NPN三极管。它们的结构示意图及电路符号如图15-27所示。对比二极管、三极管虽然仅多了一个PN结，但性能上却有质的飞跃。因为它不仅具有开关作用，而且具有放大信号的功能。图

7、15-27晶体管结构示意图及电路符号二.电流分配和放大原理1.三极管外部电路连接条件为了使三极管产生放大作用，两个PN结必须加上正确的电压极性，原则是：发射结（EB结）——正向电压（正向偏压）集电结（CB结）——反向电压（反向偏压）而且一般要求

8、U反

9、>>

10、U正

11、如图15-28所示。图15-28三极管两个PN结的偏置方法2.载流子在三极管内的传输过程以P+NP管为例，载流子的传输经历三个阶段：①注入图15-29多数载流子的注入由于EB结加有正向偏压UEE，发射区多数载流子（空穴）在正向偏压帮助下大量

12、越过阻挡层扩散到基区，构成IEP；同时基区多数载流子（电子）扩散到发射区，构成IEN，因而发射极电流上述多数载流子在正向偏压帮助下，越过边界向对方扩散的过程称为注入。所形成的电流就是发射极电流。（注意：电子运动方向与由此引起的电子电流方向相反，图15-29中IEN的箭头方向是代表电子扩散运动的方向。）一般，发射区空穴浓度远大于基区电子浓度（P+N结），所以IEP>>IEN，使IE≈IEP另外，CB结加有反向偏压UCC，有一反向饱和电流ICBO流过。IEN与ICBO均不