建筑电工学 第2版 教学课件 作者 王佳第4章 半导体二极管和三极管.ppt

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1、第4章半导体二极管和三极管4.2半导体二极管4.3稳压管4.4半导体三极管4.1半导体的导电特性第4章半导体二极管和三极管4.1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。4.1.1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用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。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。自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。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。带正

2、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。可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。空穴移动方向电子移动方向外电场方向SiSiSiSiSiSiSi4.1.2N型半导体和P型半导体1.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为N型半导体。SiSiSiSiSiSiSiP多余价

3、电子本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。2.P型半导体在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼，在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为P型半导体。SiSiSiSiSiSiSiB空位B空穴价电子填补空位4.1.3PN结及其单向导电性1.PN结的形成在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺，形成P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处形成了一个特殊的薄层，称为PN结。P区N区N区的

4、电子向P区扩散并与空穴复合PN结内电场方向2.PN结的单向导电性(1)外加正向电压内电场方向E外电场方向RIP区N区外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄扩散运动增强，形成较大的正向电流P区N区内电场方向ER空间电荷区变宽外电场方向IR2.外加反向电压外电场驱使空间电荷区变宽多数载流子的扩散运动难于进行少数载流子越过PN结形成很小的反向电流4.2半导体二极管14.2.1二极管基本结构将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，有点接触型和面接触型两类。点接触型表示符号正极负极金锑合金面接触型N型锗

5、正极引线负极引线PN结底座铝合金小球引线触丝N型锗外壳4.2.2伏安特性二极管和PN结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6~0.7V，锗管约为0.2~0.3V。604020–0.02–0.0400.40.8–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性I/mAU/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02锗管的伏安特性0在二极管上加反向

6、电压时，反向电流很小。但当反向电压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压U(BR)。4.2.3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一半或三分之二。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。[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

7、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。它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。DA–12VYVAVBDBR4.3稳压管稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。其表示符号如下图所示。稳压管工作于反向击穿区。从反向特性曲线上可以看出，反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。当反