电工电子学_分立元件放大电路课件.ppt

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1、第八章分立元件放大电路18．1半导体器件自然界中的物质，根据其导电能力的强弱，可分为导体、绝缘体和半导体。导体的导电能力很强，绝缘体不导电，半导体的导电能力则介于导体与绝缘体之间。半导体除了导电能力与导体和绝缘体有所不同以外，其导电性能还有以下特点：（1）对温度敏感半导体导电能力受温度影响大，温度愈高其导电能力愈强，利用这一特性可制造半导体热敏器件。（2）对光照敏感半导体导电能力随光照影响而变化，光照愈强其导电能力愈强，利用这一特性可制造半导体光敏器件。（3）掺杂后导电能力剧增在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其它元素），其导电能力会大大增加，利用这一特

2、性，半导体可做成各种不同用途的半导体器件。28.1.1PN结1．本征半导体本征半导体就是完全纯净的，具有晶体结构的半导体。以硅为例，含有硅的材料经高纯度的提炼，制成单晶硅。整个晶体内原子都按一定规律整齐地排列，由于硅原子结构中最外层价电子为4个，所以在本征半导体的晶体结构中，每个原子的一个价电子与相邻的另一个原子的一个价电子组成一个电子对，从而形成共价键结构。如图8.1.1所示。图8.1.1硅原子间的共价键结构图8.1.2自由电子和空穴的产生3物体导电能力的大小取决于物体内能参与导电的粒子——载流子的多少。在绝对零度和没有外界影响时，共价键中的价电子被束

3、缚很紧，此时本征半导体中无载流子的存在，这时本征半导体具有绝缘体的性能。当温度升高时，半导体中产生电子空穴对的现象称为本征激发。自由电子在运动过程中与空穴相遇时，释放能量并填补空穴，于是一对自由电子、空穴消失了。这种现象称为复合。在一定的条件下，激发与复合的过程达到动态平衡。本征半导体中的载流子保持一定的浓度。载流子的浓度受温度的影响很大，温度升高，载流子浓度也随之增加。42.N型半导体和P型半导体本征半导体中虽然有自由电子和空穴两种载流子，但在常温下，数量都很少，导电能力很低。当在本征半导体中掺入百万分之一的有用杂质，其导电能力将成百万倍增加。掺入有用

4、杂质的半导体叫做杂质半导体。掺入不同性质的杂质可以获得不同类型的半导体。5在本征半导体中掺入微量的五价元素，如磷，本征硅晶格中的某些位置上的硅原子被磷原子所替代。磷原子最外层有五个价电子，在与相邻的硅原子组成共价键后多余一个价电子，这个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子，如图8.1.3（a）所示。在这样掺杂后的半导体中，自由电子的浓度大大增加，这种半导体主要靠自由电子导电，所以称之为电子半导体或N型半导体。（a）硅晶体中掺磷出现自由电子（b）N型半导体图8.1.3N型半导体的形成6在本征半导体中掺入微量的三价元素，如硼。本征硅晶格中的某些位置上

5、的硅原子被硼原子所替代。硼原子最外层有3个价电子，在与相邻的硅原子组成共价键后因缺少一个电子而形成一个空位，而邻近原子的价电子很容易填补这个空位，就在原来位置上留下一个空穴，如图8.1.4（a）所示，从而使掺杂后的半导体中空穴的浓度大大增加，这种半导体主要靠空穴导电，所以称之为空穴半导体或P型半导体。在P型半导体中，空穴浓度远远大于自由电子浓度，因而把空穴叫做多数载流子，自由电子叫做少数载流子。7（a）硅晶体中掺硼出现空穴（b）P型半导体图8.1.4P型半导体的形成杂质半导体中多子浓度主要取决于掺入的杂质浓度，而少子浓度主要与本征激发有关，因此受温度的影

6、响很大，这将影响半导体器件的性能。83.PN结的形成N型或P型半导体的导电能力虽然大大增强，但并不能直接用来制造半导体器件。用专门的制造工艺在同一块半导体晶片上形成N型半导体和P型半导体，在两种半导体的交界处就会形成PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。图8.1.5PN结的形成94.PN结的导电特性PN结在没有外加电压作用时呈电中性，当在PN结两端加上不同极性的电压时，PN结便会呈现出不同的导电性能。给PN结外加正向电压时，即外加电源的正极接P区，负极接N区，也称之为正向偏置。如图8.1.6所示。图8.1.6PN结外加正向电压10给PN结外加反向电压

7、时，即外加电源的负极接P区，正极接N区，也称之为反向偏置。如图8.1.7所示。图8.1.7PN结外加反向电压111．半导体二极管的结构和类型半导体二极管是由PN结加上电极引出线和管壳而构成。P区一侧引出的电极称为阳极，N区一侧引出的电极称为阴极，二极管的图形符号如图8.1.8（a）所示。（a）图形符号（b）点接触型（c）面接触型图8.1.8半导体二极管122.二极管的伏安特性二极管的特性常用伏安特性来表示，它是指二极管两端的电压和流过管子的电流之间的关系。如图8.1.9所示。二极管的本质是一个PN结，因此，它也具有单向导电性，其伏安特性可分为正向特性和反

8、向特性两部分。图8.1.9二极管的伏安特性133.二极管的主要参数二极管的特性除