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　　第15章半导体二极管和三极管 15.1 半导体的导电特性 15.2 PN结 15.3 半导体二极管 15.4 稳压二极管 15.5 半导体三极管总目录章目录返回上一页下一页第15章半导体二极管和三极管本章要求：一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。总目录章目录返回上一页下一页对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。 RC 器件是非线性的、特性有分散性、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。总目录章目录返回上一页下一页半导体的导电特性半导体的导电特性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。：光敏性当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。总目录章目录返回上一页下一页本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。价电子 Si Si Si Si 共价健晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价键中的两个电子，称为价电子。总目录章目录返回上一页下一页自由电子本征半导体的导电机理价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后， Si Si 即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空 Si Si 位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产价电子生的自由电子便愈多。在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。总目录章目录返回上一页下一页本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1) 自由电子作定向运动 → 电子电流 (2) 价电子递补空穴 →空穴电流自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。注意： (1) , 本征半导体中载流子数目极少其导电性能很差； (2) ， , 温度愈高载流子的数目愈多半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。总目录章目录返回上一页下一页型半导体和 P 型半导体在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。在常温下即可变为自由电子掺入五价元素 Si Si 多掺杂后自由电子数目余大量增加，自由电子导电电成为这种半导体的主要导 p+ Si Si 子电方式，称为电子半导体动画 N 。或型半导体在N 型半导体中自由电子失去一个磷原子电子变为是多数载流子，空穴是少数正离子载流子。总目录章目录返回上一页下一页型半导体和 P 型半导体动画掺入三价元素 Si Si 空穴掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方 – Si Si B 式，称为空穴半导体或 P型半导体。硼原子 P 在型半导体中空穴是多接受一个电子变为数载流子，自由电子是少数负离子载流子。 N P ，对外不显电性。无论型或型半导体都是中性的总目录章目录返回上一页下一页在杂质半导体中多子的数量与 a. b. （掺杂浓度、温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与 b a. 、b. ）有关。（掺杂浓度温度 3. 当温度升高时，少子的数量 c a. 、b. 、c. ）。（减少不变增多 4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 b a N 主要是，型半导体中的电流主要是。 a. 、b. ）（电子电流空穴电流总目录章目录返回上一页下一页结 15.2.1 PN结的形成内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间空间电荷区也称 PN 结电荷区变薄。少子的漂移运动 P 型半导体内电场N 型半导体－－－－－－ + + + + + + 扩散和漂移－－－－－－ + + + + + + 这一对相反的运动最终达到－－－－－－ + + + + + + 动态平衡，空动画－－－－－－ + + + + + + 间电荷区的厚度固定不变。浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区扩散的结果使空间电荷区变宽。总目录章目录返回上一页下一页结的单向导电性 P N 1. PN 结加正向电压（正向偏置）接正、接负 PN 结变窄动画－－－－－－ + + + + + + －内电场被－－－－－ + + + + + + 削弱，多子－－－－－－ + + + + + + 的扩散加强， P 内电场 N 形成较大的 IF 外电场扩散电流。 + – PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。总目录章目录返回上一页下一页结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正动画－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + P 内电场 N 外电场 – + 总目录章目录返回上一页下一页结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正 PN 结变宽动画－－－－－－ + + + + + + 内电场被加－－－－－－ + + + + + + 强，少子的漂－－－－－－ + + + + + + 移加强，由于少子数量很少， P 内电场 N 形成很小的反外电场 IR 向电流。 – + PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。总目录章目录返回上一页下一页半导体二极管 15.3.1 基本结构 (a) 点接触型 (b)面接触型结面积小、结面积大、结电容小、正正向电流大、向电流小。用结电容大，用于检波和变频于工频大电流等高频电路。整流电路。 (c) 平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。总目录章目录返回上一页下一页半导体二极管二极管的结构示意图阳极引线二氧化硅保护层金属触丝 N型锗片阳极引线阴极引线 P 型硅 N型硅外壳 ( a ) 阴极引线点接触型铝合金小球阳极引线 ( c ) 平面型 N 型硅 PN结金锑合金阳极 D 阴极底座阴极引线 ( d ) 符号 ( b ) 面接触型 1 – 12 图半导体二极管的结构和符号总目录章目录返回上一页下一页伏安特性正向特性 I 特点：非线性 + – P N 反向击穿电压U(BR) 导通压降硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V U 反向电流在一定电压 P – + N 硅管0.5V, 死区电压范围内保持锗管0.1V 。常数。反向特性外加电压大于死区外加电压大于反向击电压二极管才能导通。穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。总目录章目录返回上一页下一页主要参数 1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，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U RWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR 的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反 I 向电流大，说明管子的单向导电性差， RM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。总目录章目录返回上一页下一页二极管的单向导电性 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴时，，二极管正极接负）二极管处于正向导通状态向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴时，，二极管反极接正）二极管处于反向截止状态向电阻较大，反向电流很小。 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。总目录章目录返回上一页下一页二极管电路分析举例导通定性分析：判断二极管的工作状态截止若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。硅0.6~0.7V 否则，正向管压降锗0.2~0.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压U 的正负。 D V V U ( ) 若阳阴或 D为正正向偏置，二极管导通 V V U ( ) 若阳阴或 D为负反向偏置，二极管截止总目录章目录返回上一页下一页例： A + 电路如图，求：U AB 3kΩ U 6V AB 取 B 点作参考点， 12V 断开二极管，分析二 – B 极管阳极和阴极的电位。 V = －6 V V = －12 V 阳阴 V阳V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，U = － 6V AB 否则， U 低于－6V一个管压降，为－6.3 Ｖ或－6.7V AB 在这里，二极管起钳位作用。总目录章目录返回上一页下一页例2: D2 求：U AB D1 两个二极管的阴极接在一起 A + 取 B 点作参考点，断开二极 3kΩ U 6V AB 管，分析二极管阳极和阴极 12V – 的电位。 B V = －6 V，V =0 V ，V = V = －12 V 1阳 2 阳 1阴 2 阴 U = 6V ，U =12V D1 D2 U U D ， D ∵ D2 D1 ∴ 2 优先导通 1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，U = 0 V AB 流过 D 的电流为 12 2 I = = 4mA 在这里， D2 起 D 2 3 钳位作用， D1起 D1承受反向电压为－6 V 隔离作用。总目录章目录返回上一页下一页例：已知：u = 18sinω t V i + + D 二极管是理想的，试画 u ui o 8V 出 uo 波形。 – – 二极管的用途： ui 参考点整流、检波、 18V 限幅、钳位、开 8V 关、元件保护、 ω t 温度补偿等。二极管阴极电位为 8 V u 8V ，二极管导通，可看作短路 u = 8V i o u 8V ，二极管截止，可看作开路 u = u 动画 i o i 总目录章目录返回上一页下一页稳压二极管 1. 符号 2. 伏安特性 I _ + 稳压管正常工作 U 时加反向电压 Z O U 稳压管反向击穿 IZ 后，电流变化很大，但其两端电压变化 ∆ IZ ∆ U 很小，利用此特性， Z IZM 稳压管在电路中可使用时要加限流电阻起稳压作用。总目录章目录返回上一页下一页主要参数 (1) 稳定电压UZ ( ) 。稳压管正常工作反向击穿时管子两端的电压 (2) 电压温度系数α ｕ环境温度每变化1°C引起稳压值变化的百分数。 ∆ U (3) 动态电阻 r = Z

　　2021春人教版四年级语文下册第1单元 3.天窗（课堂实录+类文+说课稿+资料）.doc

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