二极管三极管.pptx

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1、会计学1二极管三极管二极管三极管第一页，共97页。(14-2)第14章 半导体二极管和三极管14.1 半导体的基本知识14.2 PN结14.3 半导体二极管14.4 稳压(wn y)二极管14.5 半导体三极管14.6 光电器件第1页/共97页第二页，共97页。(14-3)半导体的特点半导体的特点(tdin)n n半导体的优点（与电子半导体的优点（与电子(dinz)真空管相比）真空管相比）n n1、体积小，重量轻；、体积小，重量轻；n n2、耗电省；、耗电省；n n3、成本低。、成本低。缺点：1、受温度影响大；2、参数(cnsh)离散。第2页/共97页第三页，共97页。(14-4)14.1 半

2、导体的导电(dodin)特性导体(dot)、半导体(dot)和绝缘体 1、很容易导电的物质称为导体(dot)，金属一般都是导体(dot)。2、有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。3、导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。第3页/共97页第四页，共97页。(14-5)一种物质的导电性能取决于它的载流子密度(md)（浓度）。第4页/共97页第五页，共97页。(14-6)（1）通过一定(ydng)的工艺过程，可以将半导体制成晶体。（2）完全纯净的、结构完整的半导体晶体(jngt)，称为本征半导体。（3）在硅和锗晶体中，原子按四角

3、形系统组成每个原子与其相临的原子之间形成(xngchng)共价键，共用一对价电子。14.1.1 本征半导体特点：第5页/共97页第六页，共97页。(14-7)本征半导体的结构(jigu)特点GeSi通过一定的工艺过程(guchng)，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层(wi cn)电子（价电子）都是四个。第6页/共97页第七页，共97页。(14-8)本征半导体：完全纯净的、结构完整(wnzhng)的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心(zhngxn)，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子

4、之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：第7页/共97页第八页，共97页。(14-9)硅和锗的共价键结构(jigu)共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去(ch q)价电子后的原子第8页/共97页第九页，共97页。(14-10)共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子(z yu din z)，因此本征半导体中的自由电子(z yu din z)很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子(yunz)的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成(xngchng)晶体。+4+4+4+4

5、第9页/共97页第十页，共97页。(14-11)本征半导体的导电(dodin)机理 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以(ky)运动的带电粒子，它的导电能力为0。半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有(jyu)不同于其它物质的特点。比如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。第10页/共97页第十一页，共97页。(14-12)在常温下，由于热激发，使一些(yxi)价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1、热激发(jf)第11页

6、/共97页第十二页，共97页。(14-13)本征半导体的导电(dodin)机理第12页/共97页第十三页，共97页。(14-14)本征半导体的导电(dodin)机理 空穴吸引邻近价电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移(qiny)，因此可以认为空穴是载流子。空穴(kn xu)导电：第13页/共97页第十四页，共97页。(14-15)2、自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断(bdun)复合。3、在一定温度下，电子空穴对的产 生和复合达到动态平衡，于是半导体中 的载流子数目(shm)便维持一定。特点(tdin)：1、半导体有两种载流子：自由电子和空穴第14页/共97页第十五页，共97页。(14-

7、16)温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能(xngnng)的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电(dodin)能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成(z chn)：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。第15页/共97页第十六页，共97页。(14-17)+4+4+5+4N型半导体多余(duy)电子磷原子(yunz)掺杂(chn z)浓度为百万分之一：电子浓度增加：14.1.2 掺杂半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。第16页/共97页第十七页，共97页。(14-

8、18)N型半导体N型半导体中的载流子是什么(shn me)？结论：1、掺杂浓度(nngd)远大于本征半导体中载流子浓度(nngd)。2、自由电子浓度(nngd)远大于空穴浓度(nngd)。多数载流子（多子）自由电子 少数载流子（少子）空穴。第17页/共97页第十八页，共97页。(14-19)+4+4+3+4空穴(kn xu)P型半导体硼原子(yunz)第18页/共97页第十九页，共97页。(14-20)特点(tdin)：1、P型半导体：本征半导体中掺入三价元素(yun s)。2、P型半导体中 多子 空穴，少子(sho z)电子。第19页/共97页第二十页，共97页。(14-21)杂质(zzh)

9、半导体的示意表示法P 型半导体+N 型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于(yuy)数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。第20页/共97页第二十一页，共97页。(14-22)14.2 PN结 一、PN 结的形成(xngchng)在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散(kusn)，在它们的交界面处就形成了PN 结。第21页/共97页第二十二页，共97页。(14-23)P型半导体N型半导体+扩散运动内电场E漂移运动扩散(kusn)的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场(din chng)越强，就使漂移运

10、动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。第22页/共97页第二十三页，共97页。(14-24)漂移运动P型半导体N型半导体+扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对(y du)相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。第23页/共97页第二十四页，共97页。(14-25)+空间电荷区N型区P型区电位(din wi)VV0第24页/共97页第二十五页，共97页。(14-26)1、空间电荷区中没有(mi yu)载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍(z i)都是多子的扩散运动，促进少子的漂移运动。3、P中的电子和N中的空穴（都是少子），数量(shlin

11、g)有限，因此由它们形成的电流很小即漂移电流很小，nA级。请注意4、扩散与漂移达到动态平衡时即形成PN结。第25页/共97页第二十六页，共97页。(14-27)二、PN结的单向(dn xin)导电性 PN结加上正向电压(diny)、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压(diny)。第26页/共97页第二十七页，共97页。(14-28)+RE1、PN 结正向(zhn xin)偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够(nnggu)形成较大的扩散电流。第27页/共97页第二十八页，共97页。(14-29)PN结加上反向电压(diny)、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正

12、电压(diny)。第28页/共97页第二十九页，共97页。(14-30)2、PN 结反向(fn xin)偏置+内电场外电场变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移(pio y)加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE第29页/共97页第三十页，共97页。(14-31)3、结论(jiln)：PN结具有单向导电特性(1)、PN结加正向电压：PN结所处的状态称为正向导(xingdo)通，其特点：PN结正向电流大，PN结电阻小。相当于开关(kigun)闭合S(2)、PN结加反向电压：PN结所处的状态称为反向截止，其特点：PN结反向电流小，PN结电阻大。相当于开关打开第30页/共

13、97页第三十一页，共97页。(14-32)14.3 半导体二极管一、基本(jbn)结构PN结加上管壳和引线(ynxin)，就成为半导体二极管。正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点接触型二极管二极管的符号正极负极 正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线 面接触型二极管N型硅PN结PN结第31页/共97页第三十二页，共97页。(14-33)二极管实际(shj)结构第32页/共97页第三十三页，共97页。(14-34)UI死区电压(diny)硅管0.5V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.60.8V,锗管0.20.3V。反向(fn xin)击穿电压U(BR)PNIU第33页/共97页第三十四页，共97页

14、。(14-35)600400200 0.1 0.200.40.850100I/mAU/V正向(zhn xin)特性反向(fn xin)击穿特性硅管的伏安(f n)特性反向特性死区电压I/mAU/V0.40.8 40 802460.10.2锗管的伏安特性正向特性反向特性0死区电压+U IU=f（I）二、伏安特性第34页/共97页第三十五页，共97页。(14-36)600400200 0.1 0.20 0.4 0.850100I/mAU/V正向特性反向击穿特性硅管的伏安特性反向特性死区电压正向(zhn xin)特性：二极管加正向(zhn xin)电压正极负极+反向(fn xin)特性：二极管加反向

15、(fn xin)电压正极负极+对于(duy)理想二极管锗 管正向压降0.2-0.3V硅 管正向压降0.5-0.7V第35页/共97页第三十六页，共97页。(14-37)三、主要参数A.最大整流(zhngli)电流 IOM二极管长期使用(shyng)时，允许流过二极管的最大正向平均电流。B.反向击穿(j chun)电压U(BR)二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URWM一般是U(BR)的一半。第36页/共97页第三十七页，共97页。(14-38)C.反向(fn xin)峰值电流 IRM指二极管加反向峰值工作电压时的

16、反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度(wnd)的影响，温度(wnd)越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。第37页/共97页第三十八页，共97页。(14-39)四、二极管电路(dinl)的分析方法 A.对直流信号(xnho)，用图解法作出工作点REUIuDiDIU第38页/共97页第三十九页，共97页。(14-40)B.大交流(jioli)信号:iD相当电子(dinz)开关 二极管的应用是主要利用它的单向(dn xin)导电性包括整流、限幅、钳位等。第39页/共97页第四十页，共97页。(14-41)例1：下图中，已

17、知VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管，求输出端Y的电位(din wi)并说明二极管的作用。解：DA优先(yuxin)导通，则VY=30.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止(jizh),起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA 12VYABDBR+0.3V第40页/共97页第四十一页，共97页。(14-42)钳位作用(zuyng)：FABR-12VABR12VF第41页/共97页第四十二页，共97页。(14-43)DE3VRuiuouRuD 例2：下图是二极管限幅电路(dinl)，D为理想二极管，ui=6 sin t V,E=3V,试画出 uo波形。t t ui

18、/Vuo/V63300226uR？第42页/共97页第四十三页，共97页。(14-44)整流(zhngli)、削波作用：RuiuouitEuiuoRuit2EE通通第43页/共97页第四十四页，共97页。(14-45)t 6302 例3：双向限幅电路(dinl)t 033DE3VRDE3VuiuouRuD ui/Vuo/V3第44页/共97页第四十五页，共97页。(14-46)（1）微变电阻(dinz)rDiDuDIDUDQiDuD显然，rD是对Q附近的微小(wixio)变化量的电阻。下面(xi mian)介绍两个交流参数（又称动态参数）。RD=UD/ID第45页/共97页第四十六页，共97页

19、。(14-47)iDuDIDUDQ第46页/共97页第四十七页，共97页。(14-48)PN结高频(o pn)小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合(zngh)效应rd（2）二极管的极间电容第47页/共97页第四十八页，共97页。(14-49)万用表测试(csh)二极管第48页/共97页第四十九页，共97页。(14-50)14.4 稳压(wn y)二极管一、工作(gngzu)区域UIUZIZIZmaxUZIZ+-第49页/共97页第五十页，共97页。(14-51)三、稳压(wn y)二极管的参数（1）稳定(wndng)电压 UZ（2）电压温度系数U（%/）稳压值受温度变化影响的的系数。（

20、3）动态(dngti)电阻二、工作特点：（1）在反向击穿区处于稳压状态；（2）工作在其它区域与一般二极管相同。第50页/共97页第五十一页，共97页。(14-52)（4）稳定(wndng)电流IZ、最大、最小稳定(wndng)电流Izmax、Izmian。（5）最大允许(ynx)功耗第51页/共97页第五十二页，共97页。(14-53)例1：已知ui=10 sin t V,UZ=5.5V（稳压值），正向(zhn xin)压降为0.7V，试画出 uo波形。DZUZRuiuouR t t ui/Vuo/V105.55.500220.70.7解：IU0UZIminIZmax第52页/共97页第五十三

21、页，共97页。(14-54)负载电阻要求当输入电压由正常值发生20%波动(bdng)时，负载电压基本不变。uoiZDZRiLiuiRL例2：稳压管的技术参数:解：令输入(shr)电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。求：电阻(dinz)R和输入电压 ui 的正常值。方程1第53页/共97页第五十四页，共97页。(14-55)令输入电压(diny)降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin。方程(fngchng)2uoiZDZRiLiuiRL联立方程(lin l fn chn)1、2，可解得：第54页/共97页第五十五页，共97页。(14-56)N型硅二氧化硅保护膜BECN+P型硅（a）平

22、面(pngmin)型N型锗ECB铟球铟球PP+（b）合金型14.5 半导体三极管一、基本(jbn)结构第55页/共97页第五十六页，共97页。(14-57)三极管的实际(shj)结构第56页/共97页第五十七页，共97页。(14-58)1.NPN 1.NPN 型三极管型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极(j j)B发射极E 三极管的结构 分类(fn li)和符号PECB符号第57页/共97页第五十八页，共97页。(14-59)集电区集电结基区发射结发射区CBEN集电极C发射极E基极(j j)BNPPN2.2.PNPPNP型三极管型三极管第58页/共97页第五十九页，共97页。(

23、14-60)BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，1um以下(yxi)，掺杂浓度低集电区：面积(min j)较大发射区：掺杂浓度(nngd)较高结构特点第59页/共97页第六十页，共97页。(14-61)ECRCIC UCECEBUBE共发射极接法放大(fngd)电路二、三极管的电流(dinli)控制作用三极管具有(jyu)电流控制作用的外部条件:（1）发射结正向偏置 （加正向电压）；（2）集电结反向偏置（加反向电压）。EBRBIB第60页/共97页第六十一页，共97页。(14-62)发射区向基区扩散电子IEIB电子在基区扩散与复合集电区收集电子 电子流向电源正极形成 ICICNPN电源负极

24、向发射区补充电子形成 发射极电流IE 三极管的电流控制(kngzh)原理电源正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成 IBVCCRCVBBRBCBE第61页/共97页第六十二页，共97页。(14-63)由于基区很薄,掺杂(chn z)浓度又很小,电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量。所以：IC IB同样(tngyng)有:IC IB所以说三极管具有电流控制(kngzh)作用,也称之为电流放大作用。电流关系：IE=IB+ICECRCIC UCECEBUBEEBRBIBIEIC=IB直流电流放大系数直流电流放大系数 =IC IB第62页/共97页第六十三页，共97页。(14-64)ECRCIC UC

25、ECEBUBE共发射极接法放大(fngd)电路三极管具有电流控 制作用的外部(wib)条件:（1）发射结正向(zhn xin)偏置；（2）集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:输出回路输入回路公共端EBRBIBIEUBE 0UBC VB VE第63页/共97页第六十四页，共97页。(14-65)ECRCIC UCECEBUBE共发射极接法放大(fngd)电路三极管具有(jyu)电流控 制作用的外部条件:（1）发射结正向(zhn xin)偏置；（2）集电结反向偏置。对于PNP型三极管应满足:输出回路输入回路公共端EBRBIBIE即 VC VB 0UBE 0第64页/共97页第六十五页，共97

26、页。(14-66)电流(dinli)放大原理BECNNPEBRBEc发射结正偏，发射区电子(dinz)不断向基区扩散，形成发射极电流IE。IE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE1第65页/共97页第六十六页，共97页。(14-67)BECNNPEBRBEcIEICBO从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入(jnr)集电结而被收集，形成ICE。IC=ICE+ICBOICEIBE2ICE多子(du z)的运动少子(sho z)的运动第66页/共97页第六十七页，共97页。(14-68)IB=IBE-ICBOIBEIB3BECNNPEBRBEcIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICE

27、IBEICE与IBE之比称为电流放大(fngd)倍数第67页/共97页第六十八页，共97页。(14-69)4第68页/共97页第六十九页，共97页。(14-70)BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管第69页/共97页第七十页，共97页。(14-71)三、特性(txng)曲线ECRCIC UCECEBUBE输出回路输入回路公共端EBRBIBIE第70页/共97页第七十一页，共97页。(14-72)1、输入(shr)特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE=0.5VIB=f(UBE )UC E =常数第71页/共97页第七十二

28、页，共97页。(14-73)2、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为(chn wi)线性区（放大区）。当UCE大于一定(ydng)的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。IB=常数IC =f (UCE)第72页/共97页第七十三页，共97页。(14-74)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A第73页/共97页第七十四页，共97页。(14-75)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域(qy)中:IB=0,IC=ICEO

29、,UBE VB VE且IC=IB对于PNP型三极管应满足:VC VB VE且IC=IBRBEBECRCIC UCECEBIBUBE（一）放大状态条件特征IE输出特性三个区域的特点:第75页/共97页第七十六页，共97页。(14-77)（二）饱和状态 集电结、发射结均反向(fn xin)偏置，即UBE 0（1）IB增加(zngji)时，IC基本不变，且IC UC/RC（2）UCE 0 晶体管C、E之间相当于短路(dunl)（三）截止状态即UCE 0，UBC0，UCE0，则此管工作区为-（1）饱和区（2）截止区（3）放大区答案(d n)（1）6.一个NPN管在电路中正常工作，现测得UBE0，UBC

30、0，则此管工作区为-（1）饱和区（2）截止区（3）放大区答案（3）第92页/共97页第九十三页，共97页。(14-94)7.一个NPN管在电路中正常(zhngchng)工作，现测得UBE0，UBC0，则此管工作区为-（1）饱和(boh)区（2）截止(jizh)区（3）放大区答案（2）8.稳压管工作在-状态。（1）正向导通（2）反向截止（3）反向击穿9.稳压管稳压电路如图所示，其中UZ1=7V，UZ2=3V，它们的正向导通压降为0.7V，其输出电压为-。DZ1UZ1RuiuoUZ2DZ2（1）0.7V（2）1.7V（3）3V（4）7.7V答案（3）答案（4）第93页/共97页第九十四页，共97页

31、。(14-95)1、在图所示电路中，E=5V、ui=10sintV，D为理想二极管，试画出输出(shch)uO的波形。DERuiuo t t ui/Vuo/V1055002210 二、计算(j sun)下列各题第94页/共97页第九十五页，共97页。(14-96)2、两个稳压管的稳压值分别为5.5V和8.5V，正向压降均为0.5V、若得到6V电压(diny)，试画出稳压电路。DZ15.5VRuiuoDZ2解：0.5V 3、两个稳压(wn y)管的稳压(wn y)值分别为5.5V和8.5V，正向压降均为0.6V、若得到14V电压，试画出稳压(wn y)电路。DZ18.5VRuiuoDZ2解：5.5V第95页/共97页第九十六页，共97页。(14-97)第一章结 束第96页/共97页第九十七页，共97页。