模拟电子技术 二极管三极管 7_1

电工电子技术——电子技术第15章常用半导体器件15－1半导体的基本知识15－2PN结及半导体二极管15－3特殊二极管——稳压管15－4半导体三极管物质导电性能导体：如金属半导体：如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等绝缘体：如橡皮、陶瓷、塑料和石英半导体及其特点半导体的导电能力受外界因素的影响很大：•对温度敏感热敏元件•掺杂半导体二极管、三极管、场效应管、晶闸管等半导体器件半导体及其特点•对光照敏感光电管、光电池等光敏元件半导体的这些特点是由其原子结构决定的本征半导体：纯净的、结构完整的半导体晶体。应用最多的本征半导体为硅和锗，原子结构中最外层的价电子都是四个。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合，每个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成共用电子对，这对价电子是此相邻原子共有的，它们通过共价键将相邻原子结合在一起。本征半导体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，因此本征半导体中的自由电子很少，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，形成晶体。+4+4+4+4本征半导体的导电机理在绝对零度和无外界激发情况下，价电子完全被共价键束缚，本征半导体没有可以运动的带电粒子（即载流子），其导电能力很差价电子一旦获得足够的能量（温度升高或受光照）后，便可挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴+4+4+4+4自由电子束缚电子空穴+4+4+4+4价电子脱离共价键后，原子的中性被破坏，由于出现空穴而带正电，会吸引相邻原子的价电子来填补空穴，同时相邻原子的共价键中出现空穴。价电子移动的结果相当于带正电的空穴的反方向迁移，因此认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。二者同时产生，成对出现。一定温度下，载流子（空穴和自由电子）的产生与复合达到动态平衡。温度越高，载流子的数目越多，本征半导体的导电能力越强。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的两端加上电压后，在电场力的作用下，产生的电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。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。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴半导体。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子半导体。掺杂半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。N型半导体+4+4+5+4磷原子N型半导体中的载流子是什么？1、施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。多余电子在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。P型半导体+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。1、受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－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。掺杂半导体的示意表示法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，在它们的交界面处就形成了一个空间电荷区，即PN结。PN结的形成P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，形成的内电场增强。内电场越强，就使漂移运动越强，而阻挡多子的扩散运动。空间电荷区，也称耗尽层。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E扩散和漂移最终将达到平衡，即P区的空穴向N区扩散的数目与N区的空穴向P区漂移的数目相等（自由电子也是如此），此时的空间电荷区（即PN结）稳定下来，厚度固定不变，对外呈电中性。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区（PN结）N型区P型区电位VV0PN结的单向导电性PN结加正向电压、正向偏置的意思都是：P区接电源正极、N区接负极PN结加反向电压、反向偏置的意思都是：P区接电源负电极、N区接正极－－－－++++内电场外电场变窄PNRE+_PN结正向偏置－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++－－－－++++内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。此时PN结处于导通状态，呈现很小的正向电阻。－－－－++++内电场外电场变宽NP+_REPN结反向偏置－－－－－－－－－－－－++++++++++++－－－－++++内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强。由于少子数量有限，只能形成较小的反向电流。此时PN结处于截止状态，呈现数值很大的反向电阻。PN结加正向电压时，PN结电阻很小，正向电流很大，PN结处于导通状态；加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小，PN结处于截止状态。可见，PN结具有单向导电性。半导体二极管PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。常见的半导体二极管分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型结面积很小，通过的电流小，高频性能好。多用于高频和小功率电路结面积大，允许通过的电流较大，但工作频率低。常用于整流电路。结面积较大的适宜做脉冲数字电路中的开关管，结面积较小的，适用于大功率整流。P区引出线N区引出线半导体二极管结构及符号点接触型平面型面接触型二极管的电路符号PN二极管的伏安特性曲线U死区电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通压降:硅管0.6~0.8V,锗管0.2~0.3V反向击穿电压UBR+--+反向饱和电流，硅管达10-9A,锗管10-5AI外电场不能克服PN结内电场对多子扩散运动的阻力，故正向电流很小反向电流的大小基本保持恒定，与反向电压的高低无关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.反向击穿电压UBR与反向工作峰值电压URWMUBR是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。反向工作峰值电压URWM一般是UBR的一半或三分之二。二极管的主要参数二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。反向峰值电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向峰值电流越小越好。反向峰值电流受温度影响：温度越高，反向峰值电流越大。硅管的反向峰值电流较小，锗管的反向峰值电流要比硅管大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是利用其单向导电性，主要应用于整流、钳位、限幅、保护等。3.反向峰值电流IRM二极管的主要参数二极管的选择（1）要求死区电压低时选锗管，要求反向电流小时选硅管。（2）要求反向击穿电压高时选硅管。（3）要求耐高温时选硅管。（4）小功率整流管选2CP系列；大功率整流管选2CZ系列；高频电路选用2AP系列；开关工作时选用2AK、2CK系列。RLuiuouiuott例1：二极管半波整流二极管的应用——整流cd例2：单相桥式整流电路u2tuot二极管的应用——钳位ABD1D2RY+3V0V3VAV0VBV二极管正向导通时的压降为0.3V二极管D1优先导通，所以Y点电位0.32.7VYAVVYBVV由于此时二极管D2外加反向电压，所以截止二极管的应用——限幅例1：并联二极管限幅电路例2：串联二极管限幅电路例3：双向限幅电路课堂练习本章习题P.2515.3.2，15.3.5硅和锗原子结构Ge+32+14Si+4硅和锗的晶体结构硅和锗的共价键结构