电子电工学

第十四章半导体二极管和三极管§14.1半导体的导电特性半导体：导电能力介乎导体和绝缘体之间，如锗、硅、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有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。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi14.1.1本征半导体本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构的半导体。晶体中原子排列的方式硅单晶中的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子在获得一定能量（温度升高或光照）后，最外层电子可挣脱原子核的束缚而成为自由电子。失去一个电子就留下一个子空穴，从而使原子呈现为正离子，并吸引邻近的电子。+4+4+4+4本征半导体的导电机理自由电子空穴束缚电子本征半导体的导电机理在无外电压的情况下，自由电子与空穴是成对出现的且无规则移动的。自由电子和空穴都称为载流子，温度越高，载流子越多，半导体的导电性也越好，因此温度对半导体的性能影响很大。在外电场的作用下，自由电子作定向移动，空穴则反向移动，形成电流。14.1.2N型半导体和P型半导体SiSiPSi自由电子磷原子+N型半导体：在硅或锗晶体中掺入微量杂质（磷元素）后形成半导体。SiSiBSi空穴硼原子-P型半导体：在硅或锗晶体中掺入微量杂质（硼元素）后形成半导体。总结3、由于载流子的运动方向是无规则的，因此宏观上半导体是不带电的。但掺杂后的半导体的自由电子或空穴剧增，所以导电性也大大提高。1、多数载流子N型半导体：自由电子P型半导体：空穴2、少数载流子N型半导体：空穴P型半导体：自由电子§14.2PN结14.2.1PN结的形成P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++空穴自由电子P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++内电场E方向空间电荷区空间电荷区的性质：1.多数载流子因扩散复合而消耗了，所以又称为耗尽层。2.空间电荷区中的正负离子不能移动，但在交界面处形成了一个电场，这个电场将阻挡多数载流子的进一步复合，所以又称为阻挡层。3.扩散与漂移达到动态平衡。内电场方向－－－+++PN121214.2.2PN结的单向导电性PN结正向偏置－－－－++++内电场方向外电场方向变窄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。RIPN结反向偏置－－－－++++内电场方向外电场方向变宽NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。R0IPN半导体二极管符号§14.3PN结14.3.1基本结构14.3.2伏安特性死区电压反向击穿电压U(BR)U（V）0.40.8AImAI-50-25-2080604020-40-601.最大整流电流IOM2.反向工作峰值电压URWM3.反向峰值电流IRM14.3.3主要参数例：二极管的应用：RRLuiuRuo-+++---+CDtuiutp0tuo0tuR0§14.4稳压二极管+-符号：主要参数：UZ1.稳定电压UZIZMUZIZ3.动态电阻rZIZ4.稳定电流IZ2.电压温度系数U5.最大允许耗散功率PZMU(v)I(mA)伏安特性曲线§14.5半导体三极管BECNNP基极发射极集电极发射结集电结BECPPN基极发射极集电极发射结集电结14.5.1基本结构BECNNPNPN型PNPPNP型CEBBECIBIEICBECIBIEIC14.5.2电流分配和放大原理IB（mA）00.020.040.060.080.10IC（mA）0.0010.701.502.303.103.95IE（mA）0.0010.721.542.363.184.05RBIBECEBmAICIE-++-CEB6vAmA晶体管中的电流BECNNPEBRBEc-+-+载流子运动BECNNPEBRBEcICBOIBE++--ICEIEIBIC电流分配14.5.3特性曲线ICmAVUCEUBERBIBEBECVA测量晶体管特性的实验数据（1）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V（2）输出特性饱和区IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A1.52.3Q1Q2放大区截止区1.电流放大倍数___直流电流放大倍数：BCII=___交流电流放大倍数：BIIC=14.5.4主要参数2.集-基极反向截止电流ICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。AICBO-++-EC3.集-射极反向截止电流ICEOICEO+--+AECT4.集电极最大电流ICM5.集电极-发射极反向击穿电压U(BR)CEO6.集电极最大允许功耗PCM§14.6光电器件14.6.1发光二极管◆发光二极管（LED）的特点工作电压：1.5～3V（直流）工作电流：几～十几毫安工作寿命：很长颜色：红、蓝、绿、黄14.6.2光电二极管1.无光照时,反向电流很小（通常3.光电流很小，一般只有几十微安，2.有光照时,产生反向电流，称为＜0.2），称此为暗电流。光电流。光照度越强，光电流也越大。应用时必须进行放大。◆光电二极管的特点14.6.3光电晶体管CB1.无光照时，集电极电流ICEO很小称此为暗电流。2.有光照时，产生集电极电流，称为光电流。3.光电流一般为零点几毫安到几毫安，应用时通常需要进行放大。◆光电晶体管的特点R3+5VT1+－uOR1TR2LED光电耦合光电耦合放大电路