第4章 二极管和晶体管
第四章单极型器件
08.03.2019
半导体器件物理
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§4.1 金属—半导体接触
• 第一个实用的半导体器件是由金属－半导体点接触形成的 整流器，是一根金属触须压在半导体表面上构成的，这种 半导体器件从1904年开始已经得到很多应用。 • 金属—半导体接触可形成整流器。1938年，肖特基提出， 半导体内稳定的空间电荷形成的势垒可能有整流作用。由 此产生的势垒模型就是所谓肖特基势垒。金属—半导体形 成的结称为肖特基结。 • 金属—半导体接触也可能是非整流性的, 即不管所加电压 极性如何，接触电阻均可忽略，这种金属—半导体接触称 为欧姆接触。为实现电子系统中的相互连接，所有半导体 器件和集成电路都必须有欧姆接触。
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半导体器件物理
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• 当界面态的密度 DS→0时，
与理想情况一致。 • 当DS→∞时，
q q ( ) Bn m
q E q Bn g 0
φBn与金属的功函数无关。
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半导体器件物理
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3、肖特基效应
• 镜像力使肖特基势垒高度降低。 • 半导体中距离金属表面x处的电子会在金属上感应 一个正电荷，这个正电荷称为镜像电荷，电子与这 个正电荷之间的引力等于电子与位于－x处等量正 电荷之间的静电引力，称为镜像力。 • 由库仑定律，镜像力为：
或者 12 2(Vbi V)
C qN DS
测量出C－V曲线，即可得 到杂质分布 2 1 N [ ] D 2 q ( 1 /C)/dV S d
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2、界面态对势垒高度的影响
• n型Si和n型GaAs的势垒高度测量值显示，qΦBn随qΦm的增 大而增大，但不是直线，这是因为在实际的金属半导体接 触中，由于晶格不连续，在接触界面处产生大量的能量状 态，这些能量状态叫做界面态或表面态，它们连续分布在 禁带内，可能起施主或受主作用，影响势垒高度的实际值， 对Si和GaAs，n型势垒高度被低估，p型势垒高度被高估。 • 为了描述半导体表面态，引入中性能级qΦ0：当qΦ0以下的 表面态全部被电子占据，而以上的全部空出时，半导体表 面是中性的。低于qΦ0的界面态没有电子占据时带正电，作 用相当于施主，高于qΦ0的界面态被电子占据时带负电，作 用相当于受主。如果qΦ0与半导体的EF重合，则界面态和半 导体内部没有电子交换，界面的净电荷为0。如果qΦ0>EF， 则电子从表面向体内转移，界面净电荷为正，qΦ0<EF，电 子从体内向表面转移，界面净电荷为负。
第四章半导体材料
半导体中电子运动不同于真空。真空中服从牛顿定 律，F=-eE=m0a。 m0—自由电子质量。半导体中电子于能带中受约束， 也可以用牛顿定律描述运动。但m0要改成m*。不同半 导体m*不同。
τ ——弛豫时间。电子经两次碰撞间的平均自由时间。
电子在运动时受杂质、缺陷碰撞而改变方向，形成阻力
Si：m*=0.5m0；GaAs： m*=0.07m0
价带
价带
n型半导体 型半导体
p型半导体 型半导体
以上杂质能级处于禁带中导带低或价带顶附近，故 称为浅能级杂质 浅能级杂质 如果杂质或缺陷（C、O、N、Fe、Cu、Ag、Au等） 及晶体缺陷（空位、位错），产生的能级往往在禁带中 部，称为深能级 深能级。 深能级 深能级杂质一般是在材料生长、器件制造时无意带进 的。
Si Si
Si
Si中掺5价P，P取代Si原子。4个 价电子与Si组成共价键。第5个价电 子多余，输送到导带上成为自由电 子。导带中电子导电。 产生的自由电子浓度约等于杂质 原子浓度（可控）。
导带
Si Si
e
Si
P
Si
导带
P P P P
施主
P P P P
n型半导体 型半导体
价带
施主
价带
P称为施主杂质，表示能给出一个价电子。
Hale Waihona Puke 2、掺杂或调制超晶格 、 同一材料交替改变掺杂类 型，产生系列抛物线势阱。 优点：任何半导体材料都可以做超晶格；杂质引起晶 优点 格畸变小，无明显界面；有效能隙可以调到任何值。 3、多维超晶格 、
一维超晶格 二维超晶格 三维超晶格
二维量子阱
一维量子线
0维量子点
可以出现更多的光电特性
4、应变超晶格 、 晶格常数相差较大的两种材料组成（可以做出比Si 器件更高速的电子器件）
04第四章 晶闸管及其应用
第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。
优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。
缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。
（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。
1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。
晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。
晶闸管导通必须同时具备两个条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。
2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。
依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件：1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。
1.3晶闸管的伏安特性静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。
其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I GI G=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。
这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿；晶闸管本身的压降很小，在1V左右；导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值I H以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
半导体集成电路第4章版图设计与举例课件
计线宽。 前者表示所能达到的工艺水平，后者表示保
证一定成品率前提下所能达到的工艺水平。 最小掩模线宽可根据实际的工艺确定。 对TTL一般4~10um
•半导体集成电路第4章版图设计与举例
•10
二、掩膜图形最小间距
版图设计时，版图上各相邻图形间的 最小间距。 显然，制作到Si平面时，图形的实际位置将与
•
设计中常用BC短•半接导体及集成单电路第独4章B版图C设计结与举两例 种结构。
•25
二、SBD
SBD在集成电路中可作为二极管独立使
用，也可以与晶体管组合构成抗饱和晶体管。
1、SBD版图设计考虑
要求：面积小 ，减小结电容；
串连电阻小，提高钳位效果；
反向击穿电压高。
在设计中，由于rSBD 与结电容的要求相
•
△WMAT-2－0.8xjc+Wdc-B+Gmin
7、DB-I 基区窗口到隔离窗口间距
•
△WMAT+0.8xjc-0.8xjI+Wdc-c+WdI-C+Gmin
•
XjI~125%Wepi-MAX
8、Dc-B n+集电极窗口到基区窗口间距
△WMAT+0.8xjc+0.8xje+Wdc-c+Gmin
9.Wc孔 集电极n+孔宽
目的：实现电路中各个元件的电隔离
规则：
1、集电极等电位的NPN管可共用一个隔离区（基极
等电位的PNP管可共用一个隔离区）
2、二极管按晶体管原则处理。
3、原则上，所有硼扩散电阻可共用同一隔离区。
4、当集电极电位高于硼扩散电阻的电位时，晶体管
第4章 双极型晶体管工作原理
b I
BN
IB+
15V
RB IE I e
IE
U CC
UBB
4.4.2
晶体管伏安特性曲线及参数
晶体管有三个电极,通常用其中两个分别作输入, 晶体管有三个电极 , 通常用其中两个分别作输入 , 输出端,第三个作公共端, 输出端 , 第三个作公共端 , 这样可以构成输入和输出两 个回路.实际中有共发射极 共集电极和共基极三种基 共发射极, 个回路 . 实际中有 共发射极 , 共集电极和共基极 三种基 本接法,如图所示. 本接法,如图所示.
一定而u 增大时,曲线仅略有上翘( 略有增大). 一定而 CE增大时,曲线仅略有上翘(iC略有增大). 原因: 原因: 基区宽度调制效应(Early效应) 基区宽度调制效应(Early效应) 效应 或简称基调效应
UCE
由于基调效应很微弱,uCE 由于基调效应很微弱, 在很大范围内变化时I 在很大范围内变化时 C基本不 一定时, 变.因此,当IB一定时, 因此, 集电极电流具有恒流特性. 集电极电流具有恒流特性.
4.4 双极性晶体管
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件.它有 双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件. 三个电极,所以又称为半导体三极管,晶体三极管等,以 三个电极,所以又称为半导体三极管,晶体三极管等, 后我们统称为晶体管.常见的晶体管其外形如图示. 后我们统称为晶体管.常见的晶体管其外形如图示. 晶体管其外形如图示
共发射极 共基极 共集电极 其中, 共发射极接法更具代表性, 其中 , 共发射极接法更具代表性 , 所以我们主要讨 论共发射极伏安特性曲线. 论共发射极伏安特性曲线.
晶体管共发射极特性曲线
晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线. 晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线 . 这 两组曲线可以在晶体管特性图示仪的屏幕上直接显示出 也可以用图示电路逐点测出. 来,也可以用图示电路逐点测出. 一,共发射极输出特性曲线 共发射极输出特性曲线 共射输出特性曲线是以 iB为参变量时,iC与uCE间的 为参变量时, 关系曲线,即 关系曲线,
(完整版)第四章常用半导体--题库
第四章常用半导体4.1 半导体的基本知识选择题：1.PN结的基本特性是：（ B ）A.半导性B.单向导电性C.电流放大性D.绝缘性正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的基本特性。
2. 半导体中少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为：（ B ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。
3. 在PN结中由于浓度的差异，空穴和电子都要从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这就是：（ A ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是A，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。
6. N型半导体和P型半导体是利用了本征半导体的如下哪个特性（C）A．热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性正确答案是C，本题涉及的知识点是：本征半导体特性知识。
7. N型半导体是在本征半导体掺入（A ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的掺杂知识。
8. P型半导体是在本征半导体掺入（B ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的掺杂知识。
9. N型半导体中多数载流子是（A ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的多数载流子知识。
10. P型半导体中多数载流子是（B ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的多数载流子知识。
4.2 半导体二极管选择题：4.如图所示电路，输入端A的电位U A＝+3V，B点的电位U B＝0V，电阻R接电源电压为-15V，若不计二极管的导通压降，输出端F的电位U F为：（ A ）A ．3V B. 0V C. 1.5V D . -16V正确答案是A ，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。
5.如图所示电路，输入端A 的电位U A ＝+3V ，B 点的电位U B ＝0V ，电阻R 接电源电压为-15V ，若二极管的导通压降为0.7V ，输出端F 的电位U F 为： （ C）A ．3V B. 0V C. 2.3V D . -16V正确答案是C ，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。
晶体管和二极管区别
晶体管和⼆极管区别晶体管和⼆极管区别⾸先说明⼀下：晶体管，就是指的半导体器件，⼆极管也是晶体管⾥的⼀种。
下⾯我们详细介绍⼀下⼆极管和三极管的特性及功能原理。
半导体⼆极管及其特性 半导体⼆极管按其结构和制造⼯艺的不同，可以分为点接触型和⾯接触型两种。
点接触⼆极管是在P型硅晶晶体或N型锗晶体的表⾯上，安装上⼀根⽤钨或⾦丝做成的触针，与晶体表⾯接触⽽成，然后加以电流处理，使触针接触处形成⼀层异型的晶体。
很据所⽤⾦属丝的不同，分别称之为钨键⼆极管和⾦键⼆极管。
国产2APl⼀7和2APll—17型半导体⼆极管即属此类。
但前者触针是钨丝，后者是⾦丝。
⾯接触型⼆极管多数系⽤合⾦法制成。
在N型锗晶体的表⾯上安放上⼀块铟，然后在⾼温下使⼀部分锗熔化于铟内。
接着将温度降低，使熔化于姻内的锗⼜沉淀⽽出，形成P型晶体。
此P 型晶体与末熔化的N型晶体组成P—N结。
点接触型半导体⼆极管具有较⼩的接触⾯积，因⽽触针与阻挡层间的电容饺⼩(约1微微法)；⽽⾯接触型⼆极管的极间电容较⼤，约为15⼀20微微池。
因此，前者适合于在频率较⾼的场合⼯作，⽽后者只适宜于频率低于50千赫以下的地⽅⼯作；另外前者允许通过的电流⼩，在⽆线电设备中宜作检波⽤，后者可通过较⼤之电流，多⽤于整流。
常⽤的半导体⼆极管其特性指标参数意义如下： 1.⼯作频率范围f(MHz)：指由于P—N结电容的影响，⼆极管所能应⽤的频率范围。
2.最⼤反向电压Vmax(V)：指⼆极管两端允许的反向电压，⼀般⽐击穿电压⼩。
反向电压超过允许值时，在环境影响下，⼆极管有被击穿的危险。
3.击穿电压VB(V)：当⼆极管逐渐加上⼀定的反向电压时，反向电流突然增加，这时的反向电压叫反向击穿电压。
这时⼆极管失去整流性能。
4.整流电流I(mA)I指⼆极管在正常使⽤时的整流电流平均值。
晶体三极管的结构和类型 晶体三极管，是半导体基本元器件之⼀，具有电流放⼤作⽤，是电⼦电路的核⼼元件。
《电工与电子技术基础》电子部分习题
第四章晶体二极管和二极管整流电路第一节晶体二极管（第一课时）一、选择题1、当晶体二极管的PN结导通后参加导电的是（）A.少数载流子B.多数载流子B.既有少数载流子又有多数载流子2、半导体中的空穴和自由电子数目相等，这样的半导体称为（）A.P型半导体B.本征半导体C.N型半导体二、填空题1、半导体是一种导电能力介于和之间的物体。
2、PN结具有的性能，即：加电压时PN结导通；加的电压时PN结截止。
三、解答题1、图所示的电路中，哪些灯泡能发亮？第一节晶体二极管（第二课时）一、选择题1、晶体二极管的正极电位是-10V，负极电位是-5V，则该二极管处于（）A. 零偏B. 反偏C. 正偏2、面接触型晶体二极管比较适用于（）A.小信号检波B.大功率整流C.大电流开关3、用万用表欧姆挡测量小功率晶体二极管性能好坏时，应该把欧姆挡拨到（）A. R×100Ω或R×1kΩ挡B. R×1Ω挡C. R×10kΩ挡4、当晶体二极管工作在伏安特性曲线的正向特性区，而且所受正向电压大于其门槛电压，则晶体二极管相当于（）A.大电阻B.断开的开关C.接通的开关5、当硅二极管加上0.3V的正向电压时，该二极管相当于（）A.小阻值电阻B.阻值很大的电阻C.内部短路二、填空题1、当晶体二极管导通后，则硅二极管的正向压降为V，锗二极管的正向压降为V。
2、晶体二极管因所加电压过大而。
并出现的现象，称为热击穿。
3、下面每小题后面的括号内，提供几种答案，选择正确的填在相应的横线上。
（1）简单的把一块P型半导体和一块N型半导体接触在一起形成PN结？（能；不能；不一定）（2）二极管导通时，则二极管两端所加的是电压。
（正向偏置；反向偏置；无偏置）（3）当二极管两端的正向偏置电压增大于电压时，二极管才能导通。
（击穿；饱和；门槛）（4）二极管两端的反向偏置电压增高时，在达到电压以前，通过的电流很小。
（击穿；最大；短路）第二节二极管整流电路1、在如图所示的电路中，试分析输入端a、b间输入交流电压υ时，通过R1、R2两电阻上的是交流电，还是直流电？2、若将单相桥式电路接成如图的形式，将会出现什么结果，应如何改正？3、如图所示两个电路中，设V1、V2均为理想二极管（即正向导通时其正向电阻和正向压降为零，反向截止时其反向电阻无穷大的二极管），试判断两图中的二极管是截止的还是导通的，A、B两端的电压V AB=？C、D端的电压V CD=？4、画出半波整流电路图。
二极管和晶体管
二极管和晶体管
二极管和晶体管都是电子元件,常用于电路中控制电流的流动。
二极管是一种电子元件,可以单向导电,即当正极连接到二极管的“+”端时,负极连接到二极管的“-”端时,二极管会导通,而当反向电压作用于二极管上时,它并不会导通。
二极管通常用于控制电流的流动,例如在电路中的开关控制和稳压器中。
晶体管是一种双极型电子元件,由三个区域组成:基区、发射区和集电极。
当电压作用于基区时,它会形成一个电子流,经过发射极流向集电极。
晶体管可以用于控制电流的流动和放大信号,它的放大倍数很高,因此被广泛应用于电子设备中。
二极管和晶体管都有各自的优点和缺点,例如二极管可以单向导电,但晶体管的放大倍数更高。
在实际应用中,二极管和晶体管需要根据具体情况进行选择和使用。
二极管和晶体管
二级管：最简单的电子管。
有屏极（即阳极）和丝极（即阴极），用于交流电的整流或无线电的检波。
有时也把晶体二极管简称为二极管。
二极管，（英语：Diode）,电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过（称为顺向偏压），许多的使用是应用其整流的功能。
而变容二极管（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。
大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为整流功能。
二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。
因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。
早期的真空电子二极管；它是一种能够单向传导电流的电子器件。
在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。
一般来说，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。
在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。
当外加电压等于零时，由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。
早期的二极管包含“猫须晶体”(‘C at’s Whisker’ Crystals）”以及真空管（英国称为“热游离阀（Thermionic Valves）”）.现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅和锗。
第04章 半导体分立器件
串联限幅器的输出电压波形是输入电压波形中高于 稳压二极管击穿电压的部分，它可以用来抑制干扰 脉冲，提高电路的抗干扰能力。 并联限幅器的输出电压波形是输入电压波形中低于 稳压二极管击穿电压的部分，它可以用来整形和稳 定输出波形的幅值，还可以将输入的正弦波电压整 形为方波电压。
（3）稳压二极管的主要参数
a．稳定电压UZ
– 稳定电压UZ是指稳压二极管反向击穿后的稳定工 作电压值。
b．稳定电流IZ
– 稳定电流IZ是指工作电压等于稳定电压时的工作 电流。
（4）稳压二极管的应用
a．基准电压源
U0 R
UL
C
DZ
RL
– 所示，为利用稳压二极管提供基准电压源的电路。 交流电压经过变压器降压，桥式整流电路整流和电 容器滤波后，得到直流电压U0，再经过电阻R和稳 压管DZ组成的稳压电路接到负载上，便可得到一个 比较稳定的电压。
的电场与阻挡层原来的电场方向相同，使得阻挡层内总的电
场增强，阻挡层变宽。外加反向电压破坏了原来阻挡层内扩 散和漂移的平衡，使电场的漂移作用占了优势。因而，P区 和N区中的多数载流子的扩散运动被阻止。由于本征激发， P区中的少数载流子电子一旦运动到PN结的边界处，在电场
的作用下被拉到N区，形成电子电流。同样，N区的少数载
第4章 半导体分立器件
4.1 概 述 半导体分立器件种类繁多，通常可分为半导体 二极管、晶体三极管、功率整流器件和场效应 晶体管等。
半导体二极管又可分为普通二极管和特殊二极 管两种。普通二极管包括整流二极管、稳压二 极管、恒流二极管、开关二极管等。特殊二极 管包括肖特基势垒管（SBD）、隧道二极管 （TD）、位置显示管（PIN）、变容二极管、 雪崩二极管等。
第四部分：用多位数字表示器件在日本电子工业协 会（JEIA）的注册登记号，它不反映器件的任何特 征，但登记号数越大，表示越是近期产品。 第五部分：用字母A、B、C、D等表示这一器件是 原型号产品的改进产品。
晶体二极管与晶体三极管
第四章晶体二极管与晶体三极管本章概述：晶体管是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的，在电子产品中应用十分广泛。
本章从二、三极管的型号、分类、外形识别及检测等多个方面，对常用二、三极管进行了较为详细和系统的讲解。
第一节晶体二极管和晶体三极管的型号命名方法一、中华人民共和国国家标准（GB249-74）国标（GB249-74）半导体器件型号命名由五部分组成，见表4-1。
表4-1 国标半导体器件型号命名方法例如：锗PNP高频小功率管为3AG11C，即３（三极管）Ａ（PNP型锗材料）Ｇ（高频小功率管）１１（序号）Ｃ（规格号）二、美国电子半导体协会半导体器件型号命名法表4-2 美国电子半导体协会半导体器件型号命名法三、日本半导体器件型号命名方法表4-3 日本半导体器件型号命名方法第二节半导体器件的外形识别一、晶体二极管的外形识别1.晶体二极管的结构与特性定义：晶体二极管由一个PN结加上引出线和管壳构成。
所以，二极管实际就是一个PN结。
电路图中文字表示符号为用V表示。
基本结构：PN结加上管壳和引线，就成为了半导体二极管。
图4-1 二极管的结构和电路符号二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图4-2所示。
1）正向特性当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通，处于“截止”状态，当正向电压超过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。
不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-0.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。
2）反向特性二极管两端加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流（见曲线II段)。
不同材料的二极管，反向电流大小不同，硅管约为1微安到几十微安，锗管则可高达数百微安，另外，反向电流受温度变化的影响很大，锗管的稳定性比硅管差。
3）击穿特性当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
第四章 TTL电路
• 双极数字集成电路：
双极器件是少子器件，在电路瞬态分析时需考虑少子存 储效应；是（基极）电流控制器件，需考虑电流负载能力。
• MOS（CMOS）集成电路：
MOS器件是多子器件，无需考虑少子存储效应，只需考 虑电容的充放电；是（栅极）电压控制器件，一般不考虑 电流负载能力，只考虑负载电容问题，衬偏效应是MOS 电路所特有的问题
二.DTL电路
改进原因: (1)DTL采用二极管输入与门结构,使驱动门输出高电平,负载门的输入二极管均处于反 偏,没有负载电流从驱动门的 RC 上流过,门电路的输出高电平VOH 近似等于电源电压5V. (2)在输出管 基极和输入与门之间加有晶体管 的发射结和二极管D(称为电平位 Q2 移二极管),把该电路的关门电平 和开门电平 Q1 提高到了1.2V~1.5V,相应的噪声 V IL V IH 容限分别提高到 NM H 3.3V NM L 1V (3)DTL电路的另一个优点,即电路中输出管 导通饱和输出低电平时, 也导通并 Q2 Q1 处于放大状态, 的电流使 的基极电流增大,使 能带更多的负载,即DTL电路 Q1 的扇出系数也比RTL高. Q2 Q2
劣势
输出端从低电平向高电平转换时，从电源经
R5
， Q3 ，Ｄ到 Q5 ，有瞬
态大电流流过，二极管Ｄ的ＰＮ结有大量的存储电荷．由于线路上没有泄放回 路，这些电荷只能靠管子本身的复合消失，这必将影响电路的开关速度．
Ⅱ．五管单元
二极管Ｄ为 反向钳位二 极管，可将 输入的负向 过冲信号钳 位在-０.８Ｖ 左右，起输 入保护作 用．
第四章 晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路
2 双极型逻辑电路主要有 :RTL, DTL,TTL,STTL,ECL和 I L
第四章 集成运算放大电路
（输出级偏臵的一部分；中间级的有源负载。）
34
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 输入级
T1—T4：CC-CB差动放大
偏置电路
各部分的作用： 1.输入级：KCMR↑，Ri↑，IQ↓， 一般采用双端输入的差放电路。
5
§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
集成运放符号： 电压传输特性：
uo f (uP uN )
同(反)相输入端是指运放的输入电 压与输出电压的相位关系。 可以认为集成运放是双端输入、单 端输出的差放电路。
10
集成运算放大器的符号和基本特点
3. 理想运放工作在线性区的两个特点 证：uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid u+ – u– = uo/Aud 0 2) i+ i– 0 (虚断) 证： i+ = uid / Rid 0 同理 i – 0 1) u+ u–(虚短)
32
§4-3．集成运放电路简介
33
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 偏臵电路 T12、R5、T11：主偏臵—R5中电流为基准电流
Im 2VCC U EB12 U BE11 0.73mA R5
T10、T11：微电流源
T8、T9：镜像电流源
T12、T13：镜像电流源
（输入级偏臵）
21
IR
Re2的作用：增大IE2，提高β。
§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 2.威尔逊电流源 工作点稳定，输出电阻大。
I C2
2 (1 2 )IR IR 2 2
22
§4-2．集成运放中的电流源电路
《电工与电子技术基础》第4章半导体器件习题解答
第4章半导体器件习题解答习题4.1计算题4.1图所示电路的电位U Y 。
（1）U A =U B =0时。
（2）U A =E ，U B =0时。
（3）U A =U B =E 时。
解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。
假设图中二极管为理想二极管，可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。
当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1k Ω的电阻为并联关系。
本题解答如下：（1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0；（2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝Ω+Ω⋅Ωk k E k 919＝109E ；（3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝Ω+Ω×⋅Ω×k k E k 19292＝1918E 。
4.2在题4.2图所示电路中，设VD 为理想二极管，已知输入电压u I 的波形。
试画出输出电压u O 的波形图。
题4.1图题4.2图解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。
首先从（b）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电第4章半导体器件习题解答阻为无穷大，相当于断路，因此u o ＝5V，即是说，只要判断出D导通与否，就可以判断出输出电压的波形。
要判断D 是否导通，可以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高低，从而得知是否导通。
二极管和晶体管的关系
二极管和晶体管的关系嘿，大家好，今天咱们来聊聊二极管和晶体管的那些事儿。
说起这俩玩意儿，可能很多小伙伴会想：“这不就是电子元件吗，有啥好说的？”但是，兄弟姐妹们，这两者之间的关系可不是简单的一加一那么简单。
咱们一起来捋一捋，看看它们在电子世界里是怎么扮演角色的。
二极管。
哎，二极管可真是个小能手，它的工作原理简单得让人惊讶。
你想象一下，它就像是个单行道的警察，只允许电流朝一个方向流动，反方向的电流就得乖乖停下。
这样一来，二极管的作用可就明显了，帮着把电流的方向给固定住，避免那些不必要的麻烦。
你要是把它放在电路里，就像是在给电流设了个门槛，谁都别想轻易乱来。
这一招特别适合那些需要稳稳的电流的场合，比如整流电路，听起来是不是有点酷？说完二极管，我们再来聊聊晶体管。
哎哟，晶体管可不一般，它的作用可就丰富多了。
想象一下，晶体管就像是一个调音师，可以把信号放大、切换，甚至控制电流。
你想要让声音变大、变小，晶体管一出手，立马搞定。
咱们平常用的各种电子设备，比如手机、电视，背后都有晶体管在默默工作，真是个不起眼但超有用的小家伙。
就好像一位默默无闻的英雄，平时不太显眼，但关键时刻总能派上用场。
有趣的是，二极管和晶体管之间其实还有点血缘关系，二者都是半导体材料制成的。
二极管就像是晶体管的哥哥，晶体管是从二极管演变而来的。
说白了，二极管是晶体管的前身，是晶体管的启蒙老师。
没有二极管，就没有晶体管的今天，二者之间就像是亲兄弟，缺一不可。
再说说它们在电路里的配合。
你看，二极管和晶体管就像是一对搭档，配合得可默契了。
二极管负责把电流的方向固定住，晶体管则负责放大和调控，这样一来，整个电路就变得活灵活现，运转得像一台精密的机器。
它们之间的协作，让整个电子世界变得更高效，真是“相辅相成，缺一不可”。
再来讲讲二极管的种类，种类繁多得让人眼花缭乱。
你可能听说过整流二极管、齐纳二极管等等，这些都是根据不同的应用场合来分类的。
每种二极管都有自己的“拿手绝活”，就像每个人都有自己擅长的领域。
二极管pnp和npn高电频
二极管pnp和npn高电频
P型晶体管（PNP）和N型晶体管（NPN）是两种常见的双极型
晶体管。
它们在高频电路中的应用有着一些共同点，也有一些区别。
首先，让我们讨论它们的共同点。
PNP和NPN晶体管都可以用
于高频电路，因为它们都具有快速开关特性和较高的频率响应。
在
高频电路中，这两种晶体管都可以用作放大器、开关和其他电路功能。
然而，它们也有一些区别。
在高频电路中，NPN晶体管通常比PNP晶体管更常见。
这是因为NPN晶体管的载流子迁移速度比PNP
晶体管更快，从而使其在高频应用中具有更好的性能。
此外，NPN
晶体管的噪声特性通常也比PNP晶体管更好。
另一个区别是在高频电路中的布局和连接方式。
在RF（射频）
电路中，NPN晶体管通常被配置为共集极放大器，而PNP晶体管则
通常被配置为共基极放大器。
这是因为在RF电路中，共集极结构提
供了更好的高频性能，而共基极结构则更适合PNP晶体管的特性。
总的来说，无论是PNP还是NPN晶体管，在高频电路中都有其
特定的应用和优势。
选择哪种晶体管取决于具体的电路设计要求和性能指标。
在实际应用中，工程师需要综合考虑这些因素来选择最合适的晶体管类型。
二极管和晶体管
P
EC
N
发射结正偏，发射区电子 不断向基区扩散，形成发射 极电流IE。
3. 三极管内部载流子的运动规律 IC = ICE+ICBO ICE IB = IBE- ICBO IBE
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
C IC
ICBO
N
ICE IB
P
EC
B
ICEICICBO IC
IBE IBICBO IB
输出特性曲线通常分三个工作区：
IC(mA ) 4 3
放大区 2
1
O
3
6
9
(1) 放大区
100A 80A 60A
在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流 特性。
二极管起钳位作用。
例2:
D2 D1
3k 6V
12V
求：UAB
A +
解：取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和 阴极的电位。
UAB –
B
V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， 钳位，使D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－ － －－
+++ +++ +++ +++ +++ +++
P
外电场
N
IR
–
+
少子在外电场作用下定 向移动，形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，反向电阻较大，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。
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4.2.2 伏安特性
特点:非线性 特点: 反向击穿 电压U 电压 (BR) 反向电流 在一定电压 范围内保持 常数. 常数.
I
正向特性 P + – N
硅0.6~0.8V 导通压降 锗0.2~0.3V .2~0.3V U 死区电压 硅管0.5V 硅管0.5V 锗管0 锗管0.1V
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4.2 半导体二极管
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片 阳极引线 阴极引线 N型硅 型硅 P 型硅 阳极引线 二氧化硅保护层
( a) 点接触型
铝合金小球 N 型硅
外壳
阴极引线
阳极引线 PN结 金锑合金 底座
( c ) 平面型
阳极
D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型 图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
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, 动态平衡,空 间电荷区的厚 度固定不变. 度固定不变.
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽. 空间电荷区变宽.
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小结
二极管的单向导电性 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 二极管加正向电压(正向偏置,阳极接正, 二极管处于正向导通状态, 极接负 )时, 二极管处于正向导通状态,二极管正 向电阻较小,正向电流较大. 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 二极管加反向电压(反向偏置,阳极接负, 二极管处于反向截止状态, 极接正 )时, 二极管处于反向截止状态,二极管反 向电阻较大,反向电流很小. 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 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿, 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. 去单向导电性. 4.二极管的反向电流受温度的影响 二极管的反向电流受温度的影响, 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. 向电流愈大.
P
–
+N
反向特性 外加电压大于死区 电压二极管才能导通. 电压二极管才能导通.
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿, 穿电压二极管被击穿, 失去单向导电性. 失去单向导电性.
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4.2.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时, 二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向 平均电流. 平均电流. 2. 反向工作峰值电压URWM 反向工作峰值电压U 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压, 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U 的一半或三分之二. 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. 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 反向峰值电流I 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流. 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流.反 向电流大,说明管子的单向导电性差, 向电流大,说明管子的单向导电性差,IRM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, 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. 锗管的反向电流较大,为硅管的几十到几百倍.
2. PN 结加反向电压(反向偏置) P接负,N接正 结加反向电压(反向偏置) 接负,
- - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–
+
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2. PN 结加反向电压(反向偏置) P接负,N接正 结加反向电压(反向偏置) 接负,
PN 结变宽
- - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P
IR
内电场 外电场
N
内电场被加 强,少子的漂 移加强, 移加强,由于 少子数量很少, 少子数量很少, 形成很小的反 向电流. 向电流.
–
+
PN 结加反向电压时,PN结变宽,反向电流较小, 结加反向电压时,PN结变宽 反向电流较小, 结变宽, 反向电阻较大,PN结处于截止状态 结处于截止状态. 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. 温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加.
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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) (温度升高或受光照)后, 即可挣脱原子核的束缚, 即可挣脱原子核的束缚, Si Si 成为自由电子 带负电), 自由电子( 成为自由电子(带负电), 同时共价键中留下一个空 Si Si 称为空穴 带正电) 空穴( 位,称为空穴(带正电). 这一现象称为本征激发. 这一现象称为本征激发. 空穴 温度愈高, 温度愈高,晶体中产 价电子 生的自由电子便愈多. 生的自由电子便愈多. 在外电场的作用下, 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, 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). 于空穴的运动(相当于正电荷的移动).
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4.1.4 PN结的单向导电性 PN结的单向导电性
接正, 接负 1. PN 结加正向电压(正向偏置) P接正,N接负 结加正向电压(正向偏置) 接正
PN 结变窄
-- - - - - -- - - - - -- - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + +
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中.PN结结面积可大可 用于集成电路制作工艺中.PN结结面积可大可 用于高频整流和开关电路中. 小,用于高频整流和开关电路中.
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半导体二极管图片
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半导体二极管图片
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半导体二极管图片
无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性. 无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性.
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在外加电压的作用下, 在外加电压的作用下,P 型半导体中的电流 主要是 b ,N 型半导体中的电流主要是 a (a. 电子电流,b.空穴电流) 电子电流,b.空穴电流 空穴电流)
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对于元器件,重点放在特性,参数, 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 正确使用方法,不要过分追究其内部机理. 件的目的在于应用. 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, 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.
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4.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素) 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. 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 掺杂后自由电子数目 Si Si 多 大量增加, 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 电方式, 子 电方式,称为电子半导体 型半导体. 或N型半导体. 失去一个 电子变为 正离子 在N 型半导体中自由电子 型半导体中自由电子 磷原子 是多数载流子, 是多数载流子,空穴是少数 载流子. 载流子.
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4.2 半导体二极管
4.3.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小, 结面积小, 结电容小, 结电容小,正 向电流小. 向电流小.用 于检波和变频 等高频电路. 等高频电路. (b)面接触型 (b)面接触型 结面积大, 结面积大, 正向电流大, 正向电流大, 结电容大, 结电容大,用 于工频大电流 整流电路. 整流电路.
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4.1.1 本征半导体
完全纯净的,具有晶体结构的半导体, 完全纯净的,具有晶体结构的半导体,称为本征 半导体. 半导体.
价电子 Si Si
Si 共价健 晶体中原子的排列方式
Si
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子,称为价电子. 共价键中的两个电子,称为价电子 价电子.
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自由电子
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时, 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 (1)自由电子作定向运动 (2)价电子递补空穴 →空穴电流 (2)价电子递补空穴 自由电子和空穴都称为载流子 空穴都称为载流子. 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 空穴成对地产生的同时, 自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复 在一定温度下, 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. 平衡,半导体中载流子便维持一定的数目. 注意: 注意: (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差; 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 温度愈高, 载流子的数目愈多, 能也就愈好.所以,温度对半导体器件性能影响很大. 能也就愈好.所以,温度对半导体器件性能影响很大.