电工学下册课件第1章 常用半导体器件

IZ
பைடு நூலகம்
U
动态电阻 rZ
UZ IZ
IZM
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM 最大允许耗散功率
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PZM = UZ IZM
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1.3 特殊二极管
2. 光敏二极管
（a）符号
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（b）电路模型
（c）特性曲线
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1.3 特殊二极管
3. 发光二极管（LED)
本征半导体和杂质半导体都是中性的，对外不带电11
1.1半导体的导电特性
3.PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
内电场越强，漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
P 型半导体
－ － － － － － － － － － － －
内电场 N 型半导体
+ + + + + + + + + + + +
第1章 常用半导体器件
1.1
1.2 1.3
半导体的导电特性
半导体二极管
特殊二极管
1.4
晶体管
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1
重点：
1.二极管的单向导电特性
2.二极管电路的分析方法 3.理解三极管内部载流子的运动
4.三极管的放大条件和电流分配关系
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2
1.1半导体的导电特性
在物理学中根据材料的导电能力，可以划分为导体、绝 缘体和半导体。
+ + + + + +
－ － － － － －
－ － － － － －
+ + + + + +
扩散和漂移这 一对相反的运动最 终达到动态平衡， 空间电荷区的厚度 固定不变。
多子的扩散运动 形成空间电荷区 浓度差
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扩散的结果使空 间电荷区变宽
PN结形成
12
1.1半导体的导电特性
3.PN结的形成
B– i
S
S i
硼原子
因三价杂质原子在与硅 原子形成共价键时，缺少一 空穴 个价电子而在共价键中留下 一个空穴。 空穴导电成为这种半导体的 主要导电方式，称为空穴型 半导体或 P型半导体。
接受一个 电子变为 负离子
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P型半导体: 空穴--多子 自由电子--少子
－ － －
－ － －
－ － －
空间电荷区也称 PN 结
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1.1半导体的导电特性
4.PN结的单向导电性
加正向电压（正向偏置）
P 区 空间电荷区变窄 N 区
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － －
P接正、N接负 内电场
多子扩散加强
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
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UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通
若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
正向导通时正向管压降为零 理想开关 理想二极管 反向截止时相当于断开。 正向管压降
N 区
(d) 代表符号
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(c)平面型
1.2 半导体二极管
半导体二极管图片
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1.2 半导体二极管
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1.2 半导体二极管
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1.2 半导体二极管
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。
1.1半导体的导电特性
自由电子 1）本征激发（热激发）
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，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位， 称为空穴（带正电）。
S i
S i
S i
S i
空穴 价电子
温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。
复合： 自由电子填补空穴同时消失的过程
IF
内电场 外电场
+
–
大的扩散电流
R
PN 结加正向电压时，正向电流较大，正向电阻 较小，称PN结处于导通状态。
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1.1半导体的导电特性
加反向电压（反向偏置）
P 区 空间电荷区变宽 N 区
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + +
压时呈现高电
阻，具有很小
的反向漂移电 流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
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1.2 半导体二极管 1. 二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极 PN结面积小，结电 管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。 容小，用于检波和变频等 高频电路。
(a) 点接触型二极管
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激发与复合动态平衡
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1.1半导体的导电特性
2）两种载流子 自由电子和空穴都称为载流子
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1.1半导体的导电特性
2）两种载流子 当半导体两端加上外电压时，两部分电流 : •自由电子作定向运动 电子电流 •价(束缚）电子填补空穴 空穴电流
虚拟出来的
自由电子和空穴都称为载流子
A
电路如图，求：UAB 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。
6V 12V
UAB
– B
V阳>V阴 二极管导通
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 二极管起钳位作用
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若给定管压降 为0.7V
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1.2 半导体二极管
例4：
+ ui –
R D + uo –
P接负、N接正 内电场
阻止扩散、促 进少子漂移
+ + + + + +
IR
–
内电场 外电场
+
很小的漂移电流
PN 结加反向电压时，反向电流较小，反向电阻 较大，称PN结处于截止状态。 温度对反向电流影响很大
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要点回顾:
•半导体
半导体特性：热敏性、光敏性、掺杂性
两种载流子
本征半导体
本征激发
1. 稳压二极管 符号
1.3特殊二极管
伏安特性
I
反向击穿后，电流变化 很大，但其两端电压变 化很小，利用此稳定电 压特性，做成稳压管
稳压管正常工作 时加反向电压
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+ _
UZ稳定电压 O
UZ
IZ
U IZ稳定电流
IZM最大稳定电流
使用时要加限流电阻
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1.3稳压二极管
稳压电路
I
LED工作原理：发光二极管也具有单向导电性。当外加反向偏压，二 极管截止不发光,当外加正向偏压，二极管导通，因流过正向电流而 发光
符号
光电传输系统
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1.4 晶体管（BJT）
1.基本结构 NPN型 C 集电极
N P N
PNP型 C 集电极 B 基极 电流方向从P到N E 发射极 PNP型三极管
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1.2 半导体二极管
＋5 V VD1 VD2 5.1 k uo Ua 1b1 ＝ 4 V a1 b
1
＋5 V 5.1 k uo
＋1V 0
b1 b2
a1 a2 (a)
＋1V 0
Ua 2b2 ＝ 5 V b2 a2 (b)
VD2导通后，uo=0， VD1截止
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8V
已知：ui 18sin t V 二极管是理想的，试画 出 uo 波形。 二极管的用途： 整流、检波、 限幅、钳位、开 关、元件保护、 温度补偿等。 若给定管压降
为0.7V
ui 18V 8V
参考点
t
二极管阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
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硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
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1.2 半导体二极管
例1 整流电路,画出vO的波形
vs
t
vo
半波整流 波形
t
（a）电路图 vs>0, D导通，vo=vs
vs<0, D截止，vo=0
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例2. 单相桥式整流电路
a
io
4
3 1 2
u
2U
－+ u － +– b
用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管
第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
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1.2 半导体二极管