电工电子技术课程课件-第04章
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数载 流子的1010倍或更多，电子载流子数目将增加几十万倍。
电工电子学(Ⅱ)
不论是N型半导体还是P型半导体，都只有一种多 数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。
思考题1：
N型半导体中的自由电子多于空穴，P型半导 体中的空穴多于自由电子，是否N型半导体 带负电，P型半导体带正电？
在硅或锗晶体中渗入硼(或其它三价元素)。 在半导体中形成了大量空穴，这种以空穴导电作为主
要导电方式的半导体称为空穴半导体或P型半导体。
Ge +B
Si
=P型
电工电子学(Ⅱ)
Si
Si
+
BSi
Si
B
Si
Si
空穴
掺硼的半导体中，空穴为多数载流子，自由电子是少数载流 子，这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(4)
PN结的形成
扩散与漂移的动态 平衡形成了PN结
空间电荷区的叫法很 多，有叫耗尽区的， 也有叫阻挡层的。
P区 空间电荷区 N区
P型 E N型 -+ -+
PN结
漂移
漂移
对进入空间电荷区的少子，内建电场又将其驱动到对面（漂 移运动），在一定温度下，达到动态平衡，形成所谓PN结。 这时的扩散电流等于漂移电流。PN结中没有净电流流动。
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(4)
电子空穴对——由热激发而产生的自由电子 和空穴对。
自由电子
价电子
空穴
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(5) 价电子与共价键
在本征半导体的晶体结构中， 每一个原子与相邻的四个原
于结合。每一原子的—个价 电子与另一原子的一个价电 子组成一个电子对。这对价
电子是每两个相邻原子共有 的，它们把相邻的原子结合 在一起，构成所谓共价键的 结构。
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(1)
导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半 导体。最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。
+
Si
+
Ge
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(2)
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。
自由电子又可以回到空穴 的位置上，使离子恢复中 性，这个过程叫复合。
价电子
硅原子
共价键
电工电子学(Ⅱ)
杂质半导体
如果在本征半导体中掺入微量的杂质(某种 元素)，这将使掺杂后的半导体(杂质半导体) 的导电性能大大增强.
N型半导体 P型半导体
电工电子学(Ⅱ)
N型半导体(1)
在硅或锗晶体中掺入磷(或其它五价元素)。 在这种半导体中形成了大量自由电子。这种以
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(1)
载流子在电场作用下的漂移运动：
在电场作用下载流子的运动 + 电场 E
-
称为漂移运动。由漂移运动
•e
产生的电流为漂移电流。
q
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(2)
如果在半导体中两个区域自由电子和空穴的浓度存在差 异，那么载流子将从浓度大的一边向浓度小的一边扩散。
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(5)
当外加电场加入后，如果外电场方向与内电场方 向一致 ( 即，外加电压正端接 N 区, 负端接 P 区)，
内建电场得到加强，空间电荷区加宽，载流子更难通过， 因而不能导电（截止）。
E
P
N
U PN结加反向偏压，不导电（截止）
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(6)
自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为 电子型半导体或N型半导体。
Ge +P
Si
=N型
电工电子学(Ⅱ)
Si
Si
+
SPi
Si
P
Si
Si
多余
电子
特点
在N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载 流子。
室温情况下，当磷掺杂量在10–6量级时，电子载流
子数目将增加几十万倍
电工电子学(Ⅱ)
P型半导体(1)
第4 章
半导体电路基础
教学基本要求
➢ 理解PN结的单向导电性；了解二极管、稳压管、三 极管和MOS场效应管的基本构造、工作原理和主要 特性曲线，理解主要参数的意义。
➢ 分析含有二极管的电路。 ➢ 理解基本放大电路的构成与工作原理,并能进行静态与
动态分析;掌握微变等效电路的绘制和分析方法。 ➢ 理解功率放大的概念,了解常见功率放大电路的形式与
分析方法. ➢ 理解负反馈的概念,理解负反馈对放大电路性能的影响,
了解反馈类别的判别.
电工电子学(Ⅱ)
主要内容
二极管及应用电路 三极管及放大电路 场效应管放大电路 多级放大电路 负反馈放大电路 差分放大器 本章小结
电工电子学(Ⅱ)
二极管及应用电路
半导体基本知识 半导体二极管 二极管的应用
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
电本征半导体——化学成分纯净的半导体。物 理结构上呈单晶体形态。
特点是：原子核最 外层的价电子是四 个，是四价元素， 它们排列成非常整 齐的晶格结构。所 以半导体又称为晶 体。
空穴
扩散
P
扩散
N
由于浓度差引起的载流子运 动为扩散运动。相应产生的 电流为扩散电流。
自由电 子
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(3)
P区 空间电荷区 N区
内电场
1.多数载流子的扩散运动将形成耗尽层；
2.耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成空间电 荷区；（内电场）
3.内电场阻碍了多子的继续扩散。
共价键
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(6)
价电子受到激发，形成自 由电子并留下空穴。
自由电子和空穴 同时产生
半导体中的自由电子和空 穴都能参与导电——半导 体具有两种载流子。
价电子
硅原子
空穴
共价键
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(7)
自由电子与空穴的产生 与复合
在价电子成为自由电子的 同时，在它原来的位置上 就出现一个空位，称为空 穴。空穴表示该位置缺少 一个电子，丢失电子的原 子显正电，称为正离子。
当外电场方向与内电场方向相反 ( 即，外加电压 正端接P区, 负端接N区)，
内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于通过， 因而产生导电现象（导通）。
E
P
N
U PN结加正向偏压，导电（导通）
这种只有一种方向导电的现象称为PN结的单向导电性。
电工电子学(Ⅱ)
半导体二极管
二极管的电路符号与基本结构 二极管的伏安特性 二极管的电路模型 二极管的主要参数
电工电子学(Ⅱ)
不论是N型半导体还是P型半导体，都只有一种多 数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。
思考题1：
N型半导体中的自由电子多于空穴，P型半导 体中的空穴多于自由电子，是否N型半导体 带负电，P型半导体带正电？
在硅或锗晶体中渗入硼(或其它三价元素)。 在半导体中形成了大量空穴，这种以空穴导电作为主
要导电方式的半导体称为空穴半导体或P型半导体。
Ge +B
Si
=P型
电工电子学(Ⅱ)
Si
Si
+
BSi
Si
B
Si
Si
空穴
掺硼的半导体中，空穴为多数载流子，自由电子是少数载流 子，这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(4)
PN结的形成
扩散与漂移的动态 平衡形成了PN结
空间电荷区的叫法很 多，有叫耗尽区的， 也有叫阻挡层的。
P区 空间电荷区 N区
P型 E N型 -+ -+
PN结
漂移
漂移
对进入空间电荷区的少子，内建电场又将其驱动到对面（漂 移运动），在一定温度下，达到动态平衡，形成所谓PN结。 这时的扩散电流等于漂移电流。PN结中没有净电流流动。
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(4)
电子空穴对——由热激发而产生的自由电子 和空穴对。
自由电子
价电子
空穴
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(5) 价电子与共价键
在本征半导体的晶体结构中， 每一个原子与相邻的四个原
于结合。每一原子的—个价 电子与另一原子的一个价电 子组成一个电子对。这对价
电子是每两个相邻原子共有 的，它们把相邻的原子结合 在一起，构成所谓共价键的 结构。
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(1)
导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半 导体。最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。
+
Si
+
Ge
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(2)
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。
自由电子又可以回到空穴 的位置上，使离子恢复中 性，这个过程叫复合。
价电子
硅原子
共价键
电工电子学(Ⅱ)
杂质半导体
如果在本征半导体中掺入微量的杂质(某种 元素)，这将使掺杂后的半导体(杂质半导体) 的导电性能大大增强.
N型半导体 P型半导体
电工电子学(Ⅱ)
N型半导体(1)
在硅或锗晶体中掺入磷(或其它五价元素)。 在这种半导体中形成了大量自由电子。这种以
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(1)
载流子在电场作用下的漂移运动：
在电场作用下载流子的运动 + 电场 E
-
称为漂移运动。由漂移运动
•e
产生的电流为漂移电流。
q
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(2)
如果在半导体中两个区域自由电子和空穴的浓度存在差 异，那么载流子将从浓度大的一边向浓度小的一边扩散。
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(5)
当外加电场加入后，如果外电场方向与内电场方 向一致 ( 即，外加电压正端接 N 区, 负端接 P 区)，
内建电场得到加强，空间电荷区加宽，载流子更难通过， 因而不能导电（截止）。
E
P
N
U PN结加反向偏压，不导电（截止）
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(6)
自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为 电子型半导体或N型半导体。
Ge +P
Si
=N型
电工电子学(Ⅱ)
Si
Si
+
SPi
Si
P
Si
Si
多余
电子
特点
在N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载 流子。
室温情况下，当磷掺杂量在10–6量级时，电子载流
子数目将增加几十万倍
电工电子学(Ⅱ)
P型半导体(1)
第4 章
半导体电路基础
教学基本要求
➢ 理解PN结的单向导电性；了解二极管、稳压管、三 极管和MOS场效应管的基本构造、工作原理和主要 特性曲线，理解主要参数的意义。
➢ 分析含有二极管的电路。 ➢ 理解基本放大电路的构成与工作原理,并能进行静态与
动态分析;掌握微变等效电路的绘制和分析方法。 ➢ 理解功率放大的概念,了解常见功率放大电路的形式与
分析方法. ➢ 理解负反馈的概念,理解负反馈对放大电路性能的影响,
了解反馈类别的判别.
电工电子学(Ⅱ)
主要内容
二极管及应用电路 三极管及放大电路 场效应管放大电路 多级放大电路 负反馈放大电路 差分放大器 本章小结
电工电子学(Ⅱ)
二极管及应用电路
半导体基本知识 半导体二极管 二极管的应用
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
电本征半导体——化学成分纯净的半导体。物 理结构上呈单晶体形态。
特点是：原子核最 外层的价电子是四 个，是四价元素， 它们排列成非常整 齐的晶格结构。所 以半导体又称为晶 体。
空穴
扩散
P
扩散
N
由于浓度差引起的载流子运 动为扩散运动。相应产生的 电流为扩散电流。
自由电 子
电工电子学(Ⅱ)
PN结及其单向导电性(3)
P区 空间电荷区 N区
内电场
1.多数载流子的扩散运动将形成耗尽层；
2.耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成空间电 荷区；（内电场）
3.内电场阻碍了多子的继续扩散。
共价键
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(6)
价电子受到激发，形成自 由电子并留下空穴。
自由电子和空穴 同时产生
半导体中的自由电子和空 穴都能参与导电——半导 体具有两种载流子。
价电子
硅原子
空穴
共价键
电工电子学(Ⅱ)
本征半导体(7)
自由电子与空穴的产生 与复合
在价电子成为自由电子的 同时，在它原来的位置上 就出现一个空位，称为空 穴。空穴表示该位置缺少 一个电子，丢失电子的原 子显正电，称为正离子。
当外电场方向与内电场方向相反 ( 即，外加电压 正端接P区, 负端接N区)，
内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于通过， 因而产生导电现象（导通）。
E
P
N
U PN结加正向偏压，导电（导通）
这种只有一种方向导电的现象称为PN结的单向导电性。
电工电子学(Ⅱ)
半导体二极管
二极管的电路符号与基本结构 二极管的伏安特性 二极管的电路模型 二极管的主要参数