半导体二极管和三极管精选PPT课件
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第四单元半导体二极管和三极管优秀课件
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。
形成空间电荷区浓度差
多子的扩散运动，在中间位置进行复合
扩散的结果使空间 电荷区变宽
空间电荷区也 称 PN 结
2、扩散运动和漂移运动的动态平衡
扩散强
内电场增强
漂移运动增强
两者平衡
PN结宽度基本稳定
3、PN结的单向导电性
加正向电压（正向偏置）
P接正、N接负
P 区 空间电荷区变窄
N区
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
－－－－ －－ + + + + + +
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
IF
外电场
+–
R
多子扩散加强 大的扩散电流
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。
加反向电压（反向偏置）
+ 44
共价健
S
S
i
i
最外层轨道上的四个电子称为价电子。
单晶硅中的共价健结构
所有的价电子都被共价键束缚，不会成为自由电子
自由电子浓度决定导电能力
价电子结合成共价键，他们既不像导体那样容易挣脱 原子核的束缚，也不像绝缘体那样束缚很紧
因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。
3、本征激发和空穴自导由电电子
第四单元半导体二 极管和三极管
下面图片中各是什么？它们可以导电么？
半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之间的 物质。
第一节 半导体的基础知识
二极管和三极管原理ppt课件
（内电场的计算公式看备注）
2、PN 结的单向导电性
PN 压结
加 正 向 电
（导通）
• 如果在PN结上加正向电压，即外电源的正 端接P区，负端接N区。
• 可见外电场与内电场的方向相反，因此扩 散与漂移运动的平衡被破坏。外电场驱使P 区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空 间电荷，同时N区的自由电子进入空间电荷 区抵消一部分正空间电荷。于是，整个空 间电荷区变窄，电内电场被削弱，多数载 流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电 流(正向电流)。
第二讲 逻辑门电路－附
一、半导体的基本知识
1、半导体
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)。它 们的共同特征是四价元素，每个原子最外层电 子数为 4。
+
Si
+
Ge
2、半导体材料的特性
纯净半导体的导电能力很差； 温度升高——导电能力增强； 光照增强——导电能力增强；型场效应管（JFET）
具体分为： ① N沟道结型场效应管 ② P沟道结型场效应管
① N沟道结型场效应管
基底:N型半导体
D（drain）
两边是P区
G（grid）
N PP
D G
D G
S
S
S（source）
导电沟道
② P沟道结型场效应管
D（drain）
G（grid）
P NN
S（source）
D G
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。
二、半导体二极管
PN 结的形成
PN结是由P型和N型半导体组成的，但它 们一旦形成PN结，就会产生P型和N型半导体 单独存在所没有的新特性。
2、PN 结的单向导电性
PN 压结
加 正 向 电
（导通）
• 如果在PN结上加正向电压，即外电源的正 端接P区，负端接N区。
• 可见外电场与内电场的方向相反，因此扩 散与漂移运动的平衡被破坏。外电场驱使P 区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空 间电荷，同时N区的自由电子进入空间电荷 区抵消一部分正空间电荷。于是，整个空 间电荷区变窄，电内电场被削弱，多数载 流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电 流(正向电流)。
第二讲 逻辑门电路－附
一、半导体的基本知识
1、半导体
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)。它 们的共同特征是四价元素，每个原子最外层电 子数为 4。
+
Si
+
Ge
2、半导体材料的特性
纯净半导体的导电能力很差； 温度升高——导电能力增强； 光照增强——导电能力增强；型场效应管（JFET）
具体分为： ① N沟道结型场效应管 ② P沟道结型场效应管
① N沟道结型场效应管
基底:N型半导体
D（drain）
两边是P区
G（grid）
N PP
D G
D G
S
S
S（source）
导电沟道
② P沟道结型场效应管
D（drain）
G（grid）
P NN
S（source）
D G
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。
二、半导体二极管
PN 结的形成
PN结是由P型和N型半导体组成的，但它 们一旦形成PN结，就会产生P型和N型半导体 单独存在所没有的新特性。
半导体二极管和三极管-PPT精品文档
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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，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 (2)价电子递补空穴 空穴电流 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，又不断复 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。 注意： (1) 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 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
－ － － － － －
+ + + + + +
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。
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。
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14.2.2 PN结的单向导电性
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
动画
P
内电场 外电场
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，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 (2)价电子递补空穴 空穴电流 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，又不断复 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。 注意： (1) 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 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
－ － － － － －
+ + + + + +
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。
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。
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14.2.2 PN结的单向导电性
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
动画
P
内电场 外电场
第三讲半导体二极管和三极管ppt课件
电子
EB
电子
电子 电子
电子 电子 电子
N
电子
电子
电子
IE
IC
电子流向电源正 极形成IC
集电区收集电子 电子在基区的 扩散与复合
发射区向基 区扩散电子
电源负极向发射 区补充电子形成 发射极电流IE
R C
EC
特性曲线和主要参数
输入特性曲线
IB = f (UBE ) UC E = 常数
UCE≥1V
场效应管
3、光电二极管
（1〕结构与工作原理:光电二极管又叫光敏二极管， 它是一种将光信号转化为电信号的器件。
光电二极管工作在反偏状态下，当无光照时，与普 通二极管一样，反向电流很小，称为暗电流。当有 光照时，其反向电流随光照强度的增加而增加，称 为光电流。
(a)图形符号
(b)特性曲线
半导体三极管
半导体三极管BJT ： (双极型三极管，晶体三极管） Bipolar Junction Transistor
N
N+
+
G
P型硅衬底
B 结构图
D
B
S 电路符号
漏极〔D）
栅极〔G）
P+
P+
N沟道
三个电极 源极 （S） 栅极 （G） 漏极 （D）
源极〔S）
N沟道结型管
导电沟道连通 源极S和漏极D
D G
S
箭头方向指 向管内—— N沟道
工作原理
栅源电压对导电沟 道的控制作用
(1) UGS =0
SiO2
D与S之间是两个PN结 反向串联，无论D与S 之间加什么极性的电 压，漏极电流均接近 于零。
常温下，反向-2饱0 和电流 很小.当PN结温度升高时， 反向电流明显-4增0 加。
最新第2讲 二极管、三极管PPT课件
iB
1. 分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2. 已知T导通时的UBE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内T 处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？
讨论二
2.7
ΔiC
PCMiCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
iC
iB
UC E
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
讨论一
判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。
判断二极管工作状态的方法？
讨论二
1. V＝2V、5V、10V时二极管中
的直流电流各为多少？
2. 若输入电压的有效值为5mV，
则上述各种情况下二极管中的交
ID
流电流各为多少？ V＝5V时，
rd
uD iD
UT IDQ
Q uD=V-iR
ID
V
UD R
V 较小时应实测伏安 特性，用图解法求ID。
直流电流 放大系数
IC
IB
iC
iB
ICEO(1)ICBO
交流电流放大系数
穿透电流 集电结反向电流
为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流？
三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性
iBf(uBE )UCE
为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲 线右移就不明显了？
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
二、晶体管的放大原理
放大的条 uuC BB E 件 U 0， o（ n 即 u发 CE射 uB（ E结集 正电 偏结 ）反偏）
1. 分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2. 已知T导通时的UBE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内T 处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？
讨论二
2.7
ΔiC
PCMiCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
iC
iB
UC E
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
讨论一
判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。
判断二极管工作状态的方法？
讨论二
1. V＝2V、5V、10V时二极管中
的直流电流各为多少？
2. 若输入电压的有效值为5mV，
则上述各种情况下二极管中的交
ID
流电流各为多少？ V＝5V时，
rd
uD iD
UT IDQ
Q uD=V-iR
ID
V
UD R
V 较小时应实测伏安 特性，用图解法求ID。
直流电流 放大系数
IC
IB
iC
iB
ICEO(1)ICBO
交流电流放大系数
穿透电流 集电结反向电流
为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流？
三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性
iBf(uBE )UCE
为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲 线右移就不明显了？
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
二、晶体管的放大原理
放大的条 uuC BB E 件 U 0， o（ n 即 u发 CE射 uB（ E结集 正电 偏结 ）反偏）
半导体器件-二极管-三极管(精选)PPT共92页
半导体器件-二极管-三极管 （精选）
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
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硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
3. PN结的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
反向饱和电流 反向击穿电压
IF（多子扩散） 正偏
反偏
反向击穿
IR（少子漂移）
电击穿——可逆 热击穿——烧坏PN结
14.3 半导体二极管
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
符号
P
+
阳极
N
-
阴极
二极管按结构分三大类：
(1) 点接触型二极管
束缚电子
+4
+4 +4
+4
空穴
+4 +4
自由电子
+4
+4 +4
当温度升高或受到 光的照射时，束缚 电子能量增高，有 的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参 与导电，成为自由 电子。
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
+4
+4
空穴
+4
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
金 属触 丝 正 极引 线
负 极引 线
外壳
N型 锗
(2) 面N型 硅
底座 负极引线
(3) 平面型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。
少子漂移电流
耗尽层
多子扩散电流
少子飘移
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽，E
内电场E
动画演示
P型半导体 耗尽层 N型半导体
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
少子漂移电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流
势垒 UO
硅 0.5V 锗 0.1V
第十四章 半导体二极管和三极管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结 14.3 半导体二极管 14.4 稳压管 14.5 半导体三极管
14.1 半导体的导电特性
在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体|(Semiconductor) 。
典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
一定的，故IR基－本上－与外－ －
++ ++
IR
加反压的大小无关，所以 内电场 E
称为反向饱和电流。但IR
与温度有关。
EW
R
PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散 电流，呈现低电阻， PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移 电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
cm3
导电机制
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
二. 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。
1. N型半导体
电子空穴对
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
+4
+4
外加能量越高（温度
越高），产生的电子空
穴对越多。
与本征激发相反的
+4 +4
现象——复合
自由电子
+4 +4
在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。
常温300K时：
硅：1.41010
电子空穴对的浓度
cm3
锗：2.51013
－ － －－ ++ + +
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电荷区
N
在一定的温度－ 下，－ 由－本 － + + + +
征激发产生的少－子浓－度是－ － + + + +
一 、半导体二极管的V—A特性曲线
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
(1) 正向特性 i
u
V
mA
(2) 反向特性
i u
V
uA
0 反向饱和电流
u
导通压降 硅：0.7 V
死区
电压
E
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
多子扩散电流
总电流＝0
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － －正向电流 + + + +
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体。
N型半导体
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
++ + +
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
施主离子
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
si
硅原子
GG ee
+ 44
锗原子
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
一. 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”。
本征半导体的共价键结构
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。
正 极引 线
S iO 2
P型 硅 N型 硅
负 极引 线
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。 代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。 代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N 型Si， D为P型Si。 2代表二极管，3代表三极管。
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关
14.2 PN结
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +