电工电子技术第4章

2020/11/22
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4.1 PN结和二极管
4.1.1. 半导体的导电特性
1. 概念 ⑴半导体 导电能力介乎于导体和绝缘体之间。
如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
⑵影响半导体导电能力的因素
温度↑→导电能力↑ 如：热敏元件
光照↑→导电能力↑ 如：光敏元件
掺杂↑→导电能力 如：P型、N型半导体。
si
si
⑴共价键
共价键结构稳定 导电能力很弱
共价键内的 价电子对
si
si
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⑵ 本征激发（热激发）
温度升高、光照增强使价电子
摆脱原子核的束缚 本征激发成对产生
自由电子
si
⑶ 两种载流子 空穴
半导体中有自由电子
si
空
和空穴两种载流子
穴
本征半导体两端外加电压时，将出现两 部分电流，电子流和空穴流。
外形
点接触型：结面小、结电容小，适用高频小电流场合。
如：检波电路、数字开关电路
面接触型：结面大、结电容大，用在低频电路
如：整流电路
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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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磷P 15
p
2-8-5
多余电子
示意图
si
si
++ ++ ++ ++
P+
si
N 型半导体
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硅晶体中掺磷出现自由电子
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⑵ P型半导体（空穴半导体）
本征半导体中掺入微量的三价元素硼
多数载流子——空穴 特点： 少数载流子——自由电子
示意图
空穴
－－ － －
－－ － －
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第4章 常用半导体器件
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本章要求：
1. 理解PN结的单向导电性，三极管的电流分 配和电流放大作用；
2. 了解二极管、稳压管和三极管的基本造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
3.会分析含有二极管的电路。 4. 了解场效应管的电流放大作用、主要参数的 意义。
掺杂——纯净的半导体中掺入微量的某些杂质，
会使半导体的导电能力明显改变。
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⑶ 常用的半导体材料
锗 Ge
硅 Si
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Ge
Si
2-8-18-4
2-8-4
硅和锗为四价元素，最外层有四个价电子
价电子
最外层 八个电 子的稳 定结构
2.本征半导体
纯净的、具有晶体结构的半导体
-
μA
+
原因：
o 、 i方向一致，使PN结变宽，由少数
载流子形成很小的反向电流。
结论：
PN结反 向截止，反向电流小、反向电阻大。
I反 0 R反
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4.1.3 半导体二极管
1. 基本结构及符号
阳极 阳极 阳极
阳极
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D
阴极 阴极 阴极
阴极
符 号 点接触型 面接触型
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⑷理想二极管的开关特性
正向导通 + -
UD 0
反向截止 - +
ID 0
UD 0 ID 0
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硼B
5
B
2-3
si
si
B-
si
P型半导体
硅晶体中掺硼出现空穴
多数载流子数目由掺杂浓度确定 结论： 少数载流子数目与温度有关. 温度↑→少子↑
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4.1.2 PN结
PN结
1. PN结
P
N
同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导 体，在它们的交界面处形成的特殊区域。
→内电场 i 有利少子漂移
扩散 = 漂移 动平衡
→空间电荷区宽度确定→PN结形成
P PN结 N
－+
－+
-
+
自建电i 场
PN结——空间电荷区
PN结也称为高阻区、耗尽层
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3.PN结的单向导电性 PN结变窄
⑴ PN结正向导通
现象： 灯亮、
+ P - +N -
P
N
2. PN结的形成 － － － － + + + +
P区和N区的载
－－ － － + + + +
流子浓度不同
- 自建电i 场 +
N区 电子 P区
由载流子的浓度差→多子扩散 P区 空穴 N区
正负离子显电性→建立空间电荷区→形成内电场 i
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反对多子扩散
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2. 伏安特性
⑴ 正向特性 0.2V（锗管）
死区电压 = 0.5V（硅管） UBR 导通后管压降：
I +U
o UD
0.2~0.3V （锗管） UD = 0.6~0.7V （硅管）
- + 死区
⑵ 反向特性
UBR —— 反向击穿电压
U 反 UBR 时，I反 0，二极管反向截止
U反 UBR 时，I反急剧增加，二极管反向 击穿
I E
i o
+
mA
-
电流大（mA级）
原因：
o i ，使PN结变窄，由多数载流子
形成较大的正向电流。
结论：
PN结正向导通，正向电流大、正向电阻小。
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⑵ PN结反向截止
PN结变宽
现象：
灯不亮、 电流很小（μA级）
- P - +N +
E
I反 0
i o
⑷ 复合 自由电子与空穴相遇
si
si
自 由 电 子
复合使自由电子和空穴成对减少
在一定温度下，热激发和复合处于动平衡状态。
半导体中的载流子数目一定。
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3.杂质半导体 ⑴ N型半导体（电子半导体）
本征半导体中掺入微量的五价元素磷
多数载流子——自由电子 特点： 少数载流子——空穴
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第4章 常用半导体器件
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模 块 2 —— 模拟电子技术
第4章 常用半导体器件 第5章 基本放大电路 第6章 集成运算放大器 第7章 直流稳压电源
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第4章 常用半导体器件
4.1 PN结和半导体二极管 4.2 特殊二极管 4.3 半导体三极管 4.4 绝缘栅型场效应晶体管
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⑶ 温度对二极管的影响
① 温度升高二极管
正向压降减小
温度↑→载流子↑→
UBR
→导电能力↑→等效电阻↓→
→正向压降UD ↓
75C
T 1C UD 2mV
②温度升高二极管反向电流增大
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I 20C
ID
oU D UD U
温度↑→少数载流子↑→反向电流↑ 温度每升高10° C。反向电流增大一倍。