电工学08(第十五章半导体二极管和三极管)
半导体二极管和三极管 PPT课件
Si
Si
空穴
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
P型半导体的形成过程动画演示
1.1.3 PN结的形成及特性
1. PN结的形成 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气
体、液体、固体均有扩散运动。
1.1.3 PN结的形成及特性 1. PN结的形成
浓度差
多子扩散运动 动
空间电荷区
态
内电场
1.1.3 PN结的形成及特性
2. PN结的单向导电性
（3）PN结的i−u特性
uD
iD IS (enUT 1)
反向偏 置特性
iD/mA 1.0
0.5
正向偏 置特性
其中
iD = -IS
-1.0 -0.5
0.5 1.0 uD/V
IS ——反向饱和电流
PN结单向导电性的I−U特性曲线
n——发射系数，其值1-2。
平
衡
少子漂移运动
PN结：空间电荷区、耗尽层
电子扩散
N ++ + + +
++++
- - -----
P
++++ - - - -
++++ - - - -
空穴扩散
空间电 荷区
++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - -
内电场
1.1.3 PN结的形成及特性 1. PN结的形成
Si
二极管和三极管原理ppt课件
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。
(整理)电工学08第十五章半导体二极管和三极管
电工学08(第十五章半导体二极管和三极管).txt14热情是一种巨大的力量，从心灵内部迸发而出，激励我们发挥出无穷的智慧和活力；热情是一根强大的支柱，无论面临怎样的困境，总能催生我们乐观的斗志和顽强的毅力……没有热情，生命的天空就没的色彩。
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第十五章半导体二极管和三极管§ 15 – 1 半导体的导电特性§ 15 – 2 PN结结§ 15 – 3 半导体二极管§ 15 – 4 稳压管§ 15 – 5 半导体三极管§15 – 1半导体的导电特性导体、一、导体、半导体和绝缘体1、很容易导电的物质称为导体，金属一般、很容易导电的物质称为导体导体，都是导体。
都是导体。
2、有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如、有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，橡皮、陶瓷、塑料和石英。
橡皮、陶瓷、塑料和石英。
3、导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，、导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，称为半导体如锗、半导体，砷化镓和一些硫化物、称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
氧化物等。
一种物质的导电性能取决于它的载流子一种物质的导电性能取决于它的载流子密度（浓度）。
密度（浓度）。
载流子密度（浓度）举例：载流子密度（浓度）举例：密度原子密度：～ 10 23 个 / cm 3导体）铜的载流子密度：～ 5 ×10 22 个 / cm 3 （导体）铜的载流子密度：硅的载流子密度：～ 1.5×10 个/cm103锗的载流子密度：～ 2.5 ×1013 个 /cm 3 锗的载流子密度：绝缘体载流子密度：近似等于零载流子密度：半导体 ?由于半导体的导电机理不同于其它物质，由于半导体的导电机理不同于其它物质，半导体的导电机理不同于其它物质所以它具有不同于其它物质的特点。
半导体二极管和三极管-PPT精品文档
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
电工学08(第十五章半导体二极管和三极管)
击穿后除去反向电压又能恢复正常。 DZ
-
稳压管的图形符号和文字符号
+
一、伏安特性及工作特点：
（1）在反向击穿区
曲线
越陡，
电压
越稳
定。
UZ
+
I/mA -
DZ
UZ很小, IZ 很大, 管子处于 稳压工作状态；
IZ
- DZ+
稳压误差 UZ
0
IZ
IZM
U/V
（2）工作在其它区 域与一般二极 管性质相同。
二、稳压管的主要参数
（1）稳定电压 UZ ： 稳压管正常工作时管 两端电压。
（2）电压温度系数U（%/℃）： 稳压值受温度变化影响的的系数。
（3）动态电阻：是衡量稳压管性能好坏的指标
r UZ
Z
I Z
rZ 越小，曲线越陡， 管子性能越好。
⁀ 半
导
2.5×1013 个/cm3 体
‿
绝缘体载流子密度： 近似等于零
由于半导体的导电机理不同于其它物质， 所以它具有不同于其它物质的特点。
例如，当受外界热和光的作用时，它的导 电能力将明显变化——热激发。
又例如，往纯净的半导体中掺入某些杂质， 会使它的载流子数量大大的增加，半导体的导电 能力也大大的改变——掺杂。而掺杂可大大增加 导电率正是半导体能制成各种电子器件的基础。
少数载流子 电子
N型半导体 自由电子
空穴
3、多数载流子的数目取决于掺杂浓度，少数载流子 的数目取决于温度。
4、无论P型半导体或N型半导体，就其整体而言，正 负电荷平衡仍为电中性。
§15 – 2 P N 结
半导体二极管和三极管精选PPT课件
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。
电工学教案半导体二极管和三极管
电工学教案半导体二极管和三极管一、教学目标1.了解半导体二极管和三极管的基本结构和工作原理；2.掌握常见半导体二极管和三极管的特性参数；3.能够分析和解决与半导体二极管和三极管相关的电路问题；4.培养学生的动手实践和创新能力。
二、教学内容1.半导体二极管的基本结构和工作原理；2.常见半导体二极管的特性参数和应用；3.三极管的基本结构和工作原理；4.常见三极管的特性参数和应用。
三、教学过程1.导入引入通过介绍电子元器件中的两种重要器件，半导体二极管和三极管，引发学生对相关知识的探究和学习兴趣。
2.课堂讲解2.1半导体二极管2.1.1基本结构和工作原理详细介绍半导体二极管的基本结构，包括P-N结和其注入。
详细介绍半导体二极管的工作原理，包括正向偏置和反向偏置。
2.1.2特性参数和应用介绍半导体二极管的特性参数，包括导通压降、最大反向电压和最大正向电流等。
介绍半导体二极管的应用，包括整流、波形修整等。
2.2三极管2.2.1基本结构和工作原理详细介绍三极管的基本结构，包括三个区域的P-N结和掺杂工艺。
详细介绍三极管的工作原理，包括共发射极、共集电极和共基极的基本工作模式。
2.2.2特性参数和应用介绍三极管的特性参数，包括放大系数、最大耗散功率和最大反向电压等。
介绍三极管的应用，包括放大、开关等。
3.实验演示通过实验演示，让学生亲自搭建电路，观察和验证半导体二极管和三极管的工作原理和特性。
4.小结反思对课堂内容进行总结和归纳，强化学生对半导体二极管和三极管的理解。
四、教学方法1.讲授结合实践通过讲解和实验结合，加深学生对半导体二极管和三极管相关知识的理解和应用能力。
2.探究式学习鼓励学生积极参与课堂互动，提出问题、讨论问题，培养学生的创新思维和解决问题的能力。
五、教学评估1.课堂小测验设置课堂小测验以检测学生对知识的掌握程度。
2.实验报告要求学生根据实验结果和分析写实验报告，评估学生对半导体二极管和三极管的实际操作和分析能力。
二极管及三极管课件
应用场景的比较
总结词
由于工作原理和特性的差异，二极管和 三极管的应用场景也有所不同。
VS
详细描述
二极管主要用于整流、开关、稳压等电路 中，例如电源电路中的整流二极管。而三 极管则主要用于放大电路中，例如音频放 大器中的音频三极管。此外，三极管还可 以用作开关，但此时通常使用专门的开关 三极管。
THANKS
三极管的类型
NPN型
达林顿管
由两个N型和P型半导体组成，集电极 和基极之间为NP结，发射极和基极之 间为PN结。
将两个三极管组合成一个，通常用于 高放大倍数应用。
PNP型
由两个P型和N型半导体组成，集电极 和基极之间为PN结，发射极和基极之 间为NP结。
三极管的特性
放大特性
三极管能够将基极输入 的微弱信号放大成集电 极的大信号，实现电流
总结词
原理
振荡电路通常由电源、输入信号源、三极管、正反馈 网络、选频网络等部分组成，通过合理配置各部分参
数，实现特定频率的信号振荡。
电路特点
当三极管工作在放大区时，通过正反馈和选频网络的 作用，使得三极管输出信号的频率逐渐接近并稳定在 所需的频率上。
05
二极管与三极管的比较
工作原理的比较
总结词
二极管和三极管在电路中的工作原理存在显著差异。
半波整流
利用一个二极管将交流电 的正半周通过，负半周被 截止，实现半波整流。
全波整流
利用两个二极管反向并联 ，使得交流电的正、负半 周都能通过，实现全波整 流。
检波电路
检波电路
利用二极管的开关特性，将调频 信号中的低频信息提取出来。
调频信号
通过改变载波的频率来传递信息。
调相信号
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。
三极管和二极管
三极管和二极管三极管和二极管是电子器件中常见的两种元件。
它们在电子电路中起着重要的作用，常用于放大、整流和开关等应用。
首先，我们来了解一下二极管。
二极管是一种含有两个电极的半导体器件。
它由P型和N型半导体材料组成。
其中，P型半导体材料具有正电荷载流子（空穴），N型半导体材料则具有负电荷载流子（电子）。
在二极管内部，P型半导体和N型半导体形成了一个PN结。
当二极管的正极连接在P型半导体一侧，负极连接在N型半导体一侧时，二极管处于正向偏置状态。
此时，电流能够从P型半导体流向N型半导体，这种二极管被称为正向偏置二极管。
相反，当正极连接在N型半导体一侧，负极连接在P型半导体一侧时，二极管处于反向偏置状态。
在这种情况下，PN结会形成一个阻挡区域，使得电流无法通过，这种二极管被称为反向偏置二极管。
二极管具备单向导通电流的特性，因此常被应用于电路中的整流器，用于将交流信号转化为直流信号。
接下来，我们来介绍一下三极管。
三极管是一种包含三个电极的半导体器件。
它由两个PN结构成，其中一个为基结，另一个为发射结和集电结。
三极管通常被用来放大电流和电压，以及作为开关使用。
三极管的三个电极分别是：基极（B，Base）、发射极（E，Emitter）和集电极（C，Collector）。
基极是控制电流的输入端，发射极是电流的输出端，集电极是三极管的负极电极。
当正向偏置二极管时，通过基极输入的微弱电流会控制集电极和发射极之间的电流放大倍数。
当输入的基极电流稍微增大时，输出的发射极电流也会相应增大，从而起到放大电流的作用。
这使得三极管成为电子放大器的重要组件。
同时，三极管也可作为开关使用。
当基极处于截止状态时，集电极和发射极之间的电流几乎为零，此时三极管处于关断状态；当基极处于导通状态时，集电极和发射极之间的电流将大幅度增大，此时三极管处于导通状态。
这使得三极管具备了控制电路中电流通断的功能。
总结起来，二极管和三极管是两种不可或缺的半导体器件。
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例如，当受外界热和光的作用时，它的导 电能力将明显变化——热激发。
又例如，往纯净的半导体中掺入某些杂质，
会使它的载流子数量大大的增加，半导体的导电
能力也大大的改变——掺杂。而掺杂可大大增加
导电率正是半导体能制成各种电子器件的基础。
整理ppt
4
二、 本征半导体
1。要点：
（1）通过一定的工艺过程，可以将半 导体制成晶体。
是呈正电性的载
流子，其定向运
动的方向与自由
电子相反，所形
成的电流称为空
整理ppt
穴电流。 9
本征半导体的特点：
1、半导体有两种载流子： 自由电子和空穴
2、自由电子和空穴总是成对出现，同时又不 断相遇“复合”。
3、在一定温度下，电子空穴对的产生和复合 达到动态平衡，于是半导体中的载流子数 目便维持一定。
电阻率为： 2 1 0 3Ω m 减 小 至 4 1 0 - 3Ω m
可见，掺杂大大提高了半导体的导电能力，
同时也导致杂质半导体整理的ppt产生！
11
1、N型半导体
本征半导体中掺五价元素
+4 +5
磷原子
特点：
（1）掺杂浓度远大于本征半导
+4
体中载流子浓度 。
（2）自由电子浓度远大于空穴
+4
浓度。
温下束缚电子很难脱离
+4
共价键成为自由电子，
因此本征半导体中的自
由电子很少，导电能力
共价键 共 很弱。
用电子对
整理ppt
6
3。本征半导体的导电机理
在绝对零度（T= 0 K）和没有外界激发时, 价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有 可以运动的带电粒子，它的导电能力为0。
在常温下，由于热激发，使一些价电子
第十五章 半导体二极管和三极管
§ 15 – 1 半导体的导电特性 § 15 – 2 PN结 § 15 – 3 半导体二极管 § 15 – 4 稳压管 § 15 – 5 半导体三极管
整理ppt
1
§15 – 1 半导体的导电特性
一、 导体、半导体和绝缘体
1、很容易导电的物质称为导体，金属一般 都是导体。
2、有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如 橡皮、陶瓷、塑料和石英。
3、导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，
称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、
氧化物等。
整理ppt
2
一种物质的导电性能取决于它的载流子 密度（浓度）。
载流子密度（浓度）举例：
原 子 密 度 ： 1 0 2 3 个 / c m 3
铜 的 载 流 子 密 度 ： 5 × 1 0 2 2 个 / c m 3 （导体）
4、温度愈高，半导体的载流子愈多，导电性
能也愈好。
整理ppt
10
三、 N 型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
例如，掺杂浓度为百万分之一，则载流 子浓度约为：
1 0 2 3 1 0 6 1 0 1 7 个 / c m 3 1 0 1 0 个 / c m 3
2、
P型半导体
多数载流子 空穴
少数载流子 电子
N型半导体 自由电子
空穴
3、多数载流子的数目取决于掺杂浓度，少数载流子 的数目取决于温度。
4、无论P型半导体或N型半导体，就其整体而言，正
负电荷平衡仍为电中性。
整理ppt
14
§15 – 2 P N 结
一、 PN 结的形成 空间电荷区形成内电场
整理ppt
PN结加上正向电压（或正向偏置）的意思 是： P区加正、N区加负电压。
整理ppt
17
外电场削弱内电场，空间电荷区变窄。 有利于多子的扩散，形成较大正向电流，PN结呈低电阻。 在一定范围内，正向电流随外电压增加而增大。
内电场
正
向
I
外电场
导 通
整理ppt
18
2、PN结反向偏置
PN结加上反向电压（或反向偏置）的意思 是： P区加负、N区加正电压。
整理ppt
21
§ 15 – 3 半导体二极管
一、基本结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
电
P
15
请注意
1、空间电荷区（耗尽层）中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场是阻碍多子的扩 散运动，促进少子的漂移运动。
3、P区的电子和N区的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的电流即 漂移电流很小（μA级）。
4、扩散与漂移达到动态平衡时即形成PN结。
整理ppt
16
二、 PN结的单向导电性
1、PN结正向偏置
硅 的 载 流 子 密 度 ： 1 . 5 × 1 0 1 0 个 / c m 3 ⁀半
导
锗 的 载 流 子 密 度 ： 2 . 5 × 1 0 1 3 个 / c m 3 体
‿
绝 缘 体 载 流 子 密 度 ： 整理近 ppt 似 等 于 零 3
由于半导体的导电机理不同于其它物质， 所以它具有不同于其它物质的特点。
（2）完全纯净的（单一元素组成的）、 结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。
（3）在硅和锗晶体中，原之间
形成共价键，共用一对价电子。
整理ppt
5
2。硅和锗的共价键结构
+4
+4
+4表示除 去价电子 后的原子
共价键中的两个电
+4
子被紧紧束缚在共价键
中，称为束缚电子，常
获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为
自由电子，同时共价键上留下一个空位，称
为空穴。自由电子和空穴都可以参与导电，
通称载流子。
整理ppt
7
自由电子在外电场的作用下，在晶格点阵 中定向运动，形成电子电流。
本 征 半 导 体 的 导 电 机 理
整理ppt
8
空穴导电：空穴吸引邻近价电子来填补，这样
的结果相当于空穴的迁移，因此可以认为空穴
多余电子
多数载流子 （多子）
自由电子
少数载流子（少子）空穴
整理ppt
12
2、P型半导体
+4
+4
+3
+4
硼原子 空穴
本征半导体中掺三价元素
特点：
（1）掺杂浓度远大于本征
半导体中载流子浓度 。
（2）空穴浓度远大于自由
电子浓度。
多数载流子（多子）空穴
少数载流子
（少子）
整理ppt
自由电子
13
结论
1、P型半导体：本征半导体中掺入三价元素； N型半导体：本征半导体中掺入五价元素。
整理ppt
19
外电场加强内电场，空间电荷区变宽。 有利于少子的漂移，扩散很难，形成微弱反向（漂移） 电流，此时PN结呈高反向电阻。 电场强度一定时，反向电流只随温度变化。
内电场
反
向
截
外电场
止
整理ppt
20
结论
PN结的单向导电性为：
PN结加正向偏置时，导通，正向电流很大， 正向电阻很小；
PN结加反向偏置时，截止，反向电流很小， 反向电阻很大。