半导体二极管和三极管(21)

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应用(整流、检波)
例：二极管的应用：
ui
+
+
uR
t
ui
R
uR RL
uo
t
-
uo
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t
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1.4 稳压二极管
一、作用 与电阻配合使用起稳压作用。
二、符号
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
3、自由电子和空穴
自由电子：当导体处于热力学温度0K时， 导体中没有自由电子。当温度升高或受到 光的照射时，价电子能量增高，有的价电 子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电， 成为自由电子。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
空穴：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，原子的电中性被 破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负 电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位 为空穴。空穴运动相当于正电荷的运动
另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。
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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。比如：
当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。
如光敏电阻,热敏电阻
往纯净的半导体中掺入某些杂质， 会使它的导电能力明显改变。
外加PN的结正加向正电向压电有压一时的导电情况如图所示。 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于 是,内电场对多子扩散运 动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大 于漂移电流，可忽略漂 移电流的影响，形成较 大的扩散电流，PN结呈 现低阻性。
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2)、加反向电压，简称反偏（ P区“-”， N区“+”） 结论：PN结截止，呈高阻性，所以电流小。
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14.3.2 伏安特性 I
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死区 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。电压
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
U
反向击穿电 压U(BR)
当U >U(BR)时,其反向电流 突然增大,反向击穿。
反向
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注意：死区电压 硅管0.5V,锗管0.1V， 计算导通压降: 硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 体 + +++++ + +++++ + +++++
+ +++++
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2 PN结的单向导电性 1)、加正向电压，简称正偏（ P区“+”， N区“-”） 结论：PN结导通，呈低阻性，所以电流大。
PN结具有的单向导电性。
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PN结加正向电压时的导电情况
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空穴
+4
+4
激发
+4
+4
自由电子
复合
束缚电子
本征激发和复合的过程（动画1-1）
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是 同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部 分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合， 如图所示。
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2021/3/6Hale Waihona Puke Baidu
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当半导体两端加上外电压时,半导体中将出 现两部分电流:一是自由电子作定向运动所形 成的电子电流,一是应被原子核束缚的价电子 (注意,不是自由电子）递补空穴所形成的空穴 电流。
于的扩漂散移电电流流，是可恒忽定略的扩，散基
电本流上，与形所成加较反小向的电漂压移的电大
流小，无P关N，结这呈个现电高流阻也性称。为
反向饱和电流。
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14.3 半导体二极管
15.3.1 基本结构
1、结构：PN结+引线+外壳
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基本结构
二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三 大类。它们的结构示意图如图01P.N1结1所面示积小。，结电容小，
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N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
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N型半导体
N型半导体中的载流子是什么？
1、由杂质原子提供的电子，浓度与杂质原子
相同。
2、本征半导体中成对产生的电子和空穴对。
3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度， 所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。
自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少 数载流子（少子）。导电性能强。
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1、N型半导体 方法：在硅或锗晶体中掺入少量的
五价元素磷（或锑）
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代， 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与 相临的半导体原子形成共价键，必定多出一 个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被 激发而成为自由电子。
磷原子就成了不能移动的带正电的离子。
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PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电情况如图所示。
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与
PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子
扩散运动的阻碍增强，
扩散在电一流定大的大温减度小条。件此下时，
P由N本结征区激的发少决子定在的内少电子场浓的
作度用是下一形定成的的，漂故移少电子流形大成
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3、反向电流 IRM
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。 反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反 向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度 越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管 的反向电流要大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用主 要利用它的单向导电性，包括整流、限幅、保护等。
U
反向击穿电 压U(BR)
反向
外电场不足以克服 内电场,电流很小
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15.3.2 伏安特性 I
正向 正向
当外加电压大于死区 电压内电场被大大减
削弱,电流增加很快。
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死区 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。电压
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
U
反向击穿电 压U(BR)
反向
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14.3.2 伏安特性
I 由于少子的漂移运动形成很 小的反向流,且U <U(BR)在内,其大 小基恒定,称反响饱和电流,其随 温度变化很大。
死区 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。电压
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
U
反向击穿电 压U(BR)
反向
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(c)平面型 图 01.11 二极管的结构示意32图
2、符号 3、型号 见附录A，2AP、2CZ11D
阳极 +
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阴极 -
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14.3.2 伏安特性 I
正向
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死区 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。 电压
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
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第14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 晶体管 14.6 光电器件
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14.1 半导体的导电特性
导体、半导体和绝缘体
自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
1. PN 结的形成
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PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
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PN结
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
齐纳（、掺杂多）4V以下
可
电击穿：
击
雪崩（宽、掺杂少）7V以上 逆
穿 热击穿：二极管的单向导电性被破坏， 不
过热而烧坏。
可
逆
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14.3.3 主要参数
1、最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正 向平均电流。
2、反向击穿电压URWM
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流 剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而 烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URWM一般 是UBR的一半。
可增加几十万至几百万倍。例如在纯硅中参入百
万分之一的硼后，硅的电阻率就从大约 2x103•m
减小到 4x10-3•m左右. 利用这种特性就做成了各
种不同用途的半导体器件，如二极管三极管 、场
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14.1.1 本征半导体
1、本征半导体定义
完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和
在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导 电，这是半导体导电方式的最大特点，也是 半导体和金属在导电原理上的本质差别。
4、载流子：自由电子和空穴。
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本征半导体中的自由电子和空穴总是 成对出现的，同时又不断地复合。在一 定温度下，载流子的产生和复合达到动 态平衡，于是半导体中的载流子（自由 电子和空穴）边维持一定数目。温度越 高，载流子数目越多，导电性能也就越 好。所以，温度对半导体器件性能的影 响很大。
UO
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稳压二极管的参数
（1）稳定电压 UZ(范围、温度、分散性)
用于检波和变频等高频电路。
(1) 点接触型二极管—
图 01.11 二极管的结构示意图 (a)点接触型
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(2) 面接触型二极管—
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
(b)面接触型
往往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。
(3) 平面型二极管—
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硅和锗的晶体结构
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硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
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形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
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2、P型半导体
方法：在硅或锗晶体中掺入少量的三价
元素，如硼（或铟）。
多子：空穴，少子：电子。导电性能强。
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代， 硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导 体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空 穴可能吸引束缚电子来填补。
硼原子成为不能移动的带负电的离子。
稳压误差
IZ
IZ
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UZ
IZmax
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1、正向（与普通二极管一样） 2、反向
1）工作区 IZMin<I<IZMax 2）电击穿 3）曲线陡，ΔIZ变化大而ΔUZ变化小
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二稳压过程：
+uCC
uR
IZ
RL
UO
RL ¯® UO ¯® IZ ¯¯® UR ¯
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锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
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Si
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通过一定的提纯工艺过程，可以将半 导体制成晶体。
2、结构：共价键
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
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P型半导体
空穴 硼原子
+4
+4
+3
+4
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杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
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+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
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14.2 PN结及其单向导电性
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小结：
两种载流子:自由电子和空穴。 温度对半导体器件性能的影响很大。 本征半导体的导电能力很弱。
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14.1.2 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。
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。
使自由电子浓度大大增加的杂质半导体 称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓 度大大增加的杂质半导体称为P型半导体 （空穴半导体）。
前言
电工学是研究电能在技术领域中应用的技术 基础课程。分《电工技术》和《电子技术》两 部分。电子技术主要是研究各种半导体器件的 结构、性能、电路及应用技术；阐述电子技术 的基本概念基本原理和基本分析方法。
本书包括模拟电子技术和数字电子技术两部 分。前者主要讨论的是线性电路；后者着重讨 论脉冲数字电路。
1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
稳压管
稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管,其
反向击穿是可逆的,且反向电压较稳曲定线.越
三、伏安特性曲线与工作区
陡，电
-
I
压越稳
定。
+ UZ U