14电子(半导体器件)

IC ： IC +
IB = IC /
IC IC =
一I般B 认为： = = ，IB近似为一常数，
值范围：20~100
34
10.4.3 特性曲线 IC
IB
mA
C
A
B
RC
E
USC
RB
V UBE
V UCE
USB
实验线路(共发射极接法)
35
（1）输入特性
IB 与UBE的关系曲线（同二极管）
IB(A) 80
空间电荷区
扩散运动
13
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
+ +++++ + + 内移+ 电运+场 动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+ 空+间电+ 荷+区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电
uR
t
ui
R
uR RL
uo
t
uo
t
24
§10.3 稳压二极管
稳压二极管符号 -
+ 当稳压二极管工作 在反向击穿状态下, 当工作电流IZ在 Izmax和 Izmin之间时, 其两端电压近似为 常数
稳压二极管特性曲线
稳定 电压
UZ
I
正向同 二极管
U IZmin
IZ 稳定 电流
IZmax
25
例：稳压二极管的应用
2
此区域中 :
IB=0 , IC=ICEO1,
UBE< 死区电 压,，称为截止 区。
60A
40A
20A IB=0 3 6 9 12 UCE(V)
38
输出特性三个区域的特点:
(1) 放大区
BE结正偏，BC结反偏， IC=IB , 且
IB
(2)
饱和区
IC =
BE结正偏，BC结正偏 ，即UCEUBE ， IB>IC， UCE0.3V
荷区逐渐加宽，空间电
荷区越宽。
扩散运动
14
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
+ + + +所以+扩+散和漂 移这一对相反
+ + + +的运+动+最终达 + + + +到 于平两+衡个+，区相之当间 + + + +没有+电+荷运动，
IC
C
RC
E UCE
USC
USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA
IC= IB =500.019=0.95 mA< ICS =2 mA ， Q位于放大区
IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA 40
例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？
工作压降： 硅管 UBE 0.7V
60
UCE1V
40
20
死区电压， 硅管0.5V
0.4 0.8 UBE(V)
36
（2）输出特性(IC与UCE的关系曲线)
IC(mA ) 4
= IC / IB =(3-2)mA/(60-40) A=50
3
60A
Q’ = IC / IB =3 mA/ 60A=50
B
N
基极 P
E
发射极
28
三极管符号
C
C
C
C
N
B
B
P
N
P
B
N
B
P
E
E
E
E
NPN型三极管
PNP型三极管
29
集电区： 面积较大
B 基极
C 集电极
N P N
E 发射极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
30
B 基极
C 集电极
N
+_ +_+_ +_ +_+_+_ +_ +_ _+ _+_+_+
7
硅原子 磷原子
N型半导体
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
8
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或 铟），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，使得硼原子成为不能移动的带负电的离 子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。
P _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
+++++++++++++
N
集电结 发射结
E 发射极
31
10.4.2 电流放大原理
进入P区的电子 少部分与基区的 空穴复合，形成 电流IB ，多数扩
散到集电结。 B
RB
EB
C
N
P
IB
N
E IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 电流IE。
9
硅原子 空穴
P型半导体 Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且
可以移动
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10
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
11
§10.2 PN结及半导体二极管
Ge 锗原子 2
通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体。
完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。
在硅和锗晶体中，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。
3
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
4
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。
Ec
132
IC
C
IB B RB
从基区扩散
IC N 来的电子漂
移进入集电
P 结而被收Ec集， N 形成IC。
EB
E IE
要使三极管能放大电流，必须使发射结
正偏，集电结反偏。
2 33
静态电流放大倍数，动态电流放大倍数 静态电流放大倍数
= IC / IB
IC = IB
动态电流放大倍数
IB ： IB +
（非线性）
IQ
Q IQ
UQ
动态电阻：
rD = UQ/ IQ
UQ
u 在工作点Q附近，动态电
阻近似为线性，故动态电
阻又称为微变等效电阻22
例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 0.7V(硅二极管)
理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
ui
t
ui
RL
uO uo
t 二极管半波整流
23
例2：二极管的应用 ui
IB B RB
USB
IC
C
RC
E UCE
USC
USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mA
IC= IB =500.061=3.05 mA> ICS =2 mA ， Q位于饱 和区(实际上，此时IC和IB 已不是的关系） 41
三极管的技术数据：（自学） （1）电流放大倍数 （2）集-射间穿透电流ICEO （3）集-射间反向击穿电压UCEO (BR) （4）集电极最大电流ICM （5）集电极最大允许功耗PCM
稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V， Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电 压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围 为1.5 k ~4 k ，是否还能稳压？
i
iL
R ui DZ
iz UZ RL uO
26
i
R ui DZ
iL
iz UZ RL
17
PN结反向偏置 空间电荷区变厚
P _
－－ + +
N
－－ + +
+
－－ + +
－－ + +
反向饱和电流 很小，A级
内电场加强，使扩散停止，
有少量飘移，反向电流很小
18
10.2.3 半导体二极管
(1)、基本结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号 P 阳极
P
N
N 阴极
19
(2)、伏安特性 I
+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。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。
5
10.1.2杂质半导体 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。
10.2.1 PN 结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造P型
半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
12
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 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
第14讲
第10章 半导体器件
10.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅 10.2 PN结及半导体二极管 10.3 稳压二极管 10.4 半导体三极管
海南风1 光
§10.1 半导体的基本知识
10.1.1 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si 硅原子
反向击穿电 压U(BR)
反向漏电流 （很小，A级）
IU
+-
导通压降: 硅
E
管0.6~0.7V,锗
管0.2~0.3V。
U
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.2V。
20
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD
IQ UQ
R +US
静态工作点Q（UQ ，IQ ）
21
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD
i
静态电阻 ：Rd=UQ/IQ
2
40A
Q
1
= IC / IB =2 mA/ 40A=50
3 6 9 12 UCE(V) 37
此输区出域中特U性CEUBE,集 电UC结E正0.3偏V，称为IB饱>I和C，I区C(。mA )
4
3
当UCE大于一定的数 值时，IC只与IB有关， IC=IBI。B ,此且1区00域IA称C =为线 性放大区。80A
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
6
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
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，这样 磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称为施主原子。
空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
15
10.2.2 PN结的单向导电性 PN结加上正向电压、正向偏置的意
思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
16
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
－+
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大
RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA）
RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（m27A）
§10.4 半导体三极管
10.4.1 基本结构
NPN型 C 集电极
集电极 C PNP型
N
B
P
基极
N
E 发射极
P
42
本课重点 （1）二极管的特性曲线，静态电阻，
动态电阻。 （2）稳压二极管的特性曲线及稳压计算。 （3）晶体管的特性曲线，三个工作区域，
电流放大倍数。
43
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(3) 截止区
UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0
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例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位
于哪个区？ USB =-2V， IB=0 ， IC=0， Q位于截止区
IB B RB UBE
USB
UZW=10V R=200
ui=12V
uO Izmax=12mA
Izmin=2mA RL=2k (1.5 k ~4 k)
iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）负载变化,但iZ仍在
i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.21压=21管m0 A（仍和m能2A起m）A稳之压间作,所用以稳 iZ = i - iL=10-5=5 （mA）