模拟电路课件第一章-常用半导体器件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《模拟电路课件第一章-常用半导体器件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 模拟 电路 课件 第一章 常用 半导体器件
- 资源描述:
-
1、1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 晶体三极管晶体三极管1.4 场效应管场效应管1.1 半导体基础知识半导体基础知识3.半导体:半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导半导体体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。常用的半,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。常用的半导体材料是导体材料是硅(硅(Si)和锗()和锗(Ge)。1.导体:导体:自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体,金属一般都是导体。,金属一般都是导体。2.绝缘体:绝缘体:有的物质几乎不导电,
2、称为有的物质几乎不导电,称为绝缘体绝缘体,如惰性气体、橡胶、,如惰性气体、橡胶、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。半导体具有下列的重要特性:半导体具有下列的重要特性:l(1)热敏性热敏性:一些半导体对温度反应很灵敏一些半导体对温度反应很灵敏,其电阻率随温度升其电阻率随温度升高而明显下降高而明显下降,利用该特性可制成各种热敏元件利用该特性可制成各种热敏元件,如热敏电阻、如热敏电阻、温度传感器等。温度传感器等。l(2)光敏性光敏性:有些半导体的电阻率随光照增强而明显下降有些半导体的电阻率随光照增强而明显下降,利用利用这种特性可做成各种光敏元件这种特性可做成各种光敏元件,如光敏电阻和光电管等。如光
3、敏电阻和光电管等。l(3)掺杂掺杂性性:在纯净的半导体中掺入其它微量元素(如磷和硼)在纯净的半导体中掺入其它微量元素(如磷和硼)会使其电阻率下降,利用该性质可制成各种晶体管器件。会使其电阻率下降,利用该性质可制成各种晶体管器件。共价键共共价键共用电子对用电子对纯净的具有晶体结构的半导体称为纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体本征半导体二、本征半导体二、本征半导体 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构在绝对温度在绝对温度T=0K,且无外界,且无外界激发时,价电子完全被共价键激发时,价电子完全被共价键紧紧束缚,即没有可以自由移紧紧束缚,即没有可以自由移动的带电粒子(载流子)。动的带电粒
4、子(载流子)。因因此本征半导体导电能力很弱。此本征半导体导电能力很弱。当温度升高或受到光照射,一当温度升高或受到光照射,一些些价电子获得足够能量,挣脱价电子获得足够能量,挣脱共价键束缚,成为共价键束缚,成为自由电子自由电子。自由电子产生同时,在其原共自由电子产生同时,在其原共价键中留下一个空位,称为价键中留下一个空位,称为空空穴穴。原子因失掉一个价电子而。原子因失掉一个价电子而带正电,或者说空穴带正电。带正电,或者说空穴带正电。本征半导体中自由电子和空穴是成对出现的,即自由电子和本征半导体中自由电子和空穴是成对出现的,即自由电子和空穴数目相等。空穴数目相等。+4+4+4+4+4+4+4+4+4
5、自由电子自由电子空穴空穴这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。与本征激发相反现象与本征激发相反现象复合(自由电子在运动中与空穴结合)复合(自由电子在运动中与空穴结合)。在一定温度下,本征激发和复合同时进行,达到动态平衡。电在一定温度下,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。子空穴对的浓度一定。在外电场作用下,一方面,自由电子做定向运动形成电子电流;在外电场作用下,一方面,自由电子做定向运动形成电子电流;另一方面,价电子按一定方向填补空穴,即空穴也产生定向移动,另一方面,价电子按一定方向填补空穴,即空穴也产生定向移动,形成空穴电流。形成空穴电流。三、本征载流子浓度三、
6、本征载流子浓度l 本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。外加能量越高(温度越高),产生的电子空穴对越多。载流子浓外加能量越高(温度越高),产生的电子空穴对越多。载流子浓度升高,导电能力增强。度升高,导电能力增强。本征载流子浓度:本征载流子浓度:)2/(2/31kTEiiGOeTKpn杂质半导体杂质半导体 为改善半导体导电性能,在本征半导体中掺入微量元素,为改善半导体导电性能,在本征半导体中掺入微量元素,掺杂后的半导体称为杂质半导体。按掺杂元素不同,分为掺杂后的半导体称为杂质半导体。按掺杂元素不同,分为P型型半导体和半导体和N型半
7、导体。型半导体。一、一、N型半导体型半导体 在纯净的硅(或锗)晶体中掺入五价元素(如磷),在纯净的硅(或锗)晶体中掺入五价元素(如磷),形成形成N型半导体。此类杂质称为施主杂质。型半导体。此类杂质称为施主杂质。N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子空穴空穴N型半导体主要靠自由电子导电,掺入的杂质越多,多子(自型半导体主要靠自由电子导电,掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性也越强。由电子)的浓度就越高,导电性也越强。+4+4+4+4+4+4+4+4+5空位空位硼原子硼原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子
8、空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子在纯净的硅(或锗)晶体中掺入三价元素(如硼),形成在纯净的硅(或锗)晶体中掺入三价元素(如硼),形成P型型半导体。此类杂质称为受主杂质。半导体。此类杂质称为受主杂质。二、二、P型半导体型半导体P型半导体主要靠空穴导电,掺入的杂质越多,多子(空穴)型半导体主要靠空穴导电,掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性也越强。的浓度就越高,导电性也越强。+4+4+4+4+4+4+4+4+3杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与
9、温度有关多子浓度多子浓度与掺杂有关与掺杂有关1.1.3 PN结结 一、一、PN结的形成结的形成 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、固体均有之。均有之。扩散运动扩散运动P区空穴区空穴浓度远高浓度远高于于N区。区。N区自由电区自由电子浓度远高子浓度远高于于P区。区。扩散运动使靠近接触面扩散运动使靠近接触面P区空穴浓度降低、靠近接触面区空穴浓度降低、靠近接触面N区自由电区自由电子浓度降低,产生由子浓度降低,产生由N区指向区指向P区内电场,阻止扩散运动进行。区内电场,阻止扩散运动进行。因电场作用所产生的因电场作用所产生的运动称为漂移
10、运动。运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同,达到动态平参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同,达到动态平衡,就形成了衡,就形成了PN结。结。漂移运动漂移运动由于扩散运动使由于扩散运动使P区与区与N区的交界面缺少多数载流子,形成内电区的交界面缺少多数载流子,形成内电场,从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从场,从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向区向P区、自区、自由电子从由电子从P区向区向N 区运动。区运动。有利于少子的运动有利于少子的运动 二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性(1)加正向电压(正偏)加正向电压(正偏)电源正极接电源正极接P区,负极接区,负极接N区
11、区 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I外电场削弱内电场外电场削弱内电场(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区,负极接区,负极接P区区 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I IS S 外电场加强内电场外电场加强内电场 在一定的温在一定的温度下,由本征激度下,由本征激发产生的少子浓发产生的少子浓度是一定的,故度是一定的,故IS基本上与外加基本上与外加反压的大小无关反压的大小无关,所以称为所以称为反向反向饱和电流饱和电流。但但IS与温度有关。与温度有关。PN结加正
12、向电压时,具有较大的正向扩散电流,结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻,呈现低电阻,PN结导通;结导通;PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻,呈现高电阻,PN结截止。结截止。l 由此可以得出结论:由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。)1(eTSUuIi根据理论分析:根据理论分析:u:PN结两端的电压降结两端的电压降i:流过:流过PN结的电流结的电流IS:反向饱和电流:反向饱和电流UT=kT/q:温度电压当量:温度电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷
13、量1.6109T 为热力学温度为热力学温度对于室温(相当对于室温(相当T=300 K)则有则有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时1eTUuTeSUuIi 当当 u|U T|时时1eTUuSIi三、三、PN结方程及伏安特性曲线结方程及伏安特性曲线PN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图正偏正偏I(多子扩散)(多子扩散)IS(少子漂移)(少子漂移)反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿利用反向击穿特性可以制成稳压管。利用反向击穿特性可以制成稳压管。2.扩散电容扩散电容3.结电容:结电容:PN结外加的正向电压变化时,在扩散过程中载流子的浓度及其结外加的正向
14、电压变化时,在扩散过程中载流子的浓度及其梯度均有变化,也有电荷的积累和释放的过程,其等效电容称为梯度均有变化,也有电荷的积累和释放的过程,其等效电容称为扩散电容扩散电容Cd。1.2 半导体二极管半导体二极管 1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.2.3 二极管的参数二极管的参数 1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路 1.2.5 稳压二极管稳压二极管将将PN结封装,引出两个电极,就构成了二极管。结封装,引出两个电极,就构成了二极管。1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构点接触型:点接触型:结面积小,结电容小结面积小,
15、结电容小故结允许的电流小故结允许的电流小最高工作频率高最高工作频率高用于检波和变频等高频用于检波和变频等高频电路电路面接触型:面接触型:结面积大,结电容大结面积大,结电容大故结允许的电流大故结允许的电流大最高工作频率低最高工作频率低用于低频大电流整流用于低频大电流整流电路电路平面型:平面型:结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工作频率高大的结允许的电流大大的结允许的电流大用于高频整流和开关用于高频整流和开关电路中电路中)(ufi 开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压mV)26()1e(TSTUIiUu常温下温度的温度的电压当量电压当量 1.2.2 二极管伏安特
16、性二极管伏安特性。,则若反向电压;,则若正向电压STSTTeIiUuIiUuUu)1e(TSUuIi2.伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响T()在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IST()正向特性左移正向特性左移,反向特性下移,反向特性下移正向特性为正向特性为指数曲线指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线1.最大整流电流最大整流电流IF 二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。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.最高反向工作电压最高反向工作电压UR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增,单向导电二极管反
17、向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增,单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。通常性被破坏,甚至过热而烧坏。通常UR为击穿电压为击穿电压UBR的一半。的一半。3.反向电流反向电流 IR二极管未击穿时的反向电流。二极管未击穿时的反向电流。IR愈小,二极管的单向导电性愈愈小,二极管的单向导电性愈好,好,IR对温度敏感。对温度敏感。4.最高工作频率最高工作频率fM 1.2.3 二极管主要参数二极管主要参数二极管工作的上限频率。超过此值时,由于结电容的作用,二极二极管工作的上限频率。超过此值时,由于结电容的作用,二极管的单向导电性变坏。管的单向导电性变坏。1.2.4 二极管等效电路二极管等效电路 在一定的条
18、件下,可用线性模型来代替二极管,称为二极管在一定的条件下,可用线性模型来代替二极管,称为二极管的等效模型(或等效电路)。根据二极管的伏安特性,的等效模型(或等效电路)。根据二极管的伏安特性,对应于不对应于不同的应用场合,同的应用场合,可建立不同的等效模型。可建立不同的等效模型。1 理想模型(理想模型(a)由图可见,理想二极管正向导由图可见,理想二极管正向导通时,其端电压等于零,相当通时,其端电压等于零,相当于短路;反向截止时,电流等于短路;反向截止时,电流等于零,相当于开路。所以理想于零,相当于开路。所以理想二极管相当于一个理想开关二极管相当于一个理想开关。理想理想二极管二极管导通时导通时 U
19、D0截止时截止时IS02 恒压降模型(恒压降模型(b)在电路分析中,可认为二极管正向在电路分析中,可认为二极管正向导通时压降恒定为导通时压降恒定为Uon,截止时,截止时,反向电流为零。反向电流为零。二极管电路等效二极管电路等效模型为一理想二极管和一恒压源模型为一理想二极管和一恒压源Uon相串联。相串联。近似分析近似分析中最常用中最常用导通时导通时UDUon截止截止时时IS03 折线模型(折线模型(c)为了进一步改善电路模型的准确度,在恒压降模型基础上,作为了进一步改善电路模型的准确度,在恒压降模型基础上,作一定修正,图中二极管正向压降大于一定修正,图中二极管正向压降大于Uon后,用一斜线来描述
展开阅读全文