模电高职层次电子教案课件.ppt
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1、第1章 半导体器件半导体器件 本章首先简要介绍了半导体的基础知识以及半导体器件的核心部分-PN结,然后重点介绍了半导体二极管、晶体管和场效应晶体管的物理结构、工作原理、特性曲线及主要参数;在此基础上还介绍了二极管和晶体管基本电路、分析方法与实际应用。第1章 半导体器件半导体器件1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体 物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电性能取决于原子结构。导体一般由低价元素构成,绝缘体一般由高价元素或高分子物质构成,半导体一般最外层电子为4。由于其导电性能介于导体和绝缘体之间,所以称为半导体半导体。sisi硅原子
2、硅原子+4+4硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。价电子。Ge锗原子锗原子Ge第1章 半导体器件半导体器件化学成分纯净、具有晶体结构的半导体称为本征半导体本征半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体的正离子核被共价键紧紧束缚的价电子在绝对温度或没有外界激发时,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中,不会成为自由电子,因此本征半导体的导电能力很弱,接近绝缘体。本征半导体共价键结构第1章 半导体器件半导体器件在获得一定能量(温度增高、受光照等)后,价电子即可摆脱原子核的束缚成为自由电子,同时在共价键中留下空位,称为空穴。这一现象称为本征激发本征激发,也称热激发热激发。可见,自由电
3、子和空穴总是伴随着本征激发成对出现的,也叫电子空穴对电子空穴对。+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子第1章 半导体器件半导体器件 在外电场的作用下,半导体中将出现两部分电流:一是自由电子做定向运动形成的电子电流电子电流,一是仍被原子核束缚的价电子递补空穴形成的空穴电流空穴电流。也就是说,在半导体中存在自由在半导体中存在自由电子和空穴两种载流电子和空穴两种载流子,这是半导体和金子,这是半导体和金属在导电机理上的本属在导电机理上的本质区别。质区别。+4+4+4+4+4+4+4+4+4E第1章 半导体器件半导体器件1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体 本征半导体中由于本征激发所产
4、生的载流子数目极少,导电能力依然很低。但如果在其中掺入微量的杂质,所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。由于掺入的杂质不同,杂质半导体可以分为N型和P型两大类。杂质半导体杂质半导体:利用一定的掺杂工艺制成的半导体掺杂的目的:为了显著改变载流子浓度,以提高导电能力施主杂质施主杂质:掺杂后失去电子,提供多余的自由电子的物质受主杂质受主杂质:掺杂后获得电子,提供多余的空位的物质按照掺入杂质的作用不同,可以将杂质分为两类:第1章 半导体器件半导体器件+5+4+4+4+4+4+4+4+4施主原子提供的多余电子施主正离子N型半导体的共价键结构1 N1 N型半导体型半导体 N型半导体中掺入的杂质为磷或其他
5、五价元素,磷原子在取代原晶体结构中的硅原子并构成共价键时,多余的第五个价电子很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子,于是半导体中的自由电子数目大量增加,自由电子成为多数载流子,空穴则成为少数载流子。第1章 半导体器件半导体器件+3+4+4+4+4+4+4+4+4受主原子缺少电子产生的空穴受主获得一个电子形成受主负离子P型半导体的共价键结构2 P2 P型半导体型半导体 P型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素,硼原子在取代原晶体结构中的硅原子并构成共价键时,因缺少一个价电子而形成一个空穴,于是半导体中的空穴数目大量增加,空穴成为多数载流子,而自由电子则成为少数载流子。第1章 半导体器件半导体器件
6、1.1.3 PN1.1.3 PN结结1 PN1 PN结的形成结的形成浓度差多子的扩散空间电荷区内电场P、N结合阻碍多子扩散,产生少子漂移扩散漂移动态平衡PN结第1章 半导体器件半导体器件2 PN2 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结正向偏置时,内电场削弱,正向电流增大,呈现低电阻,处于导通状态。PN结反向偏置时,内电场增强,反向电流增大,呈现高电阻,处于截止状态。第1章 半导体器件半导体器件1.2.1 1.2.1 二极管的结构和分类二极管的结构和分类1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的。1 1 二极管的结构二极管的结构点接触型半导体二极管的结
7、构半导体二极管的符号 第1章 半导体器件半导体器件按结构分:点接触型、面接触型和平面型2 2 二极管的种类二极管的种类按材料分:硅二极管和锗二极管第1章 半导体器件半导体器件1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管伏安特性图 图中Uon称为死区电压,通常硅管的死区电压约为0.5V,锗管约为0.1V。正向电压低于死区电压时,正向电流很小,只有当正向电压高于死区电压后,才有明显的正向电流。导通时二极管的正向压降变化不大,硅管约为0.60.8V,锗管约为0.20.3V。通常认为,当正当正向电压向电压U U U Uonon时,二极管导通。时,二极管导通。第1章 半导体器件半导体器
8、件 图中UBR称为反向击穿电压,当外加反向电压低于UBR时,二极管处于反向截止区,反向电流几乎为零,但温度上升,反向电流会有增长。当外加反向电压超过UBR后,反向电流突然增大,二极管失去单向导电性,这种现象称为反向击穿反向击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上。普通二极管被击穿后,由于反向电流很大,一般会造成“热击穿热击穿”,不能恢复原来性能,也就是失效了。二极管的特性对温度很敏感,温度升高,正向特性曲线向二极管的特性对温度很敏感,温度升高,正向特性曲线向左移,反向特性曲线向下移。左移,反向特性曲线向下移。其规律是:在室温附近,在同一电流下,温度每升高1,正向电压减小22.5mV;温度每
9、升高10,反向电流增大约1倍。二极管的应用范围很广,主要都是利用它的单向导电性,可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中用作开关元件等。第1章 半导体器件半导体器件1.2.3 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 描述器件的物理量,称为器件的参数。它是器件特性的定量描述,也是选择器件的依据。二极管的主要参数有:(1)最大整流电流IF(2)最大反向工作电压UR(3)反向电流IR(4)最高工作频率fM(5)二极管的直流电阻RD(6)二极管的交流电阻rd 注意:用万用表测量出的电阻值为注意:用万用表测量出的电阻值为R RD D,用不同档测量出的,用不同档测量出的R RD D值显然是不
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