常用半导体器件课件.ppt

1、南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 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 场效应管场效应管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.1.1 本征半导体本征半导体1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.1.3 PN结结第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1.1 本征半导体本征半导体一、一、半导体半导体 在物理学中，根据材料的导电

2、在物理学中，根据材料的导电能力能力，可以将它们划分，可以将它们划分导体导体、绝缘体绝缘体和和半导体半导体。导体导体原子最外层电子在外电场作用下很容易产生原子最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。如：铁、铝、铜定向移动，形成电流。如：铁、铝、铜 绝缘体绝缘体原子最外层电子受原子核的束缚力很强，原子最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。如：惰性气体、只有在外电场强到一定程度时才可能导电。如：惰性气体、橡胶等橡胶等 半导体半导体原子的最外层电子受原子核的束缚力介于原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间，如：硅（导体与绝缘体之间，如：硅（S

3、iSi）、锗（）、锗（GeGe）南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组sisi硅原子硅原子Ge锗原子锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的四个电子称为硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子价电子。典型的半导体是典型的半导体是硅硅(Si)(Si)和和锗锗(Ge)(Ge)，它们都是，它们都是4 4价价元素元素1.1.1 本征半导体本征半导体南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组本征半导体本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。是纯净的晶体结构的半导体。无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构1.1.1 本征半导体本征半导体二、二、本征半导体的晶体结构本征半导体的晶体

4、结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键共用电子共用电子在绝对温度在绝对温度T=0KT=0K时，所时，所有的价电子都被共价键紧紧有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为束缚在共价键中，不会成为自由电子自由电子，因此本征半导体因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘的导电能力很弱，接近绝缘体。体。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1.1 本征半导体本征半导体这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。当温度升高或受到当温度升高或受到光的照射时，束缚电子光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚

5、，以挣脱原子核的束缚，而参与导电，称为而参与导电，称为自由自由电子电子。自由电子自由电子空穴空穴 自由电子产生的同自由电子产生的同时，在其原来的共价键时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，中就出现了一个空位，称为称为空穴空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+4南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 可见本征激发同时可见本征激发同时产生电子空穴对。产生电子空穴对。外加能量越高（温外加能量越高（温度越高），产生的电子度越高），产生的电子空穴对越多。空穴对越多。与本征激发相反的与本征激发相反的现象现象复合复合 在一定温度下，本在一定温度下，本征激发和复合同时进行征激发和复合

6、同时进行，达到动态平衡。电子，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。空穴对的浓度一定。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴1.1.1 本征半导体本征半导体电子空穴对电子空穴对南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组三、三、本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子1.1.1 本征半导体本征半导体自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴运载电荷的粒子称为运载电荷的粒子称为载流子载流子两种载流子两种载流子自由电子自由电子载流子载流子空穴空穴自由电子：带负电荷自由电子：带负电荷 电子流电子流空穴：带正电荷空穴：带正电荷 空穴流空穴流

7、南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E本征半导体的导电机理：本征半导体的导电机理：1.1.1 本征半导体本征半导体四、四、本征半导体中载流子的浓度本征半导体中载流子的浓度 外加电场时，带负电的外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导由于载流子数目很少，故导电性很差。电性很差。温度升高，热运动加剧，温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增载流子浓度增大，导电性增强。强。热力学温度热力学温度0K0K时不导电。时不导

8、电。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1.1 本征半导体本征半导体310iicm/1043.1 pn313iicm/105.2 pn322cm/105 本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组本征半导体存在数量相等的两种载流子：本征半导体存在数量相等的两种载流子：自由电子自由电子和和空穴空穴。电子与空穴电荷量相等，。电子与空穴电荷量相等，极性相反。极性相反。本征半导体的导电机理本征半导体的导

9、电机理 总结总结本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高温度越高，载流子的浓度越高，因此，载流子的浓度越高，因此本征半本征半导体的导电能力越强导体的导电能力越强。温度是影响半导体性。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。1.1.1 本征半导体本征半导体南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1.1 本征半导体本征半导体 为什么要将半导体变成导为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？电性很差的本征半导体？南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动

10、化系模电课程组1.1.2 杂质半导体杂质半导体 杂质半导体：杂质半导体：在本征半导体中掺入某些微量杂质元素在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体。后的半导体。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。N N型半导体型半导体（电子半导体）：使自由电子浓度大大增加的（电子半导体）：使自由电子浓度大大增加的 杂质半导体杂质半导体 P P型半导体型半导体（空穴半导体）：使空穴浓度大大增加的杂质（空穴半导体）：使空穴浓度大大增加的杂质 半导体半导体N-NegativeN-NegativeP-PositiveP-Positive南航金城学院自动化系模电课

11、程组南航金城学院自动化系模电课程组 在本征半导体中掺入五价杂质元素称为在本征半导体中掺入五价杂质元素称为N N型半导体型半导体，如：磷，砷。如：磷，砷。一、一、N型半导体型半导体1.1.2 杂质半导体杂质半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子，简称多子：多数载流子，简称多子：自由电子自由电子磷原子、施主原子：磷原子、施主原子：提供电子提供电子 N N型半导体主要靠自由电型半导体主要靠自由电子导电。掺入杂质越多，自子导电。掺入杂质越多，自由电子浓度越高，导电性越由电子浓度越高，导电性越强。强。多数载流子，简称多子：多数载流子，简称多子：自由电子自由电子磷原子、施主原子：磷原子、施主

12、原子：提供电子提供电子南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组问题问题1.N1.N型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂元素浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，掺杂元素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数载流子（多子），（多子），空穴称为空穴称为少数载流子（少子）。少数载流子（少子）。1.1

13、.2 杂质半导体杂质半导体 问题问题2.2.空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组二、二、P型半导体型半导体1.1.2 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素称为在本征半导体中掺入三价杂质元素称为P P型半导体型半导体，如：硼、镓如：硼、镓+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子，简称多子：多数载流子，简称多子：空穴空穴硼原子、受主原子：硼原子、受主原子：吸收电子吸收电子 P P型半导体主要靠空穴导电，型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，掺入杂质越多，空

14、穴浓度越高，导电性越强。导电性越强。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组P P型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.1.由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相同。由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。在空穴浓度远大于自由电子浓度。在P P型半导体中型半导体中空穴空穴是多子，自由电子是少子是多子，自由电子是少子。1.1.2 杂质半导体杂质半导体 总结：总结：杂质

15、半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N 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 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温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度无关1.1.2 杂质半导体杂质半导体受主离子受主离子施主离子施主离子南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组2.2.多数载流子和少数载

16、流子哪个受温度影响？多数载流子和少数载流子哪个受温度影响？1.1.本征半导体中掺入五价元素，则半导体中本征半导体中掺入五价元素，则半导体中多数载流子为多数载流子为_，该半导体称为，该半导体称为_型型半导体；掺入三价元素，则半导体中多数载流半导体；掺入三价元素，则半导体中多数载流子为子为_，该半导体称为，该半导体称为_型半导体。型半导体。练习练习3.3.因为因为N N型半导体的多子是自由电子，所以它型半导体的多子是自由电子，所以它带负电，这种说法是否正确？带负电，这种说法是否正确？1.1.2 杂质半导体杂质半导体南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组因多子浓度差因多子浓度差

17、形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合结合+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区 多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层内电场内电场EPN结结一、一、PN结的形成结的形成1.1.3 PN结结P区空穴浓度区空穴浓度远高于远高于N区。区。N区自由电子浓区自由电子浓度远高于度远高于P区。区。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组少子少子飘移飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子多子扩散扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，

18、耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：扩散电流动态平衡：扩散电流 漂移电流漂移电流 总电流总电流0 01.1.3 PN结结南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 1.PN结结加正向电压加正向电压（正偏）（正偏）电源正极接电源正极接P区，区，负极接负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场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 F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电

19、场E正向电流正向电流外电场外电场 二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组2.PN结结加反向电压加反向电压（反偏）（反偏）电源正极接电源正极接N区，区，负极接负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场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 R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN外电场外电场 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是一定的，故一定的，故I基本

20、上与外加基本上与外加反压的大小无关反压的大小无关，所以称所以称为为反向饱和电流反向饱和电流。但但I与温与温度有关。度有关。1.1.3 PN结结南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 PN PN结加正向电压时，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 PN结导通；结导通；PN 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 PN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有结具有单向导电性单向导电性。1.1.3 PN结结南航金城学院自动化

21、系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1.3 PN结结三、三、PN结的电流方程结的电流方程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：温度的电压当量：温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023；q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109；T 为热力学温度，对于为热力学温度，对于室温室温（相当（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)1(eTSUuIi南航金城学院自动化系模电课程组南航金城

22、学院自动化系模电课程组1.1.3 PN结结四、四、PN结的伏安特性结的伏安特性根据理论推导，根据理论推导，PNPN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF（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 正向特性正向特性 反向特性反向特性 南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 PN PN结的反向电压增加结的反向电压增加到一定数值时，反向电流到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称突然快速增加，此现象称为为PNPN结的结的反向击穿。反向击穿。iDOVBR D热击穿热击穿不可逆不可逆

23、 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆U（BR）U/vI/mA击穿特性：击穿特性：1.1.3 PN结结南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组五、五、PN结的电容效应结的电容效应1.1.3 PN结结 PN PN结具有一定的电容效应，它由两方面因素决定。结具有一定的电容效应，它由两方面因素决定。一是势垒电容一是势垒电容C CB B 二是扩散电容二是扩散电容C CD D南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压发生变化时，离子薄层的宽度要相应地当外加

24、电压发生变化时，离子薄层的宽度要相应地随之改变，即随之改变，即PNPN结中存储的电荷量要随之变化，就结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。像电容充放电一样。1 1 势垒电容势垒电容C CB B空空间间电电荷荷区区W+R+E+PN1.1.3 PN结结南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组2 2 扩散电容扩散电容C CD D 扩散电容是由扩散电容是由多子扩散多子扩散后，在后，在PNPN结的另一侧面积结的另一侧面积累而形成的。累而形成的。PNPN结正偏时，结正偏时，由由N N区扩散到区扩散到P P区的电子，区的电子，与外电源提供的空穴相复与外电源提供的空穴相复合，形成

25、正向电流。刚扩合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在散过来的电子就堆积在P P区内紧靠区内紧靠PNPN结附近，形成结附近，形成一定的浓度梯度曲线。正一定的浓度梯度曲线。正向电压变，浓度就改变，向电压变，浓度就改变，相当于电容的充放电过程相当于电容的充放电过程。+NPpLx浓浓度度分分布布耗耗尽尽层层NP区区区区中中空空穴穴区区中中电电子子区区浓浓度度分分布布nL1.1.3 PN结结南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组dbjCCC结电容：结电容：结电容不是常量！若结电容不是常量！若PNPN结外加电压频率高到一定结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！程度，则失去

26、单向导电性！电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来1.1.3 PN结结南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.2.1半导体二极管的几种常见结构半导体二极管的几种常见结构1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数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1.2.6 其它类型二极管其它类型二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.2.1 半导体二极管的几种常见结构半导体二极管的几种常见

27、结构将将PNPN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。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 二极管二极管(Diode)=PN(Diode)=PN结结+管壳管壳+引线引线结构：结构：分类：分类：按材料分按材料分：硅二极管、锗二极管：硅二极管、锗二极管按结构分按结构分：点接触型、面接触型和平面型：点接触型、面接触型和平面型 1.2.1 半导体二极管的几种常见结构半导体二极管的几种常见结构N NP P半导体二极管的符号：半导体二极管的符号：a ak k

28、阳极阳极 阴极阴极电流方向电流方向 由由P P区引出区引出的的电极称为电极称为阳极阳极（正极）（正极）由由N N区引出区引出的的电极称为电极称为阴阴极极（负极）（负极）+-U U南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组(1)点接触型二极管点接触型二极管N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝(2)面接触型二极管面接触型二极管负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座(3)平面型二极管平面型二极管SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅 PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关管中。于高频整流和开关管中。

29、PN结面积大，一般仅结面积大，一般仅作为整流管。作为整流管。PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于高频电路和小功率整流。用于高频电路和小功率整流。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组(1)正向特性正向特性(2)反向特性反向特性uEiVmAuEiVuAiu0硅：硅：0.5 V导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBR 硅硅：0.60.8V典型值为典型值为0.7V 锗锗硅硅/mA/A 锗：锗：0.10.3V锗：锗：0.1 VPN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性一、一、二极管的伏安特性二

30、极管的伏安特性南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性总结：二极管的伏安特性总结：1.单向导电性单向导电性TeSTUuIiUu，则若正向电压)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IS，U(BR)T（）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增大增大1倍倍/10STIiUu，则若反向电压南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院

31、自动化系模电课程组 一、一、最大整流电流最大整流电流IF二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。二、二、反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。最大反向工作电压最大反向工作电压U UR R 为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压UR一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压UBR的一半计算。的一半计算。1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数南航金城学院自动化系

32、模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 三、三、反向电流反向电流IR 二极管未击穿时的反向电流。此值越小，二极管二极管未击穿时的反向电流。此值越小，二极管的单向导电性越好。硅二极管的反向电流一般在纳安的单向导电性越好。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安(A)级。级。四、四、最高工作频率最高工作频率fM 由由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频结的结电容大小决定，二极管的工作频率超过率超过fM时，单向导电性变差。二极管工作的上线时，单向导电性变差。二极管工作的上线截止频率。截止频率。1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数南航金城学院自动化系模电课程

33、组南航金城学院自动化系模电课程组理想理想二极管二极管理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成线性关系成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路一、一、伏安特性折线化伏安特性折线化近似分析近似分析中最常用中最常用南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组DTDDdIUiur根据电流方程，Q Q越高，越高，r rd d越小。越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管

34、等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路二、二、二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组二极管的应用举例二极管的应用举例例例1.电路如图所示，若电路如图所示，若UA、UB两点电位分别为两点电位分别为0V、3V不同组合时，计算输出电压不同组合时，计算输出电压UO值，并分析二极管的值，并分析二极管的工作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为工作状态。设二极管为硅

35、二极管，导通压降为0.7V。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组(1)UA=0 V UB=0 VVD1、VD2均正向导通均正向导通UO0.7 V(2)UA=3 V UB=3 VVD1、VD2均正向导通均正向导通UO3.7 V二极管的应用举例二极管的应用举例南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组(3)UA=0V UB=3VVD1正向导通正向导通VD2截止截止UO0.7 V二极管二极管VDVD1 1两端两端电位差大而优电位差大而优先导通先导通(4)UA=3V UB=0VVD2正向导通正向导通VD1截止截止UO0.7 V二极管二极管VDVD2 2优先优先

36、导通导通二极管的应用举例二极管的应用举例南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组如何判断二极管是否导通：如何判断二极管是否导通：判断二极管工作状态时，可判断二极管工作状态时，可先将二极管断开，然后比较先将二极管断开，然后比较两极电位。两极电位。如果处于正偏，如果处于正偏，则二极管导通；否则截止。则二极管导通；否则截止。电位差大的优先导通。电位差大的优先导通。二极管的应用举例二极管的应用举例南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组例例2.写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压电压UD=0.7V。UO1=1.3V

37、UO2=0VUO3=-1.3V二极管的应用举例二极管的应用举例南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组例例3.ui=2 sin t(V)，画出输出电压，画出输出电压uo的波形的波形。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型0.7 v ui 0.7 vu1、u2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 vui 0.7 vu2 导通导通 u1截止截止ui 0.7 vu1 导通导通 u2 截止截止uO=0.7 v二极管的应用举例二极管的应用举例南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组OtuO/v0.7Otui/v2 0.7二极管的应用举例二极管的应用举例

38、南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组3.3.当温度升高时，当温度升高时，PNPN结的反向饱和电流将增加还是减小？结的反向饱和电流将增加还是减小？2.PN2.PN结导通后，正向电流（扩散电流）的方向：从结导通后，正向电流（扩散电流）的方向：从P P区到区到N N区还是从区区还是从区N N到到P P区？反向电流的方向？区？反向电流的方向？1.1.对对PNPN结加正向偏置，即结加正向偏置，即P P区的电位区的电位_于于N N区的电位，区的电位，PNPN结处于结处于_状态；加反向偏置，即状态；加反向偏置，即P P区的电位区的电位_于于N N区的电位，区的电位，PNPN结处于结处

39、于_状态。状态。练习练习南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组4.ui=5sin t(V)，画出输出电压，画出输出电压uo的波形的波形。二极管是理想的。二极管是理想的。+-uiuoRD1D22V2V练习练习南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ电路符号：电路符号：UIIZminIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。UZ1.2.5 稳压二极管稳压二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金

40、城学院自动化系模电课程组.稳压原理：稳压原理：根据电路图可知根据电路图可知ZLR+=IIIRIUUUUURIRIZO=UIUOUZIZIRURUOIR1.2.5 稳压二极管稳压二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组使用稳压管注意事项：在工作时反接，使用稳压管注意事项：在工作时反接，并并串入一只电阻串入一只电阻。电阻的作用一是起限。电阻的作用一是起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而

41、起到稳压作用。管的工作电流，从而起到稳压作用。1.2.5 稳压二极管稳压二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组限流电阻限流电阻R R的选择：的选择：ImminmaxaxZLzUUIIRImminmaxminaxZzLUURRIIImmaxmininZLzUUIIR(2)(2)在在U Ui i最低和最低和I IL L最大时，流过稳压管的电流最小，这最大时，流过稳压管的电流最小，这时应保证时应保证I IZ Z不小于稳压管最小电流值。不小于稳压管最小电流值。ImmaxminmaxinZzLUURRIILZZiZRURUUI(1)(1)在在U Ui i最高和最高和I IL

42、L最小时，流过稳压管的电流最大，此最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流不能高于稳压管最大稳定电流。时电流不能高于稳压管最大稳定电流。限流电阻限流电阻R的选择范围为：的选择范围为：RminR RmaxIL1.2.5 稳压二极管稳压二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1 1、如图，已知、如图，已知U UZ Z=10V=10V，负载电压，负载电压U UL L（）（）（）5 5 （）（）1010 （）（）1515 （）（）2020AVS20V15k5kUL 稳压管的工作条件稳压管的工作条件（）必须工作在反向击穿状态。（）必须工作在反向击穿状态。（）电路中应有限流电阻，以

43、保证反向电流不超过允（）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不超过允许范围。许范围。练习练习南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组2 2、已知、已知u ui i=6sin=6sint t，U UZ Z=3V=3V，画输出波形。，画输出波形。VS uiuo6ui /Vt3uot3OO练习练习南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.2.6 其它类型二极管其它类型二极管一、一、发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前出一定波长范围的光，目前的发光管可以从红外到可的发光管可以从红外到可见波段的光，它的电特性见波段的

44、光，它的电特性与一般二极管类似。与一般二极管类似。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.2.6 其它类型二极管其它类型二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组反向电流随光照度的增加而增大。反向电流随光照度的增加而增大。1.2.6 其它类型二极管其它类型二极管二、二、光电二极管光电二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.2.6 其它类型二极管其它类型二极管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.3 1.3 晶体三极管晶体三极管 1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型1.3.2 晶体

45、管的电流放大作用晶体管的电流放大作用1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组 半导体三极管，也叫晶体三极管半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双双极型三极管极型三极管(Bipolar Junction Transistor(Bipolar Junction Transistor，简称，简称BJT)BJT)1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型三极管的分类：

46、三极管的分类：按照频率：按照频率：高频管和低频管。高频管和低频管。按结构：按结构：NPNNPN型和型和PNPPNP型；型；按功率大小：按功率大小：大功率管大功率管500mW1mW;1mW;按所用半导体材料：按所用半导体材料：硅管和锗管硅管和锗管;南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型常见三极管的外形结构：常见三极管的外形结构：小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型一、一、三极管的结构三极管的结构NPNNPN型

47、型电路符号电路符号:三极管是由两个三极管是由两个PNPN结和三块掺杂半导体组成。结和三块掺杂半导体组成。-发射区发射区集电区集电区基区基区 发射结发射结集电结集电结集电极集电极 发射极发射极基极基极NPNbece-emitterb-basec-collectorECBibicie双极型三极管的符号中，发射极的箭头双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。代表发射极电流的实际方向。南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组两个结、三个区、三个极两个结、三个区、三个极-发射区发射区 集电区集电区基区基区 发射结发射结集电结集电结 集电极集电极 发射极发射极基极基

48、极 NPNbec1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型面积大面积大多子浓度高多子浓度高多子浓度很低，多子浓度很低，且很薄且很薄南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组PNPPNP型：型：-发射区发射区集电区集电区基区基区 发射结发射结 集电结集电结 集电极集电极 发射极发射极基极基极 PNPbec-ECB电路符号电路符号:ibicie1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集

49、电区面积大集电区面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用一、一、晶极管的工作原理晶极管的工作原理南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组EEBRBRCBECNPNVVV CBEPNPVVV 1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用南航金城学院自动化系模电课程组南航金城学院自动化系模电课程组1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用二、二、晶体管内部

50、载流子的运动晶体管内部载流子的运动少数载流少数载流子的运动子的运动基区空穴基区空穴的扩散的扩散 因发射区多子浓度高使大因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与极少数扩散到基区的电子与空穴复合空穴复合因集电区面积大，在外电场因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区电子漂移到集电区 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流I IE E，复合运动形成基极电流，复合运动形成基极电流I IB B，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流I IC