晶体管及其应用电路

《晶体管及其应用电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第6章晶体管及其应用电路引入半导体器件是电子线路的基础，它是我们必须首先学习的内容。各种半导体器件的原理，是以半导体的特性特别是PN结的特性为基础的。半导体二极管和晶体管是电子电路中最常用的半导体器件，也是构成集成电路的基本单元。它们的基本结构、工作原理、特性和参数是学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础。本章首先简单介绍半导体的特点，分析PN结的形成；然后分别介绍二极管和晶体管，从电子电路的应用出发，重点讨论这两种元件的原理、特性和主要参数。在此基础上，学习由这两种元器件所构成的直流稳压电源、基本放大电路、集成运算放大电路等知识。6.1PN结6.1.1二极管及其应用1.

2、半导体1)本征半导体半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物等都是半导体。本征半导体——纯净的半导体，其导电性能较差。如果在本征半导体中掺入微量的某种杂质后，它的导电能力就可大大增加，为什么呢？因为物质的导电能力决定于物质内部运载电荷的粒子——载流子的数量和运动速度。为什么本征半导体内的载流子数量和速度十分有限呢？以硅为例来分析说明。SiSiSiSiSiSiSiSiSi图6.2硅单晶的共价健结构图6.1硅原子结构简化模型178硅是四价元素，它的原子最外层有四个价电子，如图6.1所示。提纯后的本征硅其原子结构排列成晶体状。每个

3、原子的价电子与相邻原子的价电子形成共价键结构，如图6.2所示。这样每个硅原子的最外层就有了八个电子，处于稳定结构。本征硅在绝对零度，又无光照或电磁场等外界影响时，价电子摆脱不了共价键的束缚，不能成为自由电子，这时本征硅内没有载流子，它相当于绝缘体。但是共价键中电子不象在绝缘体中的价电子被束缚得那样紧，在获得一定能量(温度增高或受光照)后，即可挣脱原子核的束缚(电子受到激发)，成为自由电子，成为电子载流子。在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子的同时，共价键中就留下一个空位，称为空穴载流子可见在本征半导体中，有自由电子和空穴两种载流子，且两者所带电量相等，电性相反；在本征硅中，每

4、产生一个自由电子，必然会出现一个空穴即自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空穴对。因此，在任何时侯，本征半导体中的自由电子和空穴的数量相等。在本征半导体中，价电子受激摆脱共价键的束缚而产生电子空穴对；而自由电子在运动中，又会遇到空穴，并与空穴相结合而消失，这一过程称为复合。载流子的产生和复合总在不断地进行，在一定的温度下达到动态平衡。从而使半导体的电子空穴对保持一定的数量。温度上升，热运动加剧，电子空穴对增多，半导体的导电能力增强。两种载流子均可在半导体中自由运动，在外电场的作用下同时参与导电，这是半导体导电的一个重要特性。2)杂质半导体掺杂后的半导体，称为杂质半导体。按

5、所掺杂质的不同性质，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两类。(1)N型半导体在本征半导体硅中掺入微量的五价元素，如磷，就形成了N型半导体。磷原子与硅原子组成共价键结构，由于磷原子的数量比硅原子少得多，因此，整个晶体结构基本不变，只是某些位置的硅原子被磷原子取代。又因为磷是五价元素，它用四个价电子与相邻四个硅原子组成共价键后，还多余一个电子，这个电子仅受磷原子的吸引，不受共价键的束缚，它只要获得很少的能量，就能摆脱束缚而成为自由电子。在室温下，这些电子几乎全部被激发为自由电子。因此，自由电子的数量大为增加，因此这种杂质半导体主要靠自由电子导电，故称为电子型半导体，简称N型半

6、导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。(2)P型半导体在本征半导体硅中掺入微量的三价元素，如硼，就形成了P型半导体。178硼原子与硅原子组成共价键结构，由于硼原子的数量比硅原子少得多，因此，整个晶体结构基本不变，只是某些位置的硅原子被硼原子取代。又因为硼是三价元素，当它与相邻的四个硅原子结合而形成共价键后，因缺少一个电子而提供一个空位。相邻硅原子的价电子很容易来填充这个空位，从而产生一个空穴。在室温下，几乎全部硼原子的空位都被填充，产生与硼原子数量相等的空穴。因此硅晶体掺硼后产生大量的空穴，这种杂质半导体主要靠空穴导电，故称为空穴型半导体或P型半导体

7、。在P型半导体中自由电子是少数载流子，而空穴是多数载流子。无论是P型半导体还是N型半导体，虽然两种载流子的数量相差很大，但整个晶体仍为电中性，即掺杂半导体仍不带电。3)PN结(1)PN结P型或N型半导体的导电能力虽然大大增强，但并不能直接用来制造半导体器件。通常是在一块晶片上，采取一定的掺杂工艺措施，在两边分别形成P型半导体和N型半导体，在它们的交界面附近就会形成一个具有独特的物理性质的PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。PN结如此之重要，那么它是怎样形成的，有何特性？(2)PN结的形成将P型半导体和N型半导