电工电子技术基础第6章半导体器件、集成运放及应用

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1、第6章半导体器件、集成运放及应用内容提要1.半导体器件及其应用；2.集成运算放大器及其应用；1.本征半导体6.1半导体的基础知识一、半导体的基础知识纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。常用半导体材料是硅和锗。第6章半导体器件、集成运放及应用（1）本征半导体的原子结构第6章半导体器件、集成运放及应用（2）本征半导体的导电载流子：电子移动时是负电荷的移动，空穴移动时是正电荷的移动，电子和空穴都能运载电荷，所以它们都称为载流子。自由电子：当受到外界能量（热、光等）激发时，有些价电子能够挣脱共价键的束缚而成为自由电子，电子带负电。空穴：在

2、共价键上留的空位，空穴带正电。电子—空穴对：在本征半导体中，自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对。第6章半导体器件、集成运放及应用第6章半导体器件、集成运放及应用（3）本征半导体的导电特性热敏性、光敏性、掺杂性在本征半导体中掺入微量的杂质元素，会使其导电性能发生显著变化，成为杂质半导体。杂质半导体分为N型半导体和P型半导体。2.掺杂半导体（1）N型半导体N型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入少量的5价元素（如磷）而形成的。杂质原子提供的多余的电子5价杂质正离子第6章半导体器件、集成运放及应用（2）P型半导体P型半导体是在本征半导

3、体硅（或锗）中掺入少量的3价元素（如铝）而形成的。杂质原子提供的多余的空穴3价杂质原子第6章半导体器件、集成运放及应用1.PN结的形成二、PN结的形成及特性在同一块半导体基片上，通过不同的掺杂工艺制成P型半导体和N型半导体，在它们的交界面处会形成特殊物理层，称为PN结。2.PN结的单向导电性（1)PN结的正向偏置--导通电源正极接P区，电源负极接N区，称PN结为正向偏置。第6章半导体器件、集成运放及应用（2）PN型的反向偏置---截止电源正极接N区，电源负极接P区,称PN结反向偏置。第6章半导体器件、集成运放及应用1.半导体二极管的结构

4、6.2半导体二极管及其应用一、半导体二极管半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的第6章半导体器件、集成运放及应用2.半导体二极管的伏安特性伏安特性：半导体二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与二极管端电压之间的关系，伏安特性可以用曲线来表示。（1）半导体二极管的正向特性OA段：称为“死区”硅管死区电压：0.5V锗管死区电压：0.1VAB段：称为正向导通区硅导通电压：0.7V锗导通电压：0.1V第6章半导体器件、集成运放及应用（2）半导体二极管的反向特性OC段：称为反向截止区CD段：称为反向击穿区二极管两端加上反向

5、电压时,二极管等效为非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压的变化而变化。反向击穿：二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。UBR反向击穿电压。第6章半导体器件、集成运放及应用3.半导体二极管的主要参数（1）最大整流电流IF（2）最大反向工作电压URM最大整流电流IF是指二极管长期工作时,允许通过的最大正向平均电流。使用时正向平均电流不能超过此值,否则会烧坏二极管。最大反向工作电压URM是指二极管正常工作时,所承受的最高反向电压（峰值）。通常手册上给出的最大反向工作电压是击穿电压的一半左右。第6章半导体器

6、件、集成运放及应用（3）反向饱和电流IR（4）最高工作频率fM反向饱和电流IR是指在规定的反向电压和室温下所测得的反向电流值。其值越小,表明管子的单向导电性能越好。最高工作频率fM：是指二极管正常工作时的上限频率值。超过此值，由于PN结的结电容的作用，二极管的单向导电性变差。第6章半导体器件、集成运放及应用4.半导体二极管的识别与简单测试（1）二极管的极性判别（2）性能测试将指针式万用表置为R×100或R×1k挡，红、黑表笔分别接二极管两个引脚，可测得一个阻值，再将红、黑表笔对调，又测得另一个阻值，若两次测量的阻值相差很大，则表明二极管

7、是好的。在测得阻值小的那一次中，与黑表笔相连的管脚为二极管的阳极，与红表笔相连的管脚为二极管的阴极。正向电阻越小，反向电阻越大，二极管的性能越好。第6章半导体器件、集成运放及应用5.二极管应用电路（1）限幅电路半导体二极管应用十分广泛，利用其单向导电特性，可实现整流、限幅、钳位、保护、开关等功能。下面介绍两种基本应用电路。限幅电路：限制输出信号幅度的电路叫限幅电路。在电子电路中，为了降低信号的幅度以满足电路工作的需要，或者为了保护某些器件不受过高的信号电压作用而损坏，常采用限幅电路。第6章半导体器件、集成运放及应用①限幅电路②工作原理U

8、S=＋3V交流输入电压ui和直流电源US同时作用于二极管V上，当ui的幅值高于3V时，V导通，uO=3V（忽略二极管正向压降）当ui的幅值小于3V时，V截止，uO=ui。设输入电压ui=5sinωtV限流电