电工电子技术--基本教程 教学课件 作者 殷瑞祥 罗昭智 第5章.ppt

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1、第五章晶体管电路基础5.1半导体的基础知识5.1.1半导体二极管半导体的导电特性半导体的导电性介于导体和绝缘体之间。如硅和锗。导体的导电性能具有的特点：（1）导电能力受温度和光照的影响大，即具有热敏性和光敏性。（2）导电能力可通过掺入微量杂质而提高几十万乃至几百万倍纯净的半导体以共价键的形式形成晶体结构，即每个原子最外层的四个电子分别和相邻的四个原子所共有，这样使每个原子都处于较为稳定的状态共价键中的价电子在温度升高或受到光照获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子。同时在共价键中留下一个空位，称为空穴。失去电子即有空穴的原子是带正电的。自由电子和空穴都称为载流子。

2、载流子数目就越多，导电性能会越好。在硅（或锗）中掺入硼：硼原子最外层只有三个电子，所以硼原子（B）在与周围四个硅原子（Si）组成共价键时，就缺少一个价电子而出现一个空穴。称为空穴半导体或P型半导体多数载流子：空穴少数载流子：自由电子在硅（或锗）中掺入磷：因磷原子最外层有五个电子，则在与相邻硅原子组成共价键时，就多一个价电子，原子核对这个电子的束缚很弱，所以常温下就可以成为自由电子。称电子半导体，也叫N型半导体多数载流子：自由电子少数载流子：空穴PN结的形成在一块半导体晶片上，采用一定工艺，在其两边分别形成P型和N型半导体，则在交界面就形成PN结。空间电荷区中多数载流子已扩散复

3、合掉了的，所以PN结又称耗尽区或称阻挡层。PN结的单向导电性（1）PN结外加正向电压外加电场与内电场方向相反，内电场受到削弱，相当于空间电荷区变窄，扩散与漂移运动的平衡被打破，多数载流子的扩散运动增强，形成了较大的扩散电流（正向电流），即这时PN结呈现出较低的电阻，又称导通状态。即外加电压正端接P区，负端接N区（2）PN结外加反向电压即外加电压正端接N区，负端接P区外电场与内电场方向相同，内电场受到增强，空间电荷区变宽。扩散更难进行，少数载流子的漂移运动加强。由于少数载流子的数量很少，反向电流不大，即PN结呈现出很高的电阻，又称截止状态。即PN结外加正向电压时PN结导通，正向

4、电流较大；外加反向电压时PN结截止，反向电流很小。结论PN结具有单向导电性半导体二极管的基本结构将PN结加上两个电极引线和管壳封装起来，就成为一个半导体二极管。从P区引出的端称为阳极（正极），从N区引出的端称为阴极（负极）。电路符号点接触型多为锗管，其PN结面积小，不能通过大电流，但高频性能好。面接触型多为硅管，其PN结面积大，能通过大电流，一般用作整流。半导体二极管的伏安特性曲线（1）正向特性外加正向电压很小，不足以克服PN结内电场时，正向电流几乎为零，这一段称为“死区”。正向电压超过一定数值后，内电场被克服，二极管导通，电流随电压增大而迅速上升。锗管的死区电压约为0.2V

5、，硅管约0.5V。锗管的导通压降约为0.3V，硅管约0.7V（2）反向特性外加反向电压不超过一定范围时，反向电流很小，二极管处于截止状态。当外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为击穿。使二极管产生击穿的反向电压称为反向击穿电压U(BR)注意：二极管被击穿时，失去单向导电性。若发生击穿后，二极管电流急剧增大引起过热，则原来的性能就不能再恢复、二极管就损坏了。二极管的主要参数（1）最大整流电流IOM二极管长时间使用时所允许流过的最大正向平均电流。电流超过此值时，会使管子过热而导致损坏。（2）反向工作峰值电压URWM保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电

6、压一般URWM取反向击穿电压U(BR)的一半或三分之二（3）反向电流IR二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流此值越小，单向导电性越好。锗管的反向电流比硅管大。温度增高，反向电流变大。二极管的电路模型（1）理想二极管电路模型把二极管看成是一个由其端电压控制的自动开关，并忽略二极管的死区电压、正向电压、反向电流等，即当时，二极管截止，相当于开关断开，并且漏电流为零。当时，二极管导通，相当于开关闭合，并且开关电压为零。（2）考虑正向电压的二极管电路模型（3）考虑正向伏安特性曲线斜率的电路模型动态电阻稳压二极管稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管符号稳压管的击穿电压比普通二极管

7、低得多（几到几十伏），且反向击穿的特性曲线比较陡。伏安特性因其反向击穿特性比较陡，当电流在很大范围内变动时，其两端电压几乎不变，即具有稳压作用。稳压管正常工作于反向击穿区稳压管的主要参数1.稳定电压UZ稳压管在正常工作情况下两端的电压，即稳压管的反向击穿电压。2.稳定电流IZ和最大稳定电流IZMIZ是稳压管在反向击穿区工作时能保持较好稳压性能的最小电流参考值，电流低于IZ时稳压性能将变差。稳压管的反向电流不能超过最大稳定电流IZM，否则将烧坏。稳压管正常工作时其电流应为IZ～IZM。3.最大允许耗散功率