汽车电工电子技术基础 教学课件 作者 万捷 第5章.ppt

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1、第5章半导体器件及应用5.1半导体基础知识5.2二极管5.3三极管5.4三极管基本放大电路5.5其他半导体器件5.6集成运算放大器第5章半导体器件及应用理解半导体的导电特性，PN结的概念及特性；掌握二极管的单向导电性、检测方法及在汽车电子电路中的典型应用；掌握三极管的伏安特性及管脚的识别，了解其构成的各类放大电路的特点及在汽车中的应用；了解其他特种半导体器件的特点及在汽车中的应用。掌握集成运放电路的分析方法，了解其在汽车中应用。本章要求:5.1半导体基础知识5.1.1半导体半导体：介于导体和绝缘体之间的物质。如硅、锗、硒

2、等掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。总目录上页章目录下页返回1.本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。本征硅的晶体结构图共价健+4+4+4+4价电子本征硅的结构平面图共有价电子所形成的束缚作用称为共价键总目录上页章目录下页返回+4+4+4+4

3、价电子空穴自由电子共价键中的少量价电子在温度升高或受光照后，会获得足够的动能，将挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发。在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子移动过来填补，而在该原子中出现一个空穴。如此继续下去，形成了空穴运动。总目录上页章目录下页返回当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流：电子电流和空穴电流自由电子和空穴都称为载流子。本征半导体中有两种载流子（自由电子和空穴）同时参与导电，这是本征半导体区别于金属导体的一个重要特性，

4、此特性称为它的导电机理。注意：在常温下，本征半导体中载流子很少，其导电性能很差。为了提高其导电性能，通常将其制成杂质半导体。总目录上页章目录下页返回2.杂质半导体在本征半导体中掺入微量的有用杂质形成的半导体。（1）P型半导体掺入三价元素+4+4+4+4空穴+3硼原子接受一个电子变为负离子空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，也称为空穴型半导体。自由电子空穴对总目录上页章目录下页返回+4+4+4+4+5多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子自由电子导电成为这种半

5、导体的主要导电方式，称为电子型半导体。掺入五价元素自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。（2）N型半导体自由电子空穴对总目录上页章目录下页返回综上所述，无论是P型还是N型半导体，其中多数载流子都是掺入杂质造成的，尽管杂质含量微乎其微，却能使其导电性能大大改善。而它们的少数载流子，都是由于热激发产生的。虽然少子浓度很低，但对温度非常敏感，其浓度随温度的升高而增大，因此温度是影响半导体性能的一个重要因素。由于杂质半导体具有良好的导电性，在实际中常用来生成PN结。PN结具有单一型半导体（P型或N型）所不具备的新特性，利用此特

6、性制造出了各种半导体器件，推动了电子技术的发展。总目录上页章目录下页返回5.1.2PN结P型半导体N型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－空穴自由电子负离子正离子PN结自由电子空穴在杂质半导体P和N的结合面附近存在着的特殊薄层称为PN结。在PN结中空穴和自由电子都基本上耗尽了，故PN结又称为耗尽层，耗尽层中有一个内电场，方向如上图所示。内电场总目录上页章目录下页返回1.PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场IFPN结处于导通状态内电场P

7、N－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。总目录上页章目录下页返回2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+P接负、N接正总目录上页章目录下页返回PN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRP接负、N接正–+PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－

8、－－－－－++++++－－－PN结正向导通、反向截止的特性称为其单向导电性总目录上页章目录下页返回3.PN结的结电容PN结的结构类似平板电容器相当于导体相当于导体相当于介质相当于介质相当于存储电荷结电容数值很小，在低频电路中，相当于开路，不用考虑其影响，但在高频电路中，容抗很小，对PN结的电流有影响，必须加以考虑。P