《電子技術(shù)基礎(chǔ)》PPT課件

第一篇 第5章 6.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識6.3 特 殊 二 極 管6.4 雙 極 型 二 極 管6.5 單 極 型 三 極 管 6.2 半 導(dǎo) 體 二 極 管第1頁 第3頁 第3頁 一般情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。硅 和 鍺的 簡 化原 子 模型 。 這 是 硅 和 鍺 構(gòu) 成 的共 價 鍵 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 晶 體 結(jié) 構(gòu) 中 的共 價 鍵 具 有 很 強 的結(jié) 合 力 ， 在 熱 力 學(xué)零 度 和 沒 有 外 界 能量 激 發(fā) 時 ， 價 電 子沒 有 能 力 掙 脫 共 價鍵 束 縛 ， 這 時 晶 體中 幾 乎 沒 有 自 由 電子 ， 因 此 不 能 導(dǎo) 電第3頁 當(dāng) 半 導(dǎo) 體 的 溫 度 升 高 或 受 到 光 照 等 外 界 因 素 的 影 響 時 ， 某 些 共 價 鍵中 的 價 電 子 因 熱 激 發(fā) 而 獲 得 足 夠 的 能 量 ， 因 而 能 脫 離 共 價 鍵 的 束 縛 成 為， 同 時 在 原 來 的 共 價 鍵 中 留 下 一 個 空 位 ， 稱 為 “ ” ?？?穴 自 由電 子本 征 半 導(dǎo) 體 中 產(chǎn) 生 電 子 空 穴 對 的 現(xiàn) 象 稱 為 顯 然 在 外 電 場 的 作 用 下 ， 半 導(dǎo) 體 中 將 出 現(xiàn) 兩部 分 電 流 ： 一 是 自 由 電 子 作 定 向 運 動 形 成 的， 一 是 仍 被 原 子 核 束 縛 的 價 電 子 （ 不 是 自 由電 子 ） 遞 補 空 穴 形 成 的 。 共 價 鍵 中 失 去 電 子 出 現(xiàn) 空 穴 時 ， 相 鄰 原 子 的 價電 子 比 較 容 易 離 開 它 所 在 的 共 價 鍵 填 補 到 這 個 空穴 中 來 ， 使 該 價 電 子 原 來 所 在 的 共 價 鍵 中 又 出 現(xiàn)一 個 空 穴 ， 這 個 空 穴 又 可 被 相 鄰 原 子 的 價 電 子 填補 ， 再 出 現(xiàn) 空 穴 ， 如 右 圖 所 示 。 在 半 導(dǎo) 體 中 同 時 存 在 和 兩 種參 與 導(dǎo) 電 ， 這 種 導(dǎo) 電 機 理 和 金 屬 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 機 理 具 有本 質(zhì) 上 的 區(qū) 別 。 第3頁 在 純 凈 的 硅 （ 或 鍺 ） 中 摻 入 微 量 的 磷 或 砷 等 五 價 元素 ， 雜 質(zhì) 原 子 就 替 代 了 共 價 鍵 中 某 些 硅 原 子 的 位 置 ， 雜質(zhì) 原 子 的 四 個 價 電 子 與 周 圍 的 硅 原 子 結(jié) 成 共 價 鍵 ， 剩 下的 一 個 價 電 子 處 在 共 價 鍵 之 外 ， 很 容 易 掙 脫 雜 質(zhì) 原 子 的束 縛 被 激 發(fā) 成 自 由 電 子 。 同 時 雜 質(zhì) 原 子 由 于 失 去 一 個 電子 而 變 成 帶 正 電 荷 的 離 子 ， 這 個 正 離 子 固 定 在 晶 體 結(jié) 構(gòu)中 ， 不 能 移 動 ， 所 以 它 不 參 與 導(dǎo) 電 。 雜 質(zhì) 離 子 產(chǎn) 生 的 自 由 電 子 不 是 共 價 鍵 中 的 價 電 子 ，因 此 與 本 征 激 發(fā) 不 同 ， 它 不 會 產(chǎn) 生 空 穴 。 由 于 多 余 的 電 子 是 雜 質(zhì) 原 子 提 供 的 ， 故 將 雜 質(zhì) 原 子稱 為 。 摻 入 五 價 元 素 的 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 ， 其 自 由 電 子 的 濃 度 遠 遠 大 于 空 穴 的 濃 度 ， 因 此 稱為 半 導(dǎo) 體 ， 也 叫 做 半 導(dǎo) 體 。 在 半 導(dǎo) 體 中 ， 載 流 子 （ 簡 稱 多 子 ） ， 載流 子 （ 簡 稱 少 子 ） ； 不 能 移 動 的 。 相 對 金 屬 導(dǎo) 體 而 言 ， 本 征 半 導(dǎo) 體 中 載 流 子 數(shù) 目 極 少 ， 因 此 導(dǎo) 電 能 力 仍 然 很 低 。在 如 果 在 其 中 摻 入 微 量 的 雜 質(zhì) ， 將 使 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 性 能 發(fā) 生 顯 著 變 化 ， 我 們 把 這 些摻 入 雜 質(zhì) 的 半 導(dǎo) 體 稱 為 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 可 以 分 為 兩 大 類 。 第3頁 不 論 是 N型 半 導(dǎo) 體 還 是 P型 半 導(dǎo) 體 ， 雖 然都 有 一 種 載 流 子 占 多 數(shù) ， 但 晶 體 中 帶 電 粒 子 的正 、 負 電 荷 數(shù) 相 等 ， 仍 然 呈 電 中 性 而 不 帶 電 。 在 P型 半 導(dǎo) 體 中 ， 由 于 雜 質(zhì) 原 子 可 以而 成 為 的 負 離 子 ， 故 稱 為。 摻 入 三 價 元 素 的 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 ， 其 空 穴 的 濃度 遠 遠 大 于 自 由 電 子 的 濃 度 ， 因 此 稱 為半 導(dǎo) 體 ， 也 叫 做 半 導(dǎo) 體 。 在 硅 （ 或 鍺 ） 晶 體 中 摻 入 微 量 的 雜 質(zhì) 硼 （ 或 其 他 ） ， 硼 原子 在 取 代 原 晶 體 結(jié) 構(gòu) 中 的 原 子 并 構(gòu) 成 共 價 鍵 時 ， 將 因 缺 少 一 個 價 電 子 而形 成 一 個 空 穴 。 當(dāng) 相 鄰 共 價 鍵 上 的 電 子 受 到 熱 振 動 或 在 其 他 激 發(fā) 條 件 下獲 得 能 量 時 ， 就 有 可 能 填 補 這 個 空 穴 ， 使 硼 原 子 得 電 子 而 成 為 不 能 移 動的 負 離 子 ； 而 原 來 的 硅 原 子 共 價 鍵 則 因 缺 少 一 個 電 子 ， 出 現(xiàn) 一 個 空 穴 。于 是 半 導(dǎo) 體 中 的 空 穴 數(shù) 目 大 量 增 加 。 空 穴 成 為 多 數(shù) 載 流 子 ， 而 自 由 電 子則 成 為 少 數(shù) 載 流 子 。 第3頁 正 負 空 間 電 荷 在 交 界 面 兩 側(cè) 形 成 一 個 由 N區(qū) 指 向 P區(qū) 的 電 場 ， 稱 為 內(nèi) 電 場 ， 它 對多 數(shù) 載 流 子 的 擴 散 運 動 起 阻 擋 作 用 ， 所 以 空 間 電 荷 區(qū) 又 稱 為 阻 擋 層 。 同 時 ， 內(nèi) 電 場 對少 數(shù) 載 流 子 起 推 動 作 用 ， 把 少 數(shù) 載 流 子 在 內(nèi) 電 場 作 用 下 有 規(guī) 則 的 運 動 稱 為 。 P型 和 N型 半 導(dǎo) 體 并 不 能 直 接 用 來 制 造 半 導(dǎo) 體 器 件 。 通 常 是 在 N型 或P型 半 導(dǎo) 體 的 局 部 再 摻 入 濃 度 較 大 的 三 價 或 五 價 雜 質(zhì) ， 使 其 變 為 P型 或 N型 半 導(dǎo) 體 ， 在 P型 和 N型 半 導(dǎo) 體 的 交 界 面 就 會 形 成 PN結(jié) 。 。 左 圖 所 示 的 是 一 塊 晶 片 ， 兩 邊 分 別 形 成 P型 和 N型 半 導(dǎo) 體 。 為 便 于 理 解 ， 圖 中 P區(qū) 僅畫 出 空 穴 （ 多 數(shù) 載 流 子 ） 和 得 到 一 個 電 子 的三 價 雜 質(zhì) 負 離 子 ， N區(qū) 僅 畫 出 自 由 電 子 （ 多數(shù) 載 流 子 ） 和 失 去 一 個 電 子 的 五 價 雜 質(zhì) 正 離子 。 根 據(jù) 擴 散 原 理 ， 空 穴 要 從 濃 度 高 的 P區(qū)向 N區(qū) 擴 散 ， 自 由 電 子 要 從 濃 度 高 的 N區(qū) 向 P區(qū) 擴 散 ， 并 在 交 界 面 發(fā) 生 復(fù) 合 (耗 盡 ） ， 形成 載 流 子 極 少 的 正 負 空 間 電 荷 區(qū) 如 圖 中 間 區(qū)域 ， 這 就 是 ， 又 叫 。 第3頁 空 間 電 荷 區(qū) PN結(jié) 中 的 擴 散 和 漂 移 是 相 互 聯(lián) 系 ， 又 是 相 互 矛 盾 的 。 在 一 定 條件 （ 例 如 溫 度 一 定 ） 下 ， 多 數(shù) 載 流 子 的 擴 散 運 動 逐 漸 減 弱 ， 而 少 數(shù) 載流 子 的 漂 移 運 動 則 逐 漸 增 強 ， 最 后 兩 者 達 到 動 態(tài) 平 衡 ， 空 間 電 荷 區(qū) 的寬 度 基 本 穩(wěn) 定 下 來 ， PN結(jié) 就 處 于 相 對 穩(wěn) 定 的 狀 態(tài) 。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根 據(jù) 擴 散 原 理 ， 空 穴 要 從 濃 度 高 的 P區(qū) 向 N區(qū) 擴 散 ， 自 由 電 子 要 從 濃 度高 的 N區(qū) 向 P區(qū) 擴 散 ， 并 在 交 界 面 發(fā) 生 復(fù) 合 (耗 盡 ） ， 形 成 載 流 子 極 少 的 正負 空 間 電 荷 區(qū) （ 如 上 圖 所 示 ） ， 也 就 是 ， 又 叫 。 P區(qū) N區(qū)空 間 電 荷 區(qū)第3頁 少 子漂 移 擴 散 與 漂 移 達 到 動 態(tài) 平 衡形 成 一 定 寬 度 的 PN結(jié) P 區(qū) N 區(qū) 載 流 子 的 擴 散 運 動 多 子擴 散 形 成 空 間 電 荷 區(qū)產(chǎn) 生 內(nèi) 電 場 P 區(qū) 空 間 電 荷 區(qū) N 區(qū) PN 結(jié) 及 其 內(nèi) 電 場 內(nèi) 電 場 方 向 第3頁 擴 散 運 動 和 漂 移 運 動 相 互 聯(lián) 系 又 相 互 矛 盾 ， 同 時 對 多 數(shù) 載 流 子 的 繼 續(xù) 擴散 阻 力 增 大 ， 但 使 少 數(shù) 載 流 子 漂 移 增 強 ；， 又 促 使 多 子 的 擴 散 容 易 進 行 。繼 續(xù) 討 論 當(dāng) 漂 移 運 動 達 到 和 擴 散 運 動 相 等 時 ， PN結(jié) 便 處 于 狀 態(tài) 。 可以 想 象 ， 在 平 衡 狀 態(tài) 下 ， 電 子 從 N區(qū) 到 P區(qū) 擴 散 電 流 必 然 等 于 從 P區(qū) 到 N區(qū) 的 漂 移 電 流 ， 同 樣 ， 空 穴 的 擴 散 電 流 和 漂 移 電 流 也 必 然 相 等 。 即。 由 于 空 間 電 荷 區(qū) 內(nèi) ， 多 數(shù) 載 流 子 或 已 擴 散 到 對 方 ， 或 被 對 方 擴 散 過 來的 多 數(shù) 載 流 子 復(fù) 合 掉 了 ， 即 多 數(shù) 載 流 子 被 耗 盡 了 ， 所 以 空 間 電 荷 區(qū) 又 稱 為。 擴 散 作 用 越 強 ， 耗 盡 層 越 寬 。 第3頁 空 間 電 荷 區(qū) 變 窄 R 內(nèi) 電 場 外 電 場 P N I 正 向 US 第3頁 E R 內(nèi) 電 場 外 電 場 空 間 電 荷 區(qū)變 寬 P N IR 第3頁 討 論 題 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 機 理 與 金 屬 導(dǎo)體 的 導(dǎo) 電 機 理 有 本 質(zhì) 的 區(qū) 別 ： 金屬 導(dǎo) 體 中 只 有 一 種 載 流 子 自 由電 子 參 與 導(dǎo) 電 ， 半 導(dǎo) 體 中 有 兩 種載 流 子 自 由 電 子 和 空 穴 參 與 導(dǎo)電 ， 而 且 這 兩 種 載 流 子 的 濃 度 可以 通 過 在 純 凈 半 導(dǎo) 體 中 加 入 少 量的 有 用 雜 質(zhì) 加 以 控 制 。半 導(dǎo) 體 導(dǎo) 電 機 理和 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 機理 有 什 么 區(qū) 別 ？ 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 中 的 多 子 和 少 子性 質(zhì) 取 決 于 雜 質(zhì) 的 外 層 價 電 子 。若 摻 雜 的 是 五 價 元 素 ， 則 由 于 多電 子 形 成 N型 半 導(dǎo) 體 ： 多 子 是 電子 ， 少 子 是 空 穴 ； 如 果 摻 入 的 是 三 價 元 素 ， 就 會 由 于 少 電 子 而 構(gòu)成 P型 半 導(dǎo) 體 。 P型 半 導(dǎo) 體 的 共價 鍵 結(jié) 構(gòu) 中 空 穴 多 于 電 子 ， 且 這些 空 穴 很 容 易 讓 附 近 的 價 電 子 跳過 來 填 補 ， 因 此 價 電 子 填 補 空 穴的 空 穴 運 動 是 主 要 形 式 ， 所 以 多子 是 空 穴 ， 少 子 是 電 子 。雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 中 的 多 數(shù) 載 流子 和 少 數(shù) 載 流 子 是 怎 樣 產(chǎn)生 的 ？ 為 什 么 P型 半 導(dǎo) 體中 的 空 穴 多 于 電 子 ？ N型 半 導(dǎo) 體 中 具 有 多 數(shù) 載 流 子 電 子 ， 同 時還 有 與 電 子 數(shù) 量 相 同 的 正 離 子 及 由 本 征 激發(fā) 的 電 子 空 穴 對 ， 因 此 整 塊 半 導(dǎo) 體 中 正負 電 荷 數(shù) 量 相 等 ， 呈 電 中 性 而 不 帶 電 。N型 半 導(dǎo) 體 中 的 多 數(shù) 載流 子 是 電 子 ， 能 否 認(rèn) 為這 種 半 導(dǎo) 體 就 是 帶 負 電的 ？ 為 什 么 ？ 空 間 電 荷 區(qū) 的 電 阻率 為 什 么 很 高 ？ 何 謂 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo)電 性 ？第3頁 2. 半 導(dǎo) 體 在 熱 （ 或 光 照 等 ） 作 用 下 產(chǎn) 生 電 子 、 空 穴 對 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為本 征 激 發(fā) ； 電 子 、 空 穴 對 不 斷 激 發(fā) 產(chǎn) 生 的 同 時 ， 運 動 中 的 電 子 又 會 “ 跳 進” 另 一 個 空 穴 ， 重 新 被 共 價 鍵 束 縛 起 來 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 復(fù) 合 ， 即 復(fù) 合 中 電子 空 穴 對 被 “ 吃 掉 ” 。 。 1. 半 導(dǎo) 體 中 的 少 子 雖 然 濃 度 很 低 ， 但 少 子 對 溫 度 非常 敏 感 ， 即 。 而 多 子因 濃 度 基 本 上 等 于 雜 質(zhì) 原 子 的 濃 度 ， 所 以 基 本 上 不 受 溫度 影 響 。 4. PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 是 指 ： 3. 空 間 電 荷 區(qū) 的 電 阻 率 很 高 ， 是 指 它 的 內(nèi) 電 場 總 是 阻 礙 多 數(shù) 載 流 子 （ 電流 ） 的 擴 散 運 動 作 用 ， 由 于 這 種 阻 礙 作 用 ， 使 得 擴 散 電 流 難 以 通 過 ， 也 就是 說 ， 。第3頁 一 個 PN結(jié) 加 上 相 應(yīng) 的 電 極 引 線 并 用 管 殼 封 裝 起 來 ， 就 構(gòu) 成 了半 導(dǎo) 體 二 極 管 ， 簡 稱 二 極 管 ， 接 在 P型 半 導(dǎo) 體 一 側(cè) 的 引 出 線 稱 為 陽極 ； 接 在 N型 半 導(dǎo) 體 一 側(cè) 的 引 出 線 稱 為 陰 極 。 半 導(dǎo) 體 二 極 管 按 其 結(jié) 構(gòu) 不 同 可 分 為 和 兩 類 。 點 接 觸 型 二 極 管 。 主 要 應(yīng) 用 于 小 電 流 的 整流 和 高 頻 時 的 檢 波 、 混 頻 及 脈 沖 數(shù) 字 電 路 中 的 開 關(guān) 元 件 等 。 面 接 觸 型 二 極 管 PN結(jié) 面 積 大 ， 因 而 能 通 過 較 大 的 電 流 ， 但 其 結(jié)電 容 也 小 ， 只 適 用 于 較 低 頻 率 下 的 整 流 電 路 中 。 第3頁 陽 極 陰 極 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /m A 0 正 向 特 性 反 向 特 性 死 區(qū)電 壓 二 極 管 外 加 正 向 電 壓 較 小 時 ， 外電 場 不 足 以 克 服 內(nèi) 電 場 對 多 子 擴 散的 阻 力 ， PN結(jié) 仍 處 于 截 止 狀 態(tài) 。 反 向 電 壓 大 于 擊 穿 電 壓 時 ， 反 向 電 流 急 劇 增 加 。 正 向 電 壓 大 于 死 區(qū) 電 壓 后 ， 正向 電 流 隨 著 正 向 電 壓 增 大 迅 速 上升 。 通 常 死 區(qū) 電 壓 硅 管 約 為 0.5V， 鍺 管 約 為 0.2V。外 加 反 向 電 壓 時 ， PN結(jié) 處 于 截 止 狀 態(tài) ， 反 向 電 流 很 小 ； 導(dǎo) 通 后 二 極 管 的 正 向 壓 降 變 化 不 大 ， 硅 管 約 為 0.6 0.8V， 鍺 管 約 為 0.2 0.3V。 溫 度 上 升 ， 死 區(qū) 電壓 和 正 向 壓 降 均 相 應(yīng) 降 低 。 第3頁 普 通 二 極 管 被 擊 穿 后 ， 由 于 反 向 電 流 很 大 ， 一 般 都 會 造成 “ 熱 擊 穿 ” ， ， 這 兩 種 擊穿 不 會 從 根 本 上 損 壞 二 極 管 ， 而。 1） 最 大 整 流 電 流 IDM： 指 管 子 長 期 運 行 時 ， 允 許 通 過 的 最 大 正 向 平 均 電 流 。2） 最 高 反 向 工 作 電 壓 URM： 二 極 管 運 行 時 允 許 承 受 的 最 高 反 向 電 壓 。3） 反 向 電 流 IR： 指 管 子 未 擊 穿 時 的 反 向 電 流 ， 其 值 越 小 ， 則 管 子 的 單 向 導(dǎo) 電性 越 好 。 二 極 管 應(yīng) 用 范 圍 很 廣 ， 主 要 是 利 用 它 的 單 向 導(dǎo) 電 性 ， 常 用 于 整 流 、 檢波 、 限 幅 、 元 件 保 護 以 及 在 數(shù) 字 電 路 中 用 作 開 關(guān) 元 件 等 。 DTru1 RLu2 UL 二 極 管 半 波 整 流 電路 u u DA U F二 極 管 鉗 位 電 路R uOui D1 D2二 極 管 限 幅 電 路第3頁 反 向 電 壓 增 加 到 一 定 大 小 時 ， 通 過 二 極 管 的 反 向 電 流 劇增 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 二 極 管 的 。 反 向 擊 穿 電 壓 一 般 在 幾 十 伏 以 上 （ 高 反 壓 管 可 達 幾 千 伏 ） 。 反 向 擊穿 現(xiàn) 象 分 有 雪 崩 擊 穿 和 齊 納 擊 穿 兩 種 類 型 。 PN結(jié) 反 向 電 壓 增 加 時 ， 空 間 電 荷 區(qū) 內(nèi) 電 場 增 強 。 通 過 空 間電 荷 區(qū) 的 電 子 和 空 穴 ， 在 內(nèi) 電 場 作 用 下 獲 得 較 大 能 量 ， 它 們 運 動 時 不 斷 地 與晶 體 中 其 它 原 子 發(fā) 生 碰 撞 ， 通 過 碰 撞 使 其 它 共 價 鍵 產(chǎn) 生 本 征 激 發(fā) 又 出 現(xiàn) 電子 空 穴 對 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 碰 撞 電 離 。 新 產(chǎn) 生 的 電 子 空 穴 對 與 原 有 的 電 子和 空 穴 一 樣 ， 在 電 場 作 用 下 ， 也 向 相 反 的 方 向 運 動 ， 重 新 獲 得 能 量 ， 再 通 過碰 撞 其 它 原 子 ， 又 產(chǎn) 生 電 子 空 穴 對 ， 從 而 。 當(dāng) 反 向電 壓 增 大 到 某 一 數(shù) 值 ， 載 流 子 的 倍 增 情 況 就 像 在 陡 峻 的 山 坡 上 積 雪 發(fā) 生 雪 崩一 樣 ， 突 然 使 反 向 電 流 急 劇 增 大 ， 發(fā) 生 二 極 管 的 。 在 加 有 較 高 的 反 向 電 壓 下 ， PN結(jié) 空 間 電 荷 區(qū) 中 存 一 個 強 電場 ， 它 能 夠 破 壞 共 價 鍵 將 束 縛 電 子 分 離 出 來 造 成 電 子 空 穴 對 ， 形 成 較 大 的反 向 電 流 。 發(fā) 生 齊 納 擊 穿 需 要 的 電 場 強 度 約 為 2 10V/cm， 這 只 有 在 雜 質(zhì) 濃 度 特 別 大 的 PN結(jié) 中 才 能 達 到 ， 因 為 雜 質(zhì) 濃 度 大 ， 空 間 電 荷 區(qū) 內(nèi) 電 荷 密 度 也大 ， 因 而 空 間 電 荷 區(qū) 很 窄 ， 電 場 強 度 可 能 很 高 ， 致 使 PN結(jié) 產(chǎn) 生 。 第3頁 穩(wěn) 壓 二 極 管 是 一 種 特 殊 的 面 接 觸 型 二 極 管 ， 其 實 物 圖 、 圖 符 號 及 伏安 特 性 如 圖 所 示 ： 當(dāng) 反 向 電 壓 加 到 某 一 數(shù) 值 時 ， 反向 電 流 劇 增 ， 管 子 進 入 反 向 擊 穿 區(qū) 。圖 中 UZ穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 定 電 壓 值 。 穩(wěn) 壓 管 實 物 圖 由 圖 可 見 ， 穩(wěn) 壓 管 特 性 和 普 通 二極 管 類 似 ， 但 其 反 向 擊 穿 是 可 逆 的 ，不 會 發(fā) 生 “ 熱 擊 穿 ” ， 而 且 其 反 向 擊穿 后 的 特 性 曲 線 比 較 陡 直 ， 即 反 向 電壓 基 本 不 隨 反 向 電 流 變 化 而 變 化 ， 這就 是 穩(wěn) 壓 二 極 管 的 穩(wěn) 壓 特 性 。 陽 極 陰 極穩(wěn) 壓 管 圖 符 號 電 流 增 量 I 很 大 ， 只 會 引 起 很 小 的 電 壓 變 化 U。曲 線 愈 陡 ， 動 態(tài) 電 阻 rz= U/ I愈 小 ， 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 壓 性 能 愈 好 。 一 般 地 說 ， UZ為 8V左 右 的 穩(wěn) 壓 管 的 動 態(tài) 電 阻 較 小 ， 低 于 這 個 電 壓 時 ， rz隨 齊 納 電 壓 的 下 降迅 速 增 加 ， 使 低 壓 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 壓 性 能 變 差 。 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 定 電 壓 U Z， 低 的 為 3V， 高 的 可 達 300V， 穩(wěn) 壓 二 極 管 在 工 作 時的 正 向 壓 降 約 為 0.6V。 I/m A40302010-5-10-15 -20 （ A）正 向0 0.4 0.8 12 8 4反 向 UZ IZ U/V第3頁 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 中 一 般 都 要 加 限流 電 阻 R， 使 穩(wěn) 壓 管 電 流 工 作 在 Izmax和 Izmix的 范 圍 內(nèi) 。 穩(wěn) 壓 管 在 應(yīng) 用 中 要采 取 適 當(dāng) 的 措 施 限 制 通 過 管 子 的 電 流值 ， 以 保 證 管 子 不 會 造 成 熱 擊 穿 。 穩(wěn) 壓 管 的 主 要 參 數(shù) ：（ 1） 穩(wěn) 定 電 壓 UZ： 反 向 擊 穿 后 穩(wěn) 定 工 作 的 電 壓 。（ 2） 穩(wěn) 定 電 流 IZ： 工 作 電 壓 等 于 穩(wěn) 定 電 壓 時 的 電 流 。（ 3） 動 態(tài) 電 阻 rZ： 穩(wěn) 定 工 作 范 圍 內(nèi) ， 管 子 兩 端 電 壓 的 變 化 量 與 相 應(yīng) 電 流 的變 化 量 之 比 。 即 ： rZ=UZ/IZ（ 4） 耗 散 功 率 P ZM和 最 大 穩(wěn) 定 電 流 IZM。 額 定 耗 散 功 率 PZM是 在 穩(wěn) 壓 管 允 許結(jié) 溫 下 的 最 大 功 率 損 耗 。 IZM是 指 穩(wěn) 壓 管 允 許 通 過 的 最 大 電 流 。 二 者 關(guān) 系可 寫 為 ： PZM=UZIZM 回 顧 二 極 管 的 反 向 擊 穿 時 特 性 ： 當(dāng) 反向 電 壓 超 過 擊 穿 電 壓 時 ， 流 過 管 子 的 電 流會 急 劇 增 加 。 擊 穿 并 不 意 味 著 管 子 一 定 要 損 壞 ， 如果 我 們 采 取 適 當(dāng) 的 措 施 限 制 通 過 管 子 的 電流 ， 就 能 保 證 管 子 不 因 過 熱 而 燒 壞 。 在 反 向 擊 穿 狀 態(tài) 下 ， 讓 流 過 管 子 的 電流 在 一 定 的 范 圍 內(nèi) 變 化 ， 這 時 管 子 兩 端 電壓 變 化 很 小 ， 利 用 這 一 點 可 以 達 到 “ 穩(wěn) 壓 ”的 效 果 。穩(wěn) 壓 管 是 怎么 實 現(xiàn) 穩(wěn) 壓作 用 的 ？ 第3頁 單 個 發(fā) 光 二 極 管 實 物發(fā) 光 二 極 管 圖 符 號 發(fā) 光 二 極 管 是 一 種 能 把 電 能 直 接 轉(zhuǎn) 換 成 光 能 的 固 體 發(fā) 光元 件 。 發(fā) 光 二 極 管 和 普 通 二 極 管 一 樣 ， 管 芯 由 PN結(jié) 構(gòu) 成 ， 具有 單 向 導(dǎo) 電 性 。 左 圖 所 示 為 發(fā) 光 二 極 管 的 實 物 圖 和 圖 符 號 。 發(fā) 光 二 極 管 是 一 種 功 率 控 制 器 件 ， 常 用 來 作 為 數(shù) 字 電 路 的數(shù) 碼 及 圖 形 顯 示 的 七 段 式 或 陣 列 式 器 件 ； 單 個 發(fā) 光 二 極 管 常作 為 電 子 設(shè) 備 通 斷 指 示 燈 或 快 速 光 源 以 及 光 電 耦 合 器 中 的 發(fā)光 元 件 等 。 光 電 二 極 管 也 和 普 通 二 極 管 一 樣 ， 管 芯 由 PN結(jié) 構(gòu) 成 ， 具有 單 向 導(dǎo) 電 性 。 光 電 二 極 管 的 管 殼 上 有 一 個 能 射 入 光 線 的 “窗 口 ” ， 這 個 窗 口 用 有 機 玻 璃 透 鏡 進 行 封 閉 ， 入 射 光 通 過 透鏡 正 好 射 在 管 芯 上 。利 用 穩(wěn) 壓 管 的 正向 壓 降 ， 是 否 也可 以 穩(wěn) 壓 ？ 利 用 穩(wěn) 壓 管 的 正 向 壓 降 是 不 能 進 行 穩(wěn) 壓 的 。 因 為 穩(wěn) 壓 管 的 正 向 特 性 與 普 通 二 極 管 相 同 ， 正向 電 阻 非 常 小 ， 工 作 在 正 向 導(dǎo) 通 區(qū) 時 ， 正 向 電 壓 一般 為 0.6V左 右 ， 此 電 壓 數(shù) 值 一 般 變 化 不 大 。第3頁 雙 極 型 晶 體 管 是 由 兩 個 背 靠 背 、 互 有 影 響 的 PN結(jié) 構(gòu) 成 的 。 在 工 作 過程 中 兩 種 載 流 子 都 參 與 導(dǎo) 電 ， 所 以 全 名 稱 為 雙 極 結(jié) 型 晶 體 管 。 雙 極 結(jié) 型 晶 體 管 有 三 個 引 出 電 極 ， 人 們 習(xí) 慣 上 又 稱 它 為 晶 體 三 極 管 或簡 稱 晶 體 管 。 晶 體 管 的 種 類 很 多 ,按 照 頻 率 分 ， 有 高 頻 管 、 低 頻 管 ； 按 照 功 率 分 ，有 小 、 中 、 大 功 率 管 ； 按 照 半 導(dǎo) 體 材 料 分 ， 有 硅 管 、 鍺 管 等 等 。 但 是 從 它的 外 形 來 看 ， 晶 體 管 都 有 三 個 電 極 ， 常 見 的 晶 體 管 外 形 如 圖 所 示 ： 第3頁 由 兩 塊 N型 半 導(dǎo) 體 中 間 夾 著 一 塊 P型 半 導(dǎo) 體 的 管 子 稱 為 NPN管 。 還有 一 種 與 它 成 對 偶 形 式 的 ， 即 兩 塊 P型 半 導(dǎo) 體 中 間 夾 著 一 塊 N型 半 導(dǎo) 體的 管 子 ， 稱 為 PNP管 。 晶 體 管 制 造 工 藝 上 的 特 點 是 ：， 這 樣 的 結(jié) 構(gòu) 才 能 保 證 晶體 管 具 有 電 流 放 大 作 用 。 基 極發(fā) 射 極集 電 極 晶 體 管 有 兩 個 結(jié)晶 體 管 有 三 個 區(qū)晶 體 管 有 三 個 電 極 第6章 三 極 管 是 一 種 具 有 電 流 放 大 作用 的 模 擬 器 件 。 A mAmAICIB IEUBB UCCRB 3DG6NPN型 晶 體 管 電 流 放 大 的 實 驗 電 路RCCEB 左 圖 所 示 為 驗 證 三 極 管 電 流 放 大作 用 的 實 驗 電 路 ， 這 種 電 路 接 法 稱 為共 射 電 路 。 其 中 ， 直 流 電 壓 源 UCC應(yīng) 大于 UBB， 從 而 使 電 路 滿 足 放 大 的 外 部 條件 ： 發(fā) 射 結(jié) 正 向 偏 置 ， 集 電 極 反 向 偏置 。 改 變 可 調(diào) 電 阻 RB， 基 極 電 流 IB，集 電 極 電 流 IC和 發(fā) 射 極 電 流 IE都 會 發(fā) 生變 化 ， 由 測 量 結(jié) 果 可 得 出 以 下 結(jié) 論 ： a） 發(fā) 射 區(qū) 雜 質(zhì) 濃 度 基 區(qū) 集 電 區(qū) ； b） 基 區(qū) 很 薄 。發(fā) 射 結(jié) 正 偏 ， 集 電 結(jié) 反 偏 。1. IE IB IC （ 符 合 KCL定 律 ）2. IC IB， 為 管 子 的 流 放 大 系 數(shù) ，用 來 表 征 三 極 管 的 電 流 放 大 能 力 ：3. IC IB BCI I第6章 N IC IE IB R B UBB UCC RC N P 由 于 發(fā) 射 結(jié) 處 于 正 向 偏 置 ， 發(fā) 射 區(qū) 的 多數(shù) 載 流 子 自 由 電 子 將 不 斷 擴 散 到 基 區(qū) ， 并 不斷 從 電 源 補 充 進 電 子 ， 形 成 發(fā) 射 極 電 流 IE。 由 于 基 區(qū) 很 薄 ， 其 多 數(shù) 載 流 子 空 穴 濃 度很 低 ， 所 以 從 發(fā) 射 極 擴 散 過 來 的 電 子 只 有 很少 一 部 分 和 基 區(qū) 空 穴 復(fù) 合 ， 剩 下 的 絕 大 部 分都 能 擴 散 到 集 電 結(jié) 邊 緣 。I C比 IB大 數(shù) 十 至 數(shù) 百 倍 ， 因 而 IB雖 然 很 小 ， 但 對 IC有 控 制 作 用 ， IC隨 IB的 改 變 而 改 變 ， 即 基 極 電 流 較 小 的 變 化 可 以 引 起 集 電 極 電 流 較 大 的 變 化 ，表 明 基 極 電 流 對 集 電 極 電 流 具 有 小 量 控 制 大 量 的 作 用 ， 這 就 是 三 極 管 的。 由 于 集 電 結(jié) 反 向 偏 置 ， 可 將 從 發(fā) 射 區(qū) 擴 散 到 基 區(qū) 并 到 達 集 電 區(qū) 邊 緣 的 電 子拉 入 集 電 區(qū) ， 從 而 形 成 較 大 的 集 電 極 電 流 IC。第6章 IC IB RB UBB UCC RC V V A m A + UCE + UBE 0.4 0.8 UBE /V 40 30 20 10 IB /m A 0 UCE 1V 測 量 三 極 管 特 性 的 實 驗 電 路 三 極 管 的 輸 入 特 性 曲 線 1 輸 入 特 性 曲 線 晶 體 管 的 輸 入 特 性 與 二 極 管 類 似死 區(qū) 電 壓 UCE 1V， 原 因 是 b、 e間 加 正 向 電 壓 。 這 時 集 電 極 的 電 位 比 基 極 高 ， 集 電 結(jié) 為 反 向偏 置 ， 發(fā) 射 區(qū) 注 入 基 區(qū) 的 電 子 絕 大 部 分 擴 散 到 集 電 結(jié) ， 只 有 一 小 部 分 與 基 區(qū) 中 的 空 穴復(fù) 合 ， 形 成 IB。 與 UCE=0V時 相 比 ， 在 UBE相 同 的 條 件 下 ， IB要 小 的 多 。 從 圖 中 可 以 看 出 ， 導(dǎo) 通 電 壓約 為 0.5V。 嚴(yán) 格 地 說 ， 當(dāng) UCE逐 漸 增 加 時 ， IB逐 漸 減 小 ， 曲 線 逐 漸 向 右 移 。 這 是 因 為UCE增 加 時 ， 集 電 結(jié) 的 耗 盡 層 變 寬 ， 減 小 了 基 區(qū) 的 有 效 寬 度 ， 不 利 于 空 穴 的 復(fù) 合 ， 所 以IB減 小 。 不 過 UCE超 過 1V以 后 再 增 加 ， IC增 加 很 少 ， 因 為 IB的 變 化 量 也 很 小 ， 通 常 可 以忽 略 UCE變 化 對 IB的 影 響 ， 認(rèn) 為 UCE 1V時 的 曲 線 都 重 合 在 一 起 。第6章 4 3 2 1 IB=0 0 3 6 9 12 UCE /V 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 飽 和 區(qū) 截 止 區(qū) 放 大 區(qū) IC /m A （ 1） 放 大 區(qū) ： 發(fā) 射 極 正 向 偏 置 ， 集 電 結(jié) 反 向 偏 置（ 2） 截 止 區(qū) ： 發(fā) 射 結(jié) 反 向 偏 置 ， 集 電 結(jié) 反 向 偏 置 （ 3） 飽 和 區(qū) ： 發(fā) 射 結(jié) 正 向 偏 置 ， 集 電 結(jié) 正 向 偏 置2 輸 出 特 性 曲 線 BC ii 0 0 CB ii ；iB0， uBE0， uCEuBE BC ii 第6章 1、 電 流 放 大 倍 數(shù) ： iC= iB2、 極 間 反 向 電 流 iCBO、 iCEO： iCEO=（ 1+ ） iCBO3、 極 限 參 數(shù) （ 1） 集 電 極 最 大 允 許 電 流 ICM： 下 降 到 額 定 值 的2/3時 所 允 許 的 最 大 集 電 極 電 流 。 （ 2） 反 向 擊 穿 電 壓 U（ BR） CEO： 基 極 開 路 時 ， 集 電 極、 發(fā) 射 極 間 的 最 大 允 許 電 壓 ： 基 極 開 路 時 、 集 電 極 與發(fā) 射 極 之 間 的 最 大 允 許 電 壓 。 為 保 證 晶 體 管 安 全 工 作， 一 般 應(yīng) 取 ： （ 3） 集 電 極 最 大 允 許 功 耗 P CM ： 晶 體 管 的 參 數(shù) 不 超過 允 許 值 時 ， 集 電 極 所 消 耗 的 最 大 功 率 。 (BR)CEOCC )3221( UU 第6章 學(xué) 習(xí) 與 探 討 晶 體 管 的 發(fā) 射 極 和 集 電 極 是不 能 互 換 使 用 的 。 因 為 發(fā) 射 區(qū) 的摻 雜 質(zhì) 濃 度 很 高 ， 集 電 區(qū) 的 摻 雜質(zhì) 濃 度 較 低 ， 這 樣 才 使 得 發(fā) 射 極電 流 等 于 基 極 電 流 和 集 電 極 電 流之 和 ， 如 果 互 換 作 用 顯 然 不 行 。晶 體 管 的 發(fā) 射 極和 集 電 極 能 否 互換 使 用 ？ 為 什 么 ? 晶 體 管 在 輸 出 特 性 曲 線 的 飽和 區(qū) 工 作 時 ， UCEUT時 ， 隨 著 UG S的 增 大 ， 導(dǎo) 電 溝 道 逐 漸 變 寬 ， 溝 道 電 阻 漸 小 ， 漏 極電 流 ID漸 大 。 這 種 漏 極 電 流 ID隨 柵 極 電 位 UG S的 變 化 而 變 化 的 關(guān) 系 ， 稱 為MOS管 的 。 P襯 底 應(yīng) 接 低 電 位 ， N襯 底 應(yīng) 接 高 電 位 ； 當(dāng) 源 極 電 位 很 高 或 很 低 時 ， 應(yīng) 與 襯 底 相 連通 常 漏 極 和 源 極 可 以 互 換 ， 若 出 廠 時 源 極 和 襯 底 相 連 ， 應(yīng) 注 意 漏 、 源 極 則 不 能 對 調(diào) MOS管 的 柵 源 電 壓 不 能 接 反 ， 但 可 在 開 路 狀 態(tài) 下 保 存 。 MOS管 的 襯 底 應(yīng) 與 電 路 中 最 低 電 位 相 連 。 應(yīng) 特 別 注 意 ： MOS在 不 使 用 時 柵 極 不 能 懸 空 ， 務(wù) 必 將 各 電 極 短 接 ！ 焊 接 MOS管 時 ， 應(yīng) 斷 電 后 再 焊 。第6章 n 場 效 應(yīng) 管 的 源 極 S、 柵 極 G、 漏 極 D分 別 對 應(yīng) 于 晶 體 管 的 發(fā) 射 極 e、 基 極 b、集 電 極 c， 它 們 的 作 用 相 似 。 n 場 效 應(yīng) 管 是 電 壓 控 制 電 流 器 件 ， 場 效 應(yīng) 管 柵 極 基 本 上 不 取 電 流 ， 而 晶 體 管工 作 時 基 極 總 要 取 一 定 的 電 流 。 所 以 在 只 允 許 從 信 號 源 取 極 小 量 電 流 的 情況 下 ， 應(yīng) 該 選 用 場 效 應(yīng) 管 ； 而 在 允 許 取 一 定 量 電 流 時 ， 選 用 晶 體 管 進 行 放大 可 以 得 到 比 場 效 應(yīng) 管 較 高 的 電 壓 放 大 倍 數(shù) 。n 場 效 應(yīng) 管 是 多 子 導(dǎo) 電 ， 而 晶 體 管 則 是 既 利 用 多 子 ， 又 利 用 少 子 。 由 于 少 子的 濃 度 易 受 溫 度 、 輻 射 等 外 界 條 件 的 影 響 ， 因 而 場 效 應(yīng) 管 比 晶 體 管 的 溫 度穩(wěn) 定 性 好 、 抗 輻 射 能 力 強 。 在 環(huán) 境 條 件 （ 溫 度 等 ） 變 化 比 較 劇 烈 的 情 況 下 ，選 用 場 效 應(yīng) 管 比 較 合 適 。 n 場 效 應(yīng) 管 的 源 極 和 襯 底 通 常 是 連 在 一 起 時 ， 源 極 和 漏 極 可 以 互 換 使 用 ， 耗盡 型 絕 緣 柵 型 管 的 柵 極 電 壓 可 正 可 負 ， 靈 活 性 比 晶 體 管 強 ； 而 晶 體 管 的 集電 極 與 發(fā) 射 極 互 換 使 用 時 ， 其 特 性 差 異 很 大 ， 值 將 減 小 很 多 。n 與 雙 極 型 晶 體 管 相 比 ， 場 效 應(yīng) 管 的 噪 聲 系 數(shù) 較 小 ， 所 以 在 低 噪 聲 放 大 器 的前 級 通 常 選 用 場 效 應(yīng) 管 ， 也 可 以 選 特 制 的 低 噪 聲 晶 體 管 。 但 總 的 來 說 ， 當(dāng)信 噪 比 是 主 要 矛 盾 時 ， 還 應(yīng) 選 用 場 效 應(yīng) 管 。n 場 效 應(yīng) 管 和 晶 體 管 都 可 以 用 于 放 大 或 可 控 開 關(guān) ， 但 場 效 應(yīng) 管 還 可 以 作 為 壓控 電 阻 使 用 ， 而 且 制 造 工 藝 便 于 集 成 化 ， 具 有 耗 電 少 ， 熱 穩(wěn) 定 性 好 ， 工 作電 源 電 壓 范 圍 寬 等 優(yōu) 點 ， 因 此 在 電 子 設(shè) 備 中 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 。第6章 1. 雙 極 型 三 極 管 和 單 極 型 三 極 管 的 導(dǎo) 電 機 理 有 什 么 不 同 ？ 為 什 么 稱 晶 體 管 為 電 流 控 件 而 稱 MOS管 為 電 壓 控 件 ？ 2. 當(dāng) UG S為 何 值 時 ， 增 強 型 N溝 道 MOS管 導(dǎo) 通 ？ 3. 在 使 用 MOS管 時 ， 為 什 么 柵 極 不 能 懸 空 ？ 4. 晶 體 管 和 MOS管 的 輸 入 電 阻 有 何 不 同 ？ 雙 極 型 三 極 管 有 多 子 和 少 子兩 種 載 流 子 同 時 參 與 導(dǎo) 電 ；單 極 型 三 極 管 只 有 多 子 參 與導(dǎo) 電 。晶 體 管 的 輸 出 電 流 IC受 基 極電 流 IB的 控 制 而 變 化 ， 因 此稱 之 為 電 流 控 件 ； MOS管 的輸 出 電 流 ID受 柵 極 電 位 UG S的 控 制 而 變 化 ， 所 以 稱 為 電壓 控 件 。當(dāng) U G S=UT時 ， 增 強 型 N溝 道MOS管 開 始 導(dǎo) 通 ， 隨 著 UG S的 增 加 ， 溝 道 加 寬 ， ID增 大。由 于 二 氧 化 硅 層 的原 因 ， 使 MOS管 具有 很 高 的 輸 入 電 阻。 在 外 界 電 壓 影 響下 ， 柵 極 易 產(chǎn) 生 相當(dāng) 高 的 感 應(yīng) 電 壓 ，造 成 管 子 擊 穿 ， 所以 MOS管 在 不 使 用時 應(yīng) 避 免 柵 極 懸 空， 務(wù) 必 將 各 電 極 短接 。 晶 體 管 的 輸 入 電 阻rbe一 般 在 幾 百 歐 千 歐 左 右 ， 相 對 較低 ； 而 MOS管 的 輸入 電 阻 極 高 ， 一 般認(rèn) 為 柵 極 電 流 通 不過 為 零 。第6章