1、14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体 1、导体导体:很容易导电，如金属很容易导电，如金属 2、绝缘体：绝缘体：几乎不导电，如橡皮、陶瓷、塑几乎不导电，如橡皮、陶瓷、塑料。料。3、半导体：半导体：导电能力处于导体和绝缘体之导电能力处于导体和绝缘体之间，如间，如硅、硅、锗、砷化镓等。锗、砷化镓等。322/105cm个个铜铜的的载载流流子子密密度度：310/105.1cm个个硅硅的的载载流流子子密密度度：绝绝缘缘体体的的载载流流子子密密度度：近近似似等等于于零零一种物质的导电性能取决于它的一种物质的导电性能取决于它的载流子载流子密度密度（浓度）。（浓度
2、）。所以，半导体的导电能力所以，半导体的导电能力本征半导体的载流子浓度本征半导体的载流子浓度1010。2、自由电子浓度自由电子浓度空穴浓度，空穴浓度，N型半导体显电中性。型半导体显电中性。多数载流子多数载流子（多子多子）自由电子自由电子 少数载流子少数载流子（少子少子）空穴。空穴。3、同样温度下，杂质半导体和本征半导体的热激发效果是否一样？同样温度下，杂质半导体和本征半导体的热激发效果是否一样？空穴浓度哪个更大？空穴浓度哪个更大？Si Si Si Si+3硼原子硼原子空穴空穴练习与思考14.1 电子导电与空穴导电的关系 粒子运动方向相反；形成的电流方向却相同；自由电子【-】；空穴【+】N型半导
3、体的载流子来源 多子：自由电子（由掺杂质和热激发产生）少子：空穴（由热激发产生）同温度下，N型半导体和本征半导体，哪一个的空穴浓度低？为什么？N型半导体。大量自由电子的存在，抑制了空穴的产生。练习与思考14.1 判断题：空穴电流是自由电子递补空位产生的 价电子定向价电子定向递补空位而产生的 判断题：N型半导体中，自由电子数空穴数，所以，N型半导体带负电。多出的自由电子与带正电的磷离子互相一对一的中和电性，所以，N型半导体不带电不带电初始时刻稳定时刻多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结+多子扩散，自由电子和空穴互
4、相中和，只剩下带电离子，多子扩散，自由电子和空穴互相中和，只剩下带电离子，形成空间电荷区，产生内电场。形成空间电荷区，产生内电场。PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+IR+结论：PN结具有单向导电特性 单向导电性：P+N。阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D（截止区与击穿区的分界线）（截止区与击穿区的分界线）反向击穿电压反向击穿电压U(BR)反向截止区反向截止区反向饱和电流小且恒定反向饱和电流小且恒定UIPN+PN+反向击穿区反向击穿区击穿电流大击穿电流大串串R R来限流来限流练习与思考14.3 为什么会有死区电压 削
5、弱PN结（阻挡层）需要一定的能量 硅管、锗管的死区电压值、导通电压值 硅管：0.5V 0.7V 锗管：0.1V 0.3V练习与思考14.3 判断题：反向电流IR与反向电压UR无关 反向电压反向击穿电压UBR时，反向电流IR猛然增大，因为半导体中发生雪崩击穿与齐纳击穿，使得载流子数量急剧增大 判断题：反向饱和电流IBS随温度升高而增大 构成反向饱和电流的少子数量会随温度升高而增多（热激发）反向截止区与反向击穿区的分界线。反向截止区与反向击穿区的分界线。的二极管电路分析的二极管电路分析:分析关键：分析关键：判断二极管的状态判断二极管的状态导通还是截止？导通还是截止？理想二极管：理想二极管：假定二极
6、管断开：假定二极管断开：则则Vp=ui；Vn=5 ui5时时D通；通；uo=ui（保留波形（保留波形ui）；ud=0uR=ui-5;ui5;则则uo=5（画水平线）（画水平线）2）D通通;ui5;则则uo=ui（保留输入波形）（保留输入波形）第第2小问：小问：VA=6,VB=5.8时的电路状况？时的电路状况？假定假定DA/DB均断开，则两管同时处均断开，则两管同时处正向电压，但正向电压，但DA的正向压降更大，所以，的正向压降更大，所以，DA优先导通。优先导通。过渡状态过渡状态1：DA通通DB断断VO=6*0.9=5.4由于电阻存在，由于电阻存在，DB并没有因动作慢而被阻断，并没有因动作慢而被阻
7、断，仍承受正向电压，仍承受正向电压，DB也导通。也导通。所以，最终稳定状态：所以，最终稳定状态：DA通通DB通通节点电压法求节点电压法求VO=（6+5.8）/(1+1+1/9)=5.5914.3.5假定假定D断开，则二极管承受压降为：断开，则二极管承受压降为：uD=E+e=10+30sinwt（原始输入波形）（原始输入波形）若若u=10+30sinwt 0，正向偏置正向偏置D导通导通,u D=0（波形被砍，代以（波形被砍，代以0轴轴线）线）_+UZIZ UZ IZUIOIZminIZmax热击穿反向击穿区（电击穿）反向截止区ZZ ZIUr练习与思考14.4 判断题：动态电阻rz越小，稳压管质量
8、越好 电压变化量0，稳压管两端电压保持不变。判断题：稳压二极管可获得0.7V的稳定电压 稳压管由硅材料做成，利用其正向压降，可获得0.7V的稳定电压。2.5.1 稳压二极管稳压二极管3.稳压电路稳压电路+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常稳压时正常稳压时 VO=VZIZmin IZ IZmaxend I t VZ t O I t VZ t O I t VZ t O 反向击穿区，UDZ=UZ反向截止区，UDZ=VI正向导通区，UDZ=0.7V11RUEIZR22RUIZR21RRZIIIUO=5.5+0.5=6VUO=0.5+0.5=1VUO=8.5+5.5=14VUO=5.5VUO=8.
9、5VUO=0.5VUO=5.5-0.5=5VUO=5.5-0.5=5VUO=5.5-8.5=-3VUO=5.5V(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCENNPBCEPPNB两个二极管串联可形成三极管？集电极C和发射极E可互相调换？EEBRBRC所以：NPN管为 PNP管为所以：NPN管为 PNP管为根据三极管的各管脚电位判断三极管类型及管脚类型：根据三极管的各管脚电位判断三极管类型及管脚类型：1）处放大状态的三极管，电位居中的管脚为基极）处放大状态的三极管，电位居中的管脚为基极B2）与基极）与基极B电位相近的管脚为发射极电位相近的管脚为发射极E若电位相差
10、值为若电位相差值为0.7,则为硅管则为硅管若电位相差值为若电位相差值为0.3，则为锗管，则为锗管NPN管；管；PNP管管3）剩余的最后一个管脚为集电极）剩余的最后一个管脚为集电极C实验电路实验电路 mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100符合基尔霍夫电流定律符合基尔霍夫电流定律KCL/(a)NPN 型晶体管；型晶体管；电流方向和发射结与集电结的极性电流方向和发射结与集电结的极性(b)PNP 型晶体管型晶体管+UBE ICIEIB CT E B +UCE +UBE IBIEIC CT EB +UCE BECNNPEBRBECIEIBEICEICIBBECNNP
11、EBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOCEOCBO)(1II 即管子电压与管子电流的关系曲线即管子电压与管子电流的关系曲线I=f(U)I=f(U)，是管子内部载流子运动的是管子内部载流子运动的外部宏观表现外部宏观表现，反映了晶体管的性能。反映了晶体管的性能。重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路mA AVVICECIBRB+UBE+UCE EBCEB3DG100常常数数 CE)(BEBUUfI3
12、DG100晶体管的晶体管的输入特性曲线输入特性曲线O0.40.8IB/AUBE/VUCE1V60402080常常数数 B)(CECIUfI 共发射极电路共发射极电路ICEC=UCCIBRB+UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=03DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线 在不同的在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管下，可得出不同的曲线，所以晶体管的的输出特性曲线输出特性曲线是一组曲线。是一组曲线。常常数数 B)(CECIUfI 晶体管有三种工作状态，因而晶体管有三种工作
13、状态，因而输出特性曲线输出特性曲线分为分为三个工作区三个工作区3DG100晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0以以NPN 管为例：管为例：VC VB VEVB居中。居中。IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0截止区：截止区：独有独有 UBE 0（NPN为例）。为例）。集电结反偏集电结反偏,发射结反偏发射结反偏,此时此时,IC 0。IB=0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。I
14、B=0 时时,IC=ICEO(很小很小)。(ICEONPN 管管：VB VE 且VB VE 且VB VC VB最大最大晶体管三种工作状态：晶体管三种工作状态：(a)放大放大（模拟电子）（模拟电子）+UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止（数字电子）（数字电子）IC 0 IB=0+UCE UCC UBC 0 IB+UCE 0 UBC 0+CCCCRUI 饱和状态：饱和状态：UCE 0，发射极，发射极E与集电极与集电极C之间如同一之间如同一个个闭合的闸刀闭合的闸刀，电阻很小，电阻很小;截止状态：截止状态：IC 0，发射极，发射极E与集电极与集电极C之间如同一之间如同一个个断开的闸
15、刀断开的闸刀，电阻很大，电阻很大;放大状态则介于两者之间。放大状态则介于两者之间。1020;0.30.310.7(),BEBEBCCESCSCCBSCBBBBBBSBBSNPNUUIIUVIUIRUIRIIII判断三极管状态：电位法和排除法排除法（以型为例）：），管子处截止区），则需进一步分析临界状态既有放大特性又有饱和特性临界基极电流实际基极电流输入回路方程若则处饱和区；若则处放大区。BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+CEOCBO)(1II AICEOIB=0+练习与思考14.5 判断题：晶体管的发
16、射极E与集电极C可互相调换 发射区掺杂浓度最大；集电区掺杂浓度居次，而体积最大。构造不同，不能互换。判断题：晶体管在饱和区和放大区工作时，其电流放大系数一样。饱和区的更低，放大性能受到破坏。晶体管具有电流放大作用，需要什么条件？内部条件：基区薄且掺杂少复合机会少，IB小而IC大，有较大的；发射区掺杂多能输出更大的IE；集电区体积大便于收集穿越过来的多子。外部条件：发射结JE正偏，集电结JC反偏便于发射区的多子顺利通过这两个PN结，到达集电区。练习与思考14.5 有两个晶体管。A管：=50，ICBO=0.5uA；B管：=150，ICBO=2uA；哪个晶体管更好？晶体管质量的评价参数：穿透电流ICEO=(1+)ICBO；A管的ICEO小，所以，A管好。判断题：晶体管的IB=10uA,IC=1mA,则其电流放大系数=100。只有当晶体管处放大区时，=IC/IB=100 第32页起：14.3.6 14.3.8 14.4.3 14.5.8 14.5.9
