【正文】 判斷晶體管的工作狀態(tài)，并計(jì)算 IB、 IC和 UCE。 根據(jù)外電路和 UBE(on) 計(jì)算IB， 接下來(lái) IC = ?IB， IE = IB + IC。 ? 61 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 61 雙極型晶體管 N? 發(fā)射區(qū) N 集電區(qū) P 基區(qū) 發(fā)射結(jié) (e 結(jié) ) 集電結(jié) (c 結(jié) ) 發(fā)射極 e 集電極 c 基極 b P? 發(fā)射區(qū) P 集電區(qū) N 基區(qū) 發(fā)射結(jié) (e 結(jié) ) 集電結(jié) (c 結(jié) ) 發(fā)射極 e 集電極 c 基極 b b c e b c e NPN型晶體管 PNP型晶體管 晶體管的物理結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)相對(duì)基區(qū)重?fù)诫s；基區(qū)很薄 ， 只有零點(diǎn)幾到數(shù)微米；集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積 。 不妨假設(shè) ui1 ui2， 則 D1導(dǎo)通后 ， uo = ui1， 結(jié)果 D2上加的是反向電壓 ， 處于截止?fàn)顟B(tài)；反之 ， 當(dāng) ui1 ui2時(shí) ， D2導(dǎo)通 ， D1截止 ， uo = ui2；只有當(dāng) ui1 = ui2時(shí) ， D1和 D2才同時(shí)導(dǎo)通 ， uo = ui1 = ui2。 由此得到圖 (c) 所示的 uo波形 。 R E ? ? u i ? ? u o t u i ( V ) 0 ( a ) ( b ) 2 V D 2 5 ? 5 2 .3 t u o ( V ) 0 ( c ) E 2 V D 1 ? 2 .3 2 .3 ? 2 .3 ? 53 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 53 限幅電路的基本用途是控制輸入電壓不超過(guò)允許范圍 ，以保護(hù)后級(jí)電路的安全工作 。 R E ? ? u i ? ? u o t u i ( V ) 0 ( a ) ( b ) 2 V D 5 ? 5 2 .7 t u o ( V ) 0 ( c ) ? 5 2 .7 ? 51 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 51 ［例 ］二極管限幅電路如圖 (a) 所示，其中二極管 D1和D2的導(dǎo)通電壓 UD(on) = V，交流電阻 rD ? 0。如圖所示， uo = ui 2uo1。 uo的正極與 ui的負(fù)極通過(guò) D4相連 ， D3則連接了 uo的負(fù)極與 ui的正極 ， 所以 uo = ui。 ? 42 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 42 二極管應(yīng)用電路舉例 一 、 整流電路 ［例 ］分析圖 (a) 所示的二極管整流電路的工作原理，其中二極管 D的導(dǎo)通電壓 UD(on) = V，交流電阻 rD ? 0。 和普通二極管相比 ， 在結(jié)構(gòu)上不同的是 ，為了便于接受入射光照 ， PN結(jié)面積盡量做的大一些 ， 電極面積盡量小些 ， 而且 PN結(jié)的結(jié)深很淺 ， 一般小于 1微米 。當(dāng)限流電阻 R = 200 ? 時(shí)，求工作電流 IZ 和輸出電壓 UO；當(dāng) R = 11 k? 時(shí)，再求 IZ 和 UO 。 )on(DU CmVdTdU OonD /)( ??? 31 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 31 二極管的近似伏安特性和簡(jiǎn)化電路模型 uD iD UD ( on ) 0 一 般二極管 uD iD UD ( on ) 0 交流電阻為零的二極管 uD iD 0 理想二極管 D1rI II II I II I rD ? 0 UD ( on ) ? 0 rD ? 0 UD ( on ) rD uD ? UD ( on ) uD ? UD ( on ) UD ( on ) uD ? UD ( on ) uD ? UD ( on ) uD ? 0 uD ? 0 I II I II I II ? 32 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 32 【 例 】 電路如圖 (a) 所示，計(jì)算二極管中的電流 ID 。 當(dāng) PN 結(jié)正偏時(shí) ， CD 遠(yuǎn)大于 CT ， 即 Cj ? CD ；反偏的 PN 結(jié)中 ， CT 遠(yuǎn)大于 CD， 則 Cj ? CT 。 PN 結(jié)擊穿時(shí)，只要限制反向電流不要過(guò)大，就可以保護(hù) PN 結(jié)不受損壞。 PN 結(jié)的形成 ? ? ? + + + ? + P 區(qū) N 區(qū) ( a ) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + P 區(qū) N 區(qū) ( b ) 空間電荷區(qū) 內(nèi)建電場(chǎng) 0 UB UB ? ? 圖 PN 結(jié)的形成 ( a ) 多子的擴(kuò)散； ( b ) 空間電荷區(qū)，內(nèi)建電場(chǎng)和內(nèi)建電位差的產(chǎn)生 ? ? ? + + + ? + ? ? ? + + + ? + ? ? ? + + + ? + 多子擴(kuò)散 空間電荷區(qū) ， 內(nèi)建電場(chǎng)和內(nèi)建電位差的產(chǎn)生 少子漂移 動(dòng)態(tài)平衡 ? 20 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 20 空間電荷區(qū)又稱為耗盡區(qū)或勢(shì)壘區(qū) 。 ? 15 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 15 一 、 N 型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)原子 ， 即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體 。 本征激發(fā)：本征半導(dǎo)體受外界能量（熱、電和光等）激發(fā)，同時(shí)產(chǎn)生電子、空穴對(duì)的過(guò)程。 這個(gè)過(guò)程稱為本征激發(fā) 。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨 溫度、光照和摻雜 等因素發(fā)生顯著變化，這些特點(diǎn)使它們成為制作半導(dǎo)體元器件的重要材料。模擬電子電路與技術(shù)基礎(chǔ) 西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院 主講教師：張進(jìn)成 教材： 模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ)（第二版），孫肖子主編，西安電子科技大學(xué)出版社， 2022年 1月 授課順序： 第二篇（半導(dǎo)體器件及集成電路－－原理基礎(chǔ)篇）： 4－ 10章 第一篇（模擬集成電路系統(tǒng)－－應(yīng)用基礎(chǔ)篇）： 1－ 3章 教師聯(lián)系方式： 電子郵件： ： 17532094 電路定義： 把晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元器件及布線連接在一起，實(shí)現(xiàn)一定功能的電子系統(tǒng)。 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體在電阻率上并無(wú)絕對(duì)明確的界限，根本區(qū)別在于 性質(zhì) 上。 本征激發(fā)產(chǎn)生成對(duì)的自由電子和空穴 ， 所以本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴的數(shù)量相等 。 ? 12 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 12 平衡狀態(tài)時(shí) ， 載流子的濃度不再變化 。 N 型半導(dǎo)體中每摻雜一個(gè)雜質(zhì)元素的原子 ， 就提供一個(gè)自由電子 ， 從而大量增加了自由電子的濃度 一一 施主電離 多數(shù)載流子一一自由電子 少數(shù)載流子一一空穴 但半導(dǎo)體仍保持電中性 +4 +4 +4 +4 +5 +4 +4 +4 +4 鍵外電子 施主原子 圖 N 型半導(dǎo)體空間晶格結(jié)構(gòu)的平面示意 熱平衡時(shí) ， 雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度和少子濃度的乘積恒等于本征半導(dǎo)體中載流子濃度 ni 的平方 ， 所以空穴的濃度 pn為 因?yàn)? ni 容易受到溫度的影響發(fā)生顯著變化 ， 所以 pn 也隨環(huán)境的改變明顯變化 。 在摻雜濃度不對(duì)稱的 PN 結(jié)中 ， 耗盡區(qū)在重?fù)诫s一邊延伸較小 ， 而在輕摻雜一邊延伸較大 。 u i 0 － UBR 1 輕摻雜 , 外加反向電壓 耗盡區(qū)較寬 少子漂移被加速 ， 動(dòng)能增大 碰撞 電子 、 空穴對(duì) ( UBR7V ) 2 重?fù)诫s ， 外加反向電壓 耗盡區(qū)很窄 強(qiáng)電場(chǎng) 耗盡區(qū)中性原子的價(jià)電子直接拉出共價(jià)鍵 ， 產(chǎn)生大量電子 、 空穴對(duì) ， 使反向電流急劇增大 。 ? 27 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 27 晶體二極管 PN結(jié)＋電極引線＋封裝 二極管 P N 正極 負(fù)極 結(jié)構(gòu)示意圖 電路符號(hào) 負(fù)極 正極 新： 舊： 負(fù)極 正極 分類： 材料：硅 /鍺 ； 結(jié)構(gòu)：點(diǎn)接觸 /面接觸 功能： 普通二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等 2:二極管 2AP 2CZ… . A: N型鍺材料； B:P型鍺材料； C: N型硅材料 。已知二極管的導(dǎo)通電壓 UD(on) = V，交流電阻 rD 近似為零。 I Z ? ? R L R ? ? D Z I L U O U I ? ? U Z 1 2 V 1 k 解：當(dāng) R ? 200 ? 時(shí) ， 穩(wěn)壓二極管 DZ處于擊穿狀態(tài) )mA(24LZZIZ ????RURUUI)V(6ZO ?? UU)V(1ILLO ??? URRRU當(dāng) R ? 11 k? 時(shí) ， DZ 處于截止?fàn)顟B(tài) ， IZ ? 0 ? 37 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 37 其它二極管簡(jiǎn)介 一 、 變?nèi)荻O管 如前所述 ， PN結(jié)加反向電壓時(shí) ， 結(jié)上呈現(xiàn)勢(shì)壘電容 ， 該電容隨反向電壓增大而減小 。 前級(jí) 后級(jí) 光電二極管符號(hào) ? 39 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 39 其它二極管簡(jiǎn)介 三 、 發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件 。輸入電壓 ui的波形如圖 (b) 所示。 于是可以根據(jù) ui的波形得到 uo的波形 ， 如圖 (b) 所示 ， 傳輸特性則如圖 (c) 所示 。當(dāng) ui 0時(shí)， uo1 = ui， uo = ui；當(dāng) ui 0時(shí)， uo = ui。輸入電壓 ui的波形在圖 (b) 中給出，作出輸出電壓 uo的波形。 設(shè) 二極管的導(dǎo)通電壓 UD(on) = V， 在圖中 ， 當(dāng) V ui V時(shí) ， 二極管 D1和 D2都截止 ， 電阻 R1和 R2中沒(méi)有電流 ， 集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間的電壓為 ui；當(dāng) ui V時(shí) ， D1導(dǎo)通 ， D2截止 ， R D1和 R2構(gòu)成回路 ， 對(duì) ui分壓 ， 集成運(yùn)放輸入端的電壓被限制在 UD(on) = V；當(dāng) ui V時(shí) ， D1截止 ， D2導(dǎo)通 ， R D2和 R2 u i D 1 D 2 R 2 R 1 u o u i A / D 5 V D 1 D 2 R ? ? A E 構(gòu)成回路 ， 對(duì) ui分壓 ， 集成運(yùn)放輸入端的電壓被限制在 UD(on) = V。 u i ( a ) R 1 u o 5 k 圖 4 .3 .1 9 穩(wěn)壓二極管限幅 ? ? A ? U Z t u i (V ) 0 ( b ) 2 ? 2 1 ? 1 t u o (V ) 0 ( c ) 5 ? 5 D Z1 D Z 2 1 k R 2 ? 57 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 57