【正文】 面 接觸型二極管 PN結面積大 ， 結電容也小 ， 允許通過電流大 ， 多用在低頻整流 、 檢波等電路中 。 半導體二極管按其結構不同可分為 點 接觸型和 面 接觸型兩類 。 22 一個 PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來 ，就構成了半導體二極管 ， 簡稱二極管 。 1． PN結的形成 PN結及其單向導電性 19 P 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū)PN 結及其內(nèi)電場內(nèi)電場方向＋＋＋＋＋＋＋＋＋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 少子漂移 促使 阻止 擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的 PN結 20 ?① 外加正向電壓（也叫 正向偏置 ） ?外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動， N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)， P區(qū)空穴不斷擴散到 N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱 PN結處于低阻 導通 狀態(tài)。在半導體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為 擴散運動 。 18 ?半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。 摻入的雜質元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。 空穴 稱為多數(shù)載流子（多子）， 自由電子 稱為少數(shù)載流子（少子）。 +4 +4 +4 +4 +5 多余電子 磷原子 摻入五價元素 在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮? 失去一個電子變?yōu)檎x子 15 （ 2） P型半導體 在純凈半導體硅或鍺 （ 4價 ） 中摻入 硼 、 鋁 等 3價元素 ， 由于這類元素的原子最外層只有 3個價電子 ， 故在構成的共價鍵結構中 ， 由于缺少價電子而形成大量空穴， 這類摻雜后的 半導體其導電作用主要靠空穴運動 ， 稱為空穴半導體或 P型半導體 ， 其中空穴為多數(shù)載流子 ，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子 。 （ 1） N型半導體 自由電子 多數(shù)載流子（簡稱多子） 空 穴 少數(shù)載流子（簡稱少子） N 型半導體 摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度，達到動態(tài)平衡。 本征半導體中有兩種載流子：帶負電荷的自由電子和帶正電荷的空穴，這是半導體與導體在 導電原理上的本質區(qū)別。 12 （ 與自由電子的運動不同 ） 有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉移到鄰近共價鍵中（這是一種相對運動），新的空穴又會被鄰近的價電子填補。 +4 +4 +4 +4 11 +4 +4 +4 +4 自由電子 空穴 束縛電子 在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為 自由電子 （帶負電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴 （帶正電） 。這是半導體的一個重要特征。兩個相鄰原子共用一對電子。每個原子周圍有四個相鄰的原子，每個原子的一個外層價電子與另一原子的外層價電子組成電子對，原子之間的這種電子對為兩原子共有，稱為 共價鍵結構。 在電子技術中，將空穴看成帶正電荷的載流子 。 硅和鍺的晶體結構 9 室溫下，由于熱運動少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為 自由電子 ，同時在共價鍵中留下一個空位，這個空位稱為 空穴 。 熱敏性： 當環(huán)境溫度升高時，導電能力明顯増強。 光敏性： 當受到光照時，其導電能力明顯變化。 物質導電性能的差異決定于 物質內(nèi)部原子結構及原子與原子之間的結合方式。 半導體 ： 導電性能介于導體和絕緣體之間的物質，如硅 (Si)、 鍺 (Ge)、 金屬氧化物等。 半導體的導電特征 導體： 很容易導電的物體，如金、銀、銅、鐵等。常用的半導體器件有二極管、三極管、場效應晶體管、集成塊等。我們在分析計算時一般都以理想條件為前提，已經(jīng)考慮了各項近似因素。對電路進行整體考慮時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數(shù)值。工程上允許一定的誤差。 學會用工程觀點分析問題，就是根據(jù)實際情況，對器件的數(shù)學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。 3 半導體二極管 及整流電路 特殊二極管 及穩(wěn)壓電路 雙極型三極管 場效應晶體管 晶體管 的識別與簡易測試 第 1章 半導體器件 4 第 1章 半導體器件 學習要點 二極管的工作原理、伏安特性、主要參數(shù)和整流電路 雙極型三極管的放大作用、輸入和輸出特性曲線及主要參數(shù) 場效應管的放大作用、輸入和輸出特性曲線及主要參數(shù) 晶體二極管、三極管的識別與簡單測試 5 對于元器件，重點放在特性、技術指標和正確使用方法上面，了解其內(nèi)部機理。 前面四章主要介紹常用半導體器件、放大電路、集成運算放大器和穩(wěn)壓電源電路，是研究 低頻 范圍內(nèi)的 在時間和空間上都連續(xù)的 模擬信號的基本技術理論。1 電 子 技 術 半導體器件及整流電路 2 電子技術包含模擬電子技術基礎和數(shù)字電子技術基礎兩部分內(nèi)容，模擬電子技術主要研究模擬電子信號的相關課目，數(shù)字電子技術主要研究數(shù)字電子信號的相關課目。是理工科（非電專業(yè)）學生必修的一門基礎理論課。后面章節(jié)著重介紹邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路等，研究 在時、空上不連續(xù)的、斷續(xù)的 數(shù)字信號的基本技術理論。討論器件的目的在于應用。 器件是非線性的，特性有分散性， R， C的值有誤差。采用合理估算的方法。但分析計算時另當別論。 6 半導體二極管及整流電路 半導體器件是用半導體材料制成的電子器件。半導體器件是構成各種電子電路最基本的元件。 絕緣體： 不容易導電或者完全不導電的物體，如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等。硅和鍺是 4價元素，原子的最外層軌道上有 4個價電子 。 7 半導體的特性： (可制成溫度敏感元件，如熱敏電阻 ) 摻雜性： 往純凈的半導體中摻入某些雜質，使其導電能力明顯改變。 (可制成各種光敏元件，如光敏電阻、 光敏二極管、光敏三極管、光電池等 )。 8 本征半導體 完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。 純凈的半導體叫本征半導體 。 原子 通過 共價鍵 緊密結合在一起。 由于 溫升、光照 等原因， 共價鍵 的電子容易掙脫鍵的束縛成為自由電子。 1． 熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴 10 硅和鍺的共價鍵結構 共價鍵共用電子對 共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為 束縛電子 。 本征半導體的導電機理 這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā) 。 帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當于帶正電荷的空穴作相反方向的運動。 熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結合而成對消失，稱為 復合 。 2． 空穴的運動 13 ，其導電能力將大大增強 在純凈半導體硅或鍺（ 4價）中摻入 磷、砷 等 5價元素，由于這類元素的原子最外層有 5個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由于存在一個多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子， 這種半導體主要靠自由電子導電 ，稱為 電子半導體或 N型半導體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。 自由電子 稱為多數(shù)載流子（多子）， 空穴 稱為少數(shù)載流子（少子）。 自由電子 多數(shù)載流子（簡稱多子） 空 穴 少數(shù)載流子（簡稱少子） P 型半導體 摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，空穴濃度遠大于自由電子濃度。 +4 +4 +4 +4 +3 硼原子 空穴 摻入三價元素 接受一個電子變?yōu)樨撾x子 17 P 型半導體N 型半導體＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋無論是 P型半導體還是 N型半導體都是中性的，通常對外不顯電性。 只有將兩種雜質半導體做成 PN結后才能成為半導體器件 。載流子在電場作用下的定向運動稱為 漂移運動 。 ?將一塊半導體的一側摻雜成 P型半導體，另一側摻雜成 N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層 → PN結 。 空間電荷區(qū)變窄E R內(nèi)電場外電場P NI＋＋＋2． PN結的單向導電性 21 E R內(nèi)電場外電場空間電荷區(qū)變寬P NI＋＋＋＋＋＋＋＋＋?② 外加反向電壓（也叫 反向偏置 ） ?外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流 ， 因為是少子漂移運動產(chǎn)生的，反向電流很小，這時稱 PN結處于高阻 截止 狀態(tài)。 符號用 VD表示。 點 接觸型二極管 PN結面積很小 ， 結電容很小 ， 多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關元件 。 陽極 陰極 半導體二極管 半導體二極管的結構 二極管的結構示意圖 VD 24 60 40 20 U /V40302010I / m A0正向特性反向特性（ 1）正向特性（導通） 外加正向電壓小于開啟電壓（閾值電壓）時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力， PN結處于截止狀態(tài) 。通常閾值電壓硅管約為 ， 導通時電壓 ；鍺管閾值電壓約為 ， 導通時電壓 。 外加反向電壓時， PN結處于截止狀態(tài)。 （ 2）反向特性（截止） 半導體二極管的伏安特性 （ 3）反向擊穿 反向電壓大于擊穿電壓（ UBR） 時，反向電流急劇增加。強外電場破壞鍵結構； 獲得大能量的載流子碰撞原子產(chǎn)生新的電子空穴對。 25 （ 1）最大整流電流 IFM： 指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。 （ 3）最大反向工作電壓 URM： 二極管運行