1、電工與電子技術電工與電子技術半導體：半導體：導電能力介于導體和半導體之間的材料。導電能力介于導體和半導體之間的材料。 常見的半導體材料有常見的半導體材料有硅、鍺、硒硅、鍺、硒及許多金屬的及許多金屬的氧化物氧化物和和硫化物硫化物等。半導體材料多以等。半導體材料多以晶體晶體的形式存在的形式存在。半導體材料的特性：半導體材料的特性：1. 純凈半導體的導電能力很差；純凈半導體的導電能力很差；2. 溫度升高溫度升高導電能力增強；導電能力增強；3. 光照增強光照增強導電能力增強；導電能力增強；4. 摻入少量雜質摻入少量雜質導電能力增強。導電能力增強。14.1 14.1 半導體的導電特性半導體的導電特性電工

2、與電子技術共價健共價健 Si Si Si Si價電子價電子電工與電子技術 Si Si Si Si價電子價電子這一現象稱為這一現象稱為本本征激發。征激發。空穴空穴自由電子自由電子電工與電子技術 Si Si Si Sip+多余多余電子電子磷原子磷原子在常溫下即可變在常溫下即可變為自由電子為自由電子失去一個電失去一個電子變為正離子變為正離子子電工與電子技術 P接正、接正、N接負接負 PN結具有單向導電的特性，也是由結具有單向導電的特性，也是由PN結構成的半導結構成的半導體器件的主要工作機理。體器件的主要工作機理。正向偏置時外加電場與內電場方向相反，內電場被削正向偏置時外加電場與內電場方向相反，內電場

3、被削弱，多子的擴散運動大大超過少子的漂移運動，弱，多子的擴散運動大大超過少子的漂移運動，N區的電區的電子不斷擴散到子不斷擴散到P區，區，P區的空穴也不斷擴散到區的空穴也不斷擴散到N區，形成較區，形成較大的大的正向電流正向電流，這時稱，這時稱PN結處于結處于導通導通狀態。狀態?？湛臻g間電電荷荷區區變變窄窄 R 內內電電場場 外外電電場場 P N I正正向向 US 電工與電子技術 E R 內電場 外電場 空間電荷區變寬 P N IR 反向偏置時內、外電場方向相同，因此內電場反向偏置時內、外電場方向相同，因此內電場增強增強，致，致使多子的擴散難以進行，即使多子的擴散難以進行，即PN結對反向電壓呈結對

4、反向電壓呈高阻高阻特性；反特性；反偏時偏時少子少子的漂移運動雖然被加強，但由于數量極小，反向電的漂移運動雖然被加強，但由于數量極小，反向電流流 IR一般情況下可忽略不計，此時稱一般情況下可忽略不計，此時稱PN結處于結處于截止截止狀態。狀態。 PNPN結的結的“正偏導通，反偏阻斷正偏導通，反偏阻斷”稱為其單向導電性質，稱為其單向導電性質，這正是這正是PNPN結構成半導體器件的基礎。結構成半導體器件的基礎。 電工與電子技術 將將PN結加上電極引線及外殼，就構成了半導體二極管。結加上電極引線及外殼，就構成了半導體二極管。 PN結是二極管的核心，也是所有半導體器件的核心。結是二極管的核心，也是所有半導

5、體器件的核心。電工與電子技術陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結結金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 12 半導體二極管的結構和符號半導體二極管的結構和符號 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D電工與電子技術 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區電壓 （1 1

6、）正向特性）正向特性 二極管外加正向電壓較二極管外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，電場對多子擴散的阻力，PN結仍處于結仍處于截止截止狀態狀態 。 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。 正向電壓大于死區電壓正向電壓大于死區電壓后，正向電流后，正向電流 隨著正向電隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區壓增大迅速上升。通常死區電壓硅管約為電壓硅管約為0.5V，鍺管約鍺管約為為0.2V。（2 2）反向特性）反向特性外加反向電壓時，外加反向電壓時， PN結處于截止狀態，反向電流很小；結處于截止狀態，反向電流很小

7、； 顯然顯然,二極管的伏安特性不是直線，因此屬于二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非非線性線性電阻元件。電阻元件。14.3.2 14.3.2 伏安特性伏安特性電工與電子技術 二極管的特性不僅可用伏安曲線表示，也可用一些數二極管的特性不僅可用伏安曲線表示，也可用一些數據進行說明這些數據就是二極管的參數。二極管的主要參據進行說明這些數據就是二極管的參數。二極管的主要參數有：數有：1. 最大整流電流最大整流電流 IOM 二極管長時間使用所允許通過的最大二極管長時間使用所允許通過的最大正向平均電流。正向平均電流。2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓 URWM 保證二極管不被擊穿而給出的保證二極管不被

8、擊穿而給出的反向峰值電壓，為反向擊穿電壓的反向峰值電壓，為反向擊穿電壓的1/2至至2/3。3. 反向峰值電流反向峰值電流 IRM 二極管加反向峰值電壓時的反向電流二極管加反向峰值電壓時的反向電流值。該值愈大說明二極管的性能愈差，硅管的此參數值為值。該值愈大說明二極管的性能愈差，硅管的此參數值為微安級以下。微安級以下。14.3.3 14.3.3 主要參主要參數數電工與電子技術電工與電子技術定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態判斷二極管的工作狀態導通導通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的， 電工與電子技術 穩壓管是一種特殊的面接觸型穩壓管是一種特殊的面接觸型二極管。它在電路中常用作穩

9、定電二極管。它在電路中常用作穩定電壓的作用，故稱為穩壓管。壓的作用，故稱為穩壓管。 穩壓管的圖形符號：穩壓管的圖形符號： 穩壓管的伏安特性：穩壓管的伏安特性：U(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-1030-12反向正向 穩壓管的伏安特性曲線穩壓管的伏安特性曲線與普通二極管類似，只是與普通二極管類似，只是反向曲線更陡一些。反向曲線更陡一些。電工與電子技術 穩定電壓穩定電壓Uz 指穩壓管正常工作時的端電壓。指穩壓管正常工作時的端電壓。（其數值具有分散性）（其數值具有分散性）穩定電流穩定電流IZ 正常工作的參考電流值。低于此正常工作的參考電流值。低于此值穩壓效果差。在不超過額

10、定功率的值穩壓效果差。在不超過額定功率的前提下，高于此值穩壓效果好，即工前提下，高于此值穩壓效果好，即工作電流越大穩壓效果越好。作電流越大穩壓效果越好。U(V)0I (mA)反向正向UZIZ穩壓管的主要參數：穩壓管的主要參數：電工與電子技術(3) 電壓溫度系數電壓溫度系數 環境溫度每變化環境溫度每變化1 1 C引起引起穩壓值變化的穩壓值變化的百分數百分數。(4) 動態電阻動態電阻ZZ ZIUr(5) 穩定電流穩定電流 IZ 、最大穩定電流、最大穩定電流 IZM(6) 最大允許耗散功率最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩壓性能愈好。愈小，曲線愈陡，穩壓性能愈好。電工與

11、電子技術N型硅型硅P型型N型型二氧化硅保護膜CBEN型鍺銦球銦球P型P型CEB平面型結構合金型結構 晶體管是最重要的一種半導體器件。廣泛應用晶體管是最重要的一種半導體器件。廣泛應用于各種電子電路中。于各種電子電路中。14.5 14.5 晶體管晶體管 14.5.1 14.5.1 基本結構基本結構電工與電子技術NNP發射結發射結集電結集電結發射區發射區集電區集電區基區基區EBCNPP發射區發射區集電區集電區基區基區發射結發射結集電結集電結EBCBECBEC 晶體管最常見的結構有平面型和合金型兩種。平面型晶體管最常見的結構有平面型和合金型兩種。平面型都是硅管、合金型主要是鍺管。它們都具有都是硅管、合

12、金型主要是鍺管。它們都具有NPN或或PNP的的三層兩結三層兩結的結構，因而又有的結構，因而又有NPN和和PNP兩類晶體管。兩類晶體管。 其三層分別稱為發射區、基區和集電區，并引出其三層分別稱為發射區、基區和集電區，并引出發發射極射極(E)、基極基極(B)和和集電極集電極(C)三個電極。三層之間的兩三個電極。三層之間的兩個個PN結分別稱為發射結和集電結。結分別稱為發射結和集電結。電工與電子技術基區：最薄，基區：最薄，摻雜濃度最低摻雜濃度最低發射區：摻發射區：摻雜濃度最高雜濃度最高電工與電子技術EEBRBRC電工與電子技術晶體管電流放大的實驗電路晶體管電流放大的實驗電路 mA AVVmAICECI

13、BIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100電工與電子技術符合基爾霍夫定律符合基爾霍夫定律電工與電子技術+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶體管；型晶體管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE (b) PNP 型晶體管型晶體管電工與電子技術BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基區空穴向發基區空穴向發射區的擴散可忽射區的擴散可忽略。略。發射結正偏，發射發射結正偏，發射區電子不斷向基區擴區電子不斷向基區擴散，形成發射極電流散，形成發射極電流I IE E。進入進入P P 區的電子少區的電子少部分與基區的空穴復部分與基區的空穴復合，形成電

14、流合，形成電流I IBE BE ，多，多數擴散到集電結。數擴散到集電結。從基區擴散來的電子從基區擴散來的電子作為集電結的少子，作為集電結的少子，漂移進入集電結而被漂移進入集電結而被收集，形成收集，形成I ICECE。集電結反偏，有集電結反偏，有少子形成的反向電少子形成的反向電流流I ICBOCBO。電工與電子技術ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略電工與電子技術ICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302

15、010IB /mA0UCE1V測量三極管特性的實驗電路 三極管的輸入特性曲線死區電壓死區電壓14.5.3 14.5.3 特性曲線特性曲線UCE 1V，原因是，原因是b、e間加正向電壓。這時集電極的電位比基極高，集電結為間加正向電壓。這時集電極的電位比基極高，集電結為反向偏置，發射區注入基區的電子絕大部分擴散到集電結，只有一小部分與基反向偏置，發射區注入基區的電子絕大部分擴散到集電結，只有一小部分與基區中的空穴復合，形成區中的空穴復合，形成IB。 與與UCE=0V時相比時相比 ，在，在UBE相同的條件下，相同的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導要小的多。從圖中可以看出，導通電壓約為通電壓約

16、為0.5V。嚴格地說，當。嚴格地說，當UCE逐漸增加逐漸增加 時，時，IB逐漸減小，曲線逐漸向右逐漸減小，曲線逐漸向右移。這是因為移。這是因為UCE增加時，集電結的耗盡層變寬，減小了基區的有效寬度，不增加時，集電結的耗盡層變寬，減小了基區的有效寬度，不利于空穴的復合，所以利于空穴的復合，所以IB減小。不過減小。不過UCE超過超過1V以后再增加，以后再增加，IC增加很少，因增加很少，因為為IB的變化量也很小，通?？梢院雎缘淖兓恳埠苄?，通常可以忽略UCE變化對變化對IB的影響，認為的影響，認為UCE 1V時的時的 曲線都重合在一起。曲線都重合在一起。晶體管的輸入特性與二極管類似晶體管的輸入特性與

17、二極管類似電工與電子技術 4 3 2 1 IB=0 0 3 6 9 12 UCE /V 20A 40A 60A 80A 100A 飽和區飽和區 截止區截止區 放放 大大 區區 IC /mA （1）放大區：發射極正向偏置，集電結反向偏置）放大區：發射極正向偏置，集電結反向偏置（2）截止區：發射結反向偏置，集電結反向偏置）截止區：發射結反向偏置，集電結反向偏置 （3）飽和區：發射結正向偏置，集電結正向偏置）飽和區：發射結正向偏置，集電結正向偏置2 2輸出特性曲線輸出特性曲線BCii0 0CBii；iB0，uBE0，uCEuBEBCii電工與電子技術 BCII_ BCII 14.5.4 14.5.4 主要參數主要參數電工與電子技術 AICEOIB=0+ICBO A+EC電工與電子技術電工與電子技術ICMU(BR)CEOICUCEO安全工作區安全工作區電工與電子技術 發光二極管是一種能把電能直接轉換成光能的固體發光發光二極管是一種能把電能直接轉換成光能的固體發光元件。發光二極管和普通二極管一樣，管芯由元件。發光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN結構成，結構成，具有單向導電性。具有單向導電性。 發光二極管是一種功率控制器件，常用來作為數字電路發光二極管是一種功率控制器件，常用來作為數字電路的數碼及圖形顯示的七段式或陣列式器件；單個發光二極管的數碼及圖形顯示的七段式或陣列式器件；單