[信息与通信]电子线路基础第1章.ppt

第1章 半导体器件 1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与晶体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 晶体三极管 1.5 场效应晶体管 1.1 半导体的基础知识 1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 半导体之所以受到人们的高度重视,并获得广泛的应用,是由于它具有其他物体所没有的独特性质，具体表现在以下3个方面： (1) 掺杂性 (2) 热敏性 (3) 光敏性 1.1.1 本征半导体 本征半导体是指纯净的、不含杂质的半导体。在近代电子学中,用得最多的半导体是硅和锗,它们都是四价元素，原子最外层有4个价电子。硅和锗的原子结构示意图如图1-1所示。 在硅和锗等半导体材料中,内部原子排列是有规律的,即为晶体结构。晶体硅(或锗)的原子排列示意图如图1―2(a)所示。每个硅原子受邻近4个原子的束缚,组成4个共价键。共价键像纽带一样将排列整齐的原子联结起来,如图(b)所示。 1.1.2 杂质半导体 1. N型半导体 2. P型半导体 1.1.3 载流子的运动方式及形成的电流 1. 扩散运动和扩散电流 2. 漂移运动和漂移电流 1.2 PN结与晶体二极管 1.2.1 PN结的基本原理 1.2.2 晶体二极管 1.2.3 晶体二极管应用电路举例 1.2.1 PN结的基本原理 1. PN结的形成 2. PN结的特性 PN结在不同的运用状态下表现的特性不同，了解这些特性是理解和使用晶体二极管、三极管的重要依据。 1) PN结的单向导电性 2) PN结的击穿特性 (1)雪崩击穿。 (2)齐纳击穿(隧道击穿)。 3) PN结的电容效应 (1)势垒电容CT。 势垒电容CT与普通电容不同,它的容量随外加电压的改变而改变,并且不成线性关系。而普通金属板电容器,其容量为一常数。分析表明 (2)扩散电容。PN结正向运用时,除了存在势垒电容以外,还有一种特殊的电容,叫做扩散电容,用CD表示。 1.2.2 晶体二极管 1. 晶体二极管的结构 二极管是由PN结、电极引线和管壳构成的。按其结构特点可分为点接触型、面结合型和平面型3大类,如图1―8所示。 (1)点接触型二极管如图1―8(a)所示。 (2)面结合型二极管如图1―8(b)所示。 (3)平面型二极管如图1―8(c)所示。 二极管的符号如图1―8(d)所示。 2. 晶体二极管的伏安特性 (1) 正向特性 (2) 反向特性 (3) 击穿特性 (4) 伏安特性 温度升高,门限电压Ur下降,如图1―10(a)所示。一般有 3. 伏安特性的数学表达式 根据理论分析,二极管的电流与端电压u存在如下关系: 4. 二极管的主要参数 1) 性能参数 (1)直流电阻RD RD是二极管电压与电流的比值,即 rd的数值还可以从二极管的伏安特性表达式中得出,由式(1―5)得 3)势垒电容CT 2)极限参数 (1)最大允许整流电流IOM (2)最高反向工作电压URM (3)最大允许功耗PDM 5. 晶体二极管分析方法 图1―12(a)是一二极管电路,我们可以把该电路分成两部分进行考虑：左边是由E和R组成的线性电路，右边是二极管。分析时主要有两种分析方法：图解法和解析法。 ? 1)图解法 二极管的特性曲线如图1―12（b）所示，将图1―12（a）左边的线性电路写成方程为 单变量的非线性代数方程的一般形式如下： 首先对方程的解做一初次猜测值x(0)，若它不满足式(1―14)，则在x(0)处将f(x)展为泰勒级数 式(1―17)是个线性方程，只要f′(x(0))≠0便可解得 3）折线化近似 以上的分