第1章半导体器件及其特性.ppt

第1章 数字逻辑基础 1.1 普通二极管 ⑹ 饱和压降UCES ⑺ 特征频率fT 图1-25 ICEO、U(BR)CEO和UCES 图1-26 三极管PCM曲线 ⒌ 三极管安全工作区 图1-27 三极管安全工作区 【例1-4】已测得三极管各极对地电压值为U1、U2、U3，且已知其工作在放大区，试判断其硅管或锗管？NPN型或PNP型？并确定其E、B、C三极。 ⑴U1=5.2V，U2=5.4V，U3=1.4V； ⑵ U1= -2V，U2= -4.5V，U3= -5.2V。 解：⑴ PNP型锗管，U1 、U2 、U3引脚分别对应B、E、C极； ⑵ NPN型硅管，U1 、U2 、U3引脚分别对应C、B、E极。 * 第1章 机械工业出版社同名教材 配套电子教案 1.1.1 PN结 ⒈ 半导体的导电特性 ⑴ 掺杂特性。 ⑵ 热敏和光敏特性。 ⒉ 数字信号 ⑴ N型半导体 ⑵ P型半导体 4价元素掺入微量5价元素后形成。 多数载流子：电子；少数载流子：空穴。 4价元素掺入微量3价元素后形成。 多数载流子：空穴；少数载流子：电子。 图1-1 本征半导体与掺杂半导体结构示意图 a) 本征半导体 b) N型半导体 c) P型半导体 ⒊ 数字电路的特点 图1-2 PN结的形成 a) 载流子的扩散运动 b) 平衡状态下的PN结 ⑴ 形成过程和原理： ① 扩散。 ② 形成空间电荷区和内电场。 ③ 内电场阻止扩散运动，促进漂移运动。 ⑵ PN结内电场电位差：硅材料约0.5 ~ 0.7V，锗材料 约0.2 ~ 0.3V。 ⒋ PN结单向导电性 ⑴ 加正向电压——导通。 ⑵ 加反向电压——截止。 图1-3 外加电压时的PN结 a) 正偏 b) 反偏 1.1.2 二极管 ⑴ 正向特性 ⒈ 二极管的伏安特性 ① 死区段。 ② 导通段。 ⑵ 反向特性 ① 饱和段。 ② 击穿段。 图1-5 PN结伏安特性 ⑶ 数学表达式： IS：PN结反向饱和电流； UT为温度电压当量：UT ≈26mV（T=300K）。 ⒉ 硅二极管与锗二极管伏安特性的区别 ① 硅管的死区电压比锗管大，硅管导通正向压降比锗大。 ② 硅管的反向饱和电流IS比锗管小得多。 图1-6 硅二极管与锗二极管伏安特性 ⒊ 温度对二极管伏安特性的影响 ① 温度升高后，二极管死区电压Uth和导通正向压降Uon下降（正向特性左移）。 温度每升高1℃，Uon约减小2~2.5mV。 ② 温度升高后，二极管反向饱和电流IS大大增大（反向特 性下移）。 温度每升高10℃，反向饱和电流约增大一倍。 图1-7 温度对伏安特性的影响 ⒋ 二极管的主要特性参数 ⑴ 最大整流电流IF ⑵ 最高反向工作电压URM ⑶ 反向电流IR和反向饱和电流IS ⑷ 最高工作频率fM ⒌ 理想二极管 ⑴ 理想二极管模型 ⑵ 恒压降模型 图1-8 理想二极管的伏安特性 a) 理想二极管模型 b) 恒压降模型 【例1-2】已知电路如图1-10a、b所示，VD为理想二极管，E=5V，ui=10Sinωt（V），试分别画出输出电压uO波形。 图1-10 例1-2电路 解：（1）图1-10a电路： VD导通时，UD=0，按uO=UD+ E = E =5V。 VD截止时，电阻中无电流流过，UR=0，按uO=UR+ui=ui=10Sinωt（V）。 VD端正极电压大于5V时，VD导通；小于5V时，VD截止。画出uO波形如图1-10c所示。 例1-2电路及ui、uO波形 （2）图1-10b电路： 二极管VD导通时，uO=UD+ ui=ui 二极管VD截止时，uO=UR+(-E)= -E = -5V VD端正极电压大于-5V时导通，小于-5V时截止，画出uO波形如图1-10d所示。 例1-2电路及ui、uO波形 解题说明：求解含有理想二极管电路时，可先判断二极管导通还是截止。若二极管导通，则用短路导线替代二极管VD；若二极管截止，则将二极管开路。然后按一般线性电路分析计算。 1.2 特殊二极管 1.2.1 稳压二极管 ⒈ 伏安特性 与普通二极管的伏安特性相似。区别在于反向击穿特性很陡，反向击穿时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化却很小。 图1-13 稳压二极管符号及伏安特性 a) 符号 b)伏安特性 ⒉ 稳压工作条件