汽车电工电子技术 教学课件 ppt 作者 刘鸿健 主编第五章 常用半导体器件及应用.ppt

第一节 半导体的基本知识 第二节 半导体二极管 第三节 半导体三极管 第四节 晶闸管 第五节 基本放大电路 第六节 基本开关电路 学习要求: 掌握PN结形成原理及导电特性，熟悉二极管的外形、基本结构及电路符号，理解二极管的工作原理，了解其特性曲线、工作时的安全参数，并且了解几种常用二极管的特性；熟悉三极管的外形、基本结构及电路符号，掌握三极管的工作状态及放大原理，学会分析三极管构成的电路，了解三极管的分类及常用三极管的特性；熟悉晶闸管的外形、基本结构及电路符号，了解晶闸管电路的工作原理；了解各种开关电路的工作过程；了解基本放大电路、射极输出器、多级放大电路等常用放大电路构成及工作原理；学会分析汽车典型开关电路的工作过程,理解半导体器件在电路中的重要作用。 半导体由于它独有的导电特性，可制作成不同的半导体器件，已被广泛应用在不同领域，如收音机、电视机、汽车、计算机等方面，目前，它已成为现代电子技术的重要组成部分。本章将对半导体及各种半导体器件的基础理论知识做详细介绍，通过对各种半导体器件的特征和工作原理的学习，分析由它们构成的各种基本电路，从而了解各电路的基本作用和功能。 第一节 半导体的基本知识 一、本征半导体及导电特性 1.本征半导体 自然界的各种物质就其导电性能来区分，可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。 导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流，如铜、铝、银等。 绝缘体几乎不导电，在这类材料中，几乎没有自由电子，即使有外电场作用也不会形成电流，如橡胶、陶瓷、塑料等。 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。这种导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的。常用的半导体材料是硅和锗，都是四价元素。纯净的半导体具有晶体结构，所以半导体也称晶体。当单晶硅和单晶锗的结晶纯度高于99.9999999999%（12个9）时，此时的半导体叫做本征半导体。 2.本征半导体的导电原理 当半导体中只有一种元素的时候，就会有价电子之间的轨道交叠，形成共价键结构，图5-1是硅（Si）本征半导体共价键的结构示意图。在半导体共价键结构中，原子的最外层电子被束缚得很紧，所以在热力学温度是零时，本征半导体没有导电能力。在获得一定能量（如光照、升温、电磁场激发等）之后，电子受到激发，即可摆脱原子核的束缚，成为自由电子，同时共价键中留下对应的空位置，这个空位置称为空穴。当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个新的空穴又可能被其它相邻原子的价电子填补，再次出现新的空穴。价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于空穴在运动，且运动方向与价电子运动方向相反。 为了区别于自由电子的运动，把这种运动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正电荷的粒子。此时半导体中将出现两种电流：一种是自由电子运动形成的电子电流，一种是仍被原子核束缚的价电子递补空穴形成的空穴电流。也就是说，在半导体中存在自由电子和空穴两种运载电荷的粒子，我们称其为载流子，如图5-1所示。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断复合，本征半导体的导电能力就决定于载流子的数目和速度。 3.本征半导体的导电特性 一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。但在不同条件下的导电能力却有很大差别。例如以下几种情况的导电特性。 有些半导体在温度升高的条件下，导电能力大大增强，也称之为半导体材料的热敏性。利用这种特性可制成热敏电阻等敏感元件。 有些半导体在光照的条件下，导电能力大大增强，也称之为半导体材料的光敏性。利用这种特性可制成光敏电阻、光电二极管、光电池等器件。 在本征半导体中掺入微量杂质元素后，其导电能力就可增加几十万乃至几百万倍，利用这种特性可以制成杂质半导体，由此制成了二极管、三极管等重要的半导体器件。 二、N型半导体和P型半导体的形成 实际应用中我们用的都是杂质半导体，它分N型和P型两种。 N型半导体：就是在本征半导体中掺入微量5价元素（如磷、砷、锑等）。这样它的活性大大的得到提高，在室温时，由于在构成的共价键中存在多余的价电子，从而产生大量的自由电子，图5-2所示为掺入5价的磷（P）元素构成的N型半导体。因此，在N型半导体中多数载流子为电子，少数载流子为空穴。 P型半导体：就是在本征半导体中掺入微量3价元素（如硼、镓、铝、铟等）。由于在构成的共价键中剩余出很多的空位置，从而产生大量的空穴，如图5-3示为掺入3价的硼（B）元素构成的P型半导体。因此，在P型半导体中多数载流子是空穴，少数载流子是电子，与N型恰恰相反。 第二节 半导体二极管 一、PN结的形成及单向导电特性 1.PN结的形成 在同一块半导体基片的两边