汽車電工電子技術基礎 教學課件 作者 萬捷 第5章.ppt

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1、第5章半導體器件及應用5.1半導體基礎知識5.2二極管5.3三極管5.4三極管基本放大電路5.5其他半導體器件5.6集成運算放大器第5章半導體器件及應用理解半導體的導電特性，PN結的概念及特性；掌握二極管的單向導電性、檢測方法及在汽車電子電路中的典型應用；掌握三極管的伏安特性及管腳的識別，了解其構成的各類放大電路的特點及在汽車中的應用；了解其他特種半導體器件的特點及在汽車中的應用。掌握集成運放電路的分析方法，了解其在汽車中應用。本章要求:5.1半導體基礎知識5.1.1半導體半導體：介于導體和絕緣體之間的物質。如硅、鍺、硒

2、等摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。總目錄上頁章目錄下頁返回1.本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。本征硅的晶體結構圖共價健+4+4+4+4價電子本征硅的結構平面圖共有價電子所形成的束縛作用稱為共價鍵總目錄上頁章目錄下頁返回+4+4+4+4

3、價電子空穴自由電子共價鍵中的少量價電子在溫度升高或受光照后，會獲得足夠的動能，將掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子移動過來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴。如此繼續(xù)下去，形成了空穴運動?？偰夸浬享撜履夸浵马摲祷禺敯雽w兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流：電子電流和空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子。本征半導體中有兩種載流子（自由電子和空穴）同時參與導電，這是本征半導體區(qū)別于金屬導體的一個重要特性，

4、此特性稱為它的導電機理。注意：在常溫下，本征半導體中載流子很少，其導電性能很差。為了提高其導電性能，通常將其制成雜質半導體?？偰夸浬享撜履夸浵马摲祷?.雜質半導體在本征半導體中摻入微量的有用雜質形成的半導體。（1）P型半導體摻入三價元素+4+4+4+4空穴+3硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，也稱為空穴型半導體。自由電子空穴對總目錄上頁章目錄下頁返回+4+4+4+4+5多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子自由電子導電成為這種半

5、導體的主要導電方式，稱為電子型半導體。摻入五價元素自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。（2）N型半導體自由電子空穴對總目錄上頁章目錄下頁返回綜上所述，無論是P型還是N型半導體，其中多數(shù)載流子都是摻入雜質造成的，盡管雜質含量微乎其微，卻能使其導電性能大大改善。而它們的少數(shù)載流子，都是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的。雖然少子濃度很低，但對溫度非常敏感，其濃度隨溫度的升高而增大，因此溫度是影響半導體性能的一個重要因素。由于雜質半導體具有良好的導電性，在實際中常用來生成PN結。PN結具有單一型半導體（P型或N型）所不具備的新特性，利用此特

6、性制造出了各種半導體器件，推動了電子技術的發(fā)展。總目錄上頁章目錄下頁返回5.1.2PN結P型半導體N型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－空穴自由電子負離子正離子PN結自由電子空穴在雜質半導體P和N的結合面附近存在著的特殊薄層稱為PN結。在PN結中空穴和自由電子都基本上耗盡了，故PN結又稱為耗盡層，耗盡層中有一個內(nèi)電場，方向如上圖所示。內(nèi)電場總目錄上頁章目錄下頁返回1.PN結加正向電壓（正向偏置）PN結變窄P接正、N接負外電場IFPN結處于導通狀態(tài)內(nèi)電場P

7、N－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流?？偰夸浬享撜履夸浵马摲祷?.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+P接負、N接正總目錄上頁章目錄下頁返回PN結變寬2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、N接正–+PN結處于截止狀態(tài)。內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－

8、－－－－－++++++－－－PN結正向導通、反向截止的特性稱為其單向導電性總目錄上頁章目錄下頁返回3.PN結的結電容PN結的結構類似平板電容器相當于導體相當于導體相當于介質相當于介質相當于存儲電荷結電容數(shù)值很小，在低頻電路中，相當于開路，不用考慮其影響，但在高頻電路中，容抗很小，對PN結的電流有影響，必須加以考慮。P