《电工学半导体器》课件.ppt

*******************电工学半导体器件本课程将深入探讨半导体器件的原理、结构和应用，内容涵盖二极管、晶体管、场效应管等基本器件，并介绍它们在电路中的实际应用。课程教学目标了解半导体器件的基本概念掌握半导体材料的性质和PN结的基本工作原理。学习二极管、三极管和场效应管的基本结构和工作原理。掌握半导体器件的特性学习半导体器件的伏安特性、电流放大倍数等重要参数。了解半导体器件在电子电路中的应用和分类。半导体器件的基本概念导电性半导体介于导体和绝缘体之间，其电阻率介于两者之间。半导体的电阻率受温度、杂质和光照的影响。种类常见的半导体材料包括硅、锗和砷化镓，它们在电子器件中广泛应用。用途半导体器件广泛应用于电子设备中，例如计算机、手机、电视和汽车，为现代生活提供了基础。半导体材料的性质半导体材料具有独特的电学性质，介于导体和绝缘体之间。其电阻率随温度、光照、掺杂等因素发生变化。半导体材料的应用非常广泛，例如在电子器件、光电器件、传感器等领域发挥重要作用。PN结的工作原理1扩散电流多数载流子从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散，形成扩散电流2漂移电流由于电场的作用，少数载流子从浓度低的一侧向浓度高的一侧漂移，形成漂移电流3平衡状态扩散电流和漂移电流相等，PN结处于平衡状态4外加电压当外加正向电压时，扩散电流大于漂移电流，PN结导通5反向电压当外加反向电压时，漂移电流大于扩散电流，PN结截止PN结是半导体器件的基本单元，其工作原理是基于载流子的扩散和漂移运动。在平衡状态下，扩散电流和漂移电流相等，PN结处于截止状态。当外加正向电压时，PN结导通，扩散电流大于漂移电流。当外加反向电压时，PN结截止，漂移电流大于扩散电流。PN结的伏安特性PN结的伏安特性曲线分为正向和反向两部分。正向电压下，电流随电压呈指数增长。反向电压下，电流很小，几乎不变，称为反向饱和电流。半导体二极管的工作原理1PN结的形成正负半导体材料结合，形成PN结。2偏置电压施加正向电压，电子和空穴流动，形成电流。3电流方向正向电压下，电流方向从正极流向负极。4反向偏置施加反向电压，PN结形成阻挡层，电流极小。PN结是半导体二极管的核心，它决定了二极管的导电特性。半导体二极管的特性正向特性反向特性正向电压较低时，电流很小反向电压较低时，电流很小，基本保持恒定正向电压超过阈值电压后，电流迅速增加反向电压超过击穿电压后，电流急剧增加二极管的主要应用1整流二极管可用于将交流电转换为直流电，这在电子设备中至关重要。2保护二极管可用作过压保护装置，防止敏感电路元件因过压而损坏。3开关二极管可以作为开关，控制电流在电路中的流动，实现信号传递或控制功能。4稳压某些类型的二极管具有稳压功能，可用于保持电路中的电压稳定。三极管的基本结构三极管是一种具有三个引脚的半导体器件，它由PN结组成。三极管的主要结构由发射极、基极和集电极三个部分组成。发射极与基极之间形成PN结，基极与集电极之间形成PN结，发射极和集电极之间通过基极连接。三极管的工作原理电流放大三极管可以将输入的小电流放大为输出的大电流。基极控制基极电流控制着集电极电流和发射极电流的大小。工作状态三极管有三种工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态。三极管的特性曲线三极管的特性曲线用于描述三极管在不同工作状态下的电流、电压关系。通过分析特性曲线，可以了解三极管的放大能力、工作范围以及各种参数。1输入特性基极电流与基极电压的关系2输出特性集电极电流与集电极电压的关系3转移特性集电极电流与基极电流的关系三极管的基本放大电路1共射放大电路输入信号加在基极，输出信号从集电极取得。由于基极电流很小，集电极电流变化很大，因此放大倍数高。2共集放大电路输入信号加在基极，输出信号从发射极取得。该电路具有电流放大作用，但电压放大倍数小于1。3共基放大电路输入信号加在发射极，输出信号从集电极取得。该电路具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点。三极管的分类及应用NPN型和PNP型根据材料的类型和掺杂情况，三极管分为NPN型和PNP型两种。通用型三极管广泛应用于放大、开关、信号处理等领域。专用型三极管针对特定应用场景设计，例如射频三极管、高频三极管等。场效应管的基本结构N沟道场效应管N沟道场效应管由一块N型半导体材料制成，其内部包含一个P型半导体区域，称为“沟道”。P沟道场效应管P沟道场效应管由一块P型半导体材料制成，其内部包含一个N型半导体区域，称为“沟道”。场效应管的工作原理栅极电压控制场