1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱(chēng)為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類(lèi)物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱(chēng)為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。.作者：周宇1.1.1本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。一、半導(dǎo)體

導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體（低價(jià)元素構(gòu)成）和絕緣體（高價(jià)元素構(gòu)成）之間，稱(chēng)為半導(dǎo)體，如鍺、硅等，均為四價(jià)元素。.作者：周宇共價(jià)鍵價(jià)電子共有化，形成共價(jià)鍵的晶格結(jié)構(gòu).作者：周宇1.1.1本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。一、半導(dǎo)體二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電情況金屬導(dǎo)電是由于其內(nèi)部有自由電子存在(載流子),在外電場(chǎng)的作用下,自由電子定向移動(dòng),形成電流..作者：周宇半導(dǎo)體中有兩種載流子:自由電子和空穴自由電子空穴.作者：周宇在外電場(chǎng)作用下，電子的定向移動(dòng)形成電流++++++++--------.作者：周宇在外電場(chǎng)作用下，空穴的定向移動(dòng)形成電流++++++++--------.作者：周宇1.本征半導(dǎo)體中載流子為電子和空穴;2.電子和空穴成對(duì)出現(xiàn),濃度相等;3.由于熱激發(fā)可產(chǎn)生電子和空穴,因此半導(dǎo)體的導(dǎo)電性和溫度有關(guān),對(duì)溫度很敏感。總結(jié).作者：周宇1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體

在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。電子----多子;空穴----少子..作者：周宇1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體二、P型半導(dǎo)體

在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半導(dǎo)體。空穴----多子;電子----少子.注意雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度決定于摻雜原子的濃度；少子的濃度決定于溫度。.作者：周宇1.1.3PN結(jié)采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｒ弧N結(jié)的形成P區(qū)N區(qū).作者：周宇一、PN結(jié)的形成在交界面，由于兩種載流子的濃度差，出現(xiàn)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。.作者：周宇一、PN結(jié)的形成在交界面，由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)復(fù)合,出現(xiàn)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)耗盡層.作者：周宇一、PN結(jié)的形成當(dāng)擴(kuò)散電流等于漂移電流時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成PN結(jié)。PN結(jié).作者：周宇1.由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū)和內(nèi)電場(chǎng);2.內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子擴(kuò)散，有利于少子漂移;3.當(dāng)擴(kuò)散電流等于漂移電流時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成PN結(jié)。總結(jié).作者：周宇二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1.PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)加正向電壓是指P端加正電壓，N端加負(fù)電壓，也稱(chēng)正向接法或正向偏置。.作者：周宇

內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)抵消內(nèi)電場(chǎng)的作用，使耗盡層變窄，形成較大的擴(kuò)散電流。.作者：周宇2.PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)的共同作用，使耗盡層變寬，形成很小的漂移電流。.作者：周宇三、PN結(jié)的伏安特性

正向特性反向特性反向擊穿PN結(jié)的電流方程為其中，IS

為反向飽和電流，UT≈26mV，.作者：周宇1.2半導(dǎo)體二極管.作者：周宇1.2半導(dǎo)體二極管

將PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。由P區(qū)引出的電極為陽(yáng)極（A），由N區(qū)引出的電極為陰極（K）。二極管的符號(hào)：PN陽(yáng)極陰極

.作者：周宇

功率二極管的工作原理由于PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕远O管是一個(gè)正方向單向?qū)щ姟⒎捶较蜃钄嗟碾娏﹄娮悠骷?作者：周宇1.功率二極管的特性(1)功率二極管的伏安特性二極管具有單向?qū)щ娔芰ΓO管正向?qū)щ姇r(shí)必須克服一定的門(mén)坎電壓Uth(又稱(chēng)死區(qū)電壓)，當(dāng)外加電壓小于門(mén)坎電壓時(shí)，正向電流幾乎為零。硅二極管的門(mén)坎電壓約為0.5V，當(dāng)外加電壓大于Uth后，電流會(huì)迅速上升。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管的反向電流IS是很小的，但是當(dāng)外加反向電壓超過(guò)二極管反向擊穿電壓URO后二極管被電擊穿，反向電流迅速增加。.作者：周宇

伏安特性UI導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。.作者：周宇

環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線下移。在室溫附近,溫度每升高1°C,正向壓降減小2~2.5mV;溫度每升高10°C，反向電流約增大1倍。二極管的特性對(duì)溫度很敏感。.作者：周宇穩(wěn)壓二極管及應(yīng)用1.穩(wěn)壓管的工作原理穩(wěn)壓管的符號(hào).作者：周宇2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)①穩(wěn)定電壓UZUZ是指擊穿后在電流為規(guī)定值時(shí)，管子兩端的電壓值。②穩(wěn)壓電流IZ

③額定功耗PZM

IZ是穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)的參考電流。工作電流小于此值時(shí)，穩(wěn)壓二極管將失去穩(wěn)壓作用。PZM

等于穩(wěn)定電壓UZ與最大穩(wěn)定電流IZM（或

IZmax）的乘積。.作者：周宇3.穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓條件穩(wěn)壓管正向工作時(shí)和二極管的特性完全相同。必須工作在反向擊穿狀態(tài)；流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在IZ和IZM之間。注意！.作者：周宇特殊二極管1.光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是管殼上留有一個(gè)能入射光線的窗口。.作者：周宇2.發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。它由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成,當(dāng)發(fā)光二極管正偏時(shí)，注入到N區(qū)和P區(qū)的載流子被復(fù)合時(shí)，會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。.作者：周宇§1.3雙極型晶體管.作者：周宇§1.3雙極型晶體管

一、晶體管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型NPN型基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極基極集電極bec發(fā)射極箭頭的方向?yàn)殡娏鞯姆较?作者：周宇bPNP集電極基極發(fā)射極cePNP型.作者：周宇雙極型功率晶體管BJT的容量水平已達(dá)1.8kV／lkA，頻率為20kHz。.作者：周宇

雙極型功率晶體管的工作原理以NPN型雙極型功率晶體管為例，若外電路電源使UBC<0,則集電結(jié)的PN結(jié)處于反偏狀態(tài)；UBE>0,則發(fā)射結(jié)的PN結(jié)處于正偏狀態(tài)。此時(shí)晶體管內(nèi)部的電流分布為：(1)由于UBC<0,集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，形成反向飽和電流ICBO從N區(qū)流向P區(qū)。(2)由于UBE>0,發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，P區(qū)的多數(shù)載流子空穴不斷地向N區(qū)擴(kuò)散形成空穴電流IPE,N區(qū)的多數(shù)載流子電子不斷地向P區(qū)擴(kuò)散形成電子電流INE。.作者：周宇單個(gè)BJT電流增益較低，驅(qū)動(dòng)時(shí)需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，由于單級(jí)高壓晶體管的電流增益僅為10左右，為了提高電流增益，常采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，如每級(jí)有10倍的增益，則3級(jí)達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的電流增益可達(dá)1000左右。.作者：周宇BJT的開(kāi)關(guān)特性

在開(kāi)關(guān)工作方式下，用一定的正向基極電流IB1去驅(qū)動(dòng)BJT導(dǎo)通，而用另一反向基極電流IB2迫使BJT關(guān)斷，由于BJT不是理想開(kāi)關(guān)，故在開(kāi)關(guān)過(guò)程中總存在著一定的延時(shí)和存儲(chǔ)時(shí)間。.作者：周宇BJT的開(kāi)關(guān)響應(yīng)特性.作者：周宇二、晶體管的電流放大作用

放大是對(duì)模擬信號(hào)最基本的處理。晶體管是放大電路的核心元件，它能夠控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化不失真的放大輸出，放大的對(duì)象是變化量。

晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。晶體管的放大作用表現(xiàn)為小的基極電流可以控制大的集電極電流。共射放大電路.作者：周宇1.發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE2.擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流ICIBICIE晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng).作者：周宇晶體管的電流分配關(guān)系IBICIE共射直流電流放大系數(shù).作者：周宇晶體管的電流分配關(guān)系共射直流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)通常認(rèn)為：.作者：周宇晶體管的電流分配關(guān)系IBICIEIBICIE.作者：周宇三、晶體管的共射特性曲線UCEIC+-UBEIB+-

實(shí)驗(yàn)線路mA

AVVRBECEBRC.作者：周宇1.輸入特性IB(

A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。.作者：周宇2.輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿(mǎn)足IC=

IB稱(chēng)為線性區(qū)（放大區(qū)）。IC只與IB有關(guān)，IC=

IB。.作者：周宇I(lǐng)C(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCE

UBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱(chēng)為飽和區(qū)。2.輸出特性.作者：周宇I(lǐng)C(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱(chēng)為截止區(qū)。2.輸出特性.作者：周宇輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

.作者：周宇iCiBRBRCVCCvOvi++--三極管工作狀態(tài)判斷方法：①當(dāng)vBE＜0.7V時(shí)，截止≥0.7V時(shí)，放大或飽和.作者：周宇1.4晶閘管晶閘管(Thyristor)就是硅晶體閘流管，普通晶閘管也稱(chēng)為可控硅SCR,普通晶閘管是一種具有開(kāi)關(guān)作用的大功率半導(dǎo)體器件。目前，晶閘管的容量水平已達(dá)8kV／6kA。.作者：周宇1.4.1晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理1.晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是具有四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端引出線(A、K、G)的器件。常見(jiàn)晶閘管的外形有兩種：螺栓型和平板型。.作者：周宇晶閘管的結(jié)構(gòu)和等效電路如圖1-4所示，晶閘管的管芯是P1N1P2N2四層半導(dǎo)體，形成3個(gè)PN結(jié)J1、J2和J3。.作者：周宇2.晶閘管的工作原理IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑.作者：周宇欲使晶閘管導(dǎo)通需具備兩個(gè)條件：①應(yīng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加上正向電壓。②應(yīng)在晶閘管的門(mén)極與陰極之間也加上正向電壓和電流。(2)晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極即失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。(3)為使晶閘管關(guān)斷，必須使其陽(yáng)極電流減小到一定數(shù)值以下，這只有用使陽(yáng)極電壓減小到零或反向的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。.作者：周宇3晶閘管的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路1.晶閘管的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路(1)晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的基本要求晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的基本要求是：①觸發(fā)信號(hào)可以是交流、直流或脈沖，為了減小門(mén)極的損耗，觸發(fā)信號(hào)常采用脈沖形式。②觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率。觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流應(yīng)大于晶閘管的門(mén)極觸發(fā)電壓和門(mén)極觸發(fā)電流。.作者：周宇③觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的寬度和陡度。觸發(fā)脈沖的寬度一般應(yīng)保證晶閘管陽(yáng)極電流在脈沖消失前能達(dá)到擎住電流，使晶閘管導(dǎo)通，這是最小的允許寬度。一般觸發(fā)脈沖前沿陡度大于10V/μs或800mA/μs。④觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)能滿(mǎn)足變換器的要求。例如，三相半波整流電路，在電阻性負(fù)載時(shí)，要求移相范圍為150°；而三相橋式全控整流電路，電阻負(fù)載時(shí)移相范圍為120°。.作者：周宇1.5功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。根據(jù)導(dǎo)電溝道的類(lèi)型可分為N溝道和P溝道兩大類(lèi)；根據(jù)零柵壓時(shí)器件的導(dǎo)電狀態(tài)又可分為耗盡型和增強(qiáng)型兩類(lèi)，目前功率MOSFET的容量水平為50A／500V，頻率為100kHz。.作者：周宇場(chǎng)效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)(絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管)PNNgsdP型襯底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層金屬鋁N溝道增強(qiáng)型gsdB.作者：周宇MOS管的工作原理以N溝道增強(qiáng)型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)截止區(qū)2個(gè)耗盡層.作者：周宇PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS排斥空穴，形成耗盡層。.作者：周宇PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGS>VGS(th)），出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。吸引電子VGS(th)稱(chēng)為開(kāi)啟電壓.作者：周宇PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。.作者：周宇PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VGS(th)時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱(chēng)為預(yù)夾斷。.作者：周宇2.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理當(dāng)柵源極電壓UGS＝0時(shí)，漏極下的P型區(qū)表面不出現(xiàn)反型層，無(wú)法溝通漏源。此時(shí)即使在漏源之間施加電壓也不會(huì)形成P區(qū)內(nèi)載流子的移動(dòng)，即VMOS管保持關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)柵源極電壓UGS＞0且不夠充分時(shí)，柵極下面的P型區(qū)表面呈現(xiàn)耗盡狀態(tài)，還是無(wú)法溝通漏源，此時(shí)VMOS管仍保持關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)柵源極電壓UGS或超過(guò)強(qiáng)反型條件時(shí)，柵極下面的硅的表面從P型反型成N型，形成N型表面層并把源區(qū)和漏區(qū)聯(lián)系起來(lái),從而把漏源溝通，使VMOS管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。.作者：周宇輸出特性曲線IDUDS