人民郵電出版社電子教案-7

1、第7章 常見半導(dǎo)體器件,7.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)7.2 晶體二極管7.3 晶體三極管7.4 其他常見主要半導(dǎo)體器件7.5 技能訓(xùn)練：二極管和三極管的萬用表檢測,內(nèi) 容,7.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí),7.1.1 半導(dǎo)體及其特性7.1.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?7.1.1 半導(dǎo)體及其特性,,,1．物質(zhì)的種類 （1）導(dǎo)體：能導(dǎo)電的物質(zhì) （2）絕緣體：不能導(dǎo)電的物質(zhì) （3）半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì) 2．半

2、導(dǎo)體的特性 （1）導(dǎo)電特性　半導(dǎo)體是由負(fù)電荷（自由電子）和正電荷（空穴）同時(shí)參與導(dǎo)電。 （2）敏感特性　半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力對環(huán)境變化很敏感。 （3）摻雜特性 純凈的半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很弱，如果人為地?fù)饺肽撤N微量的元素（這個(gè)過程稱為摻雜），半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將明顯地變化。,7.1.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?,,,,,,,,,,1．N型半導(dǎo)體 以負(fù)電荷（自由電子）導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，稱為N型半導(dǎo)體。 2．P型

3、半導(dǎo)體 以正電荷（空穴）導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，稱為P型半導(dǎo)體。 3．PN結(jié) 通過特殊工藝所形成的P型和N型半導(dǎo)體交界面，稱為PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦裕侵圃炀w二極管、晶體三極管和場效應(yīng)管等半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。,7.2 晶體二極管,,,,7.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類7.2.2 二極管的導(dǎo)電特性,,,,,7.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類,,,,1．二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

4、 晶體二極管也稱半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。二極管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)PN結(jié)，在PN結(jié)的P區(qū)引出一個(gè)電極稱為正極，又叫陽極；在N區(qū)引出一個(gè)電極稱為負(fù)極，又叫陰極。再將這個(gè)PN結(jié)封裝起來就形成了一個(gè)二極管，用字母VD表示。箭頭的指向?yàn)镻N結(jié)加正向電壓時(shí)電流的方向。,,,,,,2．二極管的分類 （1）按半導(dǎo)體材料分，有硅二極管、鍺二極管、砷化鎵二極管等。 （2）按二極管制造工藝不同分，有點(diǎn)接觸型、面接觸型、平面型等。,,7.2.2 二

5、極管的導(dǎo)電特性,,,1．二極管的伏安特性 二極管的伏安特性是指二極管兩端所加電壓與通過它的電流之間的關(guān)系，用于定量描述這兩者關(guān)系的曲線叫伏安特性曲線。,,,,,,,,,,,,（1）二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，故二極管屬于非線性器件。 （2）二極管具有單向?qū)щ娦?，即外加正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通；外加反向電壓時(shí)，二極管截止。 （3）二極管正向?qū)ê?，正向電壓變化范圍很小，近似恒壓特?/p>

6、。 （4）鍺二極管比硅二極管的正向電流上升快，正向電壓降小，但鍺管比硅管的反向電流大得多，受溫度影響明顯。,,,,,,,,,,,,,,,,2．二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流（額定工作電流）（IFM） 指二極管長時(shí)間正常工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。 （2）最大反向工作電壓（額定工作電壓）（URM） 指二極管正常使用時(shí)所允許加的最高反向電壓。其值通常取二極管反向擊穿

7、電壓UBR的一半左右。 使用時(shí)如果超過此值，二極管將有被擊穿的危險(xiǎn)。 （3）最大反向電流（IRM） 最大反向電流是指最大反向工作電壓下的反向電流。 此值越小，表示二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩?,,,,,,,,【案例7.1】驗(yàn)證二極管的單向?qū)щ娦浴静僮鞑襟E】（1）按圖連接好電路。,（2）觀察指示燈的變化情況。 結(jié)論：二極管加正向電壓（正偏）時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓（反

8、偏）時(shí)截止，即二極管具有單向?qū)щ娦浴?,,,,,,,,【例7.1】硅二極管電路如圖7.5所示，判斷各電路中二極管的工作狀態(tài)，并確定各電路的輸出電壓UAB。若二極管為理想管時(shí)，UAB是多少？,解：（1）如圖7.5（a）所示，設(shè)B點(diǎn)為參考點(diǎn)，假設(shè)斷開二極管VD，則,,所以,,,（2）如圖7.5（b）所示，設(shè)B點(diǎn)為參考點(diǎn)，假設(shè)斷開二極管VD，則,,此時(shí)二極管負(fù)極的電位大于正極的電位，二極管反偏截止，通過二極管的電流為0，故,,若二極管為理想管

9、，同理,,,,,,,,,,,【例7.2】圖7.6所示電路中，VD1、VD2為硅管，電源電動(dòng)勢E為10V，電阻R為1 kΩ，求流過二極管的電流I為多少？,解：由于硅管的正向壓降,,故流過二極管的正向電流,,,7.3 晶體三極管,,,,,7.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類7.3.2 三極管的電流放大作用7.3.3 三極管的特性曲線7.3.4 三極管的主要參數(shù),,,,7.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類,,,,1．三極管（VT）的結(jié)構(gòu)

10、和符號(hào) 三極管是在一塊半導(dǎo)體材料上制成兩塊摻雜濃度不同的N型半導(dǎo)體區(qū)中間夾一塊P型半導(dǎo)體區(qū)，或兩塊摻雜濃度不同的P型半導(dǎo)體區(qū)中間夾一塊N型半導(dǎo)體區(qū)。 三極管根據(jù)三個(gè)區(qū)半導(dǎo)體材料性質(zhì)不同，可分為NPN型和PNP型兩種類型。,,,,,2．三極管的分類（1）根據(jù)制造材料不同，分為硅管和鍺管。（2）根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分為NPN型和PNP型，目前市場上銷售的硅管多數(shù)是NPN型，鍺管多數(shù)是PNP型。（3）根據(jù)

11、三極管工作頻率不同，分為高頻管（工作頻率≥3MHz）和低頻管（工作頻率＜3MHz）。（4）根據(jù)功率不同，分為小功率管（耗散功率＜1W）和大功率（耗散功率≥1W）。（5）根據(jù)用途不同，分為普通管和開關(guān)管。,,,,7.3.2 三極管的電流放大作用,,,,,,,三極管有三個(gè)電極，用它組成放大器時(shí)，一個(gè)電極作為信號(hào)輸入端，另一個(gè)電極作為信號(hào)輸出端，則第三個(gè)電極勢必成為輸入和輸出信號(hào)的公共端。根據(jù)公共端選用發(fā)射極、基極或集電極的不同，三極管有

12、共發(fā)射極、共基極和共集電極三種不同的連接方式。,,,,,,,,,,,1．三極管的工作電壓 三極管具有放大作用是由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，但是還要滿足外部電路條件，這個(gè)條件是：發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓。,,,,,（1）NPN型三極管：VC＞VB＞VE （2）PNP型三極管：VC＜VB＜VE,,,,,,,,,,2．三極管內(nèi)部電流分配關(guān)系 根據(jù)基爾霍夫第一定律，有,,,3．三極管的電流放大作用,（1）共

13、發(fā)射極直流電流放大系數(shù),集電極電流與基極電流之比稱為三極管的共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。,,,（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù),集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比稱為三極管的共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。,,通過控制基極回路很小的電流，便可以實(shí)現(xiàn)對集電極較大電流的控制，這就是三極管的電流放大作用。,7.3.3 三極管的特性曲線,三極管各個(gè)電極上的電壓和電流之間的關(guān)系曲線稱為三極管的伏安特性曲線。三極管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性

14、曲線兩種。,,,,,,,,,,,,,1．輸入特性曲線 輸入特性曲線是指集電極到發(fā)射極之間的電壓為某一常數(shù)時(shí)，基極電流與基極到發(fā)射極之間的電壓的關(guān)系曲線。,,,,從輸入特性曲線可以看出，只有當(dāng)發(fā)射結(jié)的正向電壓UBE大于死區(qū)電壓時(shí)，才產(chǎn)生基極電流IB，這時(shí)三極管處于正常放大狀態(tài)。,,,,,,,,,,,,2．輸出特性曲線,,,,從三極管的輸出特性曲線可知，三極管的工作狀態(tài)可以分成三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。,,,,,,,

15、,,,,,（1）截止區(qū),,,,,,,,（2）放大區(qū),輸出特性曲線的平直部分組成的區(qū)域稱為放大區(qū)。,,,（3）飽和區(qū) 在輸出特性曲線中，所有曲線拐點(diǎn)的連線與縱坐標(biāo)所夾的區(qū)域稱為飽和區(qū)。,7.3.4 三極管的主要參數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,,,1．電流放大系數(shù),,,,,,,,,,2．穿透電流,,,3．集電極最大允許電流,三極管正常工作時(shí)，集電極所允許的最大電流稱為集電極最大允許電流。,,4．反向擊穿電壓,基極開路時(shí)，加在集電極和

16、發(fā)射極之間的最大允許電壓稱為反向擊穿電壓。,三極管正常工作時(shí)，集電極所允許的最大平均功率稱為集電極最大耗散功率。,,5．集電極最大耗散功率,7.4 其他常見主要半導(dǎo)體器件,,,,,,,,7.4.1 晶閘管7.4.2 穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管,7.4.1 晶閘管,,,,,,,,晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，俗稱可控硅，常用晶閘管有單向和雙向兩大類。 1．晶閘管（VS）的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 晶閘管外部有三個(gè)電極，內(nèi)部是由PNPN四層半導(dǎo)體

17、構(gòu)成，最外層的P層和N層分別引出陽極A和陰極K，中間的P層引出門極（或稱控制極）G，內(nèi)部有三個(gè)PN結(jié)。,,,,,,,,晶閘管的外形有螺栓式、平板式、塑封管式等。,,,,,,,,2．晶閘管的工作特性,,,,,,,,（1）反向阻斷性（2）正向阻斷性（3）正向觸發(fā)導(dǎo)通（4）持續(xù)導(dǎo)通（5）重新關(guān)斷 結(jié)論：（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?；?）晶閘管的導(dǎo)通是通過門極控制的。,7.4.2 穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管,,,,,,,,1．穩(wěn)壓二

18、極管（VDZ） 穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型半導(dǎo)體硅二極管。 （1）穩(wěn)壓二極管的工作特性 穩(wěn)壓管工作于反向擊穿狀態(tài)，這時(shí)盡管流經(jīng)穩(wěn)壓管的電流可以在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管的反向電壓都基本不變，穩(wěn)壓管就是利用這一特性進(jìn)行穩(wěn)壓的。,,（2）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù),,,（3）穩(wěn)壓二極管的使用 A.穩(wěn)壓管在電路中需要反接才能穩(wěn)壓；若接反，相當(dāng)于電源短路，會(huì)使穩(wěn)壓管過熱而燒壞。 B.穩(wěn)壓管必