人民郵電出版社電子教案-7

1、第7章 常見(jiàn)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(jiàn)主要半導(dǎo)體器件7.5 技能訓(xùn)練：二極管和三極管的萬(wàn)用表檢測(cè),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(duì)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(guò)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(guò)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(chǎng)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(jiǎn)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(yáng)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(lái)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(guò)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娦裕赐饧诱螂妷捍笥谒绤^(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螅螂妷鹤兓秶苄?，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(zhǎng)時(shí)間正常工作時(shí)允許通過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(shì)E為10V，電阻R為1 kΩ，求流過(guò)二極管的電流I為多少？,解：由于硅管的正向壓降,,故流過(guò)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(chǎng)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(kāi)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(shì)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(guò)控制基極回路很小的電流，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kāi)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(jiàn)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(jiǎn)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(yáng)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(guò)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(jiǎn)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(guò)熱而燒壞。 B.穩(wěn)壓管必