1、本资料来源1Chapter 4Chapter 4常用半导体器件常用半导体器件2Chapter 4 常用半导体器件主要内容 半导体的基本知识与PN结 半导体二极管及其应用电路 双极型三极管及其特性参数 场效应管及其放大电路Chapter 4 常用半导体器件 对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，即根据实际情况，对学会用工程观点分析问题，即根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，器件
2、的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RCRC 的值有的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。法。 学习要求：4Chapter 4 常用半导体器件 4.1 半导体的基本知识与PN结物质的分类 绝缘体： 1012 cm 如：橡胶、陶瓷、塑料等导体：电阻
3、率10-4 cm 如：金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、锡（Sn） 导电性能介于导体与绝缘体之间，受温度、光照和掺杂程度影响极大 半导体： 10-3 cm VT时,VT称为死区电压。硅管： VT0.5V，锗管：VT0.1V。导通时的正向压降硅管：0.6 0.7V，锗管：0.2 0.3V。正向特性1. 正向特性2. 反向特性电流很小，几乎为零。当u0时，i= Is（反向饱和电流）+iDuD二、 二极管伏安特性13Chapter 4 常用半导体器件 当反向电压增大至U(BR)时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。 3.反向击穿特性604020 0.02 0.0400.4
4、 0.82550I / mAU / V反向特性击穿电压U(BR)14Chapter 4 常用半导体器件三、 主要参数 2. 最高反向工作电压 UDRM 它是保证二极管不被击穿而给出的最高反向电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。1. 最大整流电流 IFM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。3. 最大反向电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。15Chapter 4 常用半导体器件四、 二极管的电路模型 二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路的模型模型分析法。oiDuD+iDuD二极管导通后，硅管：uD0.7V，锗管： uD0.3
5、V。相当于一理想开关。2.恒压降模型1. 理想模型16Chapter 4 常用半导体器件五、 二极管应用电路 在电子技术中二极管电路得到广泛应用。基本电路有限幅电路、整流电路、钳位电路、开关电路等。1. 整流电路当us0，D导通，uo=vs；当usUON时，D1导通，D2截止， uo=0.7V； 当uS UON时，D2导通，D1截止， uo=0.7V； 当| uS | UON时，D1、D2均截止， uo= us。输出电压被限幅在0.7V，称双向限幅电路。18Chapter 4 常用半导体器件例4.1在图中，输入电位 UA = + 3 V， UB = 0 V， 电阻 R 接负电源 12 V。求输
6、出端电位 UO。 因为UA 高于UB ，所以D1 优先导通。 设二极管的正向压降是 0.3V，则 UO = + 2.7V。 当 D1 导通后, D2 因反偏而截止。 D1起钳位作用，将输出端电位钳制在 + 2.7 V。 解：19Chapter 4 常用半导体器件六、 特殊二极管稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。稳压管工作于反向击穿区。I/mAOUZIZIZM+ 正向 +反向UZIZU/V1. 稳压管稳压管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用20Chapter 4 常用半导体器件 稳压管的主要参数：1. 稳定电压UZ
7、4. 稳定电流 IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。3. 动态电阻 rZ2. 电压温度系数 U （%/）5. 最大允许耗散功率 PZM 稳压值受温度变化影响的的系数。21Chapter 4 常用半导体器件 电阻的作用: 起限流作用，以保护稳压管； 当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。22Chapter 4 常用半导体器件正常稳压时 UO =UZ 稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax不加R可以吗？当Ui为正弦波，且幅值大于UZ ， UO的波形是怎样的？23Chap
8、ter 4 常用半导体器件2.发光二极管ak 当电流流过时，发光二极管将发出光来，光的颜色由二极管材料（如砷化镓、磷化镓）决定。 发光二极管通常用作显示器件，工作电流一般在几mA至几十mA之间。另一重要作用：将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后用光电二极管接收，再现电信号。发光二极管的符号24Chapter 4 常用半导体器件3.光电二极管akakipup+（a）光电二极管的符号（b）光电二极管的等效电路光电二极管可将光信号转变为电信号。其特点是它的反向电流与照度成正比。25Chapter 4 常用半导体器件 4.3 双极型三极管及其特性参数 三极管结构与工作原理 三极管特性曲线及主要参数C
9、hapter 4 常用半导体器件一、双极型三极管三极管的结构与符号电流分配与放大作用三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的其它形式27Chapter 4 常用半导体器件1. 三极管的结构与符号 半导体三极管简称三极管，是由2个PN结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。N 型硅BECN 型硅P 型硅(a) 平面型二氧化硅保护膜铟球N 型锗ECBPP(b)合金型铟球28Chapter 4 常用半导体器件按结构可分为：NPN型和PNP型。集电极，用C表示集电区，掺杂浓度低基极，用B表示基区，薄发射区，掺杂浓度高发射结集电结，面积比发射结大发射极，用E表示29Chapter 4 常用半导体器件发射
10、极的箭头代表发射极电流的实际方向。becbec NPN型与PNP型三极管的工作原理相似，只是使用时所加电源的极性不同。30Chapter 4 常用半导体器件三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律IEIBICENBCNPEBRBEC31Chapter 4 常用半导体器件mAAVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100用实验说明三极管的电流分配与放大作用 实验电路采用共发射极接法，NPN 型管。 为了使三极管具有放大作用，电源 EB 和 EC 的极性必须使发射结上加正向电压(正向偏置)，集电结加反向电压(反向偏置)。 改变可变电阻 RB，则基极电流 IB、集电
11、极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，2.电流分配与放大作用32Chapter 4 常用半导体器件IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0UBC UB UEPNP 型三极管应满足: UEB 0UCB 0即 UC UB VBVE， PNP型有VCVB UB UE 。+iBiCuBEuCEIC IB(2) 截止区IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。为了使三极管可靠截止，常使 UBE 0，截止时集电结也处于反向偏置(UBC 0)，此时, IC 0 。39Chapter 4
12、 常用半导体器件(3) 饱和区 当 UCEUCES 0)，三极管工作于饱和状态。 在饱和区，IC 和 IB 不成正比。+iBiCuBEuCE 当三极管饱和时，UCE 0，C-E间如同一个开关的接通； 当三极管截止时，IC 0 ， C-E之间如同一个开关的断开； 可见，三极管除了有放大作用外，还有开关作用。40Chapter 4 常用半导体器件 管型 工 作 状 态 饱和 放大 截 止 UBE/VUCE/V UBE/V UBE/V 开始截止 可靠截止硅管(NPN)锗管(PNP) 0.7 0.3 0.3 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.5 0.1 0 0.1三极管结电压的典型值+iBi
13、CuBEuCE41Chapter 4 常用半导体器件例4.3 （a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （h） 测得电路中三极管3个电极的电位如图所示。问哪些管子工作于放大状态，哪些处于截止、饱和、倒置状态，哪些已损坏？Chapter 4 常用半导体器件 （a） （b） （c） （d） （a）发射结、集电结均反偏，管子截止。（b）发射结反偏、集电结正偏，管子截止。（c）发射结正偏、集电结反偏，管子放大。（d）发射结、集电结均正偏，管子饱和。Chapter 4 常用半导体器件（e）发射结正偏、集电结反偏，管子放大。（f）发射结正偏、集电结反偏，管子放大。（g）发射结偏、集电结均正偏
14、，管子饱和。（h）VBE=2.7V，远大于发射结正偏时的电压， 故管子已损坏。 Chapter 4 常用半导体器件4.三极管的主要参数（1）电流放大系数直流放大系数交流放大系数 在输出特性曲线近于平行等距并且 ICEO 较小的情况下,可近似认为iCuCEoICEO45Chapter 4 常用半导体器件（2）极间反向电流1）集-基极间反向饱和电流ICBOA+ICBOUCC 其大小取决于温度和少数载流子的浓度。小功率锗管：ICBO10A，小功率硅管：ICBO1A。测量电路2）集-射极间反向饱和（穿透）电流ICEOAICEOUCCICEO=（1+）ICBO ICEO大的管子性能不稳定，通常把ICEO
15、作为判断管子质量的重要依据。当工作环境温度变化范围较大时应选硅管。46Chapter 4 常用半导体器件（3）极限参数1）集电极最大允许电流ICM 当 值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流 ICM 。2）集射反相击穿电压 U(BR)CEO表示三极管电极间承受反向电压的能力。当UCE U(BR)CEO时，ICEO，管子损坏。47Chapter 4 常用半导体器件3）集电极最大允许功率损耗PCMPCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值，集电结会过热烧毁。 PCM= iCuCE 对大功率管为了提高PCM ，通常采用加散热装置的方法。iCU(BR)CEOuCEPCM
16、oICEO安 全 工 作 区ICM48Chapter 4 常用半导体器件5. 三极管的其它形式1）复合三极管1 2复合管的类型取决于T1管49Chapter 4 常用半导体器件2）光电三极管和光电耦合器 将光信号转变为电流信号，且可将光电流放大倍。光电三极管光电耦合器实现电-光-电的传输和转换。50Chapter 4 常用半导体器件4.4 场效应管及其放大电路 绝缘栅型场效应管 共源极放大器 源极输出器Chapter 4 常用半导体器件 场效应管（Fiedl Effect TransistorFET）是利用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特点，还
17、具有输入电阻高（MOSFET最高可达1015）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中得到广泛应用。 按结构，场效应管可分两大类： 结型场效应管（JFET） 绝缘栅型场效应管（IGFET）52Chapter 4 常用半导体器件 绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化硅作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层 ，又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor FET)。MOSFET可分为增强型 N沟道、P沟道耗尽型 N沟道、P沟道一、绝缘栅型场效应管53Cha
18、pter 4 常用半导体器件结构1）结构 N沟道增强型MOSFET在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区。栅极G源极S漏极D衬底B1、N沟道增强型MOSFET54Chapter 4 常用半导体器件栅源电压vGS的控制作用形成导电沟道 正电压vGS产生的反型层把漏-源连接起来，形成宽度均匀的导电N沟道，自由电子是沟道内的主要载流子。 反型层刚形成时，对应的栅源电压vGS称为开启电压，用VT表示。2）工作原理原理155Chapter 4 常用半导体器件漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用 vGS VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。因vD
19、S形成电位差，使导电沟道为梯形。 vDS增大至vGD = vGS vDS VT，沟道被预夹断（漏端），管子进入饱和区。 原理256Chapter 4 常用半导体器件沟道预夹断后， vDS继续增大，夹断点向源极方向移动， iD略有增大。vGS变化时，vGS 107，MOSFET的RGS109。5）低频跨导gm 表征工作点Q上栅源电压vgs对漏极电流id的控制作用大小的参数，单位是mS。61Chapter 4 常用半导体器件双极型三极管场效应三极管结构NPN型PNP型C与E一般不可倒置使用结型耗尽型 N沟道 P沟道绝缘栅增强型 N沟道 P沟道绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道D与S有的型号可倒置使用载流
20、子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入电流控制电流源CCCS()电压控制电流源VCCS(gm)二、 双极型和场效应型三极管的比较62Chapter 4 常用半导体器件双极型三极管场效应三极管噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成63Chapter 4 常用半导体器件使用注意事项：（1）绝缘栅场效应管不能用万用表检查，必须用测试仪。使用四引线的场效应管，其衬底引线必须接地。 （2）保存场效应管时应将各电极短路，以免外电场作用使管子损坏。焊接时，电烙铁必须有外
21、接地线，以防止烙铁带电而损坏管子。焊接绝缘栅场效应管时，要按源极-漏极-栅极的顺序焊接，并且最好断电后进行焊接。 64Chapter 4 常用半导体器件9、静夜四无邻，荒居旧业贫。三月-21三月-21Thursday, March 11, 202110、雨中黄叶树，灯下白头人。13:57:2213:57:2213:573/11/2021 1:57:22 PM11、以我独沈久，愧君相见频。三月-2113:57:2213:57Mar-2111-Mar-2112、故人江海别，几度隔山川。13:57:2213:57:2213:57Thursday, March 11, 202113、乍见翻疑梦，相悲各
22、问年。三月-21三月-2113:57:2213:57:22March 11, 202114、他乡生白发，旧国见青山。11 三月 20211:57:22 下午13:57:22三月-2115、比不了得就不比，得不到的就不要。三月 211:57 下午三月-2113:57March 11, 202116、行动出成果，工作出财富。2021/3/11 13:57:2213:57:2211 March 202117、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。1:57:22 下午1:57 下午13:57:22三月-219、没有失败，只有暂时停止成功！。三月-21三月-21Thursda
23、y, March 11, 202110、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。13:57:2213:57:2213:573/11/2021 1:57:22 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。三月-2113:57:2213:57Mar-2111-Mar-2112、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。13:57:2213:57:2213:57Thursday, March 11, 202113、不知香积寺，数里入云峰。三月-21三月-2113:57:2213:57:22March 11, 202114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。
24、11 三月 20211:57:22 下午13:57:22三月-2115、楚塞三湘接，荆门九派通。三月 211:57 下午三月-2113:57March 11, 202116、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2021/3/11 13:57:2213:57:2211 March 202117、空山新雨后，天气晚来秋。1:57:22 下午1:57 下午13:57:22三月-219、杨柳散和风，青山澹吾虑。三月-21三月-21Thursday, March 11, 202110、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。13:57:2213:57:2213:573/11/2021 1:57:22 PM11
25、、越是没有本领的就越加自命不凡。三月-2113:57:2213:57Mar-2111-Mar-2112、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。13:57:2213:57:2213:57Thursday, March 11, 202113、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。三月-21三月-2113:57:2213:57:22March 11, 202114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。11 三月 20211:57:22 下午13:57:22三月-2115、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。三月 211:57 下午三月-2113:57March 11, 202116、业余生活要有意义，不要越轨。2021/3/11 13:57:2213:57:2211 March 202117、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。1:57:22 下午1:57 下午13:57:22三月-21MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Fusce id urna blandit, eleifend nulla ac, fringilla purus. Nulla iaculis tempor felis ut cursus. 感谢您的下载观看家告
