模塊一常用電子元器件及其特性

1、1模塊一常用電子元器件及其特性模塊一常用電子元器件及其特性【教學(xué)聚焦教學(xué)聚焦】一、知識目標(biāo)：一、知識目標(biāo)：1、了解常用電子元器件；2、掌握二極管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管、電阻器、電容器及電感器的種類、作用與標(biāo)識方法；3、掌握各種二極管、三極管、場效應(yīng)管及晶閘管的特性和主要參數(shù)。二、技能目標(biāo)：二、技能目標(biāo)：1、能用目視法判斷識別常用電子元器件的種類，能正確說出元器件的名稱；2、能正確識讀元器件上標(biāo)識的主要參數(shù)，并了解元器件的作用和用途；3、掌握用萬用表檢測常用電子元器件的方法。2項(xiàng)目項(xiàng)目1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體3項(xiàng)目

2、1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識自然界的物質(zhì)，按導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。物質(zhì)的導(dǎo)電能力可以用電導(dǎo)率或電阻率來衡量，二者互為倒數(shù)。物質(zhì)的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，其電導(dǎo)率越大，電阻率越小。導(dǎo)電能力很強(qiáng)的物質(zhì)稱為導(dǎo)體。金屬一般都是導(dǎo)體，如銀、銅、鋁、鐵等。絕緣體是導(dǎo)電能力極弱的物質(zhì)。如橡膠、塑料、陶瓷、石英等都是絕緣體。多數(shù)現(xiàn)代電子器件是由性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制作而成的。常用的半導(dǎo)體材料有：硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等，其中硅是目前最常用的一種半導(dǎo)體材料。4項(xiàng)目1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在T

3、= 0K和沒有外界激發(fā)時，由于共價鍵的束縛，半導(dǎo)體無導(dǎo)電能力。在室溫（300K）下，被束縛的價電子會獲得足夠的能量掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。當(dāng)電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子后，共價鍵中就留下一個空位，叫空穴。由于共價鍵中出現(xiàn)了空位，在外加電場或其他能源的作用下，鄰近價電子可填補(bǔ)到這個空位上，這樣使共價鍵中出現(xiàn)了一定的電荷遷移，就相當(dāng)于空穴在移動。空穴是帶正電的，價電子填充空穴的移動相當(dāng)于正電荷（空穴）的移動。5項(xiàng)目1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.1.1 本征半導(dǎo)體圖1.2 硅的晶體結(jié)構(gòu) 6項(xiàng)目1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中的電子和空穴是成對產(chǎn)生的；

4、當(dāng)電子和空穴相遇“復(fù)合”時，也成對消失；帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴都是載流子。溫度越高，載流子產(chǎn)生率越高；載流子的濃度越高，晶體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，即本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的增加而本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的增加而增加增加。在外加電場的作用下，半導(dǎo)體中出現(xiàn)兩部分電流：自由電子作定向移動而形成的電子電流和仍被原子核束縛的價電子遞補(bǔ)空穴而形成的空穴電流。因此，自由電子和空穴都稱為載流子。兩種載流子同時參與導(dǎo)電是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點(diǎn)，也是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電原理上的本質(zhì)區(qū)別所在。 7項(xiàng)目1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很弱的，但是在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其他元素

5、就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。（1）P型半導(dǎo)體在硅的晶體內(nèi)摻入少量三價元素雜質(zhì)，比如硼，它與周圍的硅原子組成共價鍵時，在晶體中會產(chǎn)生很多空穴。在P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。P型半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主型半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主。（2）N型半導(dǎo)體在硅的晶體內(nèi)摻入少量五價元素雜質(zhì)，比如磷，它與周圍硅原子組成共價鍵時，在晶體中會產(chǎn)生很多自由電子。在N型半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體以自由電子導(dǎo)電為主型半導(dǎo)體以自由電子導(dǎo)電為主。8項(xiàng)目1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體圖1.3 P型半導(dǎo)體的共價

6、鍵結(jié)構(gòu) 圖1.4 N型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)9項(xiàng)目項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識1.2.2 二極管的檢測二極管的檢測1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管特殊半導(dǎo)體二極管10項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識1.PN結(jié)的形成（1）半導(dǎo)體材料中載流子的運(yùn)動 1）漂移 若有外電場加到晶體上，則其內(nèi)部載流子將受力做定向移動。對于空穴而言，其移動方向與電場方向相同，而電子則是逆著電場的方向移動。這種由于電場作用而導(dǎo)致載流子的運(yùn)動稱為漂漂移移。 2）擴(kuò)散 在半導(dǎo)體內(nèi)，若某一特定的區(qū)域內(nèi)空穴或電子的濃度高于正常值，則基于濃度差異，載流子由高濃度區(qū)域向低濃度的區(qū)域擴(kuò)散，從而形成擴(kuò)散擴(kuò)散

7、電流。11項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（2）PN結(jié)的形成 在半導(dǎo)體兩個不同的區(qū)域分別摻入三價和五價雜質(zhì)元素，便形成P型區(qū)和N型區(qū)。這樣，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差異，N型區(qū)內(nèi)電子濃度很高，而P型區(qū)內(nèi)空穴濃度很高。電子和空穴都要從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴(kuò)散，如圖1.5所示。它們擴(kuò)散的結(jié)果就使P區(qū)和N區(qū)的交界處原來呈現(xiàn)的電中性被破壞了。P區(qū)一邊失去空穴，留下了帶負(fù)電的雜質(zhì)離子；N區(qū)一邊失去電子，留下了帶正電的雜質(zhì)離子。半導(dǎo)體中的離子不能任意移動，因此并不參與導(dǎo)電。這些不能移動的帶電粒子集中在P區(qū)和N區(qū)交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)，這就是PN結(jié)結(jié)。1

8、2項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識在出現(xiàn)了空間電荷區(qū)以后，由于正負(fù)離子之間的相互作用，在空間電荷區(qū)中形成了一個電場，其方向是從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。由于這個電場是在PN結(jié)內(nèi)部形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為內(nèi)電場內(nèi)電場。這個內(nèi)電場的方向是阻止載流子擴(kuò)散運(yùn)動的。 另一方面，這個內(nèi)電場將使N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移，使P區(qū)的少數(shù)載流子電子向N區(qū)漂移，漂移運(yùn)動的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動的方向相反。從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補(bǔ)充了原來交界面上P區(qū)失去的空穴，而從P區(qū)漂移到N區(qū)的電子補(bǔ)充了原來交界面上N區(qū)所失去的電子，這就使空間電荷減少。因此，漂移運(yùn)動的結(jié)果是使空間電荷區(qū)變窄，其作用正好與

9、擴(kuò)散運(yùn)動相反。 當(dāng)漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動相等時，空間電荷區(qū)便處于動態(tài)平衡狀態(tài)，如圖1.6所示。 13項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識圖1.5 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動圖1.6 形成空間電荷區(qū)14項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（3）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1）PN結(jié)外加正向電壓 PN結(jié)外加正向電壓外加正向電壓的接法是P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極。這時外加電壓形成電場的方向與內(nèi)電場的方向相反，從而使空間電荷區(qū)變窄，擴(kuò)散作用大于漂移作用，多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散形成正向電流I，方向是從P區(qū)指向N區(qū)，如圖1.7所示。這時的PN 結(jié)呈現(xiàn)為低電阻狀態(tài)，稱為正向?qū)āＵ驅(qū)▔航岛苄?，且隨溫度的

10、上升而減小。 15項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（3）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?）PN結(jié)外加反向電壓 外加反向電壓外加反向電壓的接法與正向相反，即P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極。此時的外加電壓形成電場的方向與內(nèi)電場的方向相同，從而使空間電荷區(qū)變寬，漂移作用大于擴(kuò)散作用，少數(shù)載流子在電場的作用下，形成漂移電流，它的方向與正向電壓的方向相反，如圖1.8所示。因少數(shù)載流子濃度很低，反向電流遠(yuǎn)小于正向電流。當(dāng)溫度一定時，少數(shù)載流子濃度是一定的，反向電流幾乎不隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流反向飽和電流IS。此時，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻為反向電阻，而且阻值很高，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)加正向電壓

11、時，電阻值很小，PN結(jié)導(dǎo)通；加反向電壓時，電阻值很大，PN結(jié)截止，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦浴?16項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識圖1.7 正向偏置的PN結(jié)圖1.8 反向偏置的PN結(jié)17項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識2.二極管將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。（1）二極管的結(jié)構(gòu)及類型 二極管的種類有很多，按照使用的半導(dǎo)體材料不同可分為硅管和鍺管。根據(jù)用途的不同可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、開關(guān)二極管、隔離二極管、快速關(guān)斷二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。按其結(jié)構(gòu)的不同可分為面接觸型、點(diǎn)接觸型及平面

12、型二極管三類。 18項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識圖1.9 （a）常見半導(dǎo)體二極管的外形圖1.9 （b）半導(dǎo)體二極管的符號19項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（2）二極管的伏安特性二極管的性能可用其伏安特性來描述，流過二極管的電流I與二極管兩端的電壓U之間的關(guān)系曲線為二極管的伏安特性。1）正向特性當(dāng)正向電壓比較小時，正向電流幾乎為零。只有當(dāng)正向電壓超過一定值時，正向電流才開始快速增長，二極管正向?qū)?，這一電壓值稱為死區(qū)電壓死區(qū)電壓Uth。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料及溫度等因素有關(guān)，一般硅管的死區(qū)電壓為0.5V左右，鍺管的死區(qū)電壓為0.1V左右。硅管的正向?qū)▔航导s為0.7V

13、，鍺管約為0.2V。20項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（2）二極管的伏安特性2）反向特性二極管加上反向電壓時，在一定范圍內(nèi)，反向電流并不隨反向電壓的增大而增大，而是基本保持為反向飽和電流IS不變。當(dāng)反向電壓超過UBR后，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿，UBR稱為反向擊穿電壓反向擊穿電壓。一般來講，二極管的電擊穿是可以恢復(fù)的，只要外加電壓減小即可恢復(fù)常態(tài)。但普通二極管發(fā)生電擊穿后，反向電流很大，且反向電壓很高，因而消耗在二極管PN結(jié)上的功率很大，致使PN結(jié)溫度升高，而結(jié)溫升高會使反向電流繼續(xù)增大，形成惡性循環(huán)，最終造成PN結(jié)因過熱而燒毀（稱作熱擊穿）。二極管熱擊穿后便失去單向?qū)щ娦?/p>

14、造成永久性損壞。21項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識圖1.10 半導(dǎo)體二極管的伏安特性22項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識3）二極管的伏安特性方程二極管是一種非線性元件，其中的電流I和兩端的電壓U間的函數(shù)關(guān)系可近似為式中：IS為反向飽和電流；UT為溫度的電壓當(dāng)量，常溫（T = 300K）時，UT為26mV；U和UT在式中采用同一單位。上式稱為半導(dǎo)體二極管的伏安特性方程。1TSeUUII23項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（3）二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2）最高反向工作電壓URM工作時加在二極管兩端的反向電壓不

15、得超過此值，否則二極管可能被擊穿。3）反向電流IR指在室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時，流過管子的反向電流。 4）最高工作頻率fM指二極管不失去單向?qū)щ娦缘淖罡哳l率。 24項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（4）二極管電路的分析方法我們一般可以將實(shí)際電路中的二極管作為理想二極管來處理，進(jìn)行近似分析。所謂理想二極管，是正向偏置時視其管壓降為0V，而反向偏置時視其電阻為無窮大、電流為零。 分析二極管電路時，首先斷開二極管，看管子兩端的電位差，從而判斷二極管兩端加的是正向電壓還是反向電壓。若是反向電壓，則說明二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，類似開路；若是正向電壓，說明二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，類似短

16、路。 25項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識例：電路如圖所示，已知E1 = 3V、E2 = 4V、uI = 10sintV，二極管是理想的，試畫出uO的波形。 26項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識解：取B點(diǎn)做參考點(diǎn)，標(biāo)注“”符號； 斷開二極管VD1、VD2； 分析二極管VD1和VD2陽極和陰極的電位關(guān)系；VD1陽極 = uI、VD1陰極 = E1 = 3VVD2陰極 = uI、VD2陽極 = E2 = 4VuI 3V時、二極管VD1導(dǎo)通且VD2截止、uO = E13V uI 4V時、二極管VD1和VD2均截止、uO = uI4V uI時、二極管VD1截止且VD2導(dǎo)通、uO = E

17、2 27項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識解：得到uO的波形。電路具有限幅功能。28項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基礎(chǔ)知識（5）二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用范圍非常廣泛，利用它的單向?qū)щ娦院驼驅(qū)?、反向截止、反向擊穿（穩(wěn)壓管）等工作狀態(tài)，可以組成各種應(yīng)用電路。1）整流電路2）鉗位電路3）隔離電路4）限幅電路5）穩(wěn)壓電路29項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.2 二極管的檢測1.半導(dǎo)體二極管極性的判別一般情況下，二極管有色環(huán)的一端為負(fù)極，有色點(diǎn)的一端為正極。如果是玻璃殼封裝，可直接看出極性，即內(nèi)部連接觸絲的一頭是正極，連半導(dǎo)體片的一頭是負(fù)極。如果既無色點(diǎn)，又不是透明封裝，則可以用萬用表來判別其極性

18、。 根據(jù)二極管正向?qū)〞r導(dǎo)通電阻小、反向截止時電阻大的特點(diǎn)，將萬用表撥到歐姆擋（一般用R 100或R 1k擋）。用萬用表的表筆分別接二極管的兩個電極，測出一個電阻，然后將兩表筆對換，再測出一個阻值，則阻值小的那一次黑表筆所接一端為二極管的正極，另一端即為負(fù)極。若兩次測得阻值都很小，則說明管子內(nèi)部短路；若兩次測得的阻值都很大，則說明管子內(nèi)部斷路。30項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.2 二極管的檢測2.半導(dǎo)體二極管的選用通常半導(dǎo)體二極管的正向電阻值為300 500，硅管為1000或更大些。鍺管的反向電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500k以上（大功率二極管的數(shù)值要小得多）。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)電容小，工作

19、頻率高，但不能承受較高的電壓和較大的電流，多用于檢波、小電流整流和高頻開關(guān)電路。面接觸型二極管結(jié)面積大，能承受較大的電流和功耗，但結(jié)電容較大，一般用于整流、穩(wěn)壓、低頻開關(guān)電路，而不適于高頻電路。選用二極管時，既要考慮正向電壓，又要考慮反向飽和電流和最大反向電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求查閱有關(guān)半導(dǎo)體器件手冊，進(jìn)行合理的選用。31項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管1.穩(wěn)壓二極管如果二極管工作在反向擊穿區(qū)，則當(dāng)反向電流有一個較大的變化量I時，管子兩端相應(yīng)的電壓變化量U卻很小。利用這一特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上是一種工作在反向擊穿區(qū)的二極管，其反向擊穿是可逆的。 圖1.1

20、3 穩(wěn)壓二極管的伏安特性和符號 32項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管（1）穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1）穩(wěn)定電壓UZ指穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的工作電壓，是選擇穩(wěn)壓管的主要依據(jù)之一。 2）穩(wěn)定電流IZ指穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。若工作電流低于IZ，則管子的穩(wěn)壓性能變差；若工作電流高于IZ，只要不超過額定功耗，穩(wěn)壓管可以正常工作。 3）動態(tài)內(nèi)阻rZ4）額定功耗PZ5）電壓的溫度系數(shù)U33項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管（2）使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時的注意事項(xiàng)1）負(fù)載應(yīng)與穩(wěn)壓管兩端并聯(lián)。2）穩(wěn)壓管應(yīng)工作在反向擊穿區(qū)。3）必須限制流過穩(wěn)壓管的電流，使IZmin IZ IZm

21、ax，因此一定要在電路中串聯(lián)接入限流電阻。34項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管2.變?nèi)荻O管（1）變?nèi)荻O管的工作原理變?nèi)荻O管是根據(jù)普通二極管內(nèi)部“PN結(jié)”的結(jié)電容能隨外加反向電壓的變化而變化這一原理專門設(shè)計出來的一種特殊二極管。變?nèi)荻O管又稱“可變電抗二極管”。所用材料多為硅或砷化鎵單晶。反偏電壓越大，其結(jié)電容越小。變?nèi)荻O管的調(diào)制電壓一般加到負(fù)極上，使變?nèi)荻O管的內(nèi)部結(jié)電容容量隨調(diào)制電壓的變化而變化。圖1.16 變?nèi)荻O管的外形及符號 35項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管2.變?nèi)荻O管（2）變?nèi)荻O管的檢測利用數(shù)字萬用表可以檢測變?nèi)荻O管的好壞，即利用二極

22、管擋檢查PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。將?shù)字萬用表撥至二極管擋，測量變?nèi)荻O管的壓降，然后交換表筆重測一次。其中一次測量為二極管的正向?qū)▔航?；另一次溢出，為二極管的反向電壓。則被測變?nèi)荻O管具有單向?qū)щ娦裕覝y量出正向?qū)▔航禃r紅表筆接的是變?nèi)荻O管的正極。36項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管3.肖特基二極管肖特基勢壘二極管（SBD）簡稱肖特基二極管，它屬于低壓、低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體功率器件，其反向恢復(fù)時間極短（可小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H為0.4V左右，而整流電流可達(dá)幾十到幾百安培。適于用做開關(guān)電源中的低壓整流管。（1）肖特基二極管的類型肖特基二極管分為有引線和表面安裝（貼

23、片式）兩種封裝形式。采用有引線式封裝的肖特基二極管通常作為高頻大電流整流二極管、續(xù)流二極管或保護(hù)二極管使用。它有單管式和對管（雙二極管）式兩種封裝形式。肖特基對管又有共陰、共陽和串聯(lián)三種管腳引出方式。采用表面封裝的肖特基二極管有單管型、雙管型和三管型等多種封裝形式。 37項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管圖1.17 肖特基二極管的外形及符號 圖1.18 肖特基二極管的結(jié)構(gòu) 38項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管3.肖特基二極管（2）肖特基二極管的工作原理 肖特基二極管是以金、銀、鉬等貴金屬（A）為陽極，以N型半導(dǎo)體材料（B）為陰極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流

24、特性而制成的金屬半導(dǎo)體器件。它屬于5層器件，典型的肖特基二極管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1.18。以N型半導(dǎo)體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層，用二氧化硅（SiO2）來消除邊緣區(qū)域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻，其摻雜濃度較N層要高100倍。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。 39項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管3.肖特基二極管（2）肖特基二極管的工作原理 因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A

25、向B的擴(kuò)散運(yùn)動。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向?yàn)閺腂指向A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產(chǎn)生從A指向B的漂移運(yùn)動，從而削弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動而形成的電場。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場引起的電子漂移運(yùn)動和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動達(dá)到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。40項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管圖1.19 肖特基二極管的工作原理 41項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管3.肖特基二極管（2）肖特基二極管的工作原理 通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，可在N型半導(dǎo)體基片與陽極金屬片之間形成合適的肖特基勢壘。當(dāng)

26、在肖特基勢壘兩端加上正偏電壓E時，金屬A與N型基片B分別接電源的正、負(fù)極，此時勢壘寬度W0變窄，其內(nèi)阻變小。反之，在肖特基勢壘兩端加負(fù)偏壓E時，勢壘寬度就增加，其內(nèi)阻變大，見圖1.19。綜上所述，肖特基二極管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)二極管有很大的區(qū)別。通常將PN結(jié)二極管稱作結(jié)二極管，而把金屬半導(dǎo)體二極管稱作肖特基二極管。 42項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管4.發(fā)光二極管（1）單色發(fā)光二極管的工作原理 在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。這種利用注入式致電發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED

27、。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 43項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管4.發(fā)光二極管（1）單色發(fā)光二極管的工作原理 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色決定于所用材料，目前有黃、綠、紅、橙等顏色，可以制成長方形、圓形等各種形狀，圖1.20為發(fā)光二極管的外形及符號。 圖1.20 單色發(fā)光二極管的外形及符號 44項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管4.發(fā)光二極管在使用發(fā)光二極管時應(yīng)注意以下幾個問題： 1）若用電壓源驅(qū)動，要注意選擇好限流電阻，以限制流過管子的正向電流。 2）未使用

28、的發(fā)光二極管，管腳引線較長的為管子的正極，短的為管子的負(fù)極。 3）交流驅(qū)動時，為防止反向擊穿，可并聯(lián)整流二極管，進(jìn)行保護(hù)。 發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成七段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示0 9十個數(shù)字。 45項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管4.發(fā)光二極管（2）單色發(fā)光二極管的檢測利用萬用表的R 10k擋可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至幾百千歐，反向電阻值為無窮大。如果正向電阻值為零或無窮大，反向電阻很小或?yàn)榱?，則已損壞。這種檢測方法不能實(shí)質(zhì)地看到發(fā)光二極管的發(fā)

29、光情況，因?yàn)镽 10k擋不能向LED提供較大的正向電流。 （3）高亮度單色發(fā)光二極管（4）變色發(fā)光二極管（5）閃爍發(fā)光二極管（6）紅外發(fā)光二極管46項(xiàng)目2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 特殊半導(dǎo)體二極管5.光電二極管光電二極管又叫光敏二極管，為遠(yuǎn)紅外線接收管，是一種光能與電能相互轉(zhuǎn)換的器件，外形及符號如圖1.21所示。其管殼上有入射光窗口，可將接收到的光線強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成為電流的變化。在無光照時，與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?；?dāng)加反向工作電壓時，無光照射，反向電阻較大，反向電流較小；有光照射，反向電流增加。光電二極管在反向電壓下受到光照而產(chǎn)生的電流稱為光電流，光電流受入射照度的控制。照度愈大，光

30、電流愈大。圖1.21 光電二極管的外形及符號 47項(xiàng)目項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識1.3.2 三極管的檢測三極管的檢測48項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識雙極結(jié)型三極管（BJT）又稱為雙極型三極管、半導(dǎo)體三極管或晶體管，簡稱為三極管。因其有自由電子和空穴兩種極性的載流子參與導(dǎo)電而得名。三極管是組成各種電子電路的核心器件之一。它的種類很多，按照所用的半導(dǎo)體材料可分為硅管和鍺管；按照工作頻率可分為低頻管和高頻管；按照功率可分為小、中、大功率管等等。常見的BJT外形如圖1.22所示。圖1.22 常見三極管的外形49項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識1.三

31、極管的結(jié)構(gòu)BJT的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.23（a）（c）所示。在一個硅（或鍺）片上生成三個雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域，一個P區(qū)（或N區(qū)）夾在兩個N區(qū)（或P區(qū)）中間。因此，BJT有兩種類型：NPN型和PNP型。從三個雜質(zhì)區(qū)域各自引出一個電極，分別叫做發(fā)射極發(fā)射極e、集電極集電極c、基基極極b，它們對應(yīng)的雜質(zhì)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)、集電區(qū)集電區(qū)和基區(qū)基區(qū)。BJT結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：基區(qū)很薄，而且摻雜濃度很低；發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是同類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體，但前者比后者摻雜濃度高很多，而集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)面積大，因此它們不是電對稱的。三個雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域之間形成兩個PN結(jié)，發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)間的

32、PN結(jié)稱為集電結(jié)集電結(jié)。圖1.23（b）（d）分別是NPN型和PNP型BJT的符號。50項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識1.三極管的結(jié)構(gòu)圖1.23 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號51項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識2.放大狀態(tài)下三極管的工作原理 （1）三極管中的載流子運(yùn)動當(dāng)BJT用作放大器件時，無論是NPN型還是PNP型，都應(yīng)將它們的發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓。下面以NPN管為例，分析在放大狀態(tài)下BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程。 1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散載流子，形成發(fā)射極電流IE由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，發(fā)射區(qū)的多子自由電子將不斷通過發(fā)

33、射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成發(fā)射結(jié)電子擴(kuò)散電流IEN，其方向與電子擴(kuò)散方向相反。同時，基區(qū)的多子空穴也要擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成空穴擴(kuò)散電流IEP，其方向與IEN相同。IEN和IEP一起構(gòu)成受發(fā)射結(jié)正向電壓uBE控制的發(fā)射極電流IE。由于基區(qū)摻雜濃度很低，即IEP很小，可以近似認(rèn)為IE IEN。52項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識圖1.24 共射放大電路 53項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識2）載流子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合，形成復(fù)合電流IBN由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子自由電子在發(fā)射結(jié)邊界附近濃度最高，離發(fā)射結(jié)越遠(yuǎn)濃度越低，形成了一定的濃度梯度。濃度差使擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散。在擴(kuò)

34、散過程中，有一部分電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成基區(qū)復(fù)合電流IBN。由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又低，因此電子與空穴復(fù)合機(jī)會少，IBN很?。ū劝l(fā)射極電流IE小很多），大多數(shù)電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊界。54項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識3）集電區(qū)收集載流子，形成集電極電流IC 由于集電結(jié)上外加反偏電壓，空間電荷區(qū)的內(nèi)電場被加強(qiáng)，對基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的載流子自由電子有很強(qiáng)的吸引力，使它們很快漂移過集電結(jié)，被集電區(qū)收集，形成集電極電流中受發(fā)射結(jié)電壓控制的電流ICN，其方向與電子漂移方向相反。與此同時，基區(qū)自身的少子自由電子和集電區(qū)的少子空穴也要在集電結(jié)反偏電壓的作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動，形成集電結(jié)反向飽和

35、電流反向飽和電流ICBO，其方向與ICN方向一致。ICN和ICBO一起構(gòu)成集電極電流IC。55項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識圖1.25 放大狀態(tài)下三極管中載流子的運(yùn)動 56項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識（2）三極管的電流分配關(guān)系其中CCNCBOIII ECNBNIII CNCEEIIIIECBIII CCBCBOBCEOBIIIIIII 1 1CEOCBOII57項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識3. 三極管的特性曲線 利用BJT的輸入、輸出特性曲線，可以較全面的描述BJT各極電流和電壓間的關(guān)系。下面主要介紹NPN型三極管的共射特性曲線。（1）輸入特性當(dāng)BJT的uCE

36、不變時，輸入回路的電流iB與電壓uBE之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性，即因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以BJT的輸入特性曲線與半導(dǎo)體二極管的正向特性曲線相似。隨著uCE的增加，特性曲線向右移動。當(dāng)uCE大于某一數(shù)值以后，不同uCE的各條輸入特性幾乎重疊在一起。 CEBBEuif u 常數(shù)常數(shù)58項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識圖1.27 三極管的輸入特性 圖1.28 三極管的輸出特性 59項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識3. 三極管的特性曲線 （2）輸出特性當(dāng)iB不變時，BJT輸出回路中的電流iC與電壓uCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性，即輸出特性曲線可以分為三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。 B

37、CCEiif u 常常數(shù)數(shù)60項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識1）截止區(qū)一般將iB 0的區(qū)域稱為截止區(qū)，此時iC近似為零。由于BJT的各極電流基本都為零，因此認(rèn)為BJT處于截止?fàn)顟B(tài)。可以認(rèn)為，當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時，發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子，則BJT真正處于截止?fàn)顟B(tài)，沒有放大作用。所以，在截止區(qū)，BJT的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于反向偏置狀態(tài)。對于NPN型BJT有uBE 0，uBC 0。61項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識2）放大區(qū)在放大區(qū)，各條輸出特性曲線近似為水平的直線，表示當(dāng)iB一定時，iC的值基本上不隨uCE而變化。當(dāng)基極電流有一個微小的變化量時，相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生一個較大的

38、變化量。可見，BJT具有電流放大作用具有電流放大作用。將集電極電流與基極電流的變化量之比定義為BJT的共射電流放大倍數(shù)，用來表示，即在放大區(qū)，BJT的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。對于NPN型BJT有uBE 0，uBC 0。CBii 62項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識3）飽和區(qū)圖1.28中靠近縱軸附近，各條輸出特性曲線的上升部分屬于BJT的飽和區(qū)。此時，BJT的集電極電流基本不隨基極電流而變化，這種現(xiàn)象稱為飽和。在飽和區(qū)，BJT失去放大作用。對于NPN型BJT有uBE 0，uBC 0。 63項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識4. 三極管的主要參數(shù) （1）電流放大倍數(shù)1）共射電

39、流放大倍數(shù)輸入回路和輸出回路的公共端是發(fā)射極，此時稱為共射接法。共射電流放大倍數(shù)是共射接法時，集電極電流與基極電流的變化量之比，即2）共射直流電流放大倍數(shù)共射接法時，集電極電流與基極電流的直流量之比，即CBii CBII 64項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識3）共基電流放大倍數(shù)輸入回路和輸出回路的公共端是基極，此時稱為共基接法。共基接法時，集電極電流與發(fā)射極電流的變化量之比，即4）共基直流電流放大倍數(shù) 共基接法時，集電極電流與發(fā)射極電流的直流量之比，即存在以下關(guān)系： CEii CEII 11 65項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識（2）反向飽和電流1）集電極和基極之間的反向飽和電

40、流ICBO當(dāng)發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向電流。 2）集電極和發(fā)射極之間的穿透電流ICEO當(dāng)基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的反向電流。選用BJT時，一般希望極間反向飽和電流盡量小些，以減小溫度對BJT性能的影響。66項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識（3）極限參數(shù)1）集電極最大允許電流ICM當(dāng)集電極電流過大時，BJT的值就要減小。當(dāng)iC = ICM時，管子的值下降到額定值的三分之二。2）集電極最大允許耗散功率PCMBJT工作時，損耗的功率為pC = iC uCE。集電極消耗的電能將轉(zhuǎn)化為熱能使管子的溫度升高，如果溫度過高，將使BJT的性能變差甚至損壞。PCM為集電極損耗的極限，則滿

41、足iC uCE PCM時BJT是安全的。67項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識（3）極限參數(shù)3）極間反向擊穿電壓當(dāng)BJT內(nèi)的兩個PN結(jié)上承受的反向電壓超過規(guī)定值時，也會發(fā)生擊穿，其擊穿原理和二極管類似。U( BR )CBO是指發(fā)射極開路時集電極一基極間的反向擊穿電壓。U( BR )CEO是指基極開路時集電極一發(fā)射間的反向擊穿電壓。為了使BJT能安全工作，在應(yīng)用中必須使它的集電極工作電流小于ICM，集電極一發(fā)射極間的電壓小于U( BR )CEO，集電極耗散功率小于PCM，即上述三個極限參數(shù)決定了BJT的安全工作區(qū)，如圖1.31所示。68項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識圖1.31 三

42、極管的安全工作區(qū)69項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1 基礎(chǔ)知識5. 溫度對三極管的影響 （1）溫度對BJT參數(shù)的影響1）溫度對ICBO的影響B(tài)JT的ICBO是集電結(jié)反偏時，集電區(qū)和基區(qū)的少子漂移電流，因而對溫度非常敏感。溫度每升高10C，ICBO約增加一倍。穿透電流ICEO也會隨溫度的變化而變化。2）溫度對 的影響電流放大系數(shù) 隨溫度上升而增大。溫度每升高1C， 值約增0.5% 1%。共基極電流放大系數(shù) 也會隨溫度變化而變化。3）溫度對反向擊穿電壓U( BR )CBO和U( BR )CEO的影響溫度升高時，U( BR )CBO和U( BR )CEO都會有所提高。70項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.1

43、 基礎(chǔ)知識5. 溫度對三極管的影響 （2）溫度對BJT特性曲線的影響1）對輸入特性的影響 溫度升高時，BJT共射極連接時的輸入特性曲線將向左移動。溫度每升高1C，uBE減小2mV 2.5mV。2）對輸出特性的影響溫度升高時，BJT的ICBO、ICEO、都將增大，結(jié)果將導(dǎo)致BJT的輸出特性曲線向上移動。 71項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.2 三極管的檢測1. 三極管管腳和質(zhì)量的判斷 （1）根據(jù)管腳排列和色點(diǎn)識別 1）等腰直角三角形排列，其直角頂點(diǎn)是基極，靠近紅色點(diǎn)的一腳是集電極，另一極是發(fā)射極。 2）等腰直角三角形排列，直角頂點(diǎn)是基極，靠近管帽邊沿的電極為發(fā)射極，另外一個電極是集電極。3）等腰三角

44、形排列，靠不同的色點(diǎn)來區(qū)分?？拷t色點(diǎn)的為集電極，靠近白色點(diǎn)的為基極，靠近綠點(diǎn)的為發(fā)射極。72項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.2 三極管的檢測1. 三極管管腳和質(zhì)量的判斷 （1）根據(jù)管腳排列和色點(diǎn)識別 4）有些管子的管腳排列成直線，但距離不相等，孤立的一個電極為集電極，中間的為基極，另一個為發(fā)射極。 5）四個管腳的BJT，管殼帶有凸緣時，將管腳朝向自己，從管殼凸緣開始，順時針方向排列依次為發(fā)射極、基極、集電極和地線。6）半圓形塑封晶體BJT，讓球面向上，管腳朝自己，則從左到右依次是集電極，基極和發(fā)射極。73項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.2 三極管的檢測1. 三極管管腳和質(zhì)量的判斷 （2）用萬用表判別

45、首先應(yīng)判斷管子的基極和管型。測試時，首先假設(shè)某一管腳為基極，將萬用表撥在R 100或R 1k擋上，用黑表筆接觸BJT某一管腳，用紅表筆分別接觸另外兩管腳，若測得的阻值相差很大，則原先假設(shè)的基極不正確，需另外假設(shè)。若兩次測得的阻值都很大，則該極可能是基極，此時再將兩表筆對換繼續(xù)測試，若對換表筆后測得的阻值都較小，則說明該電極是基極，且為PNP型。同理，黑表筆接假設(shè)的此BJT基極，紅表筆分別接其它兩個電極時測得的阻值都很小，則該BJT的管型為NPN型。74項(xiàng)目3 半導(dǎo)體三極管1.3.2 三極管的檢測1. 三極管管腳和質(zhì)量的判斷 （2）用萬用表判別判斷出管子的基極和管型后，可進(jìn)一步判斷管子的集電極和

46、發(fā)射極。以NPN型管為例，確定基極和管型后，假設(shè)其它兩只管腳中一只是集電極，另一只即假設(shè)為發(fā)射極。用手指將已知的基極和假設(shè)的集電極捏在一起（但不要相碰），將黑表筆接在假設(shè)的集電極上，紅表筆接在假設(shè)的發(fā)射極上，記下萬用表指針?biāo)傅奈恢?，然后再作相反的假設(shè)（即原先假設(shè)為C的假設(shè)為E，原先假設(shè)為E的假設(shè)為C），重復(fù)上述過程，并記下萬用表指針?biāo)傅奈恢?。比較兩次測試的結(jié)果，指針偏轉(zhuǎn)大的（即阻值小的）那次假設(shè)是正確的。（若為PNP型管，測試時，將紅表筆接假設(shè)的集電極，黑表筆接假設(shè)的發(fā)射極，其余不變，仍然是電阻小的一次假設(shè)正確）。75項(xiàng)目項(xiàng)目4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管1.4.1 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識1.4.2 場效

47、應(yīng)管的檢測場效應(yīng)管的檢測76項(xiàng)目4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管（FET）是一種電壓控制的半導(dǎo)體器件，它通過輸入信號電壓uGS來控制其輸出電流iD，具有輸入電阻高、溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、制造工藝簡單、便于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于集成電路中。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵型場效應(yīng)管（MOSFET）兩大類。77項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識1. 結(jié)型場效應(yīng)管按導(dǎo)電溝道的不同，JFET分為N溝道和P溝道兩種，它們的工作原理是類似的。下面以N溝道JFET為例介紹其結(jié)構(gòu)、工作原理和特性曲線。 （1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)在一塊N型半導(dǎo)體的兩側(cè)，利用合金法、擴(kuò)散法或其他工藝做成兩個

48、摻雜濃度比較高的P區(qū)，此時在P區(qū)和N區(qū)的交界處將形成一個PN結(jié)，即耗盡層。將兩側(cè)的P區(qū)連接起來，引出一個電極，稱為柵極柵極g，在N區(qū)的一端引出一個源極源極s，另一端引出一個漏極漏極d。 78項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.32 JFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號79項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識（2）工作原理 因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在多數(shù)載流子電子，所以若在漏極與源極之間加上一個電壓，就有可能導(dǎo)電。由于這種FET的導(dǎo)電溝道是電子型的，因此稱為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管。1）當(dāng)uDS = 0且uGS 0時當(dāng)uDS = 0時，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝道比較寬。當(dāng)uGS 0時，柵源極之間加上一個

49、反向偏壓，耗盡層的寬度增大，導(dǎo)電溝道相應(yīng)變窄。當(dāng)uGS = UGS( off )時，兩側(cè)的耗盡層合攏在一起，導(dǎo)電溝道被夾斷，UGS( off )稱為夾斷電壓。當(dāng)uGS變化時，雖然導(dǎo)電溝道的寬度隨著發(fā)生變化，但因uDS = 0，所以漏極電流iD等于零。80項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識2）當(dāng)uDS 0且uGS固定不變時（UGS( off ) uGS 0）當(dāng)uDS 0時，將產(chǎn)生一個漏極電流iD。且隨著uDS的升高，iD將逐漸增大。但uDS不能過高，否則PN結(jié)將由于反偏電壓過高而被擊穿，損壞場效應(yīng)管。3）當(dāng)uDS 0且uGS 0時因uDS 0，所以將產(chǎn)生漏極電流iD。當(dāng)uGS = 0時，耗盡

50、層比較窄，導(dǎo)電溝道比較寬， iD比較大。 當(dāng)uGS 0時，耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，iD將減小。當(dāng)uGS UGS( off )時，導(dǎo)電溝道完全被夾斷，iD減為零?？梢?，改變柵極與源極之間的電壓uGS，即可控制漏極電流iD。這種器件利用柵源之間的電壓利用柵源之間的電壓uGS來改變來改變PN結(jié)中的電場，從而控制結(jié)中的電場，從而控制漏極電流漏極電流iD，故稱為結(jié)型場效應(yīng)管。81項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.33 當(dāng)uDS = 0時，uGS對耗盡層和導(dǎo)電溝道的影響 82項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識（3）特性曲線 1）輸出特性場效應(yīng)管的輸出特性是當(dāng)柵源極之間的電壓uGS不變時，漏

51、極電流iD與漏源之間的電壓uDS的關(guān)系，即可以看出，它們和三極管的共射輸出特性曲線很相似。其輸出特性可以劃分為三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和截止區(qū)。 GSDDSuif u 常常數(shù)數(shù)83項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識（3）特性曲線 2）轉(zhuǎn)移特性場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是當(dāng)漏源極之間的電壓uDS不變時，漏極電流iD與柵源之間的電壓uGS的關(guān)系，即轉(zhuǎn)移特性描述了柵源之間電壓uGS對漏極電流iD的控制作用。 DSDGSuif u 常常數(shù)數(shù)84項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.34 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線85項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識2. 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管是由

52、金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成的，其柵極被絕緣層隔離，因此輸入電阻更高，可達(dá)109以上。從導(dǎo)電溝道來分，MOSFET也有N溝道和P溝道兩種類型。無論N溝道或P溝道，又都可以分為增強(qiáng)型增強(qiáng)型和耗盡型耗盡型兩種。下面以N溝道增強(qiáng)型MOSFET為主，介紹它們的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性曲線。（1） N溝道增強(qiáng)型MOSFET 1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)86項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.35 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號 87項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識2）工作原理絕緣柵型場效應(yīng)管的工作原理與結(jié)型場效應(yīng)管有所不同。結(jié)型場效應(yīng)管是利用uGS來控制PN結(jié)耗盡層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的寬度，

53、以控制漏極電流iD。而絕緣柵型場效應(yīng)管則是利用uGS來控制感應(yīng)電荷的多少，以改變由這些感應(yīng)電荷形成的導(dǎo)電溝道的狀況，進(jìn)而控制漏極電流iD。如果uGS = 0時漏源極之間已經(jīng)存在導(dǎo)電溝道，稱為耗盡型場效應(yīng)管。如果uGS = 0時不存在導(dǎo)電溝道，則稱為增強(qiáng)型場效應(yīng)管。88項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識當(dāng)uDS = 0且uGS 0時由于柵源極的電壓uGS為正，它所產(chǎn)生的電場把P型襯底中的電子（少子）吸引到靠近二氧化硅的一側(cè)，與空穴復(fù)合。當(dāng)uGS UGS( th )時，由于吸引了足夠多的電子，在漏極和源極之間形成了可移動的表面電荷層，有了N型導(dǎo)電溝道，UGS( th )稱為開啟電壓開啟電壓。隨

54、著uGS的升高，感應(yīng)電荷增多，導(dǎo)電溝道變寬。當(dāng)uDS 0且uGS UGS( th )時由于漏源極之間存在導(dǎo)電溝道，當(dāng)uDS 0時，將有電流iD。且當(dāng)uDS增大時，iD將隨之而增大。89項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.36 ugs UGS( th )時形成導(dǎo)電溝道90項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識3）特性曲線N溝道增強(qiáng)型MOSFET的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性分別示于圖1.37中。N溝道增強(qiáng)型MOSFET的輸出特性同樣可以分為三個區(qū)域：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和截止區(qū)。從圖1.37所示的轉(zhuǎn)移特性中可見，當(dāng)uGS UGS( th )時，由于尚未形成導(dǎo)電溝道，iD基本為零。當(dāng)uGS = UGS

55、( th )時，開始形成導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生iD。隨著uGS的增大，導(dǎo)電溝道變寬，溝道電阻減小，iD增大。 91項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.37 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線 92項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識（2） N溝道耗盡型MOSFET 耗盡型MOSFET在制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入了大量的正離子，所以即使uGS = 0時，這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中感應(yīng)出足夠的負(fù)電荷，形成N型導(dǎo)電溝道。如果uGS 0，導(dǎo)電溝道變窄，iD減小。當(dāng)uGS = UGS( off )時，導(dǎo)電溝道消失，iD降為零，UGS( off )稱為夾斷電壓夾斷電壓。93項(xiàng)目4

56、場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識圖1.38 N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號94項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識3. 場效應(yīng)管的主要參數(shù)及使用（1）場效應(yīng)管的主要參數(shù) 1）直流參數(shù)夾斷電壓UGS( off )。UGS( off )是MOSFET耗盡型和JFET的參數(shù)，當(dāng)柵源極電壓uGS = UGS( off )時，漏極電流為零。 開啟電壓UGS( th )。UGS( th )是MOSFET增強(qiáng)型的參數(shù)，當(dāng)柵源極電壓uGS 小于開啟電壓的絕對值時，場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。飽和漏極電流IDSS。IDSS是MOSFET耗盡型和JFET的參數(shù)，是當(dāng)柵源極電壓uGS = 0時所對應(yīng)的漏極電流

57、。直流輸入電阻RGS。RGS是柵源極間的等效直流輸入電阻。對MOSFET，RGS在1010 1015之間；對JFET，RGS在108 1012之間。95項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識3. 場效應(yīng)管的主要參數(shù)及使用（1）場效應(yīng)管的主要參數(shù) 2）交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)gm。gm反應(yīng)了柵極電壓uGS對漏極電流iD的控制作用（相當(dāng)于普通晶體管的hFE）；因此gm越大，F(xiàn)ET的放大能力就越強(qiáng)。DSDmGSdduigu 常數(shù)常數(shù)96項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.1 基礎(chǔ)知識4. 場效應(yīng)管的使用注意事項(xiàng)（1）由于MOSFET的輸入電阻非常高，所以容易造成感應(yīng)電壓過高而擊穿。在焊接時，不論是將管子焊到電路板上，

58、還是從電路板上取下來，應(yīng)將各極短路之后，先焊漏極、源極，后焊柵極。還應(yīng)注意電烙鐵要可靠接地。（2）不能用萬用表測MOSFET的各極。MOSFET在保管儲存時應(yīng)將三個極短路。（3）因?yàn)镴FET不是利用電荷感應(yīng)的原理工作，所以不至于形成感應(yīng)擊穿的情況，但應(yīng)注意柵極和源極之間的電壓極性不能接反。97項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.2 場效應(yīng)管的檢測1.場效應(yīng)管電極的判別根據(jù)場效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場效應(yīng)管的三個電極。選用萬用表的R 1k擋，任選結(jié)型場效應(yīng)管的兩個電極，分別測出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個電極的正、反向電阻值相等、且為幾千歐時，則該兩個電極分別是漏極d和源極s

59、（因?yàn)榻Y(jié)型場效應(yīng)管的漏極和源極可以互換），剩下的一個電極是柵極g。 98項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.2 場效應(yīng)管的檢測2.場效應(yīng)管好壞的判別 測電阻法是用萬用表測量場效應(yīng)管的源極與漏極、柵極與源極和柵極與漏極之間的電阻值，進(jìn)而判別場效應(yīng)管好壞的方法。（1）選用萬用表R 10擋或R 100擋。（2）用萬用表測量源極與漏極之間的電阻。測量出的電阻值通常在幾十歐到幾千歐范圍內(nèi)。如果測得的電阻值大于正常值，則可能是內(nèi)部接觸不良；如果測得的電阻值是無窮大，則可能是內(nèi)部斷極。（3）置于萬用表的R 10k擋，測量柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值。若測得的電阻值均為無窮大，則說明被測場效應(yīng)管是正常的；若測得的

60、電阻值太小或?yàn)橥?，則說明被測場效應(yīng)管是壞的。 99項(xiàng)目4 場效應(yīng)管 1.4.2 場效應(yīng)管的檢測3.場效應(yīng)管與三極管的比較 100項(xiàng)目項(xiàng)目5 晶閘管晶閘管1.5.1 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識1.5.2 晶閘管晶閘管的檢測的檢測101項(xiàng)目5 晶閘管晶閘管又叫可控硅，分為單向可控硅、雙向可控硅、快速可控硅、可關(guān)斷可控硅、逆導(dǎo)可控硅和光控可控硅等幾種，是一種大功率的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、重量輕、容量大、效率高、使用維護(hù)簡單、控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)。同時，它的功率放大倍數(shù)很高，可以用微小的信號功率對大功率的電源進(jìn)行控制和變換。在數(shù)字電路中可作為功率開關(guān)使用。此處只介紹單向晶閘管。102項(xiàng)目5 晶閘管 1.5.1