第一章常用半導(dǎo)體器件

第一章

二極管、晶體管、晶閘管21.1二極管導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(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，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、等。3本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)且無晶格缺陷半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）。1.1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識雜質(zhì)半導(dǎo)體：向本本征半導(dǎo)體摻如特定的雜質(zhì)，能該原本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性；雜質(zhì)半導(dǎo)體有N型（電子型）和P型（空穴型）。4半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

1.摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。2.熱敏性和光敏性：當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。51.1.2二極管的單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dāng)PN結(jié)正向偏置時（P加正，N加負），形成較大正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時（P加負，N加正），形成較大反向電流，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)；二極管是最基本的半導(dǎo)體器件，從本質(zhì)上說它就是一個PN結(jié)。6

伏安特性UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR

加正向電壓（正偏）——-電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)

1、正向偏置時加在二極管兩端的正向電壓較小時，二極管不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。

2、當(dāng)正向電壓達到某一數(shù)值后（死區(qū)電壓）二極管才能真正導(dǎo)通。3、導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變，這個數(shù)值稱為二極管的“正向壓降”加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)

1、反向偏置時二極管會流過微弱的反向電流，這個電流稱為漏電流。

2、漏電流與環(huán)境溫度緊密關(guān)聯(lián)，溫度越高漏電流越大，反之亦反。同等溫度下，鍺管漏電流比硅管顯著。

鍺二極管T硅的曲線向鍺的曲線靠攏7PN結(jié)加正向電壓時呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。

結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?/p>

二極管具有單向?qū)щ娦钥偨Y(jié)81.1.3二極管的名稱1、國產(chǎn)命名參考<附錄1>2、國外命名日本以“1S”開頭，美國以“1N”開頭。91.1.4二極管的分類劃分方法及種類說明按功能劃分整流二極管專門用于整流的二極管開關(guān)二極管作為電子開關(guān)使用穩(wěn)壓二極管專門用于直流穩(wěn)壓的二極管（小電流輸出）發(fā)光二極管專門用于指示的二極管，能發(fā)出可見光光敏二極管對光（紅外光、激光）有敏感作用的二極管變?nèi)荻O管高頻電路中作為可調(diào)電容器使用按PN結(jié)大小劃分點接觸型專門用于檢波等小電流信號處理的二極管面接觸型專門用于整流等大電流信號處理的二極管按封裝劃分塑料封裝小功率二極管常采用的封裝形式玻璃封裝一般為點接觸型，工作電流小但工作頻率高，如小信號檢波電路的應(yīng)用金屬封裝一般為面接觸型二極管，電流大，頻率低，如大功率整流電路的應(yīng)用按材料劃分硅二極管硅材料二極管鍺二極管鍺材料二極管101.1.6主要參數(shù)1.正向額定電流IFM

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VRM保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。通常最高反向工作電壓是擊穿電壓的一半或三分之一。3.反向飽和電流ICEO（反向漏電流）

指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。11【例1】電路如圖所示，V為理想二極管，判斷二極管的狀態(tài)，并求出V0是多少？6VV12V3KΩ＋－V0＋－解：（1）假設(shè)：二極管都截止，接地點∴V正=12VV負=6V電壓=0V∴V正－V負=6V>0∴二極管導(dǎo)通（2）∴V0=12V12【例2】電路如圖所示，V為理想二極管，判斷二極管的狀態(tài)，并求出VAB是多少？V1V212V9VRAB電壓=0V假設(shè)：二極管都截止，接地點解：（1）＋－＋－∴V1+=0VV1+V1－=－9VV1－V2+V2+=－12VV2－V2－=－9V∴V1+>V1－∴V2+<V2－∴V1導(dǎo)通V2截止（2）∴VAB=0V類似這樣的電路不可能兩個二極管都導(dǎo)通13V1V26V12VAB假設(shè)：二極管都截止，接地點解：（1）＋＋－－∴V1+=12VV1－=

0VV2+=12VV2－=－6V∴V1+>V1－∴V2+>V2－類似這樣的電路不可能兩個二極管都導(dǎo)通∴V1+

－V1－＝12-0=12V∴V2+

－V2－＝12-(-6)=18V<∴V2

優(yōu)先導(dǎo)通V2

導(dǎo)通后，V1+

=－6V∴V1

截止（2）∴VAB=－6VR【例3】電路如圖所示，V為理想二極管，判斷二極管的狀態(tài)，并求出VO是多少？V1V2V3V4VO＋－－12V＋12V＋6V＋8V0VABRR假設(shè)：二極管都截止解：（1）∴VA=12V∴V1+>V1－∴V2+>V2－V1+=VA=12VV1－=

6VV1壓差=6VV2+=VA=12VV2－=

0VV2壓差=12V∴V2優(yōu)先導(dǎo)通V1截止這時VA=0VVB=－12V∴V3+>V3－∴V4+>V4－V3壓差=12VV4壓差=20V∴V4優(yōu)先導(dǎo)通V3截止∴VO=VB=8V（2）15【例4】電路如圖所示，V為理想二極管，判斷二極管的狀態(tài)，并求出VO是多少？R1KΩ－5V－3V0V＋3VVOV1V2V3解：（1）假設(shè)：二極管都截止AVA=－5V所有二極管的負極V－V1+=－3VV2+=0VV3+=＋3V所有二極管都正偏V1壓差=2VV2壓差=5VV3壓差=8V∴V3優(yōu)先導(dǎo)通這時VA=＋3VV1+=－3V∴V1截止V2+=0V∴V2截止∴VO=VA=3V（2）161.2晶體管1.2.1晶體管基礎(chǔ)知識BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型1.晶體管的結(jié)構(gòu)17BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高18BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)19BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管符號202.晶體管的名稱1、國產(chǎn)命名參考<附錄1>2、國外命名日本以“2S”開頭，美國以“2N”開頭。213.晶體管的的分類劃分方法及種類說明按結(jié)構(gòu)劃分PNP-NPN-按材料劃分硅管用半導(dǎo)體硅材料制造的管子鍺管用半導(dǎo)體鍺材料制造的管子按工作頻率劃分低頻管共射特征頻率低于3MHz（如8050、8550）高頻管共射特征頻率高于3MHz（如9018）按功率劃分小功率管耗散功率小于1瓦（如8050、8550）中功率管耗散功率幾瓦（如TIP41、TIP42）大功率管耗散功率為幾瓦～幾十瓦按用途劃分普通放大三極管模擬放大電路使用的管子開關(guān)三極管開關(guān)控制電路使用的管子224.晶體管的封裝外形

231.2.1電流分配和放大原理ICmAAVVVCEVBERbIBVCCVBBRPmAIERC“放大”是指三極管具有電流放大能力。①交流電流放大倍數(shù)簡稱交流ββ基本上是定值

晶體管最基本的和最重要的特性②直流電流放大倍數(shù)直流25放大能力實質(zhì)上是IB對VCE的控制能力，因為無論是IB和IC，它們都來自于電源。放大的“源”來自于

外加的直流電IE=IC+IB

∵IBμAIC

mA∴IE≈

IC

三極管中的電流分配關(guān)系26一.輸入特性VCE

=0.5VVCE

1VIB(A)VBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管VBE0.6~0.7V,鍺管VBE0.2~0.3V。VCE=0V

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。1.2.3

特性曲線iB=f（VBE)｜VCE=常數(shù)27二、輸出特性IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)VCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。1、放大區(qū)iC=f（VCE)｜IB=常數(shù)28IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中集電結(jié)正偏，IB>IC，VCES0.2V稱為飽和區(qū)。2、飽和區(qū)29IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,VBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。3、截止區(qū)30輸出特性三個區(qū)的特點:放大區(qū)：

即：IC=IB,且IC

=

IB

VCE=VCC-ICRC(2)飽和區(qū)：

即：VCEVBE

，

IB>IC，VCE0.2V

(3)截止區(qū)：

VBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。31三、主要參數(shù)

前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：

工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：1.電流放大倍數(shù)和

322.極間反向飽和電流ICEO=(1+β）ICBO集電極—基極反向飽和電流ICBO穿透電流ICEO兩者的關(guān)系會隨溫度的升高而增大，ICEO大反映三極管溫度穩(wěn)定性差，ICEO越小越好3.極限參數(shù)

集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的2/3時的集電極電流即為ICM。集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO

基極開路時，加在集-射極之間的最大允許電壓V(BR)CEO，電壓超過此值后，三極管就會被擊穿。集電極最大電流ICM

三極管最大允許平均功率，它是IC和VCE乘積允許的最大值，超過此值三極管會過熱而損壞。集電極最大允許耗散功率PCM34總結(jié)：偏置條件發(fā)射結(jié)反偏截止發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏飽和發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏放大NPN:VBE≤0PNP:VBE≥0NPN:VBE≥VCE＞0PNP:VBE≤VCE＜0NPN:VC＞VB＞VEPNP:VE＞VB＞VC35【例】假設(shè)VBB=VCC=10V，RP短路，Rb=470Ω，RC=2.7kΩ，β=100，默認晶體管導(dǎo)通時，VBE=0.6V。（1）通過計算判斷晶體管的工作狀態(tài)VBBVCCRCRbVBE輸入回路：IB

ebc

VCE輸出回路：

比較VBE和VCE

發(fā)射結(jié)正偏

集電結(jié)反偏放大37（2）假設(shè)Rc=5.6kΩ，通過計算判斷晶體管的工作狀態(tài)VBBVCCRCRbVBEIBebcVCE輸入回路不變：IB=20μAIC=2mA

=－1.2VVCE最小=飽和壓降VCES=0.2V∴晶體管處于飽和狀態(tài)38（3）保持Rb不變，改變RC，若使晶體管剛好飽和（Vces=0.2V），則這時Rc為多少？保持Rb=470KΩ不變IB=20μΑ則Ic=2mΑ

VCES

（4）保持Rc不變，改變Rb，若使晶體管剛好飽和，則這時Rb為多少？保持Rc=2.7KΩ不變

VCES

（5）保持Rc、Rb不變，僅改變晶體管樣品，若使晶體管剛好飽和，則這時β值為多少？保持Rb=470kΩ不變

保持RC=2.7kΩ不變，剛好飽和

41

一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴展到強電領(lǐng)域。

體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。

特點1.3

晶閘管421.3.1基本結(jié)構(gòu)A（陽極）四層半導(dǎo)