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1、第七章 二极管和三极管,7.1 半导体基础知识,自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。,掺杂性 ：通过掺入杂质可明显改变半导体的电导率，（在30的纯锗中掺入一亿分之一的杂质，电导率增加几百倍）,导电能力介于导体与绝缘体之间。,热敏性：温度可明显改变半导体的电导率。,光敏性：光照可改变半导体的电导率，还可产生电动势，这是BJT的光电效应。,一、半导体的特点：,二、本征半导体,完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,本征半导体晶体,价电子,共价键,二、杂质半
2、导体,在本征半导体中加入微量杂质（百万分之一），可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。,1、N型半导体（电子型）,在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷、砷、锑，则构成N型半导体。见下图。,N型半导体的共价键结构,2、P型半导体（空穴型） 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼、铝、铟，则构成P型半导体。,P型半导体共价键结构,受主原子,空穴,三、PN结,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层(不能移动的正、负离子)，称为
3、 PN 结。,1、PN结的形成,2、PN结的单向导电性,（1）正向偏置：P“+”，N“-”,电路中有较大的正向电流，PN结导通，相当于导线。,I,（2）反向偏置：P“-”，N“+”,电路中有很小的反向电流，PN结截止，相当于断路。,IS,反向电流又称反向饱和电流，数值非常小（A级）。对温度十分敏感，随着温度升高， IS 将急剧增大。,3. PN结的反向击穿,反向击穿：当反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加的现象称为反向击穿（电击穿）。若不加限流措施，PN结将过热而损坏，此称为热击穿。电击穿是可逆的，而热击穿是不可逆的，应该避免。,7.2 半导体二极管,半导体二极管本质上就是一个PN结，具有
4、单向导电性。二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类，如下图所示。,点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可用在检波和变频等高频电路中。 面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作，可用作工频大电流整流电路。,+,-,阴极,阳极,一、符号,常见的二极管有金属、塑料和玻璃三种封装形式。按照应用的不同，二极管分为整流、检波、开关、稳压、发光、光电、快恢复和变容二极管等。根据使用的不同，二极管的外形各异，下图所示为几种常见的二极管外形。,二、 伏安特性,二极管两端的电压u及其流过二极管的电
5、流i之间的关系曲线，称为二极管的伏安特性。,1、正向特性,二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称为二极管的正向特性。如下图所示，当二极管所加正向电压比较小时（0uVth），二极管上流经的电流为0，管子仍截止，此区域称为死区，Vth称为死区电压（门坎电压）。硅二极管的死区电压约为0.5V，锗二极管的死区电压约为0.1V。,正向特性,硅管的伏安特性2CP31,反向特性,二极管的伏安特性,导通电压：Si:0.60.8V；Ge:0.20.3V,2、反向特性,二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由上图可见，二极管外加反向电压时，反向电流很小（Si管10-1510-10A，Ge管
6、 10-1010-7A），而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流IS。,3、反向击穿特性,从上图可见，当反向电压的值增大到VBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿， VBR为反向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。,二、二极管的温度特性,二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/）；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10，反向电流大约增加
7、一倍。下图所示为温度对二极管伏安特性的影响。,温度对二极管伏安特性的影响,三、二极管的主要参数,1、最大整流电流IF 最大整流电流IF是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。,2、反向击穿电压VBR 反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。,3、反向饱和电流IS 它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值越小，说明二极管的单向导电性越好。,4、最高工作频率fm 决定于极间电容，当工作频率fm，二极管的单向导电性降低。,四、二极管的测试,1、二极管极性的判定,（1）目测判别极性,（2）用万用表检测二极管,在 R 100或 R 1 k 挡测量,红表笔是(表内电源)负极， 黑表笔是
8、(表内电源)正极。,正反向电阻各测量一次， 测量时手不要接触引脚。,a. 用指针式万用表检测,一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻为几百千欧。 正反向电阻相差不大为劣质管。,b. 用数字式万用表检测,红表笔是(表内电源)正极， 黑表笔是(表内电源)负极。,2、二极管好坏的判定,（1）若测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极管性能良好。,（2）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。,（3）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。,半导体器件的命名方式,第一部分,数字 字母 字母(汉拼) 数字 字母(汉拼)
9、,电极数 材料和极性 器件类型 序号 规格号,2 二极管,3 三极管,第二部分,第三部分,A 锗材料 N 型,B 锗材料 P 型,C 硅材料 N 型,D 硅材料 P 型,A 锗材料 PNP,B 锗材料 NPN,C 硅材料 PNP,D 硅材料 NPN,P 普通管,W 稳压管,Z 整流管,K 开关管,U 光电管,X 低频小功率管,G 高频小功率管,D 低频大功率管,A 高频大功率管,第四部分,第五部分,例：,2CP 2AP 2CZ 2CW 普通硅二极管 普通锗二极管 硅整流二极管 硅稳压二极管,二极管的一般符号,二极管的符号,发光二极管,稳压二极管,光电二极管,变容二极管,隧道二极管,温度效应 二
10、极管,双向击穿二极管,磁敏二极管,体效应二极管,双向二极管 交流开关二极管,普通二极管的应用范围很广，可用于开关、稳压、整流、限幅等电路。,五、二极管应用电路举例,六、特殊二极管,1、稳压二极管,稳压二极管又名齐纳二极管，简称稳压管，是一种用特殊工艺制作的面接触型硅半导体二极管，这种管子的杂质浓度比较大，容易发生击穿，其击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化，从而达到稳压的目的。稳压管工作于反向击穿区。,（1）稳压管的伏安特性和符号,稳压二极管的伏安特性和符号,（2）稳压管的主要参数,稳定电压UZ 它是指当稳压管中的电流为规定值时，稳压管在电路中其两端产生的稳定电压值。,稳定电流IZ 它是指稳
11、压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，有最小稳定电流IZmin和最大稳定电流IZmax之分。,耗散功率PM 它是指稳压管正常工作时，管子上允许的最大耗散功率。,（3）应用稳压管应注意的问题,稳压管稳压时，一定要外加反向电压，保证管子工作在反向击穿区。当外加的反向电压值大于或等于UZ时，才能起到稳压作用；若外加的电压值小于UZ，稳压二极管相当于普通的二极管使用。,在稳压管稳压电路中，一定要配合限流电阻的使用，保证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。,2、发光二极管,发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是LED。此类管子通常由镓（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素的化合物制成，管子正向导通，当
12、导通电流足够大时，能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种，所发光的颜色主要取决于制作管子的材料，例如用砷化镓发出红光，而用磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管是新型产品，主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领域。,发光二极管工作时导通电压比普通二极管大，其工作电压随材料的不同而不同，一般为1.7V2.4V。普通绿、黄、红、橙色发光二极管工作电压约为2V；白色发光二极管的工作电压通常高于2.4V；蓝色发光二极管的工作电压一般高于3.3V。发光二极管的工作电流一般在2mA25mA的范围。,发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如仪器仪表、计
13、算机、电视机等的电源指示灯和信号指示等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一个重要用途是将电信号转为光信号。普通发光二极管的外形和符号如下图所示。,发光二极管的外形和符号,3、光电二极管,光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受器件，其PN结工作在反偏状态，可以将光能转换为电能，实现光电转换。,光电二极管的基本电路和符号,4、变容二极管,当外加的反偏电压变化时，其电容量也随着改变。,5、激光二极管,激光二极管工作时接正向电压，可发射出激光。 激光二极管的应用非常广泛，在计算机的光盘驱动器，激光打印机中的打印头，激光唱机，激光影碟机中都有激光二极管。,7.3 半导体三极管（BJT）,半
14、导体三极管又称晶体三极管（简称三极管），一般简称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器件，两个PN结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。,三极管从结构上来讲分为两类：NPN型三极管和PNP型三极管。下图为三极管的结构示意图和符号。,一、结构和符号,符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。各有PNP型和NPN型两种结构。,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极，b 基极， c 集电极。,集电区,基区,发射区,集电
15、区,发射区,基区,一、结构和符号,平面型(NPN)三极管制作工艺,在 N 型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型(基区)，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。,合金型三极管制作工艺：在 N 型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。,三极管的结构示意图和符号,三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。常见的三极管外形如图所示。,常见的三极管外形,部分三极管的外型,半导体器件
16、的命名方式,第一部分,数字 字母 字母(汉拼) 数字 字母(汉拼),电极数 材料和极性 器件类型 序号 规格号,2 二极管,3 三极管,第二部分,第三部分,A 锗材料 N 型,B 锗材料 P 型,C 硅材料 N 型,D 硅材料 P 型,A 锗材料 PNP,B 锗材料 NPN,C 硅材料 PNP,D 硅材料 NPN,P 普通管 W 稳压管 K 开关管 Z 整流管 U 光电管,X 低频小功率管,G 高频小功率管,D 低频大功率管,A 高频大功率管,第四部分,第五部分,例：,3AX31 3DG12B 3DD6 PNP低频小功率锗三极管 NPN高频小功率硅三极管 NPN低频大功率硅三极管 3CG 3AD 3DK PNP高频小功率硅三极管 PNP低频大功率锗三极管 NPN硅开关三极管,以 NPN 型三极管为例讨论,三极
