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1、,项目一 常用半导体元器件 任务一 半导体基本知识常用半导体 元器件,常用半导体元器件,半导体元器件是电气设备、电器设备、家用电器设备等的主要器件。半导体元器件有二极管、三极管、集成电路等。,任务一 半导体的基本知识 知识1 导体、半导体、绝缘体 物质按导电性能的不同，分为三在类，即导体、半导体、绝缘体。 导体导电性能良好的物质，如金、银、铜、铝、铁等。 半导体导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体的材料有硅、锗等。 绝缘体一般情况下不能导电的物质，如陶瓷玻璃、橡胶、塑料等。,由于半导体的导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 导电性能很差，但受到光照射，或在纯净的半
2、导体中掺入微量杂质，其导电性能大大增强。 知识2 本征半导体 在纯净的半导体（硅、锗材料）掺入微量元素后就成为杂质半导体。杂质半导体掺入5价元素磷为型半导体、和杂质半导体掺入3价元素硼为型半导体。,任务二结及单向导电性 结的形成：是将型半导体和型半导体，采用特殊的制造工艺，使二块半导体的两边结合在一起，它们的交界面就形成结，结具有单向导电性。,结,结具有单向导电性：,正偏：在结上加正向电压时，结电阻很小，正向电流较大，结处于导通状态。,反偏：加反向电压时，结电阻很高，反向电流很小，结处于截止状态。,二、二极管的结构和符号 半导体二极管，其结构与图形如图，符号用 D、VD表示。,结构,图形符号,
3、常见外形图,常见外形如下图,三、二极管伏安特性（电压与电流之间关系）,二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图所示。,1）外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有正向电流通过。曲线 段（或 段）称作死区，点 （或 ）的电压称为死区电压，硅管的死区电压一般为0.5V，锗管则约为0.1V以下。,1正向特性,2）二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的电阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通，如 AB 段特性曲线所示，此段称为导通段。从图中可以看出：硅管电流上升曲线比锗管更陡。二极管导通后的电压为导通电压，硅管一般为0.7V，锗管约为0.3V。,2反向特性,1）当二极管承
4、受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非常小的反向电流（称为反向饱和电流或反向漏电流），如曲线段 （或 段）所示。实际应用中二极管的反向饱和电流值越小越好，硅管的反向电流比锗管小得多，一般为几十微安，而锗管为几百微安。,2）当反向电压增加到一定数值时（曲线的C点，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电压，用 UBR 表示，曲线中 CD 段称为反向击穿区。 通常加在二极管上的反向电压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏（稳压管除外）。,四、二极管的主要参数,（1）最大整流电流 它是指二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流。实际应用时，流过二极管的平均电流
5、不能超过这个数值，否则，将导致二极管因过热而永久损坏。,半波整流电路,二极管的主要参数,（2）最高反向工作电压 指二极管工作时所允许加的最高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。通常手册上给出的最高反向工作电压 约为击穿电压 的一半。,二极管的主要参数,（3）反向电流 指二极管未被击穿时的反向电流值。 越小，说明二极管的单向导电性能越好。 对温度很敏感，温度增加，反向电流会增加很大。,常用整流二极管（1N系列）参数,常用二极管的符号,普通管二极管,稳压管二极管,发光管二极管,变容管二极管,接收管二极管 （光电管）,肖特基管二极管,单结晶管,1稳压二极管,稳压二极管简称稳压管，它是一种用
6、特殊工艺制造的面结合型硅半导体二极管，其图形符号和外形封装如图所示。,稳压二极管的图形符号与外形,外形,图形符号,五、特殊二极管,范围内变化。,稳压管的伏安特性曲线,工作区域,稳压管的应用：使用时，稳压管的阴（负）极接外加电压的正极，阳（正）极接外加电压负极，管子反向偏置，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压。 二极管在反向击穿状态下，流过管子的电流变化很大，而两端电压变化很小，稳压管正是利用这一点实现稳压作用的。稳压管工作时，必须接入限流电阻，才能使其流过的反向电流在稳压范围内变化。,发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光能的固体发光器件，它是由镓、砷、磷等化合物制
7、成的，其图形符号如图所示。由这些材料构成的结加上正偏电压时，PN结便以发光的形式来释放能量。 发光二极管的种类按发光的颜色 可分为红、橙、黄、绿、蓝、白等多 种，按外形可分为方形、圆形等。图 中是发光二极管的外形，它的导通电 压比普通二极管高。,2发光二极管（LED）,发光二极管的发光颜色可分为红、橙、黄、绿、蓝、白等，其导通电压：,黄：1.751.83V 20mA 红：1.751.83V 20mA 橙：2.02.13V 20mA 绿：2.02.13V 20mA 蓝：3.353.45V 20mA,发光二极管的图形符号和外形,图形符号,外形,LED,发光二极管的应用,应用时，加正向电压，并接入相
8、应的限流电阻，它的正常工作电流一般为几个毫安至几十毫安。发光强度在一定范围内与正向电流大小近似成线性关系。 发光二极管作为指示器件，除单个使用外，也常做成七段式或矩阵式，灯光源、广告彩灯等。如用作微型计算机、音响设备、数控装置中的显示器、照明灯及电视机屏幕。 发光二极管的检测一般用万用表R10k()档，通常正向电阻15k左右，反向电阻为无穷大。,3光敏二极管（光接收器件）,光敏二极管又称光电二极管，其结工作在反偏状态。光敏二极管是一种。它的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照，当光线辐射于结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是反向电流
9、与照度成正比。,光敏二极管的图形符号和外形,图形符号,外形,光敏二极管的图形符号和外形如图所示。,光敏二极管的应用,光敏二极管可用于光的测量、电器遥控接收、太阳能板等。 当制成大面积光电二极管时，能将光能直接转换成电能，可作为一种能源使用，称为光电池。 光敏二极管的检测：通常用万用表R1k档检测，要求无光照时反向电阻大， 有光照时反向电阻小，若电 阻差别小，则表明光敏二极 管的质量不好。,4变容二极管,变容二极管是利用PN结的结电容可变原理制成的半导体器件,它仍工作在反向偏置状态。它的压容特性曲线和图形符号如图所示。二极管结电容大小除了与本身工艺有关外，还与外加电压有关。当反偏电压增加，结电容
10、就减小，变容二极管是这种效应显著的二极管。由特性曲线可知，改变变容二极管直流反偏电压就可以达到改变电容量的目的。,变容二极管的图形符号和特性,图形符号,电压容量特性,应用：变容二极管可用于高频电路，例如用作电视接收调谐回路中的可变电容器，用改变直流偏压的方法来选择频道。,第二节 半导体三极管 半导体三极管又称晶体三极管或双极型晶体管， 简称晶体管。 晶体管具有“放大”和“开关”功能。,一、晶体管的结构和符号 1结构和符号 晶体三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把两块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，三个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极
11、e、集电极c。在电路中常用 “V、VT 或 Q” 加数字表示，三极管具有电流放大作用。,晶体管的图形符号如图6-7b所示，符号中的箭头方向表示发射极及发射结正向偏置时的电流方向。,2晶体管三极管外形,图6-8 几种常见的晶体管的外形结构,三极管分类 (1)按材料分类 三极管按材料可分为：硅三极管、锗三极管。 (2)按导电类型分类 三极管按导电类型可分为：PNP 型和 NPN 型。 锗三极管多为 PNP 型，硅三极管多为 NPN 型。 (3)按用途分类 按工作频率分为：高频管 f 3 MHz、 低频管 f 1 W、 中功率 Pc 在0.51 W、 小功率 Pc 05 W 三极管。,二、晶体管三极
12、管的电流分配和放大作用 1晶体管的工作电压 三极管实现放大作用的外部条件是：发射结正向偏置、集电结反向偏置。晶体管有PNP 型和 NPN 型，为保证其外部条件，两类晶体管工作时外加电源的极性是不同的。,图6-9 晶体管的工作电压,NPN,PNP,三极管放大电路各元器件的作用 图中电源 UCC 通过偏置电阻 Rb 为发射结提供正向偏置电压，进而产生基极电流， RC 为集电极负载电阻，电源通过它为集电极提供电流，三极管 V 起电流的放大作用。,NPN 型三极管放大电路,PNP 型三极管放大电路,图6-10 晶体管电流的实验电路,2晶体管各个电极的电流分配,实验电路如图6-10所示。此电路称为晶体管
13、的共发射极放大电路。晶体管各个电极的电流分配及它们之间关系：,表6-1 晶体管电流测量数据,从表6-1中的实验数据可以找出晶体管各极电流分配关系,（6-1）,调节电位器RP，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化，电流方向如图。,3晶体管的电流放大作用,从表6-1中的实验数据还可以看出： ，而且当调节电位器RP使 有一微小变化时，会引起 较大的变化，这表明基极电流 （小电流）控制着集电极电流 （大电流），所以晶体管是一个电流控制器件，这种现象称为晶体管的电流放大作用。,三、晶体管的特性曲线 1输入特性曲线射（反映三极管的导通） 当集射电压UCE为某一 常数时，输入回路的基射
14、电压UBE与基极电流IB之间 的关系曲线。 （1） UCE=0时，C、E间 短接。 （2） UCE增大时，输入特 性曲线右移。 三极管的导通时，锗管0.2-0.3V 硅管0.5-0.7V,图6-11 输入特性曲线,2. 输出特性曲线 输出特性曲线是在基极电流 IB 一定的情况下，三极管输出回路中集射电压 UCE与集电极电流 IC 之间关系。 输出特性曲线反映 三极管输出回路中的三种 工作状态，截止状态、放 大状态、饱和状态。,（1）截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开
15、状态，我们称三极管处于截止状态。 发射结零偏或反偏，集电结也反向偏置,（2）放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处于放大状态。,（3）饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的发射结正向偏置，集电结正向偏置。,（4）击穿区 当 IC 大于某一值后，UCEO 开始剧 增，这个现象称为一次击穿。一次击穿过程是可逆的。,晶体管具有“开关”和“放大”功能。,四、晶体管的主要参数,1电流放大倍数,（1）共发射极直流电流放大倍数 静态时 与 的比值称为共发射极静态电流放大倍数，即直流电流放大倍数,（6-2）,（2）共发射极交流电流放大倍数 （ ） 动态时， 与 的比值称为动态电流放大倍数，即交流电流放大倍数,（6-3）,2极间反向电流,（2）穿透电流 为基极开路时，由集电区穿过基区流入发射区的穿透电流，它是 的（1+ ）倍，即,（
