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1、第5章 常用半导体器件,本章要点: 理解PN结的单向导电性。 熟悉二极管的结构及特性。 了解稳压二极管的作用。 熟悉三极管的结构、类型、图形符号。 掌握晶体三极管电流放大作用。 了解晶体三极管的 输入特性、输出特性。 理解三极管的三种工作状态条件及特性。 了解场效应晶体管的类型及图形符号。 了解晶闸管的结构及特点。,第5章 常用半导体器件,5.1.1 PN结,完全纯净的半导体，称为本征半导体。通常情况下， 本征半导体相当于绝缘体。当在本征半导体中有目的的 掺入微量的有用杂质，就会使半导体的导电性能发生显 著变化。按掺入杂质的不同，可获得N型和P型两种掺杂半导体。,在本征半导体（硅或锗的晶体）中
2、掺入微量的硼、镓、铟等元 素杂质时的半导体，称为P型半导体。,在本征半导体中掺入微量的磷、锑、砷等元素杂质时的半导体， 称为N型半导体。,单纯的P型或N型半导体仅仅是导电能力增强了, 但还不具备半导 体器件所要求的各种特性。只有通过一定的生产工艺把一块P型半导体 和一块N型半导体结合在一起，则它们的交界面上就会形成PN结。PN结 具有单向导电性。,51 半导体二极管,第5章 常用半导体器件,5.1.1 PN结,51 半导体二极管,PN结的外加电压称为偏置电压。如果在PN结上加正向电压 （也称正向偏置），即P区接电源正极，N区接电源负极，如图(a)所示， 这时PN结的正向电阻很低，处于正向导通状
3、态。正向导通时，外部电源 不断向半导体供给电荷，使电流得以维持。,如果给PN结加反向电压（也称反向偏置）, 即N区接电源正极，P区 接电源负极，如图 (b)所示，这时PN结呈现的电阻很高，处于反向截止状态。,由此可见, PN结 在正向电压作用下，电 阻很小，PN结导通， 电流可顺利流过；而在 反向电压作用下，电阻 很大，PN结截止，阻止 电流通过。这种现象称 作PN结的单向导电性。,第5章 常用半导体器件,51 半导体二极管,5.1.2 二极管,1二极管的结构,半导体二极管是由一个PN结加上引出线和管壳构成的，P型半导体 一侧的引出线称为阳极或正极，N型半导体一侧的引出线称为阴极或负极。,它的
4、构造如图所示。,它的图形符号如图所示，文字符号用VD表示。,第5章 常用半导体器件,如图是二极管的实物图。,51 半导体二极管,5.1.2 二极管,第5章 常用半导体器件,51 半导体二极管,5.1.2 二极管,2二极管的伏安特性,二极管具有单向导电特性。 即：当二极管外加正向偏置电压时，处于导通状态； 外加反向偏置电压时，处于截止状态。,二极管的外加电压与电流的关系可用伏安特性曲线表示，二极管的伏安特性曲线，如图 所示。,1)正向特性,二极管正极接高电位，负极接低电位， 这种接法称为二极管的正向偏置。当正向电 压较小时，正向电流几乎为零，这时二极管 尚未真正导通，当正向电压大于死区电压后，
5、正向电流迅速增加，这时二极管才真正导通， 电流变化很大，而电压几乎恒定，。,2)反向特性,二极管正极接低电位，负极接高电位，这种接法称为二极管的反向偏置。 当反向电压在一定范围时，反向电流十分微小并随电压增加而基本不变。当反向电压 增加到一定值时，反向电流将急剧增，称为反向击穿，此时的电压称为反向击穿电压。,第5章 常用半导体器件,51 半导体二极管,5.1.2 二极管,3二极管的主要参数,晶体二极管的参数是评价二极管性能的重要指标，它规定了二极管 的适用范围，它是合理选用二极管的依据。晶体二极管的主要参数有最 大整流电流、高反向工作电压、反向电流,（1）最大整流电流IFM,IFM是指长期工作
6、时，二极管能允许通过的最大正向平均电流值。,（2）最高反向工作电压URM,URM是指二极管工作时保证其不被击穿所允许施加的最大反向电压, 也就是通常所说的耐压值。,（3）反向电流IR,IR是指二极管未击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向 导电性越好。,第5章 常用半导体器件,51 半导体二极管,5.1.3 特殊二极管,在使用时，稳压管必须反向连接在电路中（利用正向稳压的除外）。 稳压管的符号如图 b所示。,稳压二极管,稳压二极管,稳压二极管是一种用特殊工艺制造而成，专门工作在反向击穿状态下的硅二极管，这种管子的正向特性和普通二极管一样。反向击穿 特性确不同，击穿时尽管通过管子的电流变化很
7、大，但管子两端的电压 却几乎不变，它的伏安特性如图a所示。,第5章 常用半导体器件,51 半导体二极管,5.1.3 特殊二极管,2.发光二极管,发光二极管也称为LED，是一种用特殊材料制成的会发光的二极管， 它与普通二极管一样具有单向导电性，当有足够的正向电流通过它时， 便会发光。根据所用的制造材料不同，LED可发出红、绿、黄、蓝等不 同颜色的光。其主要用途是显示。 发光二极管及符号如图所示。,第5章 常用半导体器件,52 半导体三极管,5.2.1 三极管的结构及特点,半导体三极管又叫晶体三极管，通常简称为三极管或晶体管。三极管是 一种具有三个电极、两个PN结的器件，具有电流放大作用。,三极管
8、的内部结构为两个PN结。这两个PN结是由三层半导体区形成的。根据 三层半导体区排列的不同方式， 可分为NPN型和PNP型两种类型，如图 所示。,在三层半导体区中，位于中间的一层叫基区；其中一侧的半导体区专门用来 发射载流子，叫发射区；另一侧专门用来收集载流子，叫集电区。发射区和基区 之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。 ,第5章 常用半导体器件,52 半导体三极管,5.2.1 三极管的结构及特点,从三层半导体区分别引出三个电极，相应叫基极、发射极和集电极， 分别用字母b、e、c来表示三个极。两种不同类型三极管的符号如图所示。,为了保证三极管有电流放大作用，三极管在制造时有以
9、下特点：,(1) 基区很薄，一般只有几微米到几十微米厚，且掺杂浓度低。,(2) 发射区掺杂浓度比基区和集电区高得多。,(3) 集电结的面积比发射结大。,PNP和NPN两种类型的三极管，按选用半导体材料的不同，有硅管和锗管之分。实物如图所示.,NPN型,PNP型,第5章 常用半导体器件,52 半导体三极管,5.2.2 三极管的电流放大作用,工作条件是：发射结加上正向偏置电压，集电结加上反向偏置电压。如图所示。,三极管的三个电极的电流分配有如下规律：,(1) 三极管各极之间的电流分配关系是,IE=IC+IB 且IBIC,(2) 基极电流IB增大时, 集电极电流IC也随 之增大。IC与IB的比值基本
10、是一个常数，这个 常数称为三极管的电流放大系数，用表示,即,体现了三极管的电流放大能力， 通常值在20200之间。 由此看来，三极管具有电流放大作用，在满足三极管电流放大的工作条件下， 将基极电流IB放大倍而形成集电极电流IC。三极管是电流控制器件。,第5章 常用半导体器件,5.2.3 三极管的特性曲线,52 半导体三极管,三极管常用的特性曲线为输入特性曲线和输出特性曲线。,1. 输入特性曲线,当三极管集电极与发射极之间的电压UCE为某一定值时，基极电流IB与 基射极之间的电压UBE的关系，称为三极管的输入特性。这一关系可表示为,2输出特性曲线,当三极管基极电流IB为定值时，集电极电流IC与集
11、射极之间的电压UCE的 关系，称为三极管的输出特性。这一关系可表示为,（1）曲线起始部分较陡。 说明IC与UCE成正比。 ,（2） 当UCE增加到大于1V时， 曲线变化逐渐趋于平稳。 UCE 进一步增大，曲线也不再产生 显著变化，而呈现一条基本与 横轴平行的直线，这说明三极 管具有恒流性。,第5章 常用半导体器件,52 半导体三极管,5.2.4 三极管的工作状态,三极管有三种工作状态：,放大状态、截止状态和饱和状态。,三极管在不同的工作条件下，将工作在不同状态，同时也会有不同的 特性反应。见表。,三极管工作状态、条件、特点对照表,第5章 常用半导体器件,52 半导体三极管,5.2.4 三极管的
12、工作状态,如图所示，在输出特性曲线上的三个工作区，就是三极管的三个工作状态的直观反应。,第5章 常用半导体器件,52 半导体三极管,5.2.5 三极管主要参数,1. 电流放大倍数,电流放大倍数是表示三极管的电流放大能力的参数。常用三极管的值一般在20200之间。,2. 穿透电流ICEO,基极开路时, 集电极与发射极之间的反向电流称作穿透电流。,3. 集射极反向击穿电压UCEO（BR）,基极开路时, 加在集(电-发)射极之间的最大允许电压称为集射极反向击穿电压。,4集电极最大允许电流ICM,值下降到规定允许值（额定值的2/3）时的集电极电流值叫集电极最大允许电流。,5集电极最大允许功耗PCM,集
13、电结最大允许承受的功率叫集电极最大允许功耗。,第5章 常用半导体器件,53 场效应管与晶闸管,5.3.1 场效应管,绝缘栅场效应管是由金属（Metal）,氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor） 组成的，故称MOS管。MOS管可分为N沟道和P沟道两种。按照工作方式不同可以分为增 强型和耗尽型两类。,场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的器件， 所以又称为电压控制型器件。场效应管按其结构的不同可分为结型和 绝缘栅型两种，其中绝缘栅型由于制造工艺简单，便于实现集成化，因此应用更为广泛。,1MOS管结构及符号,MOS管的结构从表面上看与三极管很相似，它也是由三个电极和
14、三个半导体区组成， 以沟道增强型MOS管为例，它是用一块杂质浓度较低的型硅片作衬底，在上面扩散两 个高浓度型区，各自再用金属线引出电极，分别称为源极S和漏极D，在硅片表面有一层 薄薄的绝缘层（SiO2），绝缘层上再喷上一层金属铝，引出栅极G，它的三个极S、G、D 对应三极管的三个极e、b、c。沟道增强型MOS管的结构如图 a所示。P沟道增强型 MOS管的构造，只是把沟道增强型MOS管的衬底和扩散区的半导体类型调换一下就可以 了。各种MOS管的图形符号如图b所示。在图形符号中，极与极之间是三段断续线， 表示为增强型；若是连续线表示为耗尽型。,第5章 常用半导体器件,53 场效应管与晶闸管,5.3
15、.1 场效应管,a),b),第5章 常用半导体器件,晶闸管又称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。晶闸管是大功率变流器件， 利用其整流可控特性可方便地对大功率电源进行控制和变换。,53 场效应管与晶闸管,5.3.1 晶闸管,1晶闸管的结构,晶闸管的内部结构及符号表示如图 所示，它的管芯由四层(P1、 N1、P2、N2) 三端（A、K、G）半导体器件构成，具有三个PN结， 即J1、J2、J3，由此可见， 晶闸管是一个四层三端三结大功率半导体元件。它的三个电极分别称为阳极A、 阴极K和门极G。,第5章 常用半导体器件,53 场效应管与晶闸管,5.3. 2晶闸管,2工作原理,晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，总处于关断状态，不会导通。,晶闸管导通必须同时具备两个条件：, 承受正向阳极电压； 承受正向门极电压。,晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。,晶闸管导通后，当减小电源电压，使流过晶闸管的电流减小到某数值时， 晶闸管便会关断。 ,
