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1、第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,半导体三极管(简称晶体管或三极管)是最重要的一种半导体器件。它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展。晶体管的特性是通过特性曲线和工作参数来分析研究的。为了更好地理解和熟悉管子的外部特性，本节首先简单介绍管子内部的结构和载流子的运动规律。,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,一、基本结构 晶体三极管的结构，目前最常见的有平面型和合金型两类(图1-19)。硅管主要是平面型，锗管都是合金型。,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,晶体三极管分为NPN型和PNP型两类。,第一章 半导体器件 第二节 半导体
2、三极管,二、电流放大原理 晶体管必须满足一定的偏置条件，才能有电流放大作用。 图1-21电路是以NPN型硅三极管接成共射形式（基极回路和集电极回路以发射极作为公共端）的示意图。,由图可见，晶体管的外部偏置条件是：电压源UBB通过电阻RB提供给发射结正向偏置；而电压源UCC通过电阻RC加到集电极，使集电结处于反向偏置。,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,NPN三极管电流方向及各电流的关系,IC,ICE,ICBO,IB,IBE,IE,共射电流放大系数,共基电流放大系数,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,结论,晶体管有电流放大作用。,晶体管的
3、发射结正偏，集电结反偏时，,晶体管为电流控制器件（基极电流控制集电极电流）,参加导电的有自由电子和空穴，故又叫双极型晶体三极管,NPN,PNP,NPN型与PNP型晶体管电流电压的参考方向,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,三、晶体管的伏安特性曲线,1输入伏安特性曲线（NPN）,定义,硅管,晶体管输入特性与二极管的正向特性一样，也有一段死区。只有在发射结外加电压大于死区电压时，晶体管才会出现 。,硅管的死区电压约为,锗管的死区电压约为,晶体管导通后，其发射结电压变化范围很小,锗管,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,2输出特性曲线,定义,(1) 截止区,外部特征：,三极管相当于开路
4、。,外部（偏置）条件：,发射结反向偏置，集电结反向偏置。,(2) 饱和区,外部特征：,三极管相当于短路。,外部（偏置）条件：,发射结正向偏置，集电结正向偏置。,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,（3）放大区,饱和区,放大区,截止区,恒流特性,外部（偏置）条件：,发射结正向偏置，集电结反向偏置。,外部特征：, 电流恒定, 电流放大,电流控制,2,4,6,iB大iC也大，iB等于0iC也等于0iB控制iC,电压在很大范围内变化，电流几乎不变,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,四、主要参数,1电流放大系数,直流 ：,交流 ：,在数值上,2反向电流,晶体管的极间反向电流是少数载流子反向
5、漂移形成的，因此，受温度影响比较严重，是反映管子质量的指标，极间反向电流越小，管子质量越高。,（1）集电极基极间反向饱和电流,(2) 集电极-发射极间穿透电流,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,3极限参数,(3)集电极最大允许耗散功率PCM,(1)集电极最大允许电流ICM,(2)集电极发射极反向击穿电压BU(BR)CEO,过损耗区,晶体管电极的判别,PNP,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,NPN,1数字式万用表量程置于欧姆档时,“+”端红表笔输出电压的极性为正极, 而“-”端黑表笔输出电压的极性为负极。指针式万用表的电压极性与之相反。,2基极可以视为发射结和集电结两个PN结的
6、公共电极。以基极固定于某一测试 表笔，而将另一表笔分别和另两个电极相连。当测得电阻阻值很低时，表示两个 结均被加上正向电压，反之，被加上反向电压。,3三极管处于放大状态的值，远比处于倒置（C、E极互换）状态的值大。,测量要点,第一章 半导体器件 第二节 半导体三极管,1. 确定基极：将红表笔和黑表笔先后固定到三极管的某条引腿。若(指针式表用1k档，数字式表用测二极管挡)测得该腿和另两条腿之间有低欧姆电阻，则该引腿即为基极，如果连基极的表笔为黑色（指针式表为红色），则该管为PNP管，若为红色（指针式表为黑色），则该管为NPN管。,测量步骤,2. 确定集电极和发射极：对NPN管，将红、黑表笔分别和
7、待判别的两个 电极相连接，在红表笔（指针式表为黑表笔）所连电极和已判明的基极之间 接个10k左右的电阻，意味着加一偏流，观察电表指示欧姆值的大小， 在调换表笔的两次测量中，加偏流后电表指示欧姆值小，则意味着此种连接 情况下的值大，红表笔（指针式表为黑表笔）所接电极为集电极。,对PNP管，方法与上述相似，只是偏流电阻接于黑表笔（指针式表为红表笔） 所接电极和已判明的基极引腿之间。,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,一、基本结构,阳极A,阴极K,门极 （控制极）G,结构示意图,符号,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,普通型晶闸管有螺栓式和平板式两种。,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,二、工
8、作原理,(1)A、K之间 加反向电压,J2正偏， J1、 J3反偏，V1不导通，晶闸管处于截止状态,(2)A、K之间 加正向电压，门极开路,UAK,UAK,J1、 J3正偏， J2反偏，V1不导通，晶闸管处于截止状态,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,IG,21IG,1IG,IB1,J1、 J2 、J3均正偏， V1 、V2导通,如此循环，形成正反馈，使V1、 V2很快达到饱和导通，此过程时间很短，只有几微秒，晶闸管迅速导通。导通后，A、K间压降很小，电压全部加在负载上。晶闸管中流过的电流与负载电流相同。,UGK,IG=IB1,V1放大,IC1=1IB1=1IG= IB2,V2放大,IC2=
9、2IB2=21IG=IB1,（4）控制极的作用 晶闸管导通后，由于前面正反馈的作用，即使UGK0仍能保持继续导通，因此，门极仅仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，门极就失去控制作用。 一般门极采用脉冲信号触发信号。,（3）A、K之间 加正向电压， G、K之间加正向电压,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,（5）晶闸管的关断,2. 使阳极电流iA小于维持电流IH，即iA IH ，晶闸管将截止。,1. A、K极之间加反向电压，令uAK 0，晶闸管则处于截止状态,结论：,晶闸管导通条件：,1. 阳极A和阴极K之间加正向电压,2. 控制极G和阴极K之间加正向电压,3. 阳极电流大于擎住电流,可见晶闸管是
10、一个可控的导电开关； 它与二极管相比，不同之处是其正向导通受控制极电流控制。,晶闸管关断条件：,1. A、K极之间加反向电压；,2. iA IH 。,结论：,结论：,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,三、伏安特性,导通后的特性,IL,IH,UBR,UBO,未导通的特性,IG=0特性,IG0特性,A,B,C,D,正向转折电压,维持电流,擎住电流,反向击穿电压,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,四、主要参数,在控制极开路、元件额定结温、晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加 在晶闸管两端的正向峰值电压(允许每秒重复50次，每次持续时间不大于 10ms)，此电压为正向转折电压的80%。,1正向断态重
11、复峰值电压UFRM,在控制极开路、元件额定结温条件下，阳极和阴极间允许重复加的反向 峰值电压，此电压为反向转折电压的80% 。,2反向重复峰值电压URRM,3正向平均电流IF,在规定的环境温度，标准散热及全导通的条件下，晶闸管允许连续通过的 工频正弦半波电流在一个周期内的平均值，称正向平均电流。,电流有效值,选择晶闸管的依据,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,4通态平均电压UF,在规定的环境温度和控制极开路时，维持晶闸管继续导通的最小电流。当晶 闸管的正向电流小于这个电流时，将自动关断。,在规定条件下当通过正弦半波额定通态平均电流时，元件阳极和阴极间 电压降的平均值。其数值一般为0.61V。
12、,5维持电流IH,6擎住电流IL,使晶闸管刚从断态转入通态并在去掉触发信号之后，能维持导通所需要的最 小电流。一般IL=(24IH)。,7控制极触发电压UG和触发电流IG。,在规定的环境温度，晶闸管阳极与阴极之间加6V正向直流电压的条件 下，使晶闸管由阻断状态转变为导通状态的控制极最小直流电压和电流，称 触发电压和触发电流。,第一章 半导体器件 第三节 晶闸管,目前我国生产的晶闸管的型号及其含义如下：,K,P,通态平均电压组别（小于100V不标）， 共九级，用AI表示0.41.2V,额定电压，即UFRM和URRM中较小的 一个，用其百位数或千位数表示,额定正向平均电流,表示普通型晶闸管,表示闸流特性,例如：,KP30-12表示额定正向平均电流为30A、正反向重复峰值电压为 1200V、普通型晶闸管,作业 24页：1-5，1-7，1-8 25页：1-14,
