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1、第一章 常用半导体器件1-1 晶体二极管一、半导体基础知识1.定义物质按导电能力的强弱可以分为：导 体：导电性能良好，金属类物质。半导体：一般条件下不能导电，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等。绝缘体：导电性能介于导体和绝缘体之间，硅、锗等。2.由于用作半导体材料的硅和锗必须是原子排列完全一致的单晶体，所以半导体管通常也称为晶体管。3.影响半导体导电能力的因素掺入的杂质 温度 光照4.本征半导体即纯净的单晶半导体，其内部存在数量相等的两种载流子：带负电的自由电子带正电的空穴制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。 硅原子空间排列及共价键
2、结构平面示意图 (a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图(c)补充：本征半导体的共价键结构硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。这种结构的立体和平面示意图见上页图。电子空穴对当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常
3、称呈现正电性的这个空位为空穴。空穴的移动自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。5.杂质半导体在纯净半导体中掺入微量合适的杂质元素，可使半导体的导电能力大大增强，按掺入的杂质元素不同，可以分为：N型半导体：又称为电子型半导体多子：自由电子少子：空穴例如：单晶硅掺入微量磷元素N型硅P型半导体：又称为空穴型半导体多子：空穴少子：自由电子例如：单晶硅掺入微量硼元素P型硅二、晶体二极管的结构和特性1.二极管的结构和符号外壳(阴极)(阳极)P N阳极引线阴极引线结构符号A.文字符号：V或VD B.图形
4、符号： 正极 负极2.二极管的单向导电性 加正向电压时二极管导通：二极管正极电位高于负极电位 特点：灯亮 二极管处于正向偏置（正偏），内部 呈现较小的电阻，有较大电流通过， 此时为正向导通状态。 图1加反向电压时二极管截止：二极管正极电位低于负极电位 特点：灯不亮 二极管处于反向偏置（反偏），内部 呈现很大的电阻，几乎无电流通过， 此时为反向截止状态。 图23.二极管的伏安特性曲线 正向特性 OA段：死区，外加正向电压很小，二极管呈现的电阻很大，正向电流几乎为零。 Uon：使二极管开始导通的临界电压，称为开启电压。 一般硅二极管Uon为0.5V，锗二极管Uon为0.1V。uF(V)0iR(A)
5、 iF(mA)ABBA0.2 0.4 0.6 0.8CDDC硅锗二极管伏安特性曲线302010AB段：导通区，二极管的电阻变得很小，进入正向导通状态。正向压降：二极管正向导通后两端的正向电压。一般硅二极管正向压降为0.7V，锗二极管正向压降为0.3V。反向特性 OC段：反向截止区，只有很小的电流，称为反向饱和电流或反向漏电流。 反向电流越小，二极管的质量越好。C点往下：反向击穿区，当反向电压增大到超过某一值时，反向电流急剧增大。UBR：反向击穿电压注意：加在二极管上的反向电压不允许超过击穿电压，否则会损坏，常用电阻与二极管串联进行限流。三、二极管的主要参数1.二极管的分类按材料分硅二极管：受温
6、度影响较小，工作较为稳定。锗二极管：按制造工艺分点接触型：PN结面积小，结电容小，允许通过的电流小，常用于高频电路和小功率整流电路。面接触型：PN结面积大，结电容大，允许通过的电流大，但只能在低频下工作，通常仅用作整流管。平面型：结面积较小的可作为脉冲数字电路中的开关管，结面积较大的可用于大功率整流电路。按用途分 普通二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、热敏二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等。2.二极管的型号国产二极管的型号命名方法第一部分：用数字表示管的电极数目例如：2-二极管 3-三极管第二部分：字母表示半导体管的材料和极性例如：A- N型锗管； B- P型锗管； C-
7、N型硅管； D- P型硅管； E-化合物。第三部分：字母表示半导体管的类型 P-普通管；Z-整流管；W-稳压管；K-开关管；L-整流管。第四部分：用数字表示半导体管的序号第五部分：用字母表示区别代号国外二极管命名方法与我国不同，例如，1N开头的二极管都是美国制造或以美国专利在其他国家造的1S开头的则是日本注册的产品，后面数字是登记序号，通常数字越大，产品越新。1N4001、1N5408、1S1885。3.二极管的主要参数最大整流电流IFM：二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。影响因素：PN结的面积、外部散热条件。注意：实际工作时二极管的正向平均电流不得超过此值，否则二极管可能会因过热而
8、损坏。最高反向工作电压URM：二极管正常工作所允许外加的最高反向电压。通常取二极管反向击穿电压的1213。反向饱和电流IR：二极管未击穿时的反向电流。此值越小，二极管的单向导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形成的，所以它受温度的影响较大。最高工作频率fM：二极管工作的上限频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。二极管结电容越大，则最高工作频率越低。一般，小电流二极管的fM高达几百兆赫；大电流整流管的fM只有几千赫兹。4.二极管的参数可以从二极管器件手册中查到，这些参数是我们选用器件和设计电路的重要依据。不同型号，其参数内容和参数值是不相同的；同一型号，它们的参
9、数值也存在着很大差异。四、二极管的简易测试1.将万用表拨到R100或R1K电阻挡上，并将两表笔短接条零。注意：红-负，黑-正。2.将红黑两只表笔跨接在二极管的两端，正反向测两次电阻，比较测得的结果：若两值一个较小（几千欧姆以下）、一个较大（几百千欧），则说明二极管质量良好，且测得阻值较小的那一次，黑笔所接为二极管正极。若两次结果都很小（接近于零），说明二极管内部已短路。若两次结果都很大，说明二极管内部已开路。五、常用二极管1.整流二极管主要功能：将交流电转换成脉动直流电。常用系列：2CZ、2DZ等例题1：单相半波整流电路A为正，B为负，V承受正向电压=导通：uo= u2；A为负，B为正，V承受
10、反向电压=截止：uo= 0。此时，负载RL上的脉动直流电压的估算公式为：U0=0.45U2例题2：单相全波整流电路A为正，B为负，V1导通，V2截止：uo= u2；A为负，B为正，V1截止，V2导通：uo= u2。此时，负载RL上的脉动直流电压的估算公式为：U0=0.9U2VD2.稳压二极管别名：齐纳二极管简称：稳 压 管功能：在电路中能起稳定电压作用。0IA（Izmin）IZIA（Izmax）IZmAUZUZVBAUZIZUBUA主要参数：A.稳定电压UZ：即稳压管的反向击穿电压。B.稳定电流IZ：指稳压管在稳定电压下的工作电流C.动态电阻rZ：指稳压管两端电压变化量UZ与通过电流变化量IZ
11、之比，即：rZ=UZ/IZ注意：rZ越小，说明IZ引起的UZ变化越小动态电阻小的稳压管稳压性能好。3.发光二极管主要功能：将电能转换为光能的半导体器件；根据所用材料不同，可以发出红、黄、蓝、橙等不同颜色的光；有些特殊发光二极管还可以发出不可见光或激光；发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但正向导通电压稍大，约为1.52.5V；符号：LED常用型号：2EF31、2EF201等；极性区分：一般管脚引线较长者为正极，较短者为负极七段式显示器、电阵式显示器简介检测：A.500型万用表，选R10K挡，当测得正向电阻小于50K，反向电阻大于200K时均为正常。B.368型万用表，由于该表R1R1K挡都是
12、使用3V电池，所以可用这几个挡测量，若二极管发光，显然管子是好的，并且与黑表笔相接的是发光二极管的正极。C.用数字式万用表测量时，可将发光二极管的两只管脚分别插入hFE插座的C、E检测孔，若二极管发光，在NPN挡插入C孔的管脚是正极。若二极管插入后，不发光，对调管脚后插入仍不发光，说明管子已坏。4.光电二极管别名：光敏二极管符号：光电二极管工作在反偏状态：当无光照时，反向电流很小，称为暗电流；当有光照时，反向电流增大，称为光电流。影响因素：入射光的强度、入射光的波长等。常用型号：2CU、2AU、2DU等系列。检测：用万用表的R1K挡测量它的反向电阻，要求无光照时电阻要大，有光照时电阻要小。若有、无光照差别很小，表明光电二极管质量不好。5.光电耦合器光电耦合器是由发光器件（如发光二极管）和光敏器件（如光电二极管、光电三极管）组合而成的一种器件。6.变容二极管变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管符号：型号：2AC、2CC、2CE等1-2晶体三极管一、三极管的结构及分类 1.结构基极bbceceb集电区发射区发射结集电结基极bccbeeb基区发射极e集电极cNPN发射极e集电极cPNP两个结：发射结、集电结三个区：发射区、基区、集电区三个电极：发射极(Emitter)、基极(Base)、集电极
