第7章-半导体器件

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1、电工电子技术基础（第五版）（第五版）“ 十 二 五” 职 业 教 育 国 家 规 划 教 材经 全 国 职 业 教 育 教 材 审 定 委 员 会 审 定2半导体器件第7章主要主要内容内容案例案例案例案例 电源指示灯电路电源指示灯电路电源指示灯电路电源指示灯电路n n7.1 7.1 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管n n7.2 7.2 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管n n7.3 7.3 场效应管场效应管场效应管场效应管3【案例】电源指示灯电路第7章1.电路及工作过程电路及工作过程LEDLED2003VS SR是限流保护电阻，当电源正常时，有电流流过发光是限流保

2、护电阻，当电源正常时，有电流流过发光二极管，发光二极管发光，指示电源接通或电源电路二极管，发光二极管发光，指示电源接通或电源电路正常。正常。 42.电路元器件电路元器件电阻电阻200200一个一个发光二极管一个发光二极管一个开关一个开关一个直流电源直流电源3V3V、万能版一块、连接导线若干、万能版一块、连接导线若干【案例】电源指示灯电路第7章53.案例实施案例实施认真检查元器件，确保元件完好。认真检查元器件，确保元件完好。对照电路，检查无误后，接上对照电路，检查无误后，接上3V3V电源。若发光二极管不发光，应查找故障，直至正常为止。电源。若发光二极管不发光，应查找故障，直至正常为止。自己设计电

3、路安装图，在万能版上安装元器件，并焊接。自己设计电路安装图，在万能版上安装元器件，并焊接。注意发光二极管的极性是否正确。注意发光二极管的极性是否正确。【案例】电源指示灯电路第7章64.案例思考案例思考？若是交流若是交流220V交流电源的指示灯电路，应注意什么？交流电源的指示灯电路，应注意什么？ 【案例】电源指示灯电路第7章77.1.1 7.1.1 本征半导体本征半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体半导体。 纯净的半导体称为纯净的半导体称为本征半导体本征半导体。常用的本征半导体是硅和锗二晶体。常用的本征半导体是硅和锗二晶体。7.1半导体二极管

4、第7章44444444444444空穴空穴自由电子自由电子共价健共价健载流子载流子载流子载流子复合复合复合复合本征激发本征激发本征激发本征激发电子电流电子电流电子电流电子电流 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流8 半导体中电子的数目增加，这种半导体导电主要半导体中电子的数目增加，这种半导体导电主要靠电子，所以称为靠电子，所以称为电子型半导体电子型半导体电子型半导体电子型半导体，又，又称称 N N N N 型半型半型半型半导体导体导体导体。其中自由电子是多数载流子，空穴为少数。其中自由电子是多数载流子，空穴为少数载流子。载流子。 1.N型半导体型半导体44444444454444自由电子自由电子7

5、.1半导体二极管第7章7.1.2 7.1.2 杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体9半导体中空穴的数目增加，这种半导体导电主半导体中空穴的数目增加，这种半导体导电主要靠空穴，因此称为要靠空穴，因此称为空穴型半导体空穴型半导体空穴型半导体空穴型半导体，又称，又称P P P P型型型型半导体半导体半导体半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。载流子。44444444434444空穴空穴7.1半导体二极管第7章7.1.2 7.1.2 7.1.2 7.1.2 杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体 1.P型半导体型半导体10通通过过一一定定的的工工艺艺，

6、使使一一块块P P型型半半导导体体和和一一块块N N型型半半导导体体结结合合在在一一起起时时，在在他他们们的的交交界界处处会会形形成成一一个个特特殊殊区区域域，称称为为PNPN结。结。1.PN结的形成结的形成7.1半导体二极管第7章7.1.3 PN7.1.3 PN7.1.3 PN7.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体内电场内电场 漂移漂移漂移漂移扩散扩散扩散扩散空间电荷区空间电荷区对多数载流子的扩散运对多数载流子的扩散运动起阻碍作用动起阻碍作用有助于少数载流子的有助于少数载流子的漂移运动漂移运动扩散运动与漂移

7、运动达到扩散运动与漂移运动达到动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡11PNPN结加上正向电压结加上正向电压空间电荷区变窄空间电荷区变窄内电场内电场正向电流大正向电流大外电场外电场2.PN结单向导电性结单向导电性P PN N+ + + +- - - -7.1半导体二极管第7章7.1.3 PN7.1.3 PN7.1.3 PN7.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性12反向电流小反向电流小PNPN结加上反向电压结加上反向电压空间电荷区变宽空间电荷区变宽内电场内电场外电场外电场P PN N+ + + +- - - -+ + + + + + +- - - - - -

8、-7.1半导体二极管第7章7.1.3 PN7.1.3 PN7.1.3 PN7.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性PN PN 结具有单向导电性结具有单向导电性 。PN PN 结加结加正向电压正向电压正向电压正向电压时时 电路中有电路中有较大电流较大电流较大电流较大电流流过流过 PN PN 结结导通导通导通导通PN PN 结加结加反向电压反向电压反向电压反向电压时时 电路中电路中电流很小电流很小电流很小电流很小 PN PN 结结截止截止截止截止。PN PN 结单向导电性结单向导电性13按材料不同分按材料不同分分类分类分类分类 面接触型面接触型锗二极管锗二极

9、管 按结构不同分按结构不同分硅二极管硅二极管 点接触型点接触型1.1.结构与类型结构与类型阳极阳极阴极阴极 VD 阴极阴极PN阳极阳极外壳外壳PN结结结构外形及符号结构外形及符号7.1半导体二极管第7章7.1.4 7.1.4 7.1.4 7.1.4 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管14导通压降导通压降: 硅管硅管0.6-0.7V,锗管锗管0.2-0.3V。反向击穿电压反向击穿电压U(BR)死区电压死区电压: :硅管硅管0.5V,锗锗管管0.1V。反向饱和电流反向饱和电流U/V 锗锗 管管正向特性正向特性10 硅管硅管I/mAO 20 4030201020死区电压死区电压A0.5

10、1.01.5反向特性反向特性2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性7.1半导体二极管第7章7.1.4 7.1.4 7.1.4 7.1.4 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管15（1）最大整流电流）最大整流电流IFM（2）最大反向工作电压）最大反向工作电压URM（3）最大反向电流）最大反向电流IRM（4）最高工作频率）最高工作频率fM3.二极管的主要参数二极管的主要参数7.1半导体二极管第7章7.1.4 7.1.4 7.1.4 7.1.4 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管161.硅稳压二极管硅稳压二极管阳极阳极阴极阴极 VDZIZIZIZmA AB BUZUZ2.

11、发光二极管发光二极管3.光电二极管光电二极管U/V0.40.821046812I/mA 5 15 20 10O3020107.1半导体二极管第7章7.1.5 特殊二极管特殊二极管特殊二极管特殊二极管177.2.1 7.2.1 三极管的基本结构、符号三极管的基本结构、符号发射结发射结集电结集电结PNPNPNB C E 集电区集电区 发射区发射区 基区基区发射极发射极集电极集电极基极基极B C E C 集电区集电区 发射区发射区 基区基区发射极发射极集电极集电极基极基极B C E CB B C E7.2半导体三极管第7章18B BE EC CN NN NP P基极基极发射极发射极集电极集电极集电区

12、尺寸比集电区尺寸比发射区大发射区大基区很薄，杂基区很薄，杂质浓度最低质浓度最低发射区杂发射区杂质浓度高质浓度高常见外形常见外形7.2半导体三极管第7章7.2.1 7.2.1 三极管的基本结构、符号三极管的基本结构、符号19 以以NPN型三极管为例，要使三极管具有电流放大作用，型三极管为例，要使三极管具有电流放大作用，发射结要正向偏置，集电结要反向偏置发射结要正向偏置，集电结要反向偏置发射结要正向偏置，集电结要反向偏置发射结要正向偏置，集电结要反向偏置 。（1）发射区向基区发射电子）发射区向基区发射电子（2）电子在基区扩散与复合）电子在基区扩散与复合（3）电子被集电极收集）电子被集电极收集三极管

13、内部载流子运动的过程三极管内部载流子运动的过程7.2.2 7.2.2 三极管的放大原理三极管的放大原理7.2半导体三极管第7章20I IB B I IC CI IE E发射结正偏，发射区发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，电子不断向基区扩散，形成发射极电流形成发射极电流I IE E。扩散到基区的电子只有少部分与基区扩散到基区的电子只有少部分与基区的空穴复合，形成电流的空穴复合，形成电流I IB B，其余扩散，其余扩散到集电结边缘。到集电结边缘。集电结反偏，从基区集电结反偏，从基区扩散来的电子漂移过扩散来的电子漂移过集电结被集电结收集，集电结被集电结收集，形成形成I IC C。RB RCUCC

14、7.2.2 7.2.2 7.2.2 7.2.2 三极管的放大原理三极管的放大原理三极管的放大原理三极管的放大原理7.2半导体三极管第7章21RCRBIC UCE A mA V V UEBIBUBE UCC 1.输入特性输入特性7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线7.2半导体三极管第7章UBE/VIB/mA1.0O0.020.040.060.080.100.20.60.40.820UCE=0V UCE1V22UCE/V105截止区截止区IC/mA OIB=0放放大大区区 5 1020（A）408060100120饱和区饱

15、和区截止区：发射结和集电结均反截止区：发射结和集电结均反偏，偏，IB=0 。放大区：发射结正向偏置，放大区：发射结正向偏置，集电结反向偏置，集电结反向偏置，IC= IB。饱和区：集电结、发射结正饱和区：集电结、发射结正偏，饱和压降硅管偏，饱和压降硅管UCES 0.3V。7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线7.2半导体三极管第7章2.2.输出特性输出特性231. 1. 1. 1. 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数（1 1）直流电流放大系数（）直流电流放大系数（2 2）交流电流放大系数）交流电流放大系数2.

16、2.2.2.极间反向电流极间反向电流极间反向电流极间反向电流（1 1）集电极和基极之间的反向饱和电流）集电极和基极之间的反向饱和电流I ICBOCBO（2 2）集电极和发射极之间的穿透电流）集电极和发射极之间的穿透电流I ICEOCEO3. 3. 3. 3. 极限参数极限参数极限参数极限参数（1 1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流I ICMCM （2 2）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率P PCMCM （3 3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数7.2半导体三

17、极管第7章247.3.1 N7.3.1 N沟道绝缘栅型场效应管的结构沟道绝缘栅型场效应管的结构 漏极漏极栅极栅极 增强型增强型 源极源极SGDP型硅衬底型硅衬底NN耗尽型耗尽型 SGDP型硅衬底型硅衬底NN增强型和耗尽型的区别在于是否有原始导电沟道。增强型和耗尽型的区别在于是否有原始导电沟道。 7.3场效应管第7章D GSDGS25UGSSGDP型硅衬底型硅衬底NNN沟道沟道UDSID7.3场效应管第7章7.3.2 N7.3.2 N沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理 261.漏极特性漏极特性增增强强型型场效效应管的漏极特性是指管的漏极特性是指UGS为常数常数时，I

18、D随随UDS的的变化关系。化关系。 截止区截止区 可可变变电电阻阻区区 放大区放大区 UDS/VID/mA4V3VOUGS=1V2V2.转移特性转移特性增增强强型型场效效应管的管的转移特性是指移特性是指U UDSDS 为常数常数时，I ID D随随U UGSGS的的变化关系。化关系。 ID/mAUGS/VOUDS=常数常数UT 无沟道无沟道 有沟道有沟道7.3.3 N7.3.3 N沟道增强型绝缘栅场效应管特性曲线沟道增强型绝缘栅场效应管特性曲线 7.3场效应管第7章27UDS/VID/mA2131212O2468101282641014UGS=0饱和漏极饱和漏极电流电流漏极特性漏极特性 7.3

19、.4 N7.3.4 N沟道耗尽型场效应管沟道耗尽型场效应管7.3场效应管第7章转移特性转移特性ID/mAUGS/VO2468101324UDS=10VIDSS321UP夹段电压夹段电压ID随随UGS的的增大而增大增大而增大 ID随随UGS的减小的减小而减小而减小28（1）开启电压）开启电压 （2）夹断电压）夹断电压 （3）跨导）跨导 （4）极限参数）极限参数使用使用使用使用时除了不能超过极限参数处，还要特别注意管子栅极开路时可能出现栅极感应电压过高时除了不能超过极限参数处，还要特别注意管子栅极开路时可能出现栅极感应电压过高而造成绝缘层击穿问题，为避免这种情况，而造成绝缘层击穿问题，为避免这种情况，保存时保存时必须将三个电极短接；必须将三个电极短接；使用时使用时需在栅极加需在栅极加保护电路；保护电路；焊接时焊接时，烙铁要有良好接地。场效应管通常漏极与源极互换使用，但有些产品源，烙铁要有良好接地。场效应管通常漏极与源极互换使用，但有些产品源极与衬底已连在一起，这时漏极与源极不能互换。极与衬底已连在一起，这时漏极与源极不能互换。 7.3.5 7.3.5 主要参数主要参数 7.3场效应管第7章E-mail：网址网址：http:/地址：大连市软件园路地址：大连市软件园路80号号大连理工大学出版社谢谢观看