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， 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,5.3.1 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。 ,