,第1章 半导体器件 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路 符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用 和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。,名 师 课 堂,1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1.什么是半导体 自然界的物质按导电能力的强弱可分为三大类:导体，绝缘体和半导体。能很好导电的金属等材料称为导体，绝缘体的导电性能最差（如塑料）。半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。,2.半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。 图1.1.1 各种半导体之间的关系,(1)N型半导体 在硅的本征半导体中，将微量元素(磷)作为杂质掺入，就形成N型半导体。N型半导体的特点：自由电子数量多，空穴数量少，参与导电的主要是带负电的自由电子。 （2）P型半导体 在硅本征半导体中，用元素(硼)作为杂质掺入，就形成P型半导体。P型半导体的特点：空穴数量多，自由电子数量少，参与导电的主要是带正电的空穴。,1.1.2晶体二极管的结构和特性,1.二极管的结构和电路符号 在硅或锗本征半导体中采用掺杂工艺，使半导体的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，则在这两种导电性能相反的半导体交界面上，将形成一个特殊的接触面，称为PN结。将PN结用外壳封装起来，并从P区引出电极为正极，从N区引出电极为负极，就构成了晶体二极管。二极管意味着带有两个电极，一个称为正极（阳极），一个称为负极（阴极），二极管具有单向导电性，符号上的箭头表示二极管导通时电流的方向。二极管通常用字母VD表示。,2.二极管的单向导电性,小实验：将二极管串接到由电池和指示灯组成的电路中，按图连接电路。我们都知道，小灯泡是无极性之分的，不管电源电压的极性如何，只要小灯泡和电源构成一个回路，有足够电流通过小灯泡，则灯泡发光。但当在小灯泡的回路中串入一个二极管后，情况就发生了变化。图连接电路，观察到灯泡亮，而把二极管反过来连接，图所示，灯泡不亮。,3.二极管的伏安特性曲线 加在二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线称为伏安特性曲线。利用晶体管特性图示仪可以很方便地测出二极管的伏安特性曲线，如图所示。,（1）二极管的正向特性 二极管的正向特性曲线如图中第一象限所示。它的主 要特点是： 二极管两端加正向电压时，产生正向电流。当正向电压较小时，此时正向电流很小，二极管几乎处于截止状态（OA段），通常称这一段为死区。相应于A点上的电压称为开启电压或门坎电压，通常用表示。硅二极管为0.5V，锗二极管为0.1V。 当正向电压超过后，电流才随电压迅速增长（A点以上部分），管子导通。正向电流开始急剧增大时管子两端电压降变化不大，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V，称之为正向饱和压降。 （2）二极管的反向特性 二极管的反向特性曲线如图1.6中第三象限所示。它的主要特点是：二极管加反向电压时，PN结反偏，形成很小的反向电流，如图中OC段。 (3) 反向击穿特性 当反向电压增大到超过某一个值时（图中c点），反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿。CD段称为反向击穿区。c点对应的电压称为反向击穿电压。一般在几十伏以上。反向击穿后，电流过大会使管子损坏。因此除稳压管外，正常使用的二极管，是不允许出现这种现象的。,1.1.3 二极管器件的使用 1.二极管的主要参数 二极管的参数是反映二极管的质量指标，供在使用二极管器件时，根据不同的使用条件选择不同型号的二极管。 （1）最大整流电流 又称为额定工作电流，它是指二极管长期运行时所允许通过的最大正向平均电流。实际选用时，应注意通过二极管的实际工作电流不超过此值，并要满足其散热条件，否则将烧坏二极管。 （2）最高反向工作电压 又称为额定工作电压，它是指二极管在使用时允许加上的最高反向电压。如果超过此值，二极管就有可能被击穿。为了确保安全，规定的最高反向电压一般取击穿电压的一半。 （3）反向电流 又称为反向漏电流，它是指二极管两端加上反向电压时的电流值。越小，管子单向导电性越好。此值与少数载流子浓度有关，所以受温度影响很大。使用时应注意选取反向电流较小的二极管。 （4）最高工作频率 是指保证二极管能起单向导电性时的最高工作频率 。如果通过二极管的电流的频率大于该值，它将影响二极管的单向导电的特性。,2.二极管的分类 （1）按材料不同，二极管一般分为硅二极管和锗二极管。 （2）按内部结构不同，二极管一般分为点接触型和面接触型。前者PN结面积小，不能通过很大的正向电流（几毫安到几十毫安）；结电容小，适于高频（几百兆赫）工作。后者PN结的面积较大，允许通过的正向电流较大（几百毫安到几安）；结电容大，只能用于较低频率的应用场合。,1.1.4 特殊二极管及它们的应用 1.稳压二极管与应用 稳压二极管也称为齐纳二极管，它是一种用特殊工艺制造的硅二极管，当它的反向电压逐步增大到一定数值时反向电流激增的现象称为齐纳现象。也就是说稳压二极管是使用反向电流工作的元件。只要反向电流不超过极限电流，管子工作在击穿区并不会损坏，这与普通的二极管破坏性击穿是截然不同的。电路符号如所示:,在发生齐纳现象的范围内，即使流过二极管的电流变化很大，二极管两端的电压也几乎保持不变，故称为稳压二极管，稳压二极管伏安特性曲线如图所示。不同型号的稳压二极管，都基本能保持在一个固定的电压值。因此稳压二极管通常使用在要求输出电压变化极小的稳压电源装置中，如图所示稳压二极管常用的稳压电路示意图。,2.变容二极管与应用 变容二极管也叫可变电容二极管，它是利用PN结的电容效应，采用特殊工艺使结电容随反向电压变化比较灵敏的特殊二极管。正常工作时，变容二极管两端应接反向电压，当反向电压变化时，电容量约从5pF300pF之间变化。变容二极管的电路符号以及结电容与反偏电压的关系如图所示。变容二极管被应用于无线话筒和电视机的高频头电路等方面。如图所示 是一个利用变容二极管实现电调谐的电路。改变变容二极管上的电压，结电容Cj变化，LC并联谐振电路中的电容变化，谐振频率改变，达到利用电压的变化使谐振频率变化的目的。,3.发光二极管与应用 发光二极管简称为LED, 它和普通二极管一样，具有单向导电性能。当它正向导通的时候，由于采用了特殊的半导体材料，PN结中空穴和电子互相扩散的时候会发生碰撞，碰撞时产生的能量发光。根据材料的不同，能发出红、绿、黄等几种颜色的可见光，还能发出人眼看不见的红外光。它的电路符号如图所示。发光二极管用极小的功率，便可获得鲜艳的光辉，另外，因为能够快速亮灭，所以除了作显示灯外，它还可当作发光源使用。,4.光电二极管和光电耦合器及应用 光电二极管是将光信号变成电信号的器件，它的电路符号如图所示。光电二极管在反向电压下工作，管壳上有一个能透过光线的窗口，当不受光照时，通过二极管的反向电流很小，当光照时，激发了大量的载流子参与导电，使反向电流显著增加，这个电流称为光电流，它的大小与光照的强度和波长有关。光电二极管主要用在自动控制中。 当我们把发光元件（发光二极管）和光电元件（光电二极管）封装在一起，就组成了另外一种器件-光电耦合器。其内部通过“电光电”的转换，将电信号从输入端送到输出端。因此信号只能单向传输，可以十分理想地完成系统的隔离，电路接口等多种功能。广泛地应用于测量检测，通信和计算机领域。,1.2 晶体三极管 1.2.1晶体三极管的结构和类型 1.结构 晶体三极管又称为半导体三极管。它是具有三个电极的半导体器件，三个电极分别叫发射极、基极和集电极，分别用字母e、b 和c 表示。 三极管内部有二个PN结，这二个PN结把整个半导体基片分成三个区域：发射区、基区和集电区。其中发射区和基区之间的PN结称为发射结，基区与集电区之间的PN结称为集电结。根据结构不同，三极管分为NPN型和PNP型 。NPN和PNP型三极管结构示意图及电路符号如图上和下所示。,1.2.2三极管的电流分配关系和放大作用 1.放大的条件 三极管的主要功能是放大电信号。要使三极管对微小信号起到放大作用，则必须保证外加的电压使发射结正向偏置，集电结反向偏置。如图示的接线。,2.三极管的电流放大作用,满足发射结正偏，集电结反偏的要求,电路接通后，就有三支电流流过三极管：基极电流IB ，集电极电流IC和发射极电流IE。调节电阻RW使IB取不同的值，并将对应的IC和IE记录表中，得到如下实验数据：,（1）输入特性 输入特性是指为定值时，输入回路中与之间的关系。 由于输入回路中，发射结是一正向偏置的PN结，因此，输入特性就与二极管正向伏安特性相似，当1V时，不同值的输入曲线基本重合。如图上所示。,提示：在实际工作中，根据三极管的开关特性，直接测出VCE，也可判断三极管的工作状态： VCE0，三极管工作于饱和区，三极管c、e端相当于开关闭合； VCEVCC，三极管工作于截止区，三极管c、e端相当于开关断开； VCE1VVCC之间，三极管工作于放大区。,欢迎老师和同学们提出宝贵的意见！,名 师 课 堂,