半导体器件的基础知识概要.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1 1.1半导体二极管1.2半导体三极管 1.3场效晶体管 本章小结第一章半导体器件的基础知识 什么是半导体2 载流子：半导体中，携带电荷参与导电的粒子自由电子：带负电荷空穴：带与自由电子等量的正电荷均可运载电荷载流子特性：在外电场作用下，载流子都可以做定向移动，形成电流 1半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间,且随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化，人们把这一类物质称为半导体1.1半导体二极管 3N 型半导体：主要靠电子导电的半导体即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子4P 型半导体：主要靠空穴导电的半导体 PN 结即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子PN 结：经过特殊的工艺加工，将 P 型半导体和 N 型半导体紧密地结合在一起，则在两种半导体的交界面就会出现一个特殊的接触面，称为 PN 结PN 结具有单向导电特性1.1半导体二极管 （1）正向导通：电源正极接 P 型半导体，负极接 N 型半导体，电流大2）反向截止：电源正极接 N 型半导体，负极接 P 型半导体，电流小 结论：PN 结加正向电压时导通，加反向电压时截止，这种特性称为 PN 结的单向导电性。

1.1半导体二极管 如果反向电流未超过允许值，反向电压撤除后，PN 结仍能恢复单向导电性 反向击穿：PN 结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为 PN 结的反向击穿 热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧坏，称为热击穿结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容1.1半导体二极管 半导体二极管1半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器件 半导体二极管箭头表示正向导通电流的方向 电路符号如图所示1.1半导体二极管 由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型（如图 a）、面接触型（如图 b）和平面型（如图 c） 点接触型：PN 结接触面小，适宜在小电流状态下使用面接触型、平面型：PN 结接触面大，截流量大，适合于大电流场合中使用1.1半导体二极管 2二极管的特性伏安特性：二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性硅二极管的伏安特性曲线如图所示特性曲线1.1半导体二极管 正向导通：当外加电压大于死区电压后，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通 死区：当正向电压较小时，正向电流极小，二极管呈现很大的电阻，如 OA 段，通常把这个范围称为死区。

死区电压：导通电压：=onV0.2 V 0.3 V （Ge）0.6 V 0.7 V （Si）结论：正偏时电阻小，具有非线性1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）1.1半导体二极管=(Si）V 0.2V 5 . 0TV(Ge） 反向击穿：若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿 反向饱和电流：当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流2）反向特性（二极管负极电压大于正极电压）普通二极管不允许出现此种状态结论：反偏电阻大，存在电击穿现象二极管属于非线性器件 1.1半导体二极管 3半导体二极管的主要参数（1）最大整流电流 IF： 二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流 二极管正常使用时允许加的最高反向电压 使用时应注意流过二极管的正向最大电流不能大于这个数值，否则可能损坏二极管2）最高反向工作电压 VRM使用中如果超过此值，二极管将有被击穿的危险1.1半导体二极管 半导体三极管的基本结构与分类 1结构及符号 三极：发射极 E、基极 B、集电极 C 三区：发射区、基区、集电区1.2半导体三极管PNP 型及 NPN 型三极管的内部结构及符号如图所示。

实际实际 上发发射极箭头头方向就是发发射结结正向电电流方向 两结：发射结、集电结 （1）按半导体基片材料不同：NPN 型和 PNP 型2）按功率分：小功率管和大功率管3）按工作频率分：低频管和高频管4）按管芯所用半导体材料分：锗管和硅管5）按结构工艺分：合金管和平面管6）按用途分：放大管和开关管2分类 1.2半导体三极管 三极管常采用金属、玻璃或塑料封装常用的外形及封装形式如图所示 3外形及封装形式1.2半导体三极管 1三极管各电极上的电流分配三极管电流分配实验电路如图所示三极管的电流放大作用1.2半导体三极管 实验数据 表1-1三极管三个电电极上的电电流分配结论：IE = IB + IC 三极管的电流分配规律：发射极电流等于基极电流和极电极电流之和1.2半导体三极管 2三极管的电流放大作用由表 1-1 的数据可看出，当基极电流 IB 由 0.03 mA 变到 0.04 mA 时，集电极电流 IC 由 1.74 mA 变到 2.23 mA 上面两个变化量之比为1.2半导体三极管 （1）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用 由此可见，基极电流的微小变化控制了集电极电流较大的变化，这就是三极管的电流放大原理。

结论：要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压2）三极管的放大作用，需要一定的外部条件注意：1.2半导体三极管 利用三极管的电流放大作用，可以用来构成放大器，其方框图如图所示 （1）共发射极电路（CE）：把三极管的发射极作为公共端子三极管在构成放大器时，有三种基本连接方式：三极管的基本连接方式1.2半导体三极管 （2）共基极电路（CB）：把三极管的基极作为公共端子3）共集电极电路（CC）：把三极管的集电极作为公共端子1.2半导体三极管 输入特性：在 VCE 一定的条件下，加在三极管基极与发射极之间的电压 VBE 和它产生的基极电流 IB 之间的关系1输入特性曲线三极管的特性曲线1.2半导体三极管改变 RP2 可改变 VCE ， VCE 一定后，改变 RP1 可得到不同的 VBE 和 IB 由图可见：（1）当 V CE 1 V 时，特性曲线基本重合2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态1.2半导体三极管 （4）三极管导通后，VBE 基本不变硅管约为 0.7 V ，锗管 约为 0.3 V ，称为三极管的导通电压5）VBE 与 IB 成非线性关系。

3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V）时，IB 逐渐增大，三极管开始导通1.2半导体三极管 输出特性：在 IB 一定条件下时，集电极极与发射极之间的电压 VCE 和集电极电流 IC 之间的关系2输出特性曲线1.2半导体三极管先调节 RP1，使 IB 为一定值，再调节 RP2 得到不同的VCE、IC测试电路如图所示 输出特性曲线1.2半导体三极管 条件：发射结反偏或两端电压为零2）放大区条件：发射结正偏，集电结反偏特点： IC 受 IB 控制 ，即 IC = IB 在放大状态，当 IB 一定时，IC 不随 VCE 变化，即放大状态的三极管具有恒流特性 （3）饱和区条件：发射结和集电结均为正偏VCES 称为饱和管压降，小功率硅管约 0.3 V，锗管约为 0.1 V输出特性曲线族可分三个区：特点：VCE = VCES1）截止区特点： IB = 0，IC = ICEO 1.2半导体三极管 3三极管的主要参数： 集电极发射极反向饱和电流 ICEO 集电极基极反向饱和电流 ICBO2）极间反向饱和电流选用管子时， 值应恰当，一般说来， 值太大的管子工作稳定性差1）共射极电流放大倍数 两者关系：ICEO = （1 + ） ICBO1.2半导体三极管 （3）极限参数 反向击穿电压。

当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压V（BR）CEO 当发射极开路时，集电极与基极之间所能承受的最高反向电压V（BR）CBO 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反向电压V（BR）EBO1.2半导体三极管当 IC 过大时，电流放大系数 将下降在技术上规定， 下降到正常值的 2/3 时的集电极电流称集电极最大允许电流 集电极最大允许电流ICM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率 三极管应工作在三极管最大损耗曲线图中的安全工作区三极管最大损耗曲线如图所示 集电极最大允许耗散功率 PCM1.2半导体三极管 1用万用表判别三极管的管型和管脚方法： 黑表笔和三极管任一管脚相连，红表笔分别和另外两个管脚相连测其阻值，若阻值一大一小，则将黑表笔所接的管脚调换重新测量，直至两个阻值接近如果阻值都很小，则黑表笔所接的为 NPN 型三极管的基极若测得的阻值都很大，则黑表笔所接的是 PNP 型三极管的基极三极管的简易测试1.2半导体三极管 若为为 NPN 型三极管，将黑红红表笔分别别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设设的集电电极，观观察表针摆动针摆动 。

再将假设设的集电电极和发发射极互换换，按上述方法重测测比较较两次表针摆针摆 幅，摆摆幅较较大的一次黑表笔所接的管脚为为集电电极，红红表笔所接的管脚为发为发 射极 若为 PNP 型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可1.2半导体三极管 2判断三极管的好坏（1）万用表置于“R 1 k ”挡或 “R 100”挡位2）方法：分别测量三极管集电结与发射结的正向电阻和反向电阻，只要有一个 PN 结的正、反向电阻异常，就可判断三极管已坏1.2半导体三极管 3判断三极管 的大小将两个 NPN 管接入判断三极管 C 脚和 E 脚的测试电路，如图所示，万用表显示阻值小的管子的 值大4判断三极管 ICEO 的大小以 NPN 型为例，用万用表测试 C、E 间的阻值，阻值越大，表示 ICEO 越小1.2半导体三极管 1片状三极管的封装小功率三极管：额定功率在 100 mW 200 mW 的小功率三极管，一般采用 SOT-23形式封装如图所示 1 基极，2 发射极，3 集电极片状三极管1.2半导体三极管 大功率三极管：额定功率在 1 W 1.5 W 的大功率三极管，一般采用 SOT-89 形式封装 。

1基极，3发射极，2、4（内部连接在一起）集电极1.2半导体三极管 在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状三极管称带阻片状三极管 2带阻片状三极管1.2半导体三极管 带阻片状三极管型号及极性表 1-2部分带带阻片状三极管型号和极性1.2半导体三极管 3复合双三极管在一个封装内包含两只三极管的新型器件1.2半导体三极管常见外型封装形式如图所示UM6 SOT25 SOT36 1.3场效晶体管 半导体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件，称为电流控制型器件 场效晶体管是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制器件根据结构和工作原理不同，场效晶体管可分为结型 （JFET）绝缘栅型 （MOSFET） 结型场效晶体管1符号和分类结型场效晶体管的电路符号和外形如图所示三个电极：漏极（D），源极（S）和栅极（G），D 和 S 可交换使用，电路符号和外形如图所示 结型场效晶体管可分为 P 沟道和 N 沟道两种，在电路符号中用箭头加以区别1.3场效晶体管 2电压放大作用场效晶体管的放大电路如图所示 场效晶体管共源极电路中，漏极电流受栅源电压控制 场效晶体管是电压控制器件，具有电压放大作用。

1.3场效晶体管 绝缘栅场效晶体管 栅极与漏、源极完全绝缘的场效晶体管，称绝缘栅场效晶体管（MOSFET）输入电阻很大，在 1012 以上 它也有 N 沟道和 P 沟道两大类，每一类中又分为增强型和耗尽型两种1.3场效晶体管 1电路符号和分类 N 沟道箭头指向内沟道用虚线为增强型。