半导体的课件.ppt

单元一常用半导体器件 半导体的基本知识 晶体二极管 双极型晶体管 场效应晶体管 晶闸管简介 第一节半导体的基本知识 主要要求 了解半导体的基本知识 掌握PN结的单向导电性 根据物体导电能力 电阻率 的不同 来划分导体 绝缘体和半导体 导体 109 cm半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间 一 半导体 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge及化合物半导体砷化镓GaAs等 半导体材料 自由电子和空穴 半导体中的载流子 价电子 空穴 自由电子 两种半导体 P型半导体 N型半导体 为什么要对半导体进行掺杂 在杂质半导体中 因为掺杂 载流子的数量比纯净半导体有相当程度的增加 尽管杂质的含量很小 但对半导体的导电能力影响却很大 使之成为提高半导体导电性能最有效的方法 杂质半导体 半导体的基本特性 杂敏特性 热敏特性 光敏特性 多子的扩散运动 少子的漂移运动 P型半导体 N型半导体 形成空间电荷区 PN结 二 PN结及其单向导电性 PN结加正向电压 正偏 时导通 加反向电压 反偏 时截止的特性 称为PN结的单向导电性 PN结的单向导电性 第二节半导体二极管 主要要求 了解二极管的基本知识 掌握二极管特性及主要参数 一 二极管的结构 符号 死区电压Uth硅管0 5V左右 锗管0 1V左右 导通电压Uon硅管为0 6 0 7V左右 锗管为0 2 0 3V左右 死区电压 导通电压 二 二极管的伏安特性 正向特性 反向电流 在一定温度下 当反向电压达到一定值后 反向电流IR即为反向饱和电流IS 基本保持不变 反向电流受温度的影响大 反向特性 反向击穿 当反向电压达到一定数值时 反向电流急剧增加的现象称为反向击穿 电击穿 若不加限流措施 PN结将过热而损坏 此称为热击穿 电击穿是可逆的 而热击穿是不可逆的 应该避免 反向击穿特性 型号 命名 三 二极管的使用常识 1 最大整流电流IF 2 反向击穿电压UBR和最大反向工作电压UR 3 反向电流IR 4 正向压降UF 5 最高工作频率fM 主要参数 管脚识别方法 解 请观看仿真波形 稳定电压VZ稳定电流IZ IZmin IZmin 额定功耗PZM动态电阻rZ温度系数 稳压二极管的主要参数 利用二极管反向击穿特性实现稳压 稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态 汽车仪表稳压电路 稳压二极管的应用 稳压管 四 特殊二极管 外加反向电压 无光照时的反向电流称之为暗电流 有光照时的反向电流称之为光电流 光照越强 光电流越大 工作电压一般在1 5 2 5V之间 工作电流在5 30mA之间 电流越大 发光越强 发光二极管 光电二极管 第三节双极型晶体管 主要要求 了解双极型晶体管的基本知识 掌握三极管的特性及主要参数 发射极Emitter 基极Base 集电极Collector 一 三极管的外形与结构 发射结正偏集电结反偏 NPN管 VC VB VE PNP管 VE VB VC 实现电流放大的外部条件 仿真电路 二 三极管的电流放大作用 直流电流放大系数 只与管子本身有关 与外加电压无关 一般 结论 IE IB IC 穿透电流 当输入为变化量 动态量 时 交流电流放大系数 表示电流放大能力 当vCE 0V时 相当于发射结的正向伏安特性曲线 当vCE 1V时 特性曲线右移 同样的UBE下IB减小 三极管输入端存在死区 三 三极管的特性曲线 输入特性曲线 饱和区 iC明显受vCE控制 该区域内 vCE VCES 0 7V 硅管 此时 发射结正偏 集电结正偏或反偏电压很小 放大区 iC平行于vCE轴的区域 曲线基本平行等距 此时 发射结正偏 集电结反偏 截止区 iC接近零的区域 相当iB 0的曲线的下方 此时 vBE小于死区电压 集电结反偏 输出特性曲线 安全使用范围 集电极最大允许电流ICM 最大集电极耗散功率PCM 反向击穿电压 四 三极管的使用常识 第四节场效应管 主要要求 了解场效应管的基本知识 熟悉场效应管的特性 一 特点 类别 利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流 仅靠半导体中的多数载流子导电 单极型晶体管 输入阻抗高 107 1012 噪声低 热稳定性好 抗辐射能力强 功耗小 二 结型场效应管 结构 工作分析 结论 1 JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电 所以场效应管也称为单极型三极管 2 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的 因此输入电阻很高 3 JFET是电压控制电流器件 iD受vGS控制 4 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系 预夹断后 iD趋于饱和 转移特性 输出特性 特性曲线 一 N沟道增强型MOS管 三 绝缘栅型场效应管 转移特性 输出特性 二 N沟道耗尽型MOS管 与N沟道增强型MOS管不同的是 N沟道耗尽型MOS管的绝缘层中参入了大量的正离子 所以 即使在vGS 0时 耗尽层与绝缘层之间仍然可以形成反型层 只要在漏 源之间加正向电压 就会产生iD 一 直流参数 开启电压VGS th 对增强型MOS管 当VDS为定值时 使iD刚好大于0时对应的VGS值 夹断电压VGS off 或VP 对耗尽型MOS管或JFET 当VDS为定值时 使iD刚好大于0时对应的VGS值 四 主要参数 饱和漏极电流IDSS 对耗尽型MOS管或JFET VGS 0时对应的漏极电流 直流输入电阻RGS 对于结型场效应三极管 RGS大于107 MOS管的RGS大于109 二 交流参数 低频跨导gm 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用 gm可以在转移特性曲线上求得 极间电容 Cgs和Cgd约为1 3pF 和Cds约为0 1 1pF 高频应用时 应考虑极间电容的影响 输出电阻rd 三 极限参数 最大漏极电流IDM 管子正常工作时漏极电流的上限值 击穿电压V BR DS V BR GS 管子漏 源 栅 源击穿电压 最大耗散功率PDM 决定于管子允许的温升 注意 对于MOS管 栅 衬之间的电容容量很小 RGS很大 感生电荷的高压容易使很薄的绝缘层击穿 造成管子的损坏 因此 无论是工作中还是存放的MOS管 都应为栅 源之间提供直流通路 避免栅极悬空 同时 在焊接时 要将烙铁良好接地 例1电路如图 a 所示 场效应管的输出特性如图 b 所示 试分析当uI 2V 8V 12V三种情况下 场效应管分别工作于什么区域 解 由图中得N沟道JFET的vGS 0 此时 iD IDSS 4mA 而uDS VGS off 4V 所以vOmax VDD 4V 12 4 8V 故RL vO IDSS 0 8V 4mA 0 2 k 例2电路如图所示 场效应管的夹断电压VGS off 4V 饱和漏极电流IDSS 4mA 为使场效应管工作于恒流区 求RL的取值范围 第五节晶闸管简介 主要要求 了解晶闸管的基本知识 熟悉晶闸管的使用 螺栓型晶闸管 晶闸管模块 平板型晶闸管外形及结构 G c 结构 a 外形 一 晶闸管的外形 结构及符号 反向阻断 正向阻断 触发导通 触发导通 二 晶闸管的工作状态 晶闸管导通的条件 1 阳极与阴极之间施加正向电压 2 控制极与阴极之间加正向电压或正向脉冲 晶闸管关断的条件 1 使阳极电流减小到维持电流以下 2 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压 晶闸管导通后 控制极便失去作用 UDRM 断态重复峰值电压 晶闸管耐压值 UF 通态平均电压 管压降 一般为1V左右 IH 维持电流 UG IG 控制极触发电压和电流 一般UG为1到5V IG为几十到几百毫安 主要参数 三 主要参数及符号 导通时平均电压组别共九级 用字母A I表示0 4 1 2V 额定电压 用百位或千位数表示 额定正向平均电流 IF 如 KP5 7表示额定正向平均电流为5A 额定电压为700V 型号 晶闸管承受过电压 过电流的能力很差 这是它的主要缺点 晶闸管的热容量很小 一旦发生过电流时 温度急剧上升 可能将PN结烧坏 造成元件内部短路或开路 例如一只100A的晶闸管过电流为400A时 仅允许持续0 02秒 否则将因过热而损坏 晶闸管耐受过电压的能力极差 电压超过其反向击穿电压时 即使时间极短 也容易损坏 若正向电压超过转折