《电工基础》第六章__常用半导体器件.ppt

第六章常用半导体器件,第一节晶体二极管第二节晶体三极管第三节晶闸管,教学要求练习题,主页,帮助,教学要求,1.了解半导体的基本知识。2.掌握晶体二极管的单向导电性、主要参数、命名规定及简单的型号判别。3.掌握晶体三极管的结构、工作原理、输入、输出特性曲线及主要参数。4.了解晶闸管的结构及工作原理。,主页,章目录,一、PN结及其特性二、晶体二极管的结构、符号和类型三、晶体二极管的伏安特性曲线四、晶体二极管的主要参数,第一节晶体二极管,主页,章目录,一、PN结及其特性,（一）半导体的基本知识,（二）P型半导体和N型半导体,（三）PN结及其单向导电性,主页,章目录,节目录,半导体是一种导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，其导电能力比导体差比绝缘体好，常用的半导体材料有硅和锗等。纯净的半导体中掺入某些微量元素，其导电能力会明显增强；当环境温度升高或光照加强时，半导体的导电能力也随之增强。,主页,章目录,节目录,下一页,（一）半导体的基本知识,P型半导体又称空穴型半导体，其内部空穴数量多于自由电子数量，即空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。纯净半导体中掺入三价元素硼或铟等，可得到P型半导体。N型半导体又称电子型半导体，其内部电子数量多于空穴数量，即电子是多数载流子，空穴是少数载流子。纯净的半导体中掺入微量五价元素磷或锑等，可得到N型半导体。,（二）P型半导体和N型半导体,（三）PN结及其单向导电性,PN结具有特殊的单向导电性，（实验演示如图所示）即：当电源的正极与PN结的P区相连，负极与N区相连，称之为在PN结上加正向电压时，PN结导通；当电源的负极与PN结的P区相连，正极与N区相连，称之为在PN结上加反向电压时，PN结截止。,主页,章目录,节目录,上一页,在硅或锗单晶基片上，分别加工出P型区和N型区，在它们的交界面上会形成一个特殊薄层，称为PN结，如下图所示。,二、晶体二极管的结构、符号和类型,（一）二极管的结构,（二）二极管的图形符号,（三）常见二极管的外形,（四）二极管的分类,主页,章目录,节目录,（五）二极管的型号命名方法,晶体二极管就是由一个PN结构成的最简单的半导体器件。在一个PN结的P型区和N型区各引出一条线，然后再封装在管壳内，就制成一只晶体二极管。晶体二极管上P区引出端叫正极（又称阳极），N区引出端叫负极（又称阴极）。,晶体二极管的文字符号为“V”，图形符号如右图所示，图形符号中箭头表示PN结正向电流的方向。,主页,章目录,节目录,下一页,（一）二极管的结构,（二）二极管的图形符号,（三）常见二极管的外形,主页,章目录,节目录,上一页,下一页,1.按材料分为硅二极管与锗二极管两类。2.按PN结的结构特点分为点接触型（PN结面积小）和面接触型（PN结面积大）两类。3.按用途分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管、光敏二极管、热敏二极管、发光二极管等。按国家标准GB29474规定。,主页,章目录,节目录,上一页,（四）二极管的分类,（五）二极管的型号命名方法,二极管的伏安特性是指加在二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系。,当正向电压超过一定数值后（硅管为0.5V，锗管为0.2V，称为死区电压），流过二极管的电流随电压的升高而明显增加，二极管的电阻变得很小，进入导通状态。如图所示，导通后二极管两端的正向压降几乎不随流过电流的大小而变化。,如图所示实线与虚线分别为硅二极管和锗二极管的伏安特性曲线。可见曲线有以下特点：,主页,章目录,节目录,下一页,（一）正向导通特性,三、晶体二极管的伏安特性曲线,当二极管处于反偏时截止，其反向电流在反向电压不大于某一数值（此电压称为反向击穿电压）时是很小的，并且几乎不随反向电压而变化，称为反向饱和电流。通常硅管的反向电流比锗管小。,主页,章目录,节目录,上一页,（二）反向截止特性,（三）反向击穿特性,当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向电击穿，这时的电压称为反向击穿电压。反向击穿破坏了二极管的单向导电性，如果没有限流措施，二极管可能损坏。,是指二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。当实际工作时的正向电流平均值超过此值，二极管可能会因过热而损坏。,主页,章目录,节目录,（一）最大整流电流IFM,（二）最高反向工作电压URM,是指二极管允许承受的最高反向电压。一般规定最高反向工作电压为反向击穿电压的一半或三分之一。,四、晶体二极管的主要参数,第二节晶体三极管,一、晶体三极管的结构和型号二、晶体三极管的电流放大作用三、晶体三极管的输入输出特性曲线四、晶体三极管的主要参数,主页,章目录,（一）三极管的结构,（二）三极管的图形符号根据内部三个区域半导体类型的不同，三极管可分为PNP型与NPN型，其图形符号如下图所示。图中发射极的箭头表示发射结加正向电压时的电流方向。,（三）三极管的型号命名方法,主页,章目录,节目录,一、晶体三极管的结构和型号,二、晶体三极管的电流放大作用,（一）三极管电流放大的条件,（二）三极管各电极的电流分配关系,（三）三极管的电流放大作用,主页,章目录,节目录,（一）三极管电流放大的条件,要使三极管实现电流放大，必须给它的发射结加正向电压，集电结加反向电压，即三极管放大的条件是发射结正偏，集电结反偏。,主页,章目录,节目录,下一页,（二）三极管各电极的电流分配关系,参照图示实验电路，调节RP改变基极电流IB的大小，可相应地测得一组集电极电流IC与发射极电流IE的数值，如下表所示。,主页,章目录,节目录,下一页,上一页,由表中数值可以看出，发射极电流等于集电极电流与基极电流之和，即：IE=IC+IB,由于IB比IC小得多，可认为发射极电流和集电极电流近似相等，即：IEIC,主页,章目录,节目录,下一页,上一页,当基极电流IB有一微小变化时，就能够引起集电极电流IC的较大变化。这就是三极管的电流放大原理。三极管放大的实质是以小电流控制大电流，放大后的信号的能量是电源提供的，而不是凭空增加的。,三极管的共发射极交流电流放大系数：,三极管的共发射极直流电流放大系数：,主页,章目录,节目录,上一页,（三）三极管的电流放大作用,三、晶体三极管的输入输出特性曲线,（一）测试电路图,（二）输入特性曲线,（三）输出特性曲线,主页,章目录,节目录,三极管的特性曲线是指三极管各极上电压与电流之间的关系曲线。一般由下图所示电路测试。,主页,章目录,节目录,下一页,（一）测试电路图,输入特性曲线是指当三极管的集电极发射极间的电压UCE为定值时，基极电流IB与发射结偏压UBE之间的关系曲线。,当UCE1V后，其输入特性曲线基本重合，所以一般都以UCE1V时的曲线作为三极管的输入特性曲线。,主页,章目录,节目录,下一页,上一页,（二）输入特性曲线,三极管的输出特性曲线是指当三极管的基极电流为一定值时，集电极电流IC与集电极发射极间的电压UCE之间的关系曲线，如下图所示。,对应不同的IB可得到不同的曲线，从而形成一个曲线族。通常把输出特性曲线族分为三个区来讨论三极管的工作特性。,1.截止区,三极管处于截止状态的条件是：发射结、集电结反偏。,2.饱和区,三极管处于饱和状态的条件是：发射结正偏，集电结正偏。,三极管工作与放大状态的条件是：发射结正偏，集电结反偏。,3.放大区,主页,章目录,节目录,上一页,（三）输出特性曲线,指基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压。,主页,章目录,节目录,下一页,（一）电流放大系数,（二）穿透电流ICEO,指基极开路（IB=0）时，集电极与发射极之间的反向电流。ICEO随温度的升高而增大，由于硅管的ICEO比锗管小得多，因此硅管的热稳定性比锗管好。,（三）反向击穿电压U（BR）CEO,四、晶体三极管的主要参数,对于性能良好的三极管，其共发射极直流电流放大系数与共发射极交流电流放大系数近似相等，由于易于测量，因此常以代替，且都用表示。,指三极管正常工作时，集电极所允许的最大电流，如果ICICM，不但会明显下降，还有可能损坏三极管。,主页,章目录,节目录,上一页,（四）集电极最大允许电流ICM,指三极管正常工作时，集电极所允许的最大耗散功率。PCM1W的称为小功率管，PCM1W的称为大功率管。PCM的大小与环境温度有密切关系，温度越高，则PCM值越小。对于大功率管，常在管子上加散热器或散热片。,（五）集电极最大允许耗散功率PCM,一、晶闸管的结构和符号二、晶闸管的工作原理三、晶闸管的主要参数,第三节晶闸管,主页,章目录,晶闸管是硅晶体闸流管的简称，又名可控硅。晶闸管的外形有螺旋式、平板式和小型塑封式等几种。,主页,章目录,节目录,下一页,（一）晶闸管的常见外形,一、晶闸管的结构和符号,晶闸管有三个极，即：阳极A、阴极K和控制极G，由四层半导体（PNPN）三个PN结组成。,（三）晶闸管的图形符号,晶闸管的文字符号为V，图形符号如右图所示。,主页,章目录,上一页,节目录,（二）晶闸管的结构,晶闸管导通必须具备两个条件：一是晶闸管阳极与阴极之间必须加正向电压，二是在控制极与阴极之间也要加正向电压。要使导通后的晶闸管重新关断，应设法减小阳极电流，使其小于晶闸管的导通维持电流。,主页,章目录,节目录,二、晶闸管的工作原理,在规定的环境温度和散热条件下，允许通过阳极和阴极之间电流的平均值。,主页,章目录,节目录,下一页,（一）通态平均电流,（二）维持电流,在规定的环境温度和控制极断开的条件下，要维持晶闸管处于导通状态所需要的最小正向电流。,在规定的环境温度和一定的正向电压条件下，使晶闸管从关断到导通，控制极所需要的最小电压和电流。,（三）控制极触发电压和电流,三、晶闸管的主要参数,在控制极断开和正向阻断条件下，允许加于阳极的正向电压最大值。使用时正向电压若超过此值，晶闸管即使不加触发电压也能从正向阻断转为导通。,主页,章目录,上一页,节目录,（