第10章_常用半导体器件

1、 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院 第三部分模拟电子电路 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院第三部分第10章 常用半导体器件第11章 基本放大电路第12章 集成运算放大电路第17章 直流电源 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院第10章 常用半导体器件10.2 半导体二极管10.3 半导体稳压管 10.4 半导体三极管10.5 其他半导体器件简介10.1 半导体的导电特性 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件导体导

2、体: : 很容易导电的物质。金属一般都是导体。很容易导电的物质。金属一般都是导体。绝缘体绝缘体: :几乎不导电的物质。如橡皮、塑料和石英。几乎不导电的物质。如橡皮、塑料和石英。半导体半导体: :导电能力处于导体和绝缘体之间的物质。导电能力处于导体和绝缘体之间的物质。 如如: :锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。自然界中的物质按其导电的能力分为三种自然界中的物质按其导电的能力分为三种: :10.1 半导体的导电特性10.1.1 半导体的导电特点 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具半导体的导电机理不同于其

3、它物质，所以它具有不同于其它物质的有不同于其它物质的导电特点导电特点。它的导电能力在不。它的导电能力在不同条件下差别很大。同条件下差别很大。热敏性热敏性：环境温度升高时，导电能力增强很多：环境温度升高时，导电能力增强很多, ,可以用于温度控制，作可以用于温度控制，作热敏元件热敏元件。 光敏性光敏性：无光照时和绝缘体一样不导电，受光照：无光照时和绝缘体一样不导电，受光照 时导电能力变强。作时导电能力变强。作光敏元件光敏元件。 湿敏性湿敏性：根据湿度不同导电性能改变。可以用于根据湿度不同导电性能改变。可以用于仓库的湿度控制、报警等，作仓库的湿度控制、报警等，作湿敏元件。湿敏元件。1 1）导电能力随

4、外界因素影响变化很大）导电能力随外界因素影响变化很大 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 利用这种利用这种 特性，可以制造各种不同用途的半导体特性，可以制造各种不同用途的半导体器件。器件。2）导电能力的可控性）导电能力的可控性 掺入微量有用杂质，其导电能力会发生急剧掺入微量有用杂质，其导电能力会发生急剧变化。变化。可增加几十至几百万倍。可增加几十至几百万倍。 如：硅加入百万分之一的硼，其导电能力如：硅加入百万分之一的硼，其导电能力可增加五十万倍。可增加五十万倍。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件本征半导体本征半导体: 完全纯净的、结构完整的半导体完全纯净的、结构完整的半导

5、体晶体。晶体。硅和锗的最外硅和锗的最外层有层有4个价电子个价电子,称称 为四价元素。为四价元素。10.1.2 本征半导体 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件共价键共价键: :在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键结构，共用一对价电子。原子之间形成共价键结构，共用一对价电子。共价键共价键(共共用电子对用电子对)两相邻原子的价电子组成一个电子对，它们将两相邻原

6、子的价电子组成一个电子对，它们将两个相邻原子结合在一起，组成共价键结构。两个相邻原子结合在一起，组成共价键结构。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件共价键中的两个价电子被紧紧束缚在共价键中，共价键中的两个价电子被紧紧束缚在共价键中，常温下这些价电子很难脱离共价键的束缚，因此本常温下这些价电子很难脱离共价键的束缚，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。电能力很弱。形成共价键后，形成共价键后，每个原子的最外每个原子的最外层电子是八个，层电子是八个，构成稳定结构。构成稳定结构。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件

7、自由电子与空穴：自由电子与空穴：自由电子自由电子空穴空穴价电子价电子当环境温度升高时，当环境温度升高时，使一些价电子获得使一些价电子获得足够的能量脱离共足够的能量脱离共价键的束缚，成为价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时，同时共价键上留下一共价键上留下一个空位，称为个空位，称为空穴空穴。 它们成双结对地出现，称为它们成双结对地出现，称为电子电子空穴对空穴对。它们的产生称。它们的产生称为为本征激发本征激发。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件本

8、征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4有空穴的原子吸引邻有空穴的原子吸引邻近的价电子来填补空近的价电子来填补空穴，同时邻近的共价穴，同时邻近的共价键中又出现一个空键中又出现一个空穴穴。价电子这样的。价电子这样的运动结果相当于空穴运动结果相当于空穴在运动，而空穴的运在运动，而空穴的运动相当于正电荷的移动相当于正电荷的移动，因此可以认为空动，因此可以认为空穴是载流子。穴是载流子。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，

9、载流子的浓度越高。因此本征半导温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子（电子本征半导体的导电能力取决于载流子（电子空穴对）的浓度。空穴对）的浓度。（金属导体中只存在一种载流子，即（金属导体中只存在一种载流子，即自由电子自由电子） 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件在本征半导体中掺入某些微量的元素，就会在本征半导体中掺入某些微量的元素，就会使半导体的导电性能有显著变化。使半导体的导电性能有显著

10、变化。1.N1.N型半导体型半导体10.1.3 N型半导体和P型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体点阵中的的五价元素磷，晶体点阵中的某些硅原子被磷原子取代，磷某些硅原子被磷原子取代，磷原子的最外层有五个价电子，原子的最外层有五个价电子，其中四个价电子与相邻的硅原其中四个价电子与相邻的硅原子的价电子组成共价键。子的价电子组成共价键。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 多出的一个电子几乎不受磷原子的束缚，很多出的一个电子几乎不受磷原子的束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样半导体中的自容易被激发而成为自由电子，这样半导体中的自由电子数量大大增加，参与

11、导电的载流子主要是由电子数量大大增加，参与导电的载流子主要是自由电子。自由电子。磷原子就成了不能移动的带正电的离子。磷原子就成了不能移动的带正电的离子。多余电子多余电子磷原子磷原子 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件N型半导体型半导体N型半导体中的载流子由什么组成？型半导体中的载流子由什么组成？1、由施主原子、由施主原子(磷原子磷原子)提供的电子，浓度与提供的电子，浓度与施主原子相同。施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由

12、电所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载少数载流子流子（少子少子）。）。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件2.P型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入少在硅或锗晶体中掺入少量的三价硼元素，晶体点阵量的三价硼元素，晶体点阵中的硅或锗原子被硼取代，中的硅或锗原子被硼取代，硼原子的最外层有三个价硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的硅或锗原电子，与相邻的硅或锗原子的价电子组成共价键时，子的价电子组成共价键时，产生一个空穴。产生一个空穴。 这个空穴要吸引价电子来填补，使得硼原子成这个空穴要吸引价电子来填补，使得硼原子成为

13、不能移动的带负电的离子。为不能移动的带负电的离子。 P P型半导体参与导电主要的是空穴（多子）。型半导体参与导电主要的是空穴（多子）。硼原子硼原子空穴空穴 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件小小 结结1.1.半导体中的多数载流子是由掺杂产生的，少数半导体中的多数载流子是由掺杂产生的，少数载流子是由热激发产生的。由于数量的关系，载流子是由热激发产生的。由于数量的关系，起导电作用的主要是多数载流子。起导电作用的主要是多数载流子。3.P3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。2.N2.N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。型半导体中自由电子是多子，空穴是

14、少子。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件1. PN 结的形成结的形成在同一片半导体的基片上，分别制造在同一片半导体的基片上，分别制造P型半导型半导体和体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN结。结。P P+ + + + + + + + + + + + +N N硼离子硼离子多子多子少子少子磷离子磷离子多子多子少子少子空间电荷区空间电荷区扩散运动扩散运动10.1.4 PN结 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件P+N内电场内电场PNPN结的形成结的形成空间电荷区空间电荷区不能移动的不能移动的正负离子正负离

15、子扩散运动扩散运动 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件内电场对多子内电场对多子起阻碍作用。起阻碍作用。P+N扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区逐渐加宽。电荷区逐渐加宽。内电场内电场加强加强 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件漂移运动漂移运动P+N内电场对少子内电场对少子起驱动作用。起驱动作用。内电场越强，就内电场越强，就使漂移运动越强，使漂移运动越强，而漂移使空间电而漂移使空间电荷区变薄。荷区变薄。内电场内电场削弱削弱 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件所以，扩散和漂移这一对相反的运动最终所以，扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运

16、达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度就固定不变。动，空间电荷区的厚度就固定不变。P+N空间电荷区空间电荷区PN结结 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件2.PN结的单向导电性结的单向导电性（1）PN结外加正向电压（正向偏置）结外加正向电压（正向偏置） PN结在不加电压结在不加电压时，多子和少子的时，多子和少子的运动达到动态平衡，运动达到动态平衡，所以，所以，PN结对外呈结对外呈中性。中性。P区加正区加正N区加负区加负 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件+外电场外电场变薄变薄PN+-I+内电场内电场+R（1 1）PNPN结外加正向电压（正向偏置）结外加正向电

17、压（正向偏置）PN结导通结导通正偏的外电场有利于多子的扩散运动正偏的外电场有利于多子的扩散运动 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件+外电场外电场变厚变厚PN+-+内电场内电场+R（1 1）PNPN结外加反向电压（反向偏置）结外加反向电压（反向偏置）I0+这种只有一个方向导电的现象称为这种只有一个方向导电的现象称为PNPN结的单向导电性。结的单向导电性。P区加负区加负N区加正区加正PN结截止结截止反偏的外电场对多子的扩散运动起阻反偏的外电场对多子的扩散运动起阻碍作用碍作用 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件小小 结结 1.PN结外加正向电压时，结外加正向电压时，PN结处于导通

18、状态结处于导通状态,将电路接通将电路接通;2.PN结外加反向电压时，结外加反向电压时，PN结处于截止状态结处于截止状态,将电路断开将电路断开;3.PN结具有单向导电的性质，在电路中相当结具有单向导电的性质，在电路中相当是电子开关。是电子开关。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 一个一个PN结加上管壳和引线，就成为半导体结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。二极管。10.2 半导体二极管10.2.1基本结构 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件反向特性反向特性正向特性正向特性10.2.2 伏安特性死区电压死区电压 ：硅管：硅管0.5V,锗管锗管0.1V。IUE加正向电压加正向

19、电压二极管导通二极管导通反向饱和电流反向饱和电流( (漏电流漏电流) )反向击穿反向击穿击穿电压击穿电压二极管失去单向导电性二极管失去单向导电性该电流受温度影响很大该电流受温度影响很大导通压降导通压降: :硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。IUE加反向电压加反向电压二极管截止二极管截止 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件FMI最大整流电流. 1RMU反向峰值电压. 2 是指二极管正向导通时允许流过的最大正向是指二极管正向导通时允许流过的最大正向平均电流。正常使用时，不能超过此值，否则将平均电流。正常使用时，不能超过此值，否则将管子烧坏。管子烧坏。RMI反向峰值电流. 3

20、 是指二极管反向截止时允许外加的最高反向工是指二极管反向截止时允许外加的最高反向工作电压。正常使用时，作电压。正常使用时， 应该是击穿电压的一半，应该是击穿电压的一半，否则将管子烧坏。否则将管子烧坏。RMU 是指在常温下二极管外加反向峰值电压时，是指在常温下二极管外加反向峰值电压时，流经管子的电流。此电流值受温度影响，硅管反流经管子的电流。此电流值受温度影响，硅管反向电流小，锗管较大。向电流小，锗管较大。10.2.3 主要参数 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件在实际电路分析、设计中，常使用理想化的二极管特性在实际电路分析、设计中，常使用理想化的二极管特性（1）带导通电压的理想特性：

21、）带导通电压的理想特性：iDuD0UD00DDDDDDiUuiUu当当导通电压导通电压UD与二极管材料有关：与二极管材料有关：硅管为硅管为0.60.7V，锗管为，锗管为0.20.3V（2）忽略导通电压的理想特性：）忽略导通电压的理想特性：导通当截止当0000DDDDiuiuiDuD0理想二极管理想二极管 二极管的应用是主要利用它的单向导电性进行整流、二极管的应用是主要利用它的单向导电性进行整流、限幅、保护等。限幅、保护等。10.2.4 应用举例 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件理想二极管应用电路实例理想二极管应用电路实例1、限幅电路、限幅电路uiuoRDE输入电压为一正弦波：输入电

22、压为一正弦波：电池电压：电池电压：E=4VVtui sin808t输出电压如图输出电压如图ou04t截止截止截止截止导通导通导通导通 当输入电压小于电池电压时，二极管两当输入电压小于电池电压时，二极管两端电压处于反向偏置，截止，没有电流端电压处于反向偏置，截止，没有电流流过，所以输出电压跟随输入电压变化。流过，所以输出电压跟随输入电压变化。 当输入电压大于电池电压时，二极管两当输入电压大于电池电压时，二极管两端电压处于正向偏置，导通，二极管两端电压处于正向偏置，导通，二极管两端电压为端电压为0，所以输出电压与电池电压相，所以输出电压与电池电压相同，为同，为4V。如果考虑二极管导通电压，。如果考

23、虑二极管导通电压，则此时输出电压应为则此时输出电压应为4.7V。该电路的作用就是限制过高的输入电压。该电路的作用就是限制过高的输入电压。4 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件2、或门电路、或门电路D1D2R-12VVAVBVF假定二极管导通电压忽略不计，我们用假定二极管导通电压忽略不计，我们用列表的方法来分析输入信号列表的方法来分析输入信号VA，VB和输和输出信号出信号VF的关系：的关系：VAVBVFD2D13V3V3V3V0V0V0V0V导通导通导通导通 导通导通导通导通导通导通导通导通 截止截止截止截止3V0V3V3V如果定义如果定义 3V电平为逻辑电平为逻辑 1，0V电平为逻辑

24、电平为逻辑 0，则，该，则，该电路实现逻辑电路实现逻辑“或或”的功的功能：能：VF=VA+VB共阴极接法：阳极电位高的共阴极接法：阳极电位高的 优先导通。优先导通。共阳极接法：阴极电位低的共阳极接法：阴极电位低的 优先导通。优先导通。起起隔隔离离作作用用。起起钳钳位位作作用用，21DD 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件例：例：uiuoRD15V D25Voooo时时V5V10 iu1 1）当）当二极管电路如图，二极管电路如图，D D1 1、D D2 2为理想二极管，试画出为理想二极管，试画出V10V10 iu范围内的电压传输特性曲线范围内的电压传输特性曲线)u(fuio 。解：解：

25、D D1 1管截止，管截止，D D2 2管导通。管导通。u 0 = -5V-50+5+10-10ui(V)+5-5uo时时V5V5 iu2 2）当）当D D1 1管截止，管截止，D D2 2管截止。管截止。u 0 = ui时时V10V5 iu3 3）当）当D D1 1管导通，管导通，D D2 2管截止。管截止。u 0 = +5V 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 稳压管是稳压管是特殊特殊的面接触型二极管。的面接触型二极管。+-符号符号10.3 半导体稳压管10.3.1 基本结构10.3.2 伏安特性 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件稳压管正常工作的区域是反向击穿区。稳压

26、管正常工作的区域是反向击穿区。从反向特性上可以看出，从反向特性上可以看出，由于反向特性很陡，稳压由于反向特性很陡，稳压管中的电流可在很大范围管中的电流可在很大范围内变化，而其两端电压基内变化，而其两端电压基本不变。本不变。所以说稳压管具有稳压的所以说稳压管具有稳压的作用。作用。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件（1 1）稳定电压）稳定电压 UZ（2 2）稳定电流）稳定电流IZ （3 3）最大稳定电流）最大稳定电流Izmax 稳压管正常工作时必须与一个电阻串联稳压管正常工作时必须与一个电阻串联才能起到稳压的作用。才能起到稳压的作用。RUZULRUL10.3.3 主要参数10.3.4

27、应用举例 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件【例例10.210.2】在图示电路中，已知在图示电路中，已知U=20V,UZ=6V。试求：试求：1.1.UL L ， 2.2.分析稳压原理分析稳压原理解：解：1.V6LU2.设电源电压波动设电源电压波动（负载不变）（负载不变）LRZZLUUIIUUU设负载变化（电源电压不变）设负载变化（电源电压不变）LRZZLLLUUIIUUIR 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件NPN型电路符号型电路符号PNP型电路符号型电路符号10.4 半导体三极管10.4.1 基本结构 半导体三极管由两个半导体三极管由两个PNPN结构成。两个结构成。两个P

28、NPN结的连接方结的连接方式不同有不同的类型：式不同有不同的类型：NPN NPN 型和型和 PNPPNP型型iBiEiCiBiEiC以下以以下以NPNNPN型型为例进行分析为例进行分析 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件B BE EC CN NN NP P基极基极发射极发射极集电极集电极从掺杂浓度上，从掺杂浓度上，E区区 C区区 B区区从尺寸上，从尺寸上，C区区 E区区 B区区结构特点：结构特点：集电区面集电区面积较大积较大基区较薄，基区较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低发射区掺发射区掺杂浓度较高杂浓度较高 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件B BE EC CN NN NP P基极

29、基极发射极发射极集电极集电极集电结集电结两个两个PN结：结：发射结发射结返回 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件实验电路：实验电路：是基极电阻。是基极电阻。是基极电源，是基极电源，BBRE是集电极电阻。是集电极电阻。是集电极电源，是集电极电源，CCRE发射极是公共端，发射极是公共端，这种接法称为共发这种接法称为共发射极接法。射极接法。发射结外加正向电压，集电结外加反向电压。发射结外加正向电压，集电结外加反向电压。10.4.2 电流分配及放大原理 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件IB/mA00.020.040.060.080.1IC/mA0.0010.701.502.303

30、.103.95IE/mA0.0010.721.542.363.184.05 改变电阻改变电阻R RB B，则基极电流，则基极电流I IB B、集电极电流、集电极电流I IC C、发射极、发射极电流电流I IE E都发生变化。下面是测量的结果：都发生变化。下面是测量的结果：从测量的结果有以下结论：从测量的结果有以下结论： 1、IEICIB 2、 IC和和IE比比IB大得多，而且随大得多，而且随IB变化，变化，IC和和IB的比值在一定范的比值在一定范围约为常数。如：围约为常数。如：IC3/IB3=1.5/0.04=37.5, IC4/IB4= 2.3/0.06=38.3 基极电流有个小的变化基极电

31、流有个小的变化IB，会引起集电极电流较大的变化，会引起集电极电流较大的变化 IC：IC/IB=(2.31.5)/(0.06-0.04)=40 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件IC与与IB之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数BCII 这表明基极电流对集电极电流具有控制作用。这表明基极电流对集电极电流具有控制作用。这就是三极管的电流放大作用。这就是三极管的电流放大作用。 注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放大的。大的。从这个意义上看：三极管是个电流放大

32、元件从这个意义上看：三极管是个电流放大元件要使三极管能放大电流，发射结必须正偏，要使三极管能放大电流，发射结必须正偏，集电结必须反偏。集电结必须反偏。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件BECNNPEBRBEc发射结正偏，发射结正偏，发射区电子发射区电子不断向基区不断向基区扩散，形成扩散，形成发射极电流发射极电流IE。IE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子小部区的电子小部分与基区的空穴复分与基区的空穴复合，形成基极电流合，形成基极电流IB，多数电子继续向集多数电子继续向集电结扩散。电结扩散。用晶体管的载流子运动规律解释放大原理：用晶体

33、管的载流子运动规律解释放大原理： 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件BECNNPEBRBEcIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成I ICECE。IC=ICE+ICBO ICEIBEICEICBO 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBEcIEICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICBOBCII结论：结论： 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件晶

34、体管的三种连接方式晶体管的三种连接方式 晶体管有三个极（发射极、基极、集电晶体管有三个极（发射极、基极、集电极），两个端口（输入、输出）。因此有一个极是输极），两个端口（输入、输出）。因此有一个极是输入、输出共用的。以入、输出共用的。以NPNNPN管为例，说明三种连接方式。管为例，说明三种连接方式。a a 共发射极连接共发射极连接CEBiCiBiEEb b 共基极连接共基极连接EBCBiEiBiCiEiCiBBCECc c 共集电极连接共集电极连接注意：箭头表示电流的真实方向注意：箭头表示电流的真实方向 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件实验电路：实验电路：2.2.输出特性输出特性)

35、(CECUfIBEUCICEUBI1.1.输入特性输入特性)(BEBUfI 10.4.3 特性曲线 因为晶体管有一对输入端和一对输出端，因此，要完整地描因为晶体管有一对输入端和一对输出端，因此，要完整地描述晶体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流之述晶体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流之间关系的特性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。间关系的特性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。 晶体管的特性曲线是用来表示各极间电压和电流之间相互晶体管的特性曲线是用来表示各极间电压和电流之间相互关系，反映的是晶体管的性能。关系，反映的是晶体管的性能。 电工与电子技术基础 第10章

36、 常用半导体器件硅管工作压降：硅管工作压降： UBE 0.60.7V,锗锗管工作压降：管工作压降： UBE 0.20.3V。死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V0.5V，锗管锗管0.1V0.1V。1.1.输入特性输入特性)(BEBUfIBEUCICEUBI 输入特性曲线是指当集输入特性曲线是指当集射极之射极之间的电压间的电压U UCECE为某一常数时，输入回路为某一常数时，输入回路中的基极电流中的基极电流I IB B与加在基与加在基射极间的射极间的电压电压U UBEBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。IB( A)UBE(V)204060800.4 0.8UCE 1V 电工与电子技术基础 第10

37、章 常用半导体器件BEUCICEUBI2.2.输出特性曲线输出特性曲线)(CECUfI 输出特性曲线是指当基极电流输出特性曲线是指当基极电流I IB B为常数时，输出电路中集电极电流为常数时，输出电路中集电极电流I IC C与集与集射极间的电压射极间的电压U UCECE之间的关之间的关系曲线。系曲线。从输出特性上，从输出特性上，可将三极管分可将三极管分为三个工作区为三个工作区（工作状态）：（工作状态）：放大、饱和、截止放大、饱和、截止 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件BEUCICEUBI2.2.输出特性曲线输出特性曲线)(CECUfI当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，I

38、C只与只与IB有关，有关，即即IC= IB饱和区：饱和区：UCE UBE,集电结正集电结正偏，偏， IBIC，UCE 0.3VIB= 0,IC0,UBE iB2 iB10截止截止饱和饱和放大放大IB = 0 曲线以下的区域。曲线以下的区域。条件：发射结零偏或反偏条件：发射结零偏或反偏，即0BEU集电结反偏集电结反偏RCUCCTRBUBBIBICIEIB = 0, IC = IE = ICEO (穿透电流穿透电流) ICEO受温度影响很大受温度影响很大, 温度升高温度升高, ICEO增大。增大。由于由于ICEO很小，此时很小，此时UCE近似等于近似等于ECC，C与与E之间相当于断路。之间相当于断

39、路。2）饱和区）饱和区条件：发射结正偏，集电结正偏。条件：发射结正偏，集电结正偏。CEBEUU 饱和电压记为饱和电压记为UCES，硅管，硅管 UCES = 0.30.5V锗管锗管 UCES = 0.10.2V。C与与E之间相当于短路之间相当于短路。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件3）放大区）放大区条件：发射结正偏；条件：发射结正偏；集电结反偏。集电结反偏。晶体管具有放大作用。晶体管具有放大作用。 三极管工作在放大区时，改变三极管工作在放大区时，改变IB的大小，的大小，IC的大小的大小会随之改变。因此，改变会随之改变。因此，改变IC的唯一途径就是改变的唯一途径就是改变IB，而，而这

40、正是这正是IB对对IC的控制作用。的控制作用。 三极管具有恒流特性。在放大区时，增大三极管具有恒流特性。在放大区时，增大UCE，IC不会明显增加，这就是三极管的恒流特性。不会明显增加，这就是三极管的恒流特性。特点：特点：0uCEiCiB=0iB3iB2iB1iB3 iB2 iB10截止截止饱和饱和放大放大 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件三极管的作用有两个：三极管的作用有两个：1 1）用作放大元件；）用作放大元件； 工作在放大区工作在放大区2 2）用作开关元件；）用作开关元件； 工作在饱和区和截止区工作在饱和区和截止区 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件共射接法的放大电路

41、共射接法的放大电路直流电流放大倍数：直流电流放大倍数：BCII_1.1.电流放大倍数电流放大倍数 BEUCICEUBI交流电流放大倍数：交流电流放大倍数：BCII在计算中，一般作近似处理：在计算中，一般作近似处理： = =10.4.4 主要参数 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件例如例如UCE = 6V时：时：IB=40 A, IC=1.5mA； IB=60 A, IC=2.3mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII所以所以， = 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件2.集集-基极反向饱和电流基极反向饱和电流 ICBO

42、 AICBOICBO 是集电结反偏由少子的漂移形成是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，其值受温度的变化影响。的反向电流，其值受温度的变化影响。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件3 3. .集集- -射极穿透电流射极穿透电流 ICEO AICEOICEO 是基极开路时，由集电极流入发射极的是基极开路时，由集电极流入发射极的电流，其值受温度变化的影响。电流，其值受温度变化的影响。ICEO= ICBO +ICBO=(1+ ) ICBO 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件BECICBO ICBO根据放大关根据放大关系，由于有系，由于有I ICBOCBO的存在的存在必有电流必有

43、电流 I ICBOCBO。ICEO= ICBO +ICBO=(1+ ) ICBO集电结反集电结反偏，有偏，有ICBO。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件实际上，晶体管工作在放大区时，实际上，晶体管工作在放大区时，IC= IB+ICEOICEO而而ICEO受温度影响很大，当温度上升时，受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增增加很快，所以加很快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差三极管的温度特性较差。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件4.4.集电极最大电流集电极最大电流ICM 集电极电流集电极电流IC上升会导致晶体管的上升会导致晶体管的 值下值下降，当降

44、，当 值下降到正常值的三分之二时的集电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为极电流即为ICM。 当基极开路时，允许加在集射极之间的当基极开路时，允许加在集射极之间的最大电压，即为最大电压，即为 。当。当UCE超过此值时，超过此值时，晶体管就会击穿。晶体管就会击穿。CEOU5. 集射极反向击穿电压集射极反向击穿电压CEOU 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC流过晶体管，所消耗的功流过晶体管，所消耗的功率为率为PC=ICUCE其后果必定导致结温上升，所以要限制其后果必定导致结温上升，所以要限制PC。正常工作时，正

45、常工作时，PC PCM 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件UCEOICM 由由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工共同确定三极管的安全工作区，如图所示。这三者称之为极限参数，限制了作区，如图所示。这三者称之为极限参数，限制了三极管的使用范围。三极管的使用范围。 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件解：解：(a)放大状态（硅管）放大状态（硅管）(b)放大状态（锗管）放大状态（锗管）(c) 饱和状态饱和状态V1 . 0V6V2 . 0V6V7 . 6V12(a)(b)(d)(c)V10V6V2 . 0V7 . 0V0V3 . 0(d)截止状态截止状态判断下图中晶

46、体管的工作状态。判断下图中晶体管的工作状态。【例例10.310.3】返回 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件由一个由一个PNPN结组成，常用的材料为砷化镓和磷化镓。结组成，常用的材料为砷化镓和磷化镓。外加正向电压时，导通发光，工作电压为外加正向电压时，导通发光，工作电压为2V2V以下。以下。10.5 其他半导体器件简介10.5.1发光二极管（LED) 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 由于发光二极管具有工作电压低、体积小、由于发光二极管具有工作电压低、体积小、功耗低、工作可靠使用方便等特点，所以广泛应功耗低、工作可靠使用方便等特点，所以广泛应用到各种测量设备及其电子设备的

47、数字显示。用到各种测量设备及其电子设备的数字显示。【例例10.410.4】电源指示灯电源指示灯 当开关当开关S S闭合时，发光二极管导通发光，闭合时，发光二极管导通发光，表示直流电源正常工作。表示直流电源正常工作。返回 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 光电耦合器是由发光元件和受光元件组成。光电耦合器是由发光元件和受光元件组成。发光元件采用红外发光二极管。发光元件采用红外发光二极管。 当光电耦合器的输入端接通电源时，发光二当光电耦合器的输入端接通电源时，发光二极管导通发光，受光器件（二极管或三极管）被极管导通发光，受光器件（二极管或三极管）被入射光照射而导通，产生输出电流。输出电流

48、与入射光照射而导通，产生输出电流。输出电流与入射光的强度成正比。入射光的强度成正比。10.5.2 10.5.2 光电耦合器 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 光电耦合器在实际当中常用来传送信号光电耦合器在实际当中常用来传送信号或起隔离作用。或起隔离作用。【例例10.510.5】输入端的隔离作用输入端的隔离作用 可编程控制器输入接口与输入设备之间通过光可编程控制器输入接口与输入设备之间通过光电耦合器进行连接，其作用是提高可编程控制器电耦合器进行连接，其作用是提高可编程控制器的抗干扰能力，防止干扰信号传入的抗干扰能力，防止干扰信号传入PLC。返回 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院第10章结 束 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件晶体管、场效应管、晶闸管晶体管、场效应管、晶闸管整流桥、电感、集成电路芯片整流桥、电感、集成电路芯片二二极极管管返回 电工与电子技术基础 第10章 常用半导体器件场效应管分为绝缘栅和结型两大类。场效应管分为绝缘栅和结型两大类。N N沟道沟道P P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管MOSMOS管管1