第1章 了解半导体元器件.ppt

1、学习目标 1. 了解半导体的基础知识，理解PN结的形成及其单向导电性； 2. 了解二极管的结构，掌握其伏安特性并能对具体电路进行分析及其应用；,下一页,3. 了解稳压二极管、光电二极管、发光二极管及激光二极管的特性及应用； 4. 了解三极管的基本结构、特性曲线，掌握其电流分配与放大原理，并能根据具体要求选择符合功能条件的三极管； 5. 了解晶闸管的结构及其工作原理，掌握其伏安特性曲线。,下一页,1.1 半导体及PN结 1.2 半导体二极管 1.3 几种常见的特殊二极管 1.4 半导体三极管 1.5 晶闸管 实践应用 小结,下一页,返回,1.1.1 半导体的基本知识 1.1.2 PN结,返回,下

2、一页,1.1 半导体及PN结,1.概念 自然界的物质，根据物体导电能力（电阻率）的不同，可划分为 ： 导体 绝缘体 半导体,1.1.1 半导体的基本知识,2.半导体的特点 在外界能源的作用下，导电性能显著变化 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加,1.1.1 半导体的基本知识,半导体可分为本征半导体和杂质半导体。 3本征半导体 化学成分纯净、结构完整的半导体。,1.1.1 半导体的基本知识,（1） 本征半导体的共价键结构 （2） 电子空穴对 （3） 空穴的移动,1.1.1 半导体的基本知识,4杂质半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元素后所形成的半导体。 在本征半导体中掺入某些微

3、量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。,1.1.1 半导体的基本知识,根据掺杂元素的性质，杂质半导体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半导体。 P型（positive）半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一空穴。在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度。,1.1.1 半导体的基本知识,N（negative）型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素如磷、砷和锑等，可形成N型半导体，也称电子型半导体。,1.1.1 半导体的基本知识,1PN结的形成,1.

4、1.2 PN结,1.1.2 PN结,2PN结的单向导电性 PN结正向偏置 PN结反向偏置 PN结的击穿,1.1.2 PN结,1.2.1 二极管的结构 1.2.2 二极管的伏安特性 1.2.3 主要参数 1.2.4 二极管电路的应用举例,返回,下一页,1.2 半导体二极管,1二极管的结构 点接触型二极管 PN结面积小，用于检波和变频等高频电路。 面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。 平面型二极管 PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,返回,下一页,1.2.1 二极管的结构,2二极管的图形符号,返回,下一页,1.2.1 二极管的结构,3二极管的实物照片,返回,下一页,

5、1.2.1 二极管的结构,返回,下一页,1.2.2 二极管的伏安特性,1二极管的主要参数 最大整流电流IF 最大反向工作电压URM 反向电流IR 正向压降UF 最高工作频率fM,返回,下一页,1.2.3 主要参数,2二极管的大信号模型 根据二极管伏安特性，可把它导通和截止两种状态。 对于硅管来说当ud0.7V时就导通。 对于锗管来说当ud0.2V时就导通。,返回,下一页,1.2.3 主要参数,3. 二极管的性能测试 如果测得正、反向电阻均为无穷大，说明内部断路； 若测量值均为零，则说明内部短路； 如测得正、反向电阻几乎一样大，这样的二极管已经失去单向导电性，没有使用价值了。二极管正、反向电阻的

6、测量值相差愈大愈好。,返回,下一页,1.2.3 主要参数,返回,下一页,1.2.4 二极管电路的应用举例,1整流,返回,下一页,1.2.4 二极管电路的应用举例,2钳位,返回,下一页,1.2.4 二极管电路的应用举例,3限幅,返回,下一页,1.2.4 二极管电路的应用举例,4元件保护,返回,下一页,1.2.4 二极管电路的应用举例,5逻辑门电路,1.3.1 稳压二极管 1.3.2 光电二极管 1.3.3 发光二极管 1.3.4 激光二极管,返回,下一页,1.3 几种常见的特殊二极管,1稳压二极管的符号及伏安特性,返回,下一页,1.3.1 稳压二极管,2稳压二极管的应用,返回,下一页,1.3.1

7、 稳压二极管,1光电二极管的符号及实物图,返回,下一页,1.3.2 光电二极管,2光电二极管的特点,返回,下一页,1.3.2 光电二极管,使用时要反向接入电路中，即其正极接电源负极，负极接电源正极。,3光电二极管的应用,返回,下一页,1.3.2 光电二极管,远距离光电传输的原理,1发光二极管的符号、伏安特性及实物图,返回,下一页,1.3.3 发光二极管,2发光二极管的应用,返回,下一页,1.3.3 发光二极管,1） 指示灯,返回,下一页,1.3.3 发光二极管,2）七段型数码管,激光二极管简称激光管。受激励能产生激光的二极管。激光管与普通二极管的差异是有一个光谐振腔（由两个互相平行并与PN结严

8、格垂直的光学平面镜组成）。 激光二极管工作时发射的主要是红外线，广泛用于激光条码阅读器、激光打印机、光盘CD/VCD/DVD及激光测量等设备上，具有体积小、重量轻、功率转换效率高和调制方便等优点。,返回,下一页,1.3.4 激光二极管,1.4.1 基本结构 1.4.2 电流分配与放大原理 1.4.3 三极管的特性曲线 1.4.4 三极管的主要参数 1.4.5 三极管的选择,返回,下一页,1.4 半导体三极管,返回,下一页,常用半导体三极管实物图片,返回,下一页,1.4.1 基本结构,返回,下一页,1.4.1 基本结构,1实现电流放大作用的条件 外部条件 其发射结加正向偏置，集电结加反向偏置。

9、内部条件 发射区掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低，集电结面积大。,返回,下一页,1.4.2 电流分配与放大原理,2电流放大原理,返回,下一页,1.4.2 电流分配与放大原理,1输入特性曲线,返回,下一页,1.4.3 三极管的特性曲线,2输出特性曲线,返回,下一页,1.4.3 三极管的特性曲线,1电流放大倍数 2穿透电流ICEO 3最大集电极允许电流ICM 4反向击穿电压U（BR）CEO 5集电极最大允许功耗PCM 6特征频率fT,返回,下一页,1.4.4 三极管的主要参数,从满足电路所要求的功能（如放大作用、开关作用等）出发，选择合适的类型。 如大功率管、小功率管、高频管、低频管、开关管等。 根

10、据电路要求，选择值。 一般情况下，值越大，温度稳定性越差，通常取50100。 根据放大器频带的要求，选择管子适当的共基极特征频率fT。 根据已知条件选择管子的极限参数，一般要求： 最大集电极电流ICM2IC； 击穿电压U（BR）CEO2UCC；,返回,下一页,1.4.5 三极管的选择,1.5.1 晶闸管的外形、结构及符号 1.5.2 类型 1.5.3 工作原理 1.5.4 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数,返回,下一页,1.5 晶闸管,返回,下一页,1.5.1 晶闸管的外形、结构及符号,返回,下一页,1.5.2 类型,1晶闸管的电路模型,返回,下一页,1.5.3 工作原理,2晶闸管的工作原理,

11、返回,下一页,1.5.3 工作原理,3晶闸管的基本特性总结,返回,下一页,1.5.3 工作原理,1 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 2 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 3 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 4 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。,4晶闸管的导通条件,返回,下一页,1.5.3 工作原理,1 阳极与阴极之间加上正向电压； 2 门极与阴极之间加上适当的正向电压。,5闸管关断的条件,实现的方式： 减小阳极电压；增大负载电阻；加反向阳极电压。,1晶闸管的伏安特性曲线,返回,下一页,1.5.4 晶闸管的

12、伏安特性曲线及其主要参数,2晶闸管的主要参数 1 额定正向平均电流IF 2 维持电流IH 3 控制极触发电压UG和电流IG 4 正向阻断峰值电压UDRM 5 反向阻断峰值电压URRM,返回,下一页,1.5.4 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数,3晶闸管的简单测试方法,返回,下一页,1.5.4 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数,依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表R1k 挡测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用R10或R100挡测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于

13、反向电阻，这样的晶闸管是好的。如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。,下一页,实践应用,返回,下一页,本章小结,1. 半导体的导电能力主要取决于其内部空穴和自由电子这两种载流子数目的多少。提高半导体导电能力最有效的方法是对半导体掺入微量的杂质。根据掺入的杂质不同分为N型和P型半导体。当N型与P型半导体结合在一起时，在某交界面形成一个空间电荷区或耗尽层，称为PN结，它是制造半导体器件的基本部件。,返回,下一页,本章小结,2. 由一个PN结经封装并引出电极后就构成二极管，二极管的基本特性为单向导电性。二极管主要用于整流、限幅等电路中。 3. 介绍的几种常用二极管与普通二极管一样，具有单向导电性，但又具有自身特殊性能。稳压二极管是利用它在反向击穿状态下的恒压特性来构成稳压电路的；光电二极管的功能是将光能转换为电能；发光二极管的功能是将电能转换为光能；激光二极管用于产生相干的单色光信号。,返回,下一页,本章小结,4. 由两个相互影响的PN结构成的三极管，分NPN和PNP两种类型。它的基本特性是具有电流放大作用。可用输入特性和输出特性表征三极管的性能，其中