人民郵電出版社電工電子技術基礎教案第7章課件

1、7.1 半導體的基本知識半導體的基本知識7.2 晶體二極管晶體二極管7.3 晶體三極管晶體三極管7.4 其他常見主要半導體器件其他常見主要半導體器件7.5 技能訓練：二極管和三極管的萬用表檢技能訓練：二極管和三極管的萬用表檢測測內(nèi)內(nèi) 容容7.1.1 半導體及其特性半導體及其特性7.1.2 PN結及其單向導電性結及其單向導電性 1物質的種類物質的種類 （1）導體：能導電的物質）導體：能導電的物質 （2）絕緣體：不能導電的物質）絕緣體：不能導電的物質 （3）半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質）半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質 2半導體的特性半導體的特性 （1）導電特性半導體是由負

2、電荷（自由電子）和正）導電特性半導體是由負電荷（自由電子）和正電荷（空穴）同時參與導電。電荷（空穴）同時參與導電。 （2）敏感特性半導體的導電能力對環(huán)境變化很敏感。）敏感特性半導體的導電能力對環(huán)境變化很敏感。 （3）摻雜特性）摻雜特性 純凈的半導體導電能力很弱，如果人純凈的半導體導電能力很弱，如果人為地摻入某種微量的元素（這個過程稱為摻雜），半導為地摻入某種微量的元素（這個過程稱為摻雜），半導體的導電性能將明顯地變化。體的導電性能將明顯地變化。 1N型半導體型半導體 以負電荷（自由電子）導電為主的半導體，稱為以負電荷（自由電子）導電為主的半導體，稱為N型半導體。型半導體。 2P型半導體型半導體

3、 以正電荷（空穴）導電為主的半導體，稱為以正電荷（空穴）導電為主的半導體，稱為P型半導體。型半導體。 3PN結結 通過特殊工藝所形成的通過特殊工藝所形成的P型和型和N型半導體交界面，稱為型半導體交界面，稱為PN結。結。PN結具有單向導電的特性，它是制造晶體二極管、晶體三極管結具有單向導電的特性，它是制造晶體二極管、晶體三極管和場效應管等半導體器件的基礎。和場效應管等半導體器件的基礎。7.2.1 二極管的結構、符號和分類二極管的結構、符號和分類7.2.2 二極管的導電特性二極管的導電特性 1二極管的結構和符號二極管的結構和符號 晶體二極管也稱半導體二極管，簡稱二極管。二極管實質上就是一個晶體二極

4、管也稱半導體二極管，簡稱二極管。二極管實質上就是一個PN結，在結，在PN結的結的P區(qū)引出一個電極稱為區(qū)引出一個電極稱為正極正極，又叫陽極；在，又叫陽極；在N區(qū)引出一個電區(qū)引出一個電極稱為負極，又叫極稱為負極，又叫陰極陰極。再將這個。再將這個PN結封裝起來就形成了一個二極管，用結封裝起來就形成了一個二極管，用字母字母VD表示。表示。箭頭的指向為箭頭的指向為PN結加正向電壓時電流的方向。結加正向電壓時電流的方向。 2二極管的分類二極管的分類 （1）按半導體材料分，有硅二極管、鍺二極管、砷）按半導體材料分，有硅二極管、鍺二極管、砷化鎵二極管等。硅二極管通電能力強，主要用在整流電化鎵二極管等。硅二極管

5、通電能力強，主要用在整流電路；鍺二極管通電能力差，主要用在電視機和收音機的路；鍺二極管通電能力差，主要用在電視機和收音機的檢波電路。檢波電路。 （2）按二極管制造工藝不同分，有點接觸型（用于）按二極管制造工藝不同分，有點接觸型（用于高頻、超高頻、檢波）、面接觸型（用于大功率整流電高頻、超高頻、檢波）、面接觸型（用于大功率整流電路）、平面型（用于脈沖數(shù)字電路中做開關）等。路）、平面型（用于脈沖數(shù)字電路中做開關）等。 1二極管的伏安特性二極管的伏安特性 二極管的伏安特性是指二極管兩端所加電壓與通過它的電流之間的關系，二極管的伏安特性是指二極管兩端所加電壓與通過它的電流之間的關系，用于定量描述這兩者

6、關系的曲線叫伏安特性曲線。用于定量描述這兩者關系的曲線叫伏安特性曲線。 （1）二極管的電壓與電流變化不呈線性關系，其內(nèi)）二極管的電壓與電流變化不呈線性關系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，故二極管屬于非線性器件。阻不是常數(shù)，故二極管屬于非線性器件。 （2）二極管具有單向導電性，即外加正向電壓大于）二極管具有單向導電性，即外加正向電壓大于死區(qū)電壓時，二極管導通；外加反向電壓時，二極管截死區(qū)電壓時，二極管導通；外加反向電壓時，二極管截止。止。 （3）二極管正向導通后，正向電壓變化范圍很小，）二極管正向導通后，正向電壓變化范圍很小，近似恒壓特性。近似恒壓特性。 （4）鍺二極管比硅二極管的正向電流上升快，正向）鍺二極

7、管比硅二極管的正向電流上升快，正向電壓降小，但鍺管比硅管的反向電流大得多，受溫度影電壓降小，但鍺管比硅管的反向電流大得多，受溫度影響明顯。響明顯。 2二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流（額定工作電流）（）最大整流電流（額定工作電流）（IFM） 指二極管長時間正常工作時允許通過的最大正向平均電流。指二極管長時間正常工作時允許通過的最大正向平均電流。 （2）最大反向工作電壓（額定工作電壓）（）最大反向工作電壓（額定工作電壓）（URM） 指二極管正常使用時所允許加的最高反向電壓。其值通常取二指二極管正常使用時所允許加的最高反向電壓。其值通常取二極管反向擊穿電壓極管反向擊穿電壓UBR

8、的一半左右。的一半左右。 使用時如果超過此值，二極管將有被擊穿的危險。使用時如果超過此值，二極管將有被擊穿的危險。 （3）最大反向電流（）最大反向電流（IRM） 最大反向電流是指最大反向工作電壓下的反向電流。最大反向電流是指最大反向工作電壓下的反向電流。 此值越小，表示二極管的單向導電性越好。此值越小，表示二極管的單向導電性越好。【案例【案例7.1】驗證二極管的單向導電性】驗證二極管的單向導電性【操作步驟】【操作步驟】（1）按圖連接好電路。）按圖連接好電路。 （2）觀察指示燈的變化情況。）觀察指示燈的變化情況。 結論：二極管加正向電壓（正偏）時導通，加反向電壓（反偏）時截結論：二極管加正向電壓

9、（正偏）時導通，加反向電壓（反偏）時截止，即二極管具有單向導電性。止，即二極管具有單向導電性。 【例【例7.1】硅二極管電路如圖】硅二極管電路如圖7.5所示，判斷各電路中二極管的工作狀態(tài)，所示，判斷各電路中二極管的工作狀態(tài)，并確定各電路的輸出電壓并確定各電路的輸出電壓UAB。若二極管為理想管時，。若二極管為理想管時，UAB是多少？是多少？ 解：（解：（1）如圖）如圖7.5（a）所示，設）所示，設B點為參考點，假設斷開二極管點為參考點，假設斷開二極管VD，則，則 0FV,6VVE 所以所以VVVVUFEEF5 . 0606VUEUVAB3 . 57 . 06 此時二極管正偏導通，而二極管兩端電壓

10、此時二極管正偏導通，而二極管兩端電壓 ,7 . 0 VUV故故 若二極管為理想管，由于若二極管為理想管，由于 , 0VU故故 VUEUVAB606 （2）如圖）如圖7.5（b）所示，設）所示，設B點為參考點，假設斷開二極管點為參考點，假設斷開二極管VD，則，則 此時二極管負極的電位大于正極的電位，二極管反偏截止，通過二極此時二極管負極的電位大于正極的電位，二極管反偏截止，通過二極管的電流為管的電流為0，故，故0FV,6VVE0RABUU 若二極管為理想管，同理若二極管為理想管，同理 0ABU 【例【例7.2】圖】圖7.6所示電路中，所示電路中，VD1、VD2為硅管，電源電動勢為硅管，電源電動勢

11、E為為10V，電阻電阻R為為1 k，求流過二極管的電流，求流過二極管的電流I為多少？為多少？ 解：由于硅管的正向壓降解：由于硅管的正向壓降 VUUVV7 . 021 故流過二極管的正向電流故流過二極管的正向電流RUUERUIVV21mAA6 . 8106 . 81017 . 07 . 010337.3.1 三極管的結構、符號和分類三極管的結構、符號和分類7.3.2 三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用7.3.3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線7.3.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) 1三極管（三極管（VT）的結構和符號）的結構和符號 三極管是在一塊半導體材料上制成兩塊摻雜濃度不同的三

12、極管是在一塊半導體材料上制成兩塊摻雜濃度不同的N型半導體區(qū)中間型半導體區(qū)中間夾一塊夾一塊P型半導體區(qū)，或兩塊摻雜濃度不同的型半導體區(qū)，或兩塊摻雜濃度不同的P型半導體區(qū)中間夾一塊型半導體區(qū)中間夾一塊N型半導型半導體區(qū)。體區(qū)。 三極管根據(jù)三個區(qū)半導體材料性質不同，可分為三極管根據(jù)三個區(qū)半導體材料性質不同，可分為NPN型和型和PNP型兩種類型。型兩種類型。 2三極管的分類三極管的分類（1）根據(jù)制造材料不同，分為硅管和鍺管。）根據(jù)制造材料不同，分為硅管和鍺管。（2）根據(jù)內(nèi)部結構不同，分為）根據(jù)內(nèi)部結構不同，分為NPN型和型和PNP型，目前市場上銷售的硅管型，目前市場上銷售的硅管多數(shù)是多數(shù)是NPN型，鍺

13、管多數(shù)是型，鍺管多數(shù)是PNP型。型。（3）根據(jù)三極管工作頻率不同，分為高頻管（工作頻率）根據(jù)三極管工作頻率不同，分為高頻管（工作頻率3MHz）和低）和低頻管（工作頻率頻管（工作頻率3MHz）。）。（4）根據(jù)功率不同，分為小功率管（耗散功率）根據(jù)功率不同，分為小功率管（耗散功率1W）和大功率（耗散）和大功率（耗散功率功率1W）。）。（5）根據(jù)用途不同，分為普通管和開關管。）根據(jù)用途不同，分為普通管和開關管。 三極管有三個電極，用它組成放大器時，一個電極作為信號三極管有三個電極，用它組成放大器時，一個電極作為信號輸入端，另一個電極作為信號輸出端，則第三個電極勢必成為輸輸入端，另一個電極作為信號輸出

14、端，則第三個電極勢必成為輸入和輸出信號的公共端。根據(jù)公共端選用發(fā)射極、基極或集電極入和輸出信號的公共端。根據(jù)公共端選用發(fā)射極、基極或集電極的不同，三極管有共發(fā)射極、共基極和共集電極三種不同的連接的不同，三極管有共發(fā)射極、共基極和共集電極三種不同的連接方式。方式。 1三極管的工作電壓三極管的工作電壓 三極管具有放大作用是由它的內(nèi)部結構決定的，但是還要滿足外部三極管具有放大作用是由它的內(nèi)部結構決定的，但是還要滿足外部電路條件，這個條件是：電路條件，這個條件是：發(fā)射結加正向偏置電壓，集電結加反向偏置電發(fā)射結加正向偏置電壓，集電結加反向偏置電壓。壓。（1）NPN型三極管電極電位：型三極管電極電位：VC

15、VBVE （2）PNP型三極管型三極管電極電位電極電位：VCVBVE 2三極管內(nèi)部電流分配關系三極管內(nèi)部電流分配關系 根據(jù)基爾霍夫第一定律，有根據(jù)基爾霍夫第一定律，有CBEIII 3三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用（1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) )( 集電極電流與基極電流之比稱為三極管的共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。集電極電流與基極電流之比稱為三極管的共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。BCII（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) )( 集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比稱為三極管的共發(fā)射極交集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比稱為三極管的共發(fā)

16、射極交流電流放大系數(shù)。流電流放大系數(shù)。BCII 通過控制基極回路很小的電流，便可以實現(xiàn)對集電極較大電流的控制，通過控制基極回路很小的電流，便可以實現(xiàn)對集電極較大電流的控制，這就是三極管的電流放大作用。這就是三極管的電流放大作用。7.3.3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線 三極管各個電極上的電壓和電流之間的關系曲線稱為三極管的三極管各個電極上的電壓和電流之間的關系曲線稱為三極管的伏安特性曲線。三極管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性伏安特性曲線。三極管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種。曲線兩種。 1輸入特性曲線輸入特性曲線 輸入特性曲線是指集電極到發(fā)射極之間的電壓為某一常數(shù)時

17、，基極電輸入特性曲線是指集電極到發(fā)射極之間的電壓為某一常數(shù)時，基極電流與基極到發(fā)射極之間的電壓的關系曲線。流與基極到發(fā)射極之間的電壓的關系曲線。 從輸入特性曲線可以看出，只有當發(fā)射結的正向電壓從輸入特性曲線可以看出，只有當發(fā)射結的正向電壓UBE大于死大于死區(qū)電壓時，才產(chǎn)生基極電流區(qū)電壓時，才產(chǎn)生基極電流IB，這時三極管處于正常放大狀態(tài)。，這時三極管處于正常放大狀態(tài)。 2輸出特性曲線輸出特性曲線 輸出特性曲線是指當基極電流輸出特性曲線是指當基極電流 BI為某一常數(shù)時，集電極電流為某一常數(shù)時，集電極電流 CI與集電極到與集電極到發(fā)射極之間的電壓發(fā)射極之間的電壓 CEU的關系曲線。的關系曲線。 從三

18、極管的輸出特性曲線可知，三極管的工作狀態(tài)可以分成三個區(qū)域：從三極管的輸出特性曲線可知，三極管的工作狀態(tài)可以分成三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。（1）截止區(qū)）截止區(qū)把把 0BI的那條曲線與橫坐標之間所夾的區(qū)域稱為截止區(qū)。的那條曲線與橫坐標之間所夾的區(qū)域稱為截止區(qū)。 （2）放大區(qū)）放大區(qū)輸出特性曲線的平直部分組成的區(qū)域稱為放大區(qū)。輸出特性曲線的平直部分組成的區(qū)域稱為放大區(qū)。受受 三極管放大狀態(tài)的特征是：三極管放大狀態(tài)的特征是： CIBI控制，控制， BI改變時，改變時， CI也隨著改變，也隨著改變， CI的大小與的大小與 CEU基本無關，此時有基本無關，此時有 。BCII

19、（3）飽和區(qū)）飽和區(qū) 在輸出特性曲線中，所有曲線拐點的連線與縱坐標所夾的區(qū)域稱為飽和區(qū)。在輸出特性曲線中，所有曲線拐點的連線與縱坐標所夾的區(qū)域稱為飽和區(qū)。不受不受 三極管飽和狀態(tài)的特征是：三極管飽和狀態(tài)的特征是： CEU很低，很低， CIBI控制，三極管失去放大作用，控制，三極管失去放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當于一個接通的開關。集電極和發(fā)射極之間相當于一個接通的開關。 三極管截止狀態(tài)的特征是三極管截止狀態(tài)的特征是： 0BI0CI，集電極和發(fā)射極之間相當于斷路。，集電極和發(fā)射極之間相當于斷路。 ，7.3.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) 1電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)有共發(fā)射極直

20、流放大系數(shù)電流放大系數(shù)有共發(fā)射極直流放大系數(shù) 和共發(fā)射極交流放大系數(shù)和共發(fā)射極交流放大系數(shù) 對于性良好的三極管，對于性良好的三極管， ,二者不再嚴格區(qū)分。二者不再嚴格區(qū)分。 2穿透電流穿透電流 )(CEOI基極開路基極開路 )0(BI時，集電極和發(fā)射極之間的反向電流稱為穿透電流。時，集電極和發(fā)射極之間的反向電流稱為穿透電流。 3集電極最大允許電流集電極最大允許電流 )(CMI 三極管正常工作時，集電極所允許的最大電流稱為集電極最大允許電流。三極管正常工作時，集電極所允許的最大電流稱為集電極最大允許電流。 4反向擊穿電壓反向擊穿電壓 )()(CEOBRU基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允

21、許電壓稱為反向擊穿電壓。基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓稱為反向擊穿電壓。 三極管正常工作時，集電極所允許的最大平均功率稱為集電極最大耗散功率。三極管正常工作時，集電極所允許的最大平均功率稱為集電極最大耗散功率。 5集電極最大耗散功率集電極最大耗散功率 )(CMP7.4 其他常見主要半導體器件其他常見主要半導體器件7.4.1 晶閘管晶閘管7.4.2 穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管7.4.1 晶閘管晶閘管 晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，俗稱可控硅，常用晶閘管有單向和雙向晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，俗稱可控硅，常用晶閘管有單向和雙向兩大類。兩大類。 1晶閘管（晶閘管（V

22、S）的結構和符號）的結構和符號 晶閘管外部有三個電極，內(nèi)部是由晶閘管外部有三個電極，內(nèi)部是由PNPN四層半導體構成，最外層的四層半導體構成，最外層的P層層和和N層分別引出陽極層分別引出陽極A和陰極和陰極K，中間的，中間的P層引出門極（或稱控制極）層引出門極（或稱控制極）G，內(nèi)，內(nèi)部有三個部有三個PN結。結。晶閘管的外形有螺栓式、平板式、塑封管式等。晶閘管的外形有螺栓式、平板式、塑封管式等。2晶閘管的工作特性晶閘管的工作特性（1）反向阻斷性）反向阻斷性（2）正向阻斷性）正向阻斷性（3）正向觸發(fā)導通）正向觸發(fā)導通（4）持續(xù)導通）持續(xù)導通（5）重新關斷）重新關斷 結論：結論：（1）晶閘管具有單向導電性；）晶閘管具有單向導電性；（2）晶閘管的導通是通過門極控制的。）晶閘管的導通是通過門極控制的。7.4.2 穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管 1穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓二極管（VDZ） 穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，是一種用特殊工藝制造的面結型半導體硅二穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，是一種用特殊工藝制造的面結型半導體硅二極管。極管。 （1）穩(wěn)壓二極管的工作特性）穩(wěn)壓二極管的工作特性 穩(wěn)壓管工作于反向擊穿狀態(tài)，這時盡管流經(jīng)穩(wěn)壓管的電流可以在很大范穩(wěn)壓管工作于反向擊穿狀態(tài)，這時盡