電工學(xué)第8章半導(dǎo)體器件

1、第 8 章 半導(dǎo)體器件8.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)8.2 半導(dǎo)體二極管8.6 集成電路8.3 特殊二極管8.4 雙極型晶體管8.7 晶閘管8.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。（硅、鍺）（一）本征半導(dǎo)體8.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。（二）雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入三價(jià)元素（如硼） P型半導(dǎo)體 摻入五價(jià)元素（如磷） N型半導(dǎo)體 （三）PN結(jié)的形成PN結(jié)（四）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?I正+I反0 結(jié)論：PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通PN結(jié)加反向電壓截止單向?qū)щ娦?.2 半導(dǎo)體二極管（一）基本結(jié)構(gòu)按材料分硅管鍺管按PN結(jié)分點(diǎn)接觸型面接觸型按用途分

2、普通管整流管PN陽(yáng)極陰極下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一節(jié)圖 8.2.1 半導(dǎo)體二極管硅管0.5V,鍺管0.2V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降 外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴７聪蛱匦蕴攸c(diǎn)：非線性硅0.7V鍺0.3VUI死區(qū)電壓PN+PN+ 反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。（二）伏安特性（二極管電流與電壓之間的關(guān)系）正向特性UIOUDUIOUIOAABB硅鍺正向：死區(qū)（ OA 段）: 硅管約 0.5 V， 鍺管約 0.2 V； 正向?qū)▍^(qū): 硅管 約 0.7 V，鍺管約0.3 V溫度增加，曲線左移反向：截止區(qū)（ OB 段）: I 近似

3、為 0； 擊穿區(qū): 管子被擊穿半導(dǎo)體二極管的伏安特性(a) 近似特性 (b) 理想特性返 回（三）主要參數(shù)(1)IF ：額定正向平均電流(2)UF ：正向電壓降(3)UR ：最高反向工作電壓(4)Irm ：最大反向電流以上各值是選擇二極管的依據(jù)。下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一節(jié) 因通常使用二極管時(shí)應(yīng)保證其工作在正向?qū)ɑ蚍聪蚪刂範(fàn)顟B(tài)，故認(rèn)為二極管正偏則導(dǎo)通，反偏則截止 單向?qū)щ娦?。電路如圖，求：UAB V陽(yáng) =6 V V陰 =12 V V陽(yáng)V陰 二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則， UAB低于6V一個(gè)管壓降，為6.3或6.7V例1： 取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分

4、析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。 在這里，二極管起鉗位作用。 D6V12V3kBAUAB+ 二極管電路分析舉例 ui 8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路 uo = 8V ui UD1 D2 優(yōu)先導(dǎo)通， D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V例3:D1承受反向電壓為6 V流過(guò) D2 的電流為求：UAB 在這里， D2 起鉗位作用， D1起隔離作用。 BD16V12V3kAD2UAB+(四)、二極管的主要應(yīng)用限幅鉗位隔離直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓二極管(P217)1. 符號(hào) UZIZIZM UZ IZ2. 伏安特性 穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻 穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其

5、兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO8.3 特殊二極管3. 主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2) 電壓溫度系數(shù) 環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3) 動(dòng)態(tài)電阻(4) 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM(5) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。8.4 雙極型晶體管NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號(hào)：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管(一)基本結(jié)構(gòu)PNP型三極管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射

6、結(jié)集電結(jié)：面積大BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一節(jié)三極管放大的外部條件:BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP ： VCVBVBVE(二)工作狀態(tài)（1）晶體管中電流的分配下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一節(jié)各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA) IE(mA)00.020.040.06 0.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05 1）三電極電流關(guān)系 ： IE = IB + IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB 4）IC=IB 把

7、基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用?；鶚O電流對(duì)集電極具有小量控制大量的作用。下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一節(jié)BECNNPEBRBECRCIBICIE放大狀態(tài)：IC=IBUBE0.7VUBEUCEUCC截止?fàn)顟B(tài)：IB = 0 , IC = ICEO 0UBE0.5VUCE UCC臨界飽和：IC=IBUCE =UBE =0.7V飽和狀態(tài)：IC IB ，深度飽和時(shí)，IC基本不再隨IB增大。UBE0.7VUCEVBVE(3)三極管的特性曲線ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+共發(fā)射極電路發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端 1. 輸入特性特點(diǎn):非線性死區(qū)電壓

8、：硅管0.5V，鍺管0.2V。正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： NPN型硅管 UBE 0.7VPNP型鍺管 UBE 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VOICEBmAAVUCEUBERBIBECV+2. 輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：(1) 放大區(qū) 在放大區(qū)有 IC= IB ，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。 在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+IB=020A40A60A80A100A36IC(mA

9、 )1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB 0 以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有 IC 0 。 在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū) 當(dāng)UCE UBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IB IC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。 深度飽和時(shí)， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。(四)主要參數(shù) (1) 電流放大系數(shù) （hFE）、 （hfe）：同一型號(hào)的晶體管 值有較大差別； 值與 IC有關(guān)，一般 值為 100 左右為宜。 (2) 穿透電流 ICEO : ICEO 大的晶體管其溫度穩(wěn)定 性差。( IB=0 ) (3) 集電

10、極最大允許電流 ICM ： Ic = ICM 時(shí)， 將下降到正常值的 23。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回下一節(jié)上一節(jié)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) (5) 反向擊穿電壓 U（BR）CEO ： 基極開(kāi)路時(shí)，C、E 之間允許 承受的最大反向電壓。 (4) 集電極最大允許耗散功率 PCM ：PCM = UCE IC ，若超過(guò) PCM 則晶體管易燒壞。PCM安全區(qū)ICmAUCEV過(guò)損耗區(qū)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回下一節(jié)上一節(jié)O 功耗曲線（1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。例1： 測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)極電位值V1、V2、V3，判斷管子的類型、材料及三個(gè)極。NPN型硅管，1、2、3依次為

11、B、E、C（2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。（3）V1=6V， V2=11.3V， V3=12V。（4）V1=6V， V2=11.7V， V3=12V。NPN型鍺管，1、2、3依次為B、E、CPNP型硅管，1、2、3依次為C、B、EPNP型鍺管，1、2、3依次為C、B、E上一頁(yè)下一頁(yè)返 回下一節(jié)上一節(jié)例2：測(cè)得電路中三極管各極對(duì)地的電位值如下表所示，判斷各管的工作狀態(tài)及類型。管號(hào)VB（V）VC（V）VE（V）T1-0.3-50T22.732.32T31-60T1：UBE = -0.3V，VEVBVC，放大狀態(tài)，PNP型T2： UCE = 0.3V， VEVCVB，飽和狀態(tài)，NPN型T3： UCE = -6V， VCVEVB，截止?fàn)顟B(tài)，PNP型上一頁(yè)下一頁(yè)返 回下一節(jié)上一節(jié)例3：在UCE= 6 V時(shí)， 在 Q1 點(diǎn)IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點(diǎn)IB