电工与电子技术第10章常用半导体器件

1、第10章帝用半导体赛件本章主要内彖本章主要介绍半导体二极管、半导体三极管和半导体场效 晶体管的基本结构、工作原理和主要特征，为后面将要讨论的放大电路、逻辑电路等内容打下基础。234光耦合器佃52 N沟道耗尽型MQS管1Q.5.1 N沟道増强里M0SjHO5场效应晶体舒0,1半导体的导电特性本征半导体10/L2N型半导体和P型半导体10.1.3 PN緒F0.4.1基本结构10-.4.2载流子分配及电流放大原却第10章常用半导体器件V1043特性曲线一 10.4半导体三极管10.4.4 参数/10.2.1基本給构 佃22伏安特性 2半导体一极筲H仙.2.3主要參数10.2.4应用举例4S3/I稳压

2、二极管1032发光二极管W.3特殊二极管T163.3光电二极件【引例】如何卖现的？SfOdcfcorrt- S8O42121FfltfMU762CFMIBI合战序飞和浦PCF50603Silicon LbbO时IWi手机及内部电路RFMD#RF31S3 Zs射覽功般大得SG)多啓载” G创诙子内电场方向A外电场方向内里场方向外电场方向(b)加反向电压(反偏)总结：PN结外加正向电压对p PN结电阻很小，正向电 流很丸，PN结正筍导適，电流方尙从P燮区流向N矍区；PN结 外加反向电压对，PN结电阻很大p反向电流很小p近似为零p PN结反向离止。PN结的这种特性称为单向导电性。10.24导体的二极

3、管10.2.1基本结构引线 斤外壳W丿丿铝合金小球| N型硅丁阳极引线金锤合金阴极引线(b)点接触型(c)面接触型阳极立(阴极(d)符号发光二极管开关二极管半导体的二极管型号说明:9第五部分，规格第四部分产品序号第三部分管子类熨第二部分，材料及扱性第一部分用Z表示为二機管p-A错N型 一 B错P型 一 C硅 D硅P普通管 -W-稳压背 -Z-整流管 -L-整斑堆www.crystalradiG.cnC P 21产品序号普通小信号管N型雄材料二极管序号箍流管&材料二极管10.2.2伏安特性1正向特性CU死区及死区电压当外加正向电压小于某值时，正向电流很小, 几乎为零，此段称为死区，对应电压为死区

4、电压。电压0.5V0.1V(2)正向导通及导通电压当外加正向电压大于死区电压时，正向电流增长很快，二极管正向导通，对应电压为导通电压。导通电压硅管：060.7V错管：020.3V二极管的伏安特性HJ反向截止区垃意：反侖电流的特点一.它随漫度的升富增长很快;(2)反向击弃区2 反向特性当二极管加反向电压并小于某电压(击穿电 压)时，由少数载流子的漂移运动形成很小的反 向电流，硅管为nA级，错管为p A级，故二极管 反向截止。二、反向尅流与反向勒压的大小无关 基本不变称它为反向砲和尅流。当反向电压增加到击穿电压时，反向电流将突然增大，二极管的单向导电性被破坏，二极管 反向导通，造成不可恢复的损坏。

5、10.23主要参数为了正确使用二极管，除了理解其伏安特性之外，还要掌 握其相应的参数，以便选择二极管。1.最大整流电流7fmIfm二极管长时间正向导通时，允许流过的最大正向平均电流。在使 用时不能超过此值，否则将因二极管过热而损坏。2.反向峰值电压Urmrm是指二极管反向截止时允许外加的最高反向工作电压，Urm的数值大约等于二极管的反向击穿电压Ubr的一半，以确保管子安全工作。3反向峰值电流抵1，RM是指在常温下二极管加反向峰值电压rm时，流经管子的电流。它说明了二极管质量的好坏，反向电流大说明它的单向导电性差，而且受温度 影响大。硅管比错管的反向电流小。1024应用举例由于半导体二极管具有单

6、向导电性，因而得到了广泛应用。在电路中，常用来作为整流、检波、钳位、隔离、保护、开关 等元件使用O 【例1021】二极管削路如图(a)和(b)所示，试分析二极管的工作状态和它们所起的作用。设二极管为理楓二圾管。6V3kQ立VD212VU(b)【例10.21】二极管电路如图(a)和(b)所示p试分析二极管的工 作状态和它们所起的作用。设二极管为理怨二极管。【解】 在图(a)所示电路中，移开二极管，求两端电位，即VD% =12VV2=6V12V3kQ6V士(a)通状态，相当短路，使t/o=12V,起钳位作用。【例1021】二极管电路如图(a)和(b)所示p试分析二极管的工 作状态和它们所起的作用。

7、设二极管为理怨二极管。【解】(2)在图(b)所示电路中，移开二极管，求两端电位，即% =6V3kQ1+Z VDJ6V VCVBV各极电流（mA）测量结果-0.00100.020.040.060.080.100.0010.010.701.502.303.103.95E00.010.721.542.363.184.05=40卖验救据分析：a）iE=ic+iB仏二竺= 38.30 /B5 0.060.8602半导体三极管内部栽流子的运动:丿 D 00 +士 Eb4+Eq载流子运动过程： 发射结正偏：发射区发射电子到基区 少量电子在基区与空穴复合，大部分 运动到集电结； 集电结反偏：集电区收集电子。半

8、导体三极管内部载流子运动示意图三个结论:发射极电流厶、基极电流厶、集电极电流人的关系是厶二厶+心(2)集电极电流Zc、基极电流厶的关系是7=叽；晶体管的电流放大作用，实质上为晶体管的控制作用，即较小电流厶控 制大电流耳。10上3特性曲銃1. 输入特性曲线输入特性曲线是指当集射极电压L7 CE为常数时，输入回路（基极回路）中 基极电流厶与基射极电压be之间的关系 曲线，即|/b=/(Ube)(/CE=constant特A: Uce21曲线重合； 当l/be小于死区电压时，4=0,三极管截止； 当be大于死区电压时，三极管导通，厶随Ube快 速增大。发射结导通电压为硅管： %| = 06: 07厂

9、测试电路0.2: 0.3V错管：|如二2. 输出特性曲线输出特性曲线是指当基极电流厶为 常数时，输出电路（集电极回路）中集 电极电流/c与集境极电压“CE之间的矣 系曲线，即r-HCVT|/c=/(Uce)/B =constant在L/ce = 0IV区间，随着特A: 当厶一定时，&E的增尢 h线性增加。当&E超过*后, 当L/ce增高时，c几乎不变，即具有恒流特 性； 当厶增大时，线性增大，远大于厶，且 c受厶控制，这就是晶体管的电流放大作用 的表现。10.4半导体三极管通常把晶体管的输出特性曲线分为三个工作区:放大区：ZCB基本上成正比关 系，即/C=ZB,发射结为正偏, 集电结为反偏；饱

10、和区输出特性曲线输出特性 曲线的三 个工作区截止区：厶=0,即/c=CEO-0,发射 结为反偏，集电结为反偏；晶体管 的c、E极之间相当于一个断开的开 关；刃B，晶体管失去=0.20.3V (错管饱和区：厶增加，c小于歹厶，心电流放大作用。饱和时，电压I UCE |为0.102V),数值很小，近似为零，晶体管的C、E极之V间相当于一个闭合的开关O10.4.4主要参数1.共射极电流放大系数廨卩7 B3 =生A/b共发射极静态（又称 直流）电流放大系数共发射极动态（又称 交流）电流放大系数（2）晶体管的b值在20200之间。2.集基极反向饱和电流/cboZcb。是当发射极开路（Ze = 0）时的集

11、电流Zc，是 I裁 由少数载流子漂移运动（主要是集电区的少数载 流子向基区运动）产生的，它受温度影响很大。注意：在或显下，小功率憐管的CBO约为几微妥到几 十微妄，小功率硅管AlpA以下。3.集射极穿透电流Zceo0对，Si。?绝缘层会产生垂直于材底表面的務亀场， 吸引轴底P型半导体中的电子到达表属，形成一个物子蒔层CN 导电沟道没形成，iD=o；型属,因与P宴衬底憑性相反p也隸为反燮层丿wGS UGS仙丿(开总电压丿时 导电沟道形成p厶)随着dd的增加而 增大。此类MOS管称夠N沟道增强型MOS 管,简稀NMOS管。3.特性曲线(1)转移特性(2)输出特性10.5.1 N沟道耗尽型场败应管耗尽型MOS管在制造时，就在二氧 化硅绝缘层中掺入了大量正离子，形成 强电场，使得在gs = 0也能吸引足够的 电子到硅表面，形成导电沟道。NN型沟道P型硅衬底SGD掺杂有正离子 的绝缘层夹断电压Id/O