电子电工第5章

1、第五章第五章 常用半导体元器常用半导体元器 件件 第一节第一节 半导体二极管半导体二极管 第二节第二节 半导体三极管半导体三极管 第三节第三节 场效应管场效应管 第四节第四节 特殊三极管简介特殊三极管简介 第五节第五节 晶闸管晶闸管 返回主目录返回主目录 第一节第一节 半导体二极管半导体二极管 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导 体。常用的半导体有硅、锗等。体。常用的半导体有硅、锗等。 一、一、PN结的形成结的形成 纯净的半导体掺入微量元素后就成为杂质半导体。杂质纯净的半导体掺入微量元素后就成为杂质半导体。杂质 半导体可分为型半

2、导体（掺入半导体可分为型半导体（掺入5价元素）和型半导体（掺价元素）和型半导体（掺 入入3价元素）。半导体中参与导电的载流子有空穴和自由电子，价元素）。半导体中参与导电的载流子有空穴和自由电子， 型半导体主要是利用自由电子导电，型半导体主要是利用型半导体主要是利用自由电子导电，型半导体主要是利用 空穴导电。结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两空穴导电。结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两 边分别形成型半导体和型半导体，它们的交界面就形成边分别形成型半导体和型半导体，它们的交界面就形成 结。结。 反偏：反偏：加反向电压时，加反向电压时， 结电阻很高，反向电流很小，结电阻很高，反向电流很小

3、， 结处于截止状态。结处于截止状态。 二、二极管的结构和符号二、二极管的结构和符号 半导体二极管，其结构与图形符号如图半导体二极管，其结构与图形符号如图5-1，常见外形如，常见外形如 图图5-2。 PN (阳阳极 极) 外外壳壳 阴阴极极引引线线阳阳极极引引线线 +- + - (阳 阳极 极) (阴 阴极 极) (阴 阴极 极) a)b) VD 图图5-1 二极管的结构与图形符号二极管的结构与图形符号 结构结构 图形符图形符 号号 图图5-2 常见外形图常见外形图 三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性 二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性

4、曲线如图5- 3所示。（以正极到负极为参考方向）。所示。（以正极到负极为参考方向）。 1）外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有）外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有 正向电流通过。曲线正向电流通过。曲线 段（或段（或 段）称作死区，点段）称作死区，点 （或（或 ）的电压称为死区电压，硅管的死区电压一般为）的电压称为死区电压，硅管的死区电压一般为0.5V， 锗管则约为锗管则约为0.1V。 OA OAA A 2）二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的）二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的 电阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通，如电阻，有较大的

5、正向电流流过，称为二极管导通，如 段段 （或（或 ）特性曲线所示，此段称为导通段。从图中可以看）特性曲线所示，此段称为导通段。从图中可以看 出：硅管电流上升曲线比锗管更陡。二极管导通后的电压为出：硅管电流上升曲线比锗管更陡。二极管导通后的电压为 导通电压，硅管一般为导通电压，硅管一般为0.7V，锗管约为，锗管约为0.3V。 B A AB 1正向特性正向特性 2反向特性反向特性 1）当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非）当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非 常小的反向电流（称为反向饱和电流或反向漏电流），如曲常小的反向电流（称为反向饱和电流或反向漏电流），如曲 线段线

6、段 （或（或 段）所示。实际应用中二极管的反向饱和电段）所示。实际应用中二极管的反向饱和电 流值越小越好，硅管的反向电流比锗管小得多，一般为几十流值越小越好，硅管的反向电流比锗管小得多，一般为几十 微安，而锗管为几百微安。微安，而锗管为几百微安。 OC OC 2）当反向电压增加到一定数值时（如曲线中的）当反向电压增加到一定数值时（如曲线中的 点或点或 点），反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对点），反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对 应的电压称为反向击穿电压，用应的电压称为反向击穿电压，用 表示，曲线中表示，曲线中 段段 （或（或 段）称为反向击穿区。通常加在二极管上的反

7、向电段）称为反向击穿区。通常加在二极管上的反向电 压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏（稳压管压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏（稳压管 除外）。除外）。 C C BR UCD D C 图图5-3 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数 （1）最大整流电流）最大整流电流 它是指二极管长期工作时所允许通过它是指二极管长期工作时所允许通过 的最大正向平均电流。实际应用时，流过二极管的平均电流不的最大正向平均电流。实际应用时，流过二极管的平均电流不 能超过这个数值，否则，将导致二极管因过热而永久损坏。能超过这个数值，否则，将导致二极管因过热而永久

8、损坏。 FM I （2）最高反向工作电压）最高反向工作电压 指二极管工作时所允许加的最指二极管工作时所允许加的最 高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。通常高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。通常 手册上给出的最高反向工作电压手册上给出的最高反向工作电压 约为击穿电压约为击穿电压 的一半。的一半。 RM U RM UBR U （3）反向电流）反向电流 指二极管未被击穿时的反向电流值。指二极管未被击穿时的反向电流值。 越小，说明二极管的单向导电性能越好。越小，说明二极管的单向导电性能越好。 对温度很敏感，对温度很敏感， 温度增加，反向电流会增加很大。温度增加，反向电流会增加

9、很大。 R IR I R I 五、特殊二极管五、特殊二极管 1稳压二极管稳压二极管 稳压二极稳压二极 管简称稳压管，管简称稳压管， 它是一种用特它是一种用特 殊工艺制造的殊工艺制造的 面结合型硅半面结合型硅半 导体二极管，导体二极管， 其图形符号和其图形符号和 外形封装如图外形封装如图5- 4所示。所示。 图图5-4 稳压二极管的图形符号与外形稳压二极管的图形符号与外形 外形外形 图形符图形符 号号 稳压管的伏安特性曲线稳压管的伏安特性曲线 工作区域工作区域 稳压管的应用稳压管的应用 使用时，阴极接外加电压的正极，阳极接外加电压负极，使用时，阴极接外加电压的正极，阳极接外加电压负极， 管子管子

10、反向偏置反向偏置，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性 稳定直流电压。稳定直流电压。 二极管在反向击穿状态下，流过管子的电流变化很大，而二极管在反向击穿状态下，流过管子的电流变化很大，而 两端电压变化很小，稳压管正是利用这一点实现稳压作用的。两端电压变化很小，稳压管正是利用这一点实现稳压作用的。 稳压管工作时，必须接入限流电阻，才能使其流过的反向电流稳压管工作时，必须接入限流电阻，才能使其流过的反向电流 在在 范围内变化范围内变化 minz I maxz I 发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转

11、换成光 能的固体发光器件，它是由镓（能的固体发光器件，它是由镓（Ga）、砷（）、砷（As）、磷（）、磷（P） 等化合物制成的，其图形符号如图等化合物制成的，其图形符号如图5-6a所示。由这些材料构所示。由这些材料构 成的结加上成的结加上正偏电压正偏电压时，时，PN结便以发光的形式来释放能结便以发光的形式来释放能 量。量。 发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿 和红外光二极管等多种，按外形可分为方形、圆形等。图和红外光二极管等多种，按外形可分为方形、圆形等。图5- 6b是发光二极管的外形，它的导通电压比普通二极管高。是发光二极管的外形，

12、它的导通电压比普通二极管高。 2发光二极管发光二极管 图图5-6 发光二极管的图形符号和外形发光二极管的图形符号和外形 图形符图形符 号号 外形外形 发光二极管的应用发光二极管的应用 应用时，加正向电压，并接入相应的限流电阻，它的正应用时，加正向电压，并接入相应的限流电阻，它的正 常工作电流一般为几个毫安至几十毫安。发光强度在一定范常工作电流一般为几个毫安至几十毫安。发光强度在一定范 围内与正向电流大小近似成线性关系。围内与正向电流大小近似成线性关系。 发光二极管作为显示器件，除单个使用外，也常做成七发光二极管作为显示器件，除单个使用外，也常做成七 段式或矩阵式，如用作微型计算机、音响设备、数

13、控装置中段式或矩阵式，如用作微型计算机、音响设备、数控装置中 的显示器。的显示器。 发光二极管的检测一般用万用表发光二极管的检测一般用万用表R10k()档，通常正档，通常正 向电阻向电阻15k左右，反向电阻为无穷大。左右，反向电阻为无穷大。 3光敏二极管光敏二极管 光敏二极管又称光电二极管，其结光敏二极管又称光电二极管，其结工作在反偏状态工作在反偏状态。 光敏二极管是一种光接收器件。它的管壳上有一个玻璃窗口光敏二极管是一种光接收器件。它的管壳上有一个玻璃窗口 以便接受光照，当光线辐射于结时，提高了半导体的导以便接受光照，当光线辐射于结时，提高了半导体的导 电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反

14、向电流随光照强电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反向电流随光照强 度的增加而上升。其主要特点是反向电流与照度成正比。光度的增加而上升。其主要特点是反向电流与照度成正比。光 敏二极管的图形符号和外形如图敏二极管的图形符号和外形如图5-7 所示。所示。 图图5-7 光敏二极管的图形符号和外形光敏二极管的图形符号和外形 图形符图形符 号号 外形外形 光敏二极管的应用光敏二极管的应用 光敏二极管可用于光的测量。光敏二极管可用于光的测量。 当制成大面积光电二极管时，能将光能直接转换成电能，当制成大面积光电二极管时，能将光能直接转换成电能， 可作为一种能源使用，称为光电池。可作为一种能源使用，称为光电池

15、。 光敏二极管的检测光敏二极管的检测 通常用万用表通常用万用表R1k()档检测，要档检测，要 求无光照时反向电阻大，有光照时反向电阻小，若电阻差别求无光照时反向电阻大，有光照时反向电阻小，若电阻差别 小，则表明光敏二极管的质量不好。小，则表明光敏二极管的质量不好。 4变容二极管变容二极管 变容二极管是利用变容二极管是利用PN结的结电容可变原理制成的半导体结的结电容可变原理制成的半导体 器件器件,它仍它仍工作在反向偏置状态工作在反向偏置状态。它的压。它的压容特性曲线和图形容特性曲线和图形 符号如符号如图图5-8所示。二极管结电容大小除了与本身工艺有关外，所示。二极管结电容大小除了与本身工艺有关外

16、， 还与外加电压有关。当反偏电压增加，结电容就减小，变容还与外加电压有关。当反偏电压增加，结电容就减小，变容 二极管是这种效应显著的二极管。由特性曲线可知，改变变二极管是这种效应显著的二极管。由特性曲线可知，改变变 容二极管直流反偏电压就可以达到改变电容量的目的。容二极管直流反偏电压就可以达到改变电容量的目的。 应用：应用：变容二极管可用于高频电路，例如用作电视接收变容二极管可用于高频电路，例如用作电视接收 调谐回路中的可变电容器，用改变直流偏压的方法来选择频调谐回路中的可变电容器，用改变直流偏压的方法来选择频 道。道。 图图5-8 变容二极管的图形符号和特性变容二极管的图形符号和特性 图形符

17、图形符 号号 压压容特性容特性 第二节第二节 半导体三极管半导体三极管 一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号 1 结构和符号结构和符号 晶体管的结构示意图如图晶体管的结构示意图如图5-9a所示，分为所示，分为NPN型管和型管和 PNP型管。为了收集发射区发射过来的载流子以及便于散热，型管。为了收集发射区发射过来的载流子以及便于散热， 要求集电结面积较大，发射区多数载流子的浓度比集电区大，要求集电结面积较大，发射区多数载流子的浓度比集电区大， 因此使用时集电极与发射极不能互换。晶体管的图形符号如因此使用时集电极与发射极不能互换。晶体管的图形符号如 图图5-9b所示，符号中的箭头方向表示发

18、射结正向偏置时的电所示，符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电 流方向。流方向。 半导体三极管又称晶体三极管或双极型晶体管，简称晶体管。半导体三极管又称晶体三极管或双极型晶体管，简称晶体管。 图图5-9 晶体管的结构和图形符号晶体管的结构和图形符号 结构结构 图形符号图形符号 2 外形外形 图图5-10 5-10 几种常见的晶体管的外形结构几种常见的晶体管的外形结构 1晶体管的工作电压晶体管的工作电压 图图5-11 晶体管的工作电压晶体管的工作电压 NPNPNP 图图5-12 晶体管电流的实验电路晶体管电流的实验电路 2 晶体管各个电极的电流分配晶体管各个电极的电流分配 实验电路如图实验电路

19、如图5-12所示。此电路称为晶体管的共发射极所示。此电路称为晶体管的共发射极 放大电路。放大电路。 4.053.182.361.540.720.01 /mA 3.953.102.301.500.70 ， 而且当调节电位器而且当调节电位器RP使使 有一微小变化时，会有一微小变化时，会 引起引起 较大的变化，这表明基极电流较大的变化，这表明基极电流 （小电（小电 流）控制着集电极电流流）控制着集电极电流 （大电流），所以晶体（大电流），所以晶体 管是一个电流控制器件，这种现象称为晶体管的管是一个电流控制器件，这种现象称为晶体管的 电流放大作用。电流放大作用。 C I B I C I C I B I

20、 B I 三、晶体管的特性曲线三、晶体管的特性曲线 1输入特性曲线输入特性曲线 图图5-13 输入特性曲线输入特性曲线 2. 输出特性曲线（图输出特性曲线（图5-14） （1）截止区截止区 发射结零偏或反偏，集电结也反向偏置。发射结零偏或反偏，集电结也反向偏置。 （2）放大区放大区 发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。 与与 成正比关系。成正比关系。 C I B I （3） 饱和区饱和区 发射结和集电结均处于正向偏置。晶体管失去发射结和集电结均处于正向偏置。晶体管失去 放大作用，放大作用， 处于处于“饱和饱和”状态。状态。 称为晶体管的饱和称为晶体管的饱和 压降，此

21、值很小，约为压降，此值很小，约为0.3V。 C I CEO U （4）击穿区击穿区 当当 大于某一值后，大于某一值后， 开始剧开始剧 增，这个现增，这个现 象称为一次击穿。一次击穿过程是可逆的。象称为一次击穿。一次击穿过程是可逆的。 C I CEO U 晶体管具有晶体管具有“开关开关”和和“放大放大”功能。功能。 图图5-14 输出特性曲线输出特性曲线 四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数 1电流放大倍数电流放大倍数 （1）共发射极直流电流放大倍数）共发射极直流电流放大倍数 静态时静态时 与与 的比的比 值称为共发射极静态电流放大倍数，即直流电流放大倍数值称为共发射极静态电流放大倍数，即直

22、流电流放大倍数 C I B I B C I I （5-2） （2）共发射极交流电流放大倍数）共发射极交流电流放大倍数 （ ） 动态时，动态时， 与与 的比值称为动态电流放大倍数，即交流电流放大倍数的比值称为动态电流放大倍数，即交流电流放大倍数 ef h C I B I （5-3） B C I I 估算时，估算时， 。 2极间反向电流极间反向电流 （1）集电极）集电极基极反向饱和电流基极反向饱和电流 是晶体管的发射是晶体管的发射 极开路时，集电极和基极间的反向漏电流，又叫反向饱和电流，极开路时，集电极和基极间的反向漏电流，又叫反向饱和电流， 小功率硅管的小功率硅管的 小于小于1A，锗管的，锗管的

23、 约约10A。 的测量电路如图的测量电路如图5-15a所示。所示。 CBO I CBO I CBO I CBO I CBO I （2）穿透电流）穿透电流 为基极开路时，由集电区穿过基区为基极开路时，由集电区穿过基区 流入发射区的穿透电流，它是流入发射区的穿透电流，它是 的（的（1+ ）倍，即）倍，即 CEO I CEO I CBO I CBOCEO 1I )(I （5-4） 而集电极电流而集电极电流 为为 C I CEOBC III（5-5） 的测量电路如图的测量电路如图5-15b所示。所示。 CEO I 图图5-15 极间反向电流的测量电路极间反向电流的测量电路 的测量电路的测量电路 CBO

24、 I 的测量电路的测量电路CEO I 3极限参数极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 当当 值下降到正常值的三分值下降到正常值的三分 之二时的集电极电流，称为之二时的集电极电流，称为 。使用时，。使用时， 超过超过 时晶时晶 体管并不一定会损坏，但体管并不一定会损坏，但 值将降低。值将降低。 CM I CM I C I CM I （2）集电极发射极反向击穿电压）集电极发射极反向击穿电压 指基极开路指基极开路 时，加于集电极与发射极间的反向击穿电压，一般为几十伏时，加于集电极与发射极间的反向击穿电压，一般为几十伏 至几百伏以上。至几百伏以上。 (BR)CEO U （3）发射极基

25、极反向击穿电压）发射极基极反向击穿电压 指集电极开路指集电极开路 时，允许加在发射极基极之间的最高反向电压，一般为几时，允许加在发射极基极之间的最高反向电压，一般为几 伏至几十伏。伏至几十伏。 (BR)EBO U （4）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗 使用中应使使用中应使 允许管耗线，如图允许管耗线，如图5-16所示。所示。 CM P CM P CCEI U 图图5-16 晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区 第三节第三节 场效应管场效应管 场效应晶体管，简称场效应管。场效应晶体管，简称场效应管。 场效应管和晶体管的特点：场效应管和晶体管的特点：场效应管是一种场效应管是一种电压控电压控

26、 制制型器件。而晶体管是一种型器件。而晶体管是一种电流控制电流控制型器件。型器件。 优点：优点：具有很高的输入电阻、热稳定性好、低噪声、具有很高的输入电阻、热稳定性好、低噪声、 抗辐射能力强、制造工艺简单、便于集成等。抗辐射能力强、制造工艺简单、便于集成等。 分类：分类：场效应管可分为结型和场效应管可分为结型和绝缘栅型绝缘栅型两类，其中两类，其中 绝缘栅型（简称绝缘栅型（简称MOS管）管）应用更广泛应用更广泛 。 一、绝缘栅场效应管的结构及符号一、绝缘栅场效应管的结构及符号 MOS管：管：绝缘栅型场效应管是由金属、氧化物和半导体组成，绝缘栅型场效应管是由金属、氧化物和半导体组成， 因此又称为金

27、属氧化物半导体场效应管，简称因此又称为金属氧化物半导体场效应管，简称MOS管。管。 MOS管的分类管的分类：可分为增强型与耗尽型两种类型，每一种又分可分为增强型与耗尽型两种类型，每一种又分 为为N沟道和沟道和P沟道，即沟道，即NMOS管和管和PMOS管。管。 增强型增强型MOS管管：图图5-17为为N沟道增强型沟道增强型MOS管结构示意图和图管结构示意图和图 形符号，箭头向内表示形符号，箭头向内表示N沟道。导电沟道的特点是原先没有导电沟道。导电沟道的特点是原先没有导电 沟道，在外电场的作用下才形成了导电沟道。沟道，在外电场的作用下才形成了导电沟道。 耗尽型耗尽型MOS管：管： 图图5-18为为

28、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS的结构示意图和图的结构示意图和图 形符号。导电沟道的特点是在制造时就有一个原始导电沟道。形符号。导电沟道的特点是在制造时就有一个原始导电沟道。 若是若是P沟道，则箭头朝外。沟道，则箭头朝外。 图图5-17 N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管 a) 结构结构 b) 图形符号图形符号 结构结构图形符号图形符号 图图5-18 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管 结构结构 图形符号图形符号 二、绝缘栅场效应管的特性二、绝缘栅场效应管的特性 1N沟道增强型沟道增强型MOS管特性管特性 2 GS(th) GS D0D 1 U U II（5-6）

29、（1）转移特性）转移特性 图图5-19a为某增强型为某增强型NMOS管的转移特性曲管的转移特性曲 线。当线。当 时，时， ，这相当于晶体管输入特性，这相当于晶体管输入特性 曲线的死区；当曲线的死区；当 = 时，导电沟道开始形成，随着时，导电沟道开始形成，随着 的增大，的增大， 也增大，这说明也增大，这说明 开始受到开始受到 的控制，它们之的控制，它们之 间的关系如下：间的关系如下： GS U GS(th) U 0 D I GS U GS(th) U D I GS U D I GS U 式中，式中， 是是 时的时的 （mA），）， 称为称为NMOS管的开启电压（管的开启电压（V）。）。 DO I

30、 GS(th)GS 2UU D I GS(th) U 图图5-19 增强型增强型NMOS管的特性曲线管的特性曲线 转移特性转移特性 输出特性输出特性 （2）输出特性）输出特性 图图5-19b为某增强型为某增强型NMOS管的输出特性曲线。管的输出特性曲线。 3）截止区）截止区 当当 时，场效应管工作在截止区，此时，场效应管工作在截止区，此 时，漏极电流时，漏极电流 极小，几乎不随极小，几乎不随 变化。变化。 DS U D I GS U GS(th) U 注意：注意： 较大时，场效应管的较大时，场效应管的 会急剧增大，如无限流措会急剧增大，如无限流措 施，管子将被损坏，该区域叫击穿区，此时，场效应

31、管已不能施，管子将被损坏，该区域叫击穿区，此时，场效应管已不能 正常工作。正常工作。 DS U D I 1）可变电阻区）可变电阻区 在该区域，在该区域， 越大，沟道电阻越小，故曲线越大，沟道电阻越小，故曲线 越陡。在这个区域中，沟道电阻由越陡。在这个区域中，沟道电阻由 决定，故称可变电阻区。决定，故称可变电阻区。 GS U GS U D I 2）恒流区）恒流区（饱和区）（饱和区） 该区的特点是该区的特点是 已趋于饱和，具有恒已趋于饱和，具有恒 流性质，所以又称饱和区。但流性质，所以又称饱和区。但 受受 的控制。的控制。 增大，增大， 沟道电阻减小，沟道电阻减小， 随之增加。随之增加。 GS U

32、 D I GS U D I 2N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管特性管特性 在在 0时，耗尽型场效应管的转移特性可近似表示时，耗尽型场效应管的转移特性可近似表示 为为 GS(off) U GS U 为常数时，当为常数时，当 时，漏、源极间已经导通，流过时，漏、源极间已经导通，流过 的是原始导电沟道的漏极电流的是原始导电沟道的漏极电流 。当。当 0时，导电沟道变时，导电沟道变 窄，窄， 减小；当减小；当 达到一定负值时，导电沟道被夹断达到一定负值时，导电沟道被夹断 0， 这时的这时的 称为夹断电压，用称为夹断电压，用 表示。图表示。图5-20a、b分别为分别为 N沟道耗尽型管的转移特性曲线和输出特性

33、曲线。可见，耗尽型沟道耗尽型管的转移特性曲线和输出特性曲线。可见，耗尽型 绝缘栅场效应管栅源电压可正可负可零，一般情况下，这类绝缘栅场效应管栅源电压可正可负可零，一般情况下，这类 管子工作在负栅源电压的状态。管子工作在负栅源电压的状态。 DS U0 GS U DSS I GS U D I GS U D I GS U GS(off) U 2 GS(off) GS DSSD 1 U U II （5-7） 式中，式中， 为为 的漏极电流，的漏极电流， 为夹断电压。为夹断电压。GS(off) U0 GS U DSS I 图图5-20 耗尽型耗尽型NMOS管特性管特性 夹断电压夹断电压GS(off) U

34、 三、场效应管的主要参数三、场效应管的主要参数 （1）开启电压）开启电压 或夹断电压或夹断电压 当当 为某固定为某固定 值时，使漏极电流接近零时的栅值时，使漏极电流接近零时的栅源电压即为开启电压源电压即为开启电压 （增强型）或夹断电压（增强型）或夹断电压 （耗尽型）。（耗尽型）。 GS(th) U GS(off) U DS U GS(th) U GS(off) U （2）零偏漏极电流）零偏漏极电流 当当 为某固定值时，栅为某固定值时，栅源电压源电压 为零时的漏极电流。为零时的漏极电流。 DSS I DS U （3）漏源击穿电压）漏源击穿电压 当当 增加，使增加，使 开始剧增开始剧增 时的时的

35、称为称为 。使用时，。使用时， 不允许超过此值，否不允许超过此值，否 则会烧坏管子。则会烧坏管子。 (BR)DS U D I DS U DS U (BR)DS U DS U (BR)GS U（4）栅源击穿电压）栅源击穿电压 使二氧化硅绝缘层击穿时的使二氧化硅绝缘层击穿时的 栅栅源电压叫做栅源击穿电压源电压叫做栅源击穿电压 ，一旦绝缘层被击穿将，一旦绝缘层被击穿将 造成短路现象，使管子损坏。造成短路现象，使管子损坏。 (BR)GS U （6）漏极最大耗散功率）漏极最大耗散功率 是管子允许的最大耗散功是管子允许的最大耗散功 率，类似于半导体三极管中的率，类似于半导体三极管中的 。 DM P DM

36、P CM P 常数 DS GS D m d d U U I g (5-8) 式中，式中， 单位为毫西门子（单位为毫西门子（mS）。）。m g （7）跨导）跨导 当当 为规定值时，漏极电流变化量和引起这为规定值时，漏极电流变化量和引起这 个变化的栅源电压变化量之比，称为跨导，即个变化的栅源电压变化量之比，称为跨导，即 m g GS U 越大，场效应管放大能力越好，即越大，场效应管放大能力越好，即 控制控制 的能力的能力 越强。一般为零点几到几毫西门子。越强。一般为零点几到几毫西门子。 m g GS U D I （5）直流输入电阻）直流输入电阻 栅源间所加电压与栅极电流的比值。栅源间所加电压与栅极

37、电流的比值。 约为约为 。 GS R GS R 10 10 四、场效应管与晶体管的比较四、场效应管与晶体管的比较 相同点：相同点：场效应管与晶体管都是半导体器件。场效应管与晶体管都是半导体器件。 不同点：不同点： 1）场效应管是电压控制器件，几乎没有输入电流；晶体管是）场效应管是电压控制器件，几乎没有输入电流；晶体管是 电流控制器件，必须有足够的输入电流才能工作。电流控制器件，必须有足够的输入电流才能工作。 3）场效应管的温度稳定性好，而晶体管的温度稳定性较差）场效应管的温度稳定性好，而晶体管的温度稳定性较差。 8 10 2）场效应管的输入电阻很高，一般在）场效应管的输入电阻很高，一般在 以上

38、。以上。 第四节第四节 特殊三极管简介特殊三极管简介 一、复合管一、复合管 等效晶体管的管型总是和的管型相同，以图等效晶体管的管型总是和的管型相同，以图5-21a为例，为例， 其电流放大系数为其电流放大系数为 21211 B 2C1C B C 1 )( i ii i i （5-9） 复合管是指将两只或两只以上的半导体三极管按一定的复合管是指将两只或两只以上的半导体三极管按一定的 方式连接起来，使其等效为一只方式连接起来，使其等效为一只 值大的半导体三极管，又值大的半导体三极管，又 称达林顿管。图称达林顿管。图5-21所示是由两个晶体管所示是由两个晶体管 和和 连接而成连接而成 的的NPN和和P

39、NP两大类复合管。两大类复合管。 1 V 2 V 图图5-21 复合管及其等效晶体管复合管及其等效晶体管 二、光敏三极管二、光敏三极管 光敏三极管也称光电三极管，它的电流是受外部光照控光敏三极管也称光电三极管，它的电流是受外部光照控 制的，是一种半导体光电器件，比光电二极管灵敏得多。电制的，是一种半导体光电器件，比光电二极管灵敏得多。电 路一般用基极开路的共射接法，如图路一般用基极开路的共射接法，如图5-22a所示，光集中照射所示，光集中照射 在集电结附近的区域，这时电流在集电结附近的区域，这时电流 。 当没有光照时，电流很小；当有光照时，电流增大。典当没有光照时，电流很小；当有光照时，电流增

40、大。典 型的曲线如图型的曲线如图5-22b所示，曲线族中参变量是辐射照度所示，曲线族中参变量是辐射照度E。光。光 敏三极管的图形符号如图敏三极管的图形符号如图5-22c所示。所示。 CBOCEOC )1 (III 图图5-22 光敏三极管光敏三极管 结构示意图结构示意图 特性曲线特性曲线 图形符号图形符号 光耦合器又称光电耦合器，它是由发光源和受光器两部分光耦合器又称光电耦合器，它是由发光源和受光器两部分 组成。光电耦合器的典型电路如图组成。光电耦合器的典型电路如图5-23所示。所示。 发光源：发光源：常用红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。

41、 受光器：受光器：常用光敏三极管、光敏晶阐管和光敏集成电路等，受常用光敏三极管、光敏晶阐管和光敏集成电路等，受 光器引出的管脚为输出端。光器引出的管脚为输出端。 原理：原理：光电耦合器利用电光电两次转换的原理，通过光进光电耦合器利用电光电两次转换的原理，通过光进 行了输入端与输出端之间的耦合。行了输入端与输出端之间的耦合。 三、光耦合器三、光耦合器 特点：特点：光电耦合器输入输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达光电耦合器输入输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达 到到 以上，输入与输出间能承受以上，输入与输出间能承受2kV以上的耐压，信号单以上的耐压，信号单 向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响

42、应速度快、工作向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响应速度快、工作 可靠等优点。可靠等优点。 10 10 应用：应用：如在高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中，如在高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中， 起信号传输和隔离作用。起信号传输和隔离作用。 图图5-23 光耦合器的图形符号光耦合器的图形符号 光电三极管型光电三极管型 达林顿型达林顿型 晶闸管型晶闸管型 集成电路型集成电路型 第五节第五节 晶闸管晶闸管 晶闸管原称可控硅。它是一种较理想的大功率变流器件。晶闸管原称可控硅。它是一种较理想的大功率变流器件。 一、晶闸管的结构和工作原理一、晶闸管的结构和工作原理 1晶闸管的结构晶闸管

43、的结构 大功率晶闸管的外形结构有螺栓式和平板式两种，晶闸大功率晶闸管的外形结构有螺栓式和平板式两种，晶闸 管的外形和图形符号如图管的外形和图形符号如图5-24所示。所示。 三个电极：三个电极：阳极阳极A，阴极，阴极K和门极和门极G。 四层四层（P1N1P2N2）三端三端（A、K、G）元件。）元件。 等效电路等效电路1：三个三个PN结串联等效，如图结串联等效，如图5-25b所示。所示。 等效电路等效电路2：晶体管互补电路等效，如图晶体管互补电路等效，如图5-25c所示。所示。 三个三个PN结：结： 。如。如图图5-25所示。所示。 321 J ,J ,J 图图5-24 晶闸管的外型和符号晶闸管的

44、外型和符号 塑封式塑封式 螺栓式螺栓式 平板式平板式 图图5-25 晶闸管的内部芯片及等效电路晶闸管的内部芯片及等效电路 芯片原理结构芯片原理结构 PN结等效电路结等效电路 互补晶体管等效电路互补晶体管等效电路 2晶闸管的导通与关断条件晶闸管的导通与关断条件 实验电路如实验电路如5-26所示所示 a) 图图5-26 晶闸管的导通实验晶闸管的导通实验 阳极接电源正极，阳极接电源正极， 门极开路，灯不亮门极开路，灯不亮 b） 图图5-26 晶闸管的导通实验晶闸管的导通实验 阳极接电源正极，门阳极接电源正极，门 极接正电压，灯亮极接正电压，灯亮 c） 图图5-26 晶闸管的导通实验晶闸管的导通实验

45、导通后断开门极，导通后断开门极， 灯仍亮灯仍亮 实验总结：实验总结： 1）不加门极电压，即使阳极加正电压）不加门极电压，即使阳极加正电压 ，管子也不能导通。，管子也不能导通。 2）只有在阳极加正电压，同时门极也加正电压，管子才导通。）只有在阳极加正电压，同时门极也加正电压，管子才导通。 3）一旦晶闸管导通，门极将失去作用。）一旦晶闸管导通，门极将失去作用。 结论：结论： 晶闸管的导通条件：晶闸管的导通条件：阳极加正电压，同时门极也加正电压。阳极加正电压，同时门极也加正电压。 晶闸管的关断条件是：晶闸管的关断条件是：正向阳极电压降低到一定值（或者在正向阳极电压降低到一定值（或者在 晶闸管阳、阴极

46、间施加反向电压）使流过晶闸管的电流小晶闸管阳、阴极间施加反向电压）使流过晶闸管的电流小 于维持电流。于维持电流。 3晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 瞬时使互补晶体管达到饱和导通，即晶闸管由正向阻断状态瞬时使互补晶体管达到饱和导通，即晶闸管由正向阻断状态 转为导通状态；转为导通状态；3）当管子一旦导通，如断开）当管子一旦导通，如断开S，晶闸管仍能，晶闸管仍能 继续导通的原因是强烈的正反馈电流取代了继续导通的原因是强烈的正反馈电流取代了 的作用。的作用。 G I 晶闸管的工作原理如图晶闸管的工作原理如图5-27所示。所示。原理分析：原理分析：1）阳极加正）阳极加正 向电压，使互补晶体管有正确接法

47、的工作电源；向电压，使互补晶体管有正确接法的工作电源； 2）开关）开关S 闭合，给闭合，给N1P2N2型晶体管的基极输入电流，经过强烈的正型晶体管的基极输入电流，经过强烈的正 反馈即反馈即 1b11c1b2b22C2bGG IIIIIIIU 强烈正反馈强烈正反馈 图图5-27 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 二、晶闸管的伏安特性二、晶闸管的伏安特性 晶闸管的正向伏安特性如图晶闸管的正向伏安特性如图5-28右侧所示右侧所示 。 正向阻断：正向阻断： 时，时， 结处于反向偏置，管子只有很小结处于反向偏置，管子只有很小 的正向漏电流。的正向漏电流。 0 G I 2 J 硬导通：硬导通： 时，时，

48、结被击穿，电流突然上升，管子结被击穿，电流突然上升，管子 由阻断状态变为正向导通状态，管子导通是不可控的，多次由阻断状态变为正向导通状态，管子导通是不可控的，多次 硬导通会损坏管子。硬导通会损坏管子。 BOa UU 2 J 正向导通：正向导通：门极有适当的门极有适当的 流入，使管子正向导通。流入，使管子正向导通。 G I 反向阻断：反向阻断： 结反偏，晶闸管只流过很小的反向电流。结反偏，晶闸管只流过很小的反向电流。 31 JJ 和 反向击穿：反向击穿：当反向电压增大到反向击穿电压时当反向电压增大到反向击穿电压时 ， 结被击穿，管子反向导通，此时功耗很大，可能损坏。结被击穿，管子反向导通，此时功

49、耗很大，可能损坏。 RO U 31 JJ 和 晶闸管的反向伏安特性如图晶闸管的反向伏安特性如图5-28左侧所示左侧所示 。 图图5-28 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 正向转折电压正向转折电压 断态正向不重复峰值电压断态正向不重复峰值电压 断态正向重复峰值电压断态正向重复峰值电压 BO U DRM U DSM U 反向击穿电压反向击穿电压 断态反向不重复峰值电压断态反向不重复峰值电压 断态反向重复峰值电压断态反向重复峰值电压 RO U RSM U RRM U 三、晶闸管的主要参数三、晶闸管的主要参数 1电压参数电压参数 （1）断态正向重复峰值电压）断态正向重复峰值电压 和反向重复峰值电压和反向重复峰值电压 （ ）是门极开路而元件的结温为额定值时，）是门极开路而元件的结温为额定值时， 允