二极管和三极管PPT精品文档

1、127.1 半导体基础知识半导体基础知识 自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。半导体和绝缘体。 掺杂性掺杂性 ：通过掺入杂质可明显改变半导体的电导率，（在：通过掺入杂质可明显改变半导体的电导率，（在30的纯锗中掺入一亿分之一的杂质，电导率增加几百倍）的纯锗中掺入一亿分之一的杂质，电导率增加几百倍）导电能力介于导体与绝缘体之间。导电能力介于导体与绝缘体之间。热敏性热敏性：温度可明显改变半导体的电导率。：温度可明显改变半导体的电导率。光敏性光敏性：光照可改变半导体的电导率，还可产生电动势，：光照可改变半导体的电导率，还可产

2、生电动势，这是这是BJT的光电效应。的光电效应。一、半导体的特点：一、半导体的特点：3二、本征半导体二、本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi4本征半导体晶体本征半导体晶体+4+4+4+4+4+4+4+4+4价价电电子子共共价价键键5二、杂质半导体二、杂质半导体61 1、N N型半导体（电子型）型半导体（电子型

3、） 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷、砷、锑，则构成素，如磷、砷、锑，则构成N型半导体。见下图。型半导体。见下图。7N型半导体的共价键结构型半导体的共价键结构 82、P型半导体（空穴型）型半导体（空穴型） 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼、铝、铟，则构成三价元素，如硼、铝、铟，则构成P型半导体。型半导体。9P型半导体共价键结构型半导体共价键结构 +4+4+4+4+4+4+4+4+4+3受主受主原子原子空穴空穴10三、三、PN结结 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为在一块半导体单晶上一侧

4、掺杂成为 P 型半导体，型半导体，另一侧掺杂成为另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层形成了一个特殊的薄层(不能移动的正、负离子不能移动的正、负离子)，称称为为 PN 结结。 PNPN结结1、PN结的形成结的形成112、PN结的单向导电性结的单向导电性（1）正向偏置：）正向偏置：P“+”，N“-”PN电路中有较大的正向电流，电路中有较大的正向电流，PN结导通，相当于导线。结导通，相当于导线。I12（2）反向偏置：）反向偏置：P“-”，N“+”PN电路中有很小的反向电流，电路中有很小的反向电流，PN结截止，相当于断路。结截止，相当于断路。

5、IS 反向电流又称反向电流又称反向饱和电流反向饱和电流，数值非常小（，数值非常小（A级）。级）。对温度十分敏感对温度十分敏感，随着温度升高，随着温度升高， IS 将急剧增大将急剧增大。133. PN结的反向击穿结的反向击穿 反向击穿：反向击穿：当反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加当反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加的现象称为反向击穿（的现象称为反向击穿（电击穿电击穿）。若不加限流措施，）。若不加限流措施，PN结将结将过热而损坏，此称为过热而损坏，此称为热击穿热击穿。电击穿是可逆的，而热击穿是。电击穿是可逆的，而热击穿是不可逆的，应该避免。不可逆的，应该避免。147.2 半导体二极管

6、半导体二极管1516 点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可用在检波和变频等高频电路中。电容小，可用在检波和变频等高频电路中。面接触型二极管面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流过的结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作，可用作工频大电流大，但只能在较低频率下工作，可用作工频大电流整流电路。电流整流电路。17+-阴极阴极阳极阳极一、符号一、符号 常见的二极管有金属、塑料和玻璃三种封装常见的二极管有金属、塑料和玻璃三种封装形式。按照应用的不同，二极管分为整流、检形式。按照应用的不同，二极管分为整流、检波、开关、稳压、发光、光电、

7、快恢复和变容波、开关、稳压、发光、光电、快恢复和变容二极管等。根据使用的不同，二极管的外形各二极管等。根据使用的不同，二极管的外形各异，下图所示为几种常见的二极管外形。异，下图所示为几种常见的二极管外形。1819二、二、 伏安特性伏安特性 二极管两端的电压二极管两端的电压u及其流过二极管的电流及其流过二极管的电流i之间之间的关系曲线，称为二极管的伏安特性。的关系曲线，称为二极管的伏安特性。1、正向特性、正向特性 二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称为二极管的正向特性。如下图所示，当二极管所加正为二极管的正向特性。如下图所示，当二极管所加正向电压比较小

8、时（向电压比较小时（0ufm，二极管的，二极管的单向导电性降低。单向导电性降低。27四、二极管的测试四、二极管的测试1、二极管极性的判定、二极管极性的判定（1）目测判别极性）目测判别极性触丝触丝半导体片半导体片28（2）用万用表检测二极管）用万用表检测二极管在在 R 100或或 R 1 k 挡测量挡测量红表笔红表笔是是( (表内电源表内电源) )负极负极，黑表笔黑表笔是是( (表内电源表内电源) )正极正极。 正反向电阻各测量一次，正反向电阻各测量一次， 测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。a. a. 用指针式万用表检测用指针式万用表检测一般硅管正向电阻为几千一般硅管正向电阻为几千欧，

9、锗管正向电阻为几百欧；欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻为几百千欧。反向电阻为几百千欧。 正反向电阻相差不大为正反向电阻相差不大为劣质管。劣质管。 1k 0 0 029b.b. 用数字式万用表检测用数字式万用表检测红红表笔是表笔是( (表内电源表内电源) )正极，正极，黑黑表笔是表笔是( (表内电源表内电源) )负极。负极。2k20k200k2M20M200 在在 挡进行测量，当挡进行测量，当 PN 结完结完好且正偏时，显示值为好且正偏时，显示值为PN 结两端结两端的正向压降的正向压降 ( (V) )。反偏时，显示反偏时，显示 。302、二极管好坏的判定、二极管好坏的判定 （1）若测得的反向电

10、阻很大（几百千欧以）若测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极管性能良好。管性能良好。 （2）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。表明二极管短路，已损坏。 （3）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。明二极管断路，已损坏。31半导体器件的命名方式半导体器件的命名方式第一部分第一部分数字数字 字母字母 字母字母(汉拼汉拼) 数字数字 字母字母(汉拼汉拼) 电极数电极数 材料和极性材料和极性 器件类型器件类型

11、序号序号 规格号规格号2 二极管二极管3 三极管三极管第二部分第二部分第三部分第三部分A 锗材料锗材料 N 型型B 锗材料锗材料 P 型型C 硅材料硅材料 N 型型D 硅材料硅材料 P 型型A 锗材料锗材料 PNPB 锗材料锗材料 NPNC 硅材料硅材料 PNPD 硅材料硅材料 NPNP 普通管普通管W 稳压管稳压管Z 整流管整流管K 开关管开关管U 光电管光电管X 低频小功率管低频小功率管G 高频小功率管高频小功率管D 低频大功率管低频大功率管A 高频大功率管高频大功率管第四部分第四部分第五部分第五部分例：例： 2CP 2AP 2CZ 2CW 普通硅二极管普通硅二极管 普通锗二极管普通锗二极

12、管 硅硅整流二极管整流二极管 硅硅稳压二极管稳压二极管 32二极管的一般符号二极管的一般符号 二极管的符号二极管的符号发光二极管发光二极管 稳压二极管稳压二极管 光电二极管光电二极管 变容二极管变容二极管 隧道二极管隧道二极管 温度效应温度效应二极管二极管 t 双向击穿二极管双向击穿二极管 磁敏二极管磁敏二极管 体效应二极管体效应二极管 双向二极管双向二极管 交流开关二极管交流开关二极管33五、二极管应用电路举例五、二极管应用电路举例34六、特殊二极管六、特殊二极管1、稳压二极管、稳压二极管3536（1）稳压管的伏安特性和符号）稳压管的伏安特性和符号稳压二极管的伏安特性和符号 37（2）稳压管

13、的主要参数）稳压管的主要参数3839（3）应用稳压管应注意的问题）应用稳压管应注意的问题40412、发光二极管、发光二极管424344发光二极管的外形和符号 453、光电二极管、光电二极管光电二极管的基本电路和符号46474、变容二极管、变容二极管485、激光二极管、激光二极管497.3 半导体三极管（半导体三极管（BJT）50一、结构和符号一、结构和符号51常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。各有型。各有PNP型和型和NPN型两种结构。型两种结构。( (a) )平面型平面型( (NPN) )( (b) )合金型合金型( (PNP) )N

14、ecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发射极，发射极，b 基极，基极，c 集电极。集电极。集电区集电区基区基区发射区发射区集电区集电区发射区发射区基区基区一、结构和符号一、结构和符号52平面型平面型( (NPN) )三极管制作工艺三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在在 N 型硅片型硅片( (集电区集电区) )氧化膜上刻一个窗口，将氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成硼杂质进行扩散形成 P 型型( (基区基区) )，再在，再在 P 型区上刻型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散

15、窗口，将磷杂质进行扩散形成形成N型的发射区。引出型的发射区。引出三个电极即可。三个电极即可。合金型三极管制作工艺：合金型三极管制作工艺：在在 N 型锗片型锗片( (基区基区) )两边各置两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两型锗接触，冷却后形成两个个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。535455部分三极管的外型部分三极管的外型56半导体器件的命名方式半导体器件的命名方式第一部分第一部分数字数字 字母字母 字母字母(汉拼汉拼) 数字数字 字母字母(汉拼汉拼) 电极数电极数 材料和极性材料和极性

16、器件类型器件类型 序号序号 规格号规格号2 二极管二极管3 三极管三极管第二部分第二部分第三部分第三部分A 锗材料锗材料 N 型型B 锗材料锗材料 P 型型C 硅材料硅材料 N 型型D 硅材料硅材料 P 型型A 锗材料锗材料 PNPB 锗材料锗材料 NPNC 硅材料硅材料 PNPD 硅材料硅材料 NPNP 普通管普通管W 稳压管稳压管K 开关管开关管Z 整流管整流管U 光电管光电管X 低频小功率管低频小功率管G 高频小功率管高频小功率管D 低频大功率管低频大功率管A 高频大功率管高频大功率管第四部分第四部分第五部分第五部分例：例： 3AX31 3DG12B 3DD6PNP低频小功率锗三极管低频

17、小功率锗三极管 NPN高频小功率硅三极管高频小功率硅三极管 NPN低频大功率硅三极管低频大功率硅三极管 3CG 3AD 3DK PNP高频小功率硅三极管高频小功率硅三极管 PNP低频大功率锗三极管低频大功率锗三极管 NPN硅开关三极管硅开关三极管 57以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用二、电流分配原则及放大作用二、电流分配原则及放大作用1 1、放大条件、放

18、大条件58（1）内部条件：）内部条件：NNPebcN N NP P P发射区高掺杂；发射区高掺杂；基区做得很薄基区做得很薄。通常只有几微米到。通常只有几微米到几十微米，而且几十微米，而且掺杂较少掺杂较少；集电结面积大。集电结面积大。（2）外部条件：）外部条件：59 为电流放大倍数，其范围约为：为电流放大倍数，其范围约为：20200。BCEBCEIBICIEIBICIENPNPNP60一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA - -0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.9

19、1 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961. 任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE = IB + IC，IB IC0，集电结已进入反偏状，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的态，开始收集电子，基区复合减少，同样的uBE下下IB减小，减小，特性曲线右移。特性曲线右移。(a) 当当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。uCE 1ViB( A)uBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.8V,锗管锗管UBE 0.20.3V。uCE=0VuCE

20、=0.5V 死区电压死区电压:硅硅管管0.5-0.7V，锗管锗管0.1-0.3V。65动画动画66输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当UCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB , 且且 IC = IB 。此区域此区域称为线称为线性放大区。性放大区。此区域中此区域中UCE UBE,集集电结正偏，电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。此区域中此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBEUBUE；有发有发射结电压射结电压UBE0.7V；对；对NPN

21、型锗三极管，有型锗三极管，有UBE0.2V。68(2) 饱和区饱和区 发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏 ，即，即UCE UBE ， IBIC，UCE的值很小；称此时的电压的值很小；称此时的电压UCE为三极管的饱和压为三极管的饱和压降，用降，用UCES表示。一般硅三极管的表示。一般硅三极管的UCES约为约为0.3V，锗，锗三极管的三极管的UCES约为约为0.1V； 三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。似于一个开关导通。69(3) 截止区截止区 UBE0IB（1+）IB72 三极管的参数有很多，如电流放大系数、反向电三极管的

22、参数有很多，如电流放大系数、反向电流、耗散功率、集电极最大电流、最大反向电压等，流、耗散功率、集电极最大电流、最大反向电压等，这些参数可以通过查半导体手册来得到。三极管的这些参数可以通过查半导体手册来得到。三极管的参数是正确选定三极管的重要依据，下面介绍三极参数是正确选定三极管的重要依据，下面介绍三极管的几个主要参数。管的几个主要参数。73（1）共发射极电流放大系数）共发射极电流放大系数 它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，此种接法（共发射极）下的电流放大系数。此种接法（共发射极）下的电流放大系数。（2）极间反向电流）极间反向电流集电极基极间的反向饱

23、和电流集电极基极间的反向饱和电流ICBO集电极发射极间的穿透电流集电极发射极间的穿透电流ICEO74（3）极限参数）极限参数集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM 反向击穿电压反向击穿电压7576温度对三极管输入特性的影响温度对三极管输入特性的影响 温度升高温度升高1 1o oC C，U UBE BE 减小约减小约2 2 2.5mV2.5mV，具有负，具有负的温度系数。若的温度系数。若U UBE BE 不变，不变，则当温度升高时，则当温度升高时，i iB B将将增大，正向特性将左移；增大，正向特性将左移；反之亦然。反之亦然。77温度对三极管

24、输出特性的影响温度对三极管输出特性的影响 温度升高，温度升高，I IC C增大，增大， 增增大。大。温度每升高温度每升高1o oC C ， 要增要增加加 0.5% 1.0%T 、 ICEO 、 ICBOICiCuCE温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移线上移78温度对温度对ICBO 的影响的影响(a) (a) I ICBOCBO是集电结外加反向电压平衡少子的漂移运是集电结外加反向电压平衡少子的漂移运动形成的；动形成的；(b) (b) 温度升高温度升高1010o oC C，I ICBOCBO增加约一倍增加约一倍; ;(c) (c) 硅管的硅管的I ICBOCBO 比锗管小得多，所以受温度的影响比锗管小得多，所以受温度的影响也小得多。也小得多。79思考：如何判断三极管的极性？思考：如何判断三极管的极性？1.目测判别三极管极性目测判别三极管极性EBCE C BEBCBECE B C80 当当黑黑（红）（红）表笔接触某一极，表笔接触某一