电工学第8章半导体器件

1、第 8 章 半导体器件8.1 半导体基础知识8.2 半导体二极管8.6 集成电路8.3 特殊二极管8.4 双极型晶体管8.7 晶闸管8.5 场效应晶体管 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。（硅、锗）（一）本征半导体8.1 半导体基础知识 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。（二）杂质半导体掺入三价元素（如硼） P型半导体 掺入五价元素（如磷） N型半导体 （三）PN结的形成PN结（四）PN结的单向导电性+I正+I反0 结论：PN结加正向电压导通PN结加反向电压截止单向导电性8.2 半导体二极管（一）基本结构按材料分硅管锗管按PN结分点接触型面接触型按用途分

2、普通管整流管PN阳极阴极下一节上一页下一页返 回上一节图 8.2.1 半导体二极管硅管0.5V,锗管0.2V。反向击穿电压U(BR)导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通。 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。反向特性特点：非线性硅0.7V锗0.3VUI死区电压PN+PN+ 反向电流在一定电压范围内保持常数。（二）伏安特性（二极管电流与电压之间的关系）正向特性UIOUDUIOUIOAABB硅锗正向：死区（ OA 段）: 硅管约 0.5 V， 锗管约 0.2 V； 正向导通区: 硅管 约 0.7 V，锗管约0.3 V温度增加，曲线左移反向：截止区（ OB 段）: I 近似

3、为 0； 击穿区: 管子被击穿半导体二极管的伏安特性(a) 近似特性 (b) 理想特性返 回（三）主要参数(1)IF ：额定正向平均电流(2)UF ：正向电压降(3)UR ：最高反向工作电压(4)Irm ：最大反向电流以上各值是选择二极管的依据。下一节上一页下一页返 回上一节 因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则截止 单向导电性。电路如图，求：UAB V阳 =6 V V阴 =12 V V阳V阴 二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V例1： 取 B 点作参考点，断开二极管，分

4、析二极管阳极和阴极的电位。 在这里，二极管起钳位作用。 D6V12V3kBAUAB+ 二极管电路分析举例 ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui UD1 D2 优先导通， D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V例3:D1承受反向电压为6 V流过 D2 的电流为求：UAB 在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。 BD16V12V3kAD2UAB+(四)、二极管的主要应用限幅钳位隔离直流稳压电源稳压二极管(P217)1. 符号 UZIZIZM UZ IZ2. 伏安特性 稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其

5、两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。_+UIO8.3 特殊二极管3. 主要参数(1) 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2) 电压温度系数 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3) 动态电阻(4) 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM(5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。8.4 双极型晶体管NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管(一)基本结构PNP型三极管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射

6、结集电结：面积大BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大下一节上一页下一页返 回上一节三极管放大的外部条件:BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP ： VCVBVBVE(二)工作状态（1）晶体管中电流的分配下一节上一页下一页返 回上一节各电极电流关系及电流放大作用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）三电极电流关系 ： IE = IB + IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB 4）IC=IB 把

7、基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。基极电流对集电极具有小量控制大量的作用。下一节上一页下一页返 回上一节BECNNPEBRBECRCIBICIE放大状态：IC=IBUBE0.7VUBEUCEUCC截止状态：IB = 0 , IC = ICEO 0UBE0.5VUCE UCC临界饱和：IC=IBUCE =UBE =0.7V饱和状态：IC IB ，深度饱和时，IC基本不再随IB增大。UBE0.7VUCEVBVE(3)三极管的特性曲线ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+共发射极电路发射极是输入回路、输出回路的公共端 1. 输入特性特点:非线性死区电压

8、：硅管0.5V，锗管0.2V。正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.7VPNP型锗管 UBE 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VOICEBmAAVUCEUBERBIBECV+2. 输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1) 放大区 在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。 在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+IB=020A40A60A80A100A36IC(mA

9、 )1234UCE(V)912O（2）截止区IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区 当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 深度饱和时， 硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V。(四)主要参数 (1) 电流放大系数 （hFE）、 （hfe）：同一型号的晶体管 值有较大差别； 值与 IC有关，一般 值为 100 左右为宜。 (2) 穿透电流 ICEO : ICEO 大的晶体管其温度稳定 性差。( IB=0 ) (3) 集电

10、极最大允许电流 ICM ： Ic = ICM 时， 将下降到正常值的 23。上一页下一页返 回下一节上一节直流电流放大系数交流电流放大系数 (5) 反向击穿电压 U（BR）CEO ： 基极开路时，C、E 之间允许 承受的最大反向电压。 (4) 集电极最大允许耗散功率 PCM ：PCM = UCE IC ，若超过 PCM 则晶体管易烧坏。PCM安全区ICmAUCEV过损耗区上一页下一页返 回下一节上一节O 功耗曲线（1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。例1： 测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位值V1、V2、V3，判断管子的类型、材料及三个极。NPN型硅管，1、2、3依次为

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依次为B、E、CPNP型硅管，1、2、3依次为C、B、EPNP型鍺管，1、2、3依次为C、B、E上一页下一页返 回下一节上一节例2：测得电路中三极管各极对地的电位值如下表所示，判断各管的工作状态及类型。管号VB（V）VC（V）VE（V）T1-0.3-50T22.732.32T31-60T1：UBE = -0.3V，VEVBVC，放大状态，PNP型T2： UCE = 0.3V， VEVCVB，饱和状态，NPN型T3： UCE = -6V， VCVEVB，截止状态，PNP型上一页下一页返 回下一节上一节例3：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB