第八章半导体

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主讲:张闽临赣州华坚科技职业学校（第八章常用半导体元件）电工与电子技术2本章要求：一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；

二、了解二极管、三极管和晶闸管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；

三、会分析含有以上半导体元件的电路。8.1半导体的基本知识导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。38.1.1本征半导体

本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。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。

4GeSi本征半导体的导电机理1.载流子、自由电子和空穴在绝对0度（-273.15℃

）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴5本征半导体的导电机理6+4+4+4+4+4自由电子束缚电子空穴

本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度：温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。8.1.2杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。7一、N型半导体

在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为带正电的自由电子，二、P型半导体

在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个带负电的空穴。8

掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。8.1.3PN结PN结的形成9

在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。一、PN

结正向偏置10PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流，PN结变薄。变薄二、PN

结反向偏置

PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正电压。内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。11变厚PN结——单向导电128.2半导体二极管

8.2.1基本结构

PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管，用塑料、玻璃和金属封装外壳。13半导体二极管的结构

141.点接触型二极管

3.平面型二极管的结构

2.面接触型二极管的结构8.2.2伏安特性

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正向电压分死区，硅管为0.5V，超过死区电压后电流增大，二极管导通。反向电压只有很小的电流，二极管不导通。超过击穿电压才导通。8.2.3主要参数1.最大整流电流IOM

二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压UBR

二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.反向电流IR

指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大4.二极管的极间电容168.2.4特种二极管171、稳压二极管稳压——当反向电压达到或超过稳压值时，反向电流增大，反向电压被稳定在稳压值上。

2、发光二极管18发光二极管用特殊半导体材料（如砷化镓）制成的可发光的二极管。

常用二极管198.3.1半导体三极管基本结构

三极管分为NPN和PNP两种，作用分为开关、放大等。共有3个引脚，分别是B（基极），C（集电极），E（发射极）。208.3.2三极管符号：21三极管放大原理22CEB8.3.3三极管放大原理23IB/mA00.020.040.060.08IC/mA0.0010.701.502.303.10IE/mA0.0010.721.542.363.18三极管工作特点是：发射结正向偏置，集电结反向偏置,实验得出以下数据:mAmAmA8.3.4输入特性曲线24

输入特性曲线是在保持集电极与发射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与基极射极间电压UBE的关系曲线。它反映了晶体管输入回路中电压与电流的关系8.3.5输出特性曲线

25三极管的工作状态可分为截止区、饱和区和放大区。8.3.6输出特性三个区域的特点:(1)放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：Ic=βIB,且ΔIc=βIbΔ(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCE<UBE，βIB>IC，UCE≈0.3V(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏。

UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO≈0268.3.7主要参数271、电流放大倍数和β：分直流放大倍数和交流电流放大倍数。2、集-射极反向截止电流ICEO；3、集电极最大电流ICM；4、集-射极反向击穿电压U（BR）CEO；5、集电极最大允许功耗PCM：集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热。6、集-基极反向截止电流ICBO：ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。28电子管常用三极管298.4.1晶闸管的结构与符号30

晶闸管由四层半导体组成，分别为PNPN，3个PN结，3个脚为阳极、控制极（门极）和阴极。俗称“电子开关”。8.4.2单向晶闸管工作原理311、正向阻断：控制极不通电，晶闸管不通。2、正向导通：控制极通电，晶闸管导通。控制极断开，晶闸管仍导通。3、反向阻断：控制极通电与否，晶闸管都不通。4、晶闸管断开：只有在主电源中断或电流低于维持电流时，晶闸管才能断开。（1）（2）（4）（3）32单向晶闸管工作原理：内部分析工作过程：当晶闸管承受正朝阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失往阻挡作用。图b中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流进时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。维持电流Ih导通电流（1）8.4.3晶闸管（可控硅）的定义

普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。特性：1、晶闸管具有可控性。2、晶闸管具有单向导电性。3、晶闸管一但导通，门极便失去控制作用。33晶闸管的参数1、正向平均管压降Uf2、最小触发电压Uc:3、额定正向平均电流It:4、维持电流Ih:348.4.4晶闸管检测351．检查逆导性：选择万用表R×1档，黑表笔接K极，红表笔接A极（见图），电阻值应为5～10Ω。若阻值为零，证明内部二极管短路；电阻为无穷大，说明二极管开路。2．测量正向直流转折电压V（BO）：按照（b）图接好电路，再按额定转速摇兆欧表，使RCT正向击穿，由直流电压表上读出V（BO）值。3．检查触发能力

8.4.5晶闸管调压电路36

由VD1-4组成整流桥对交流全波整