第一章常用半导体器件

第一章

二极管、晶体管、晶闸管21.1二极管导体：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：导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、等。3本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）。1.1.1半导体基础知识杂质半导体：向本本征半导体掺如特定的杂质，能该原本征半导体的导电特性；杂质半导体有N型（电子型）和P型（空穴型）。4半导体的导电特性

1.掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。2.热敏性和光敏性：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。51.1.2二极管的单向导电性PN结具有单向导电性。当PN结正向偏置时（P加正，N加负），形成较大正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时（P加负，N加正），形成较大反向电流，PN结处于截止状态；二极管是最基本的半导体器件，从本质上说它就是一个PN结。6

伏安特性UI死区电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR

加正向电压（正偏）——-电源正极接P区，负极接N区

1、正向偏置时加在二极管两端的正向电压较小时，二极管不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。

2、当正向电压达到某一数值后（死区电压）二极管才能真正导通。3、导通后二极管两端的电压基本上保持不变，这个数值称为二极管的“正向压降”加反向电压——电源正极接N区，负极接P区

1、反向偏置时二极管会流过微弱的反向电流，这个电流称为漏电流。

2、漏电流与环境温度紧密关联，温度越高漏电流越大，反之亦反。同等温度下，锗管漏电流比硅管显著。

锗二极管T硅的曲线向锗的曲线靠拢7PN结加正向电压时呈现低电阻，PN结导通；PN结加反向电压时呈现高电阻，PN结截止。

结论：PN结具有单向导电性

二极管具有单向导电性总结81.1.3二极管的名称1、国产命名参考<附录1>2、国外命名日本以“1S”开头，美国以“1N”开头。91.1.4二极管的分类划分方法及种类说明按功能划分整流二极管专门用于整流的二极管开关二极管作为电子开关使用稳压二极管专门用于直流稳压的二极管（小电流输出）发光二极管专门用于指示的二极管，能发出可见光光敏二极管对光（红外光、激光）有敏感作用的二极管变容二极管高频电路中作为可调电容器使用按PN结大小划分点接触型专门用于检波等小电流信号处理的二极管面接触型专门用于整流等大电流信号处理的二极管按封装划分塑料封装小功率二极管常采用的封装形式玻璃封装一般为点接触型，工作电流小但工作频率高，如小信号检波电路的应用金属封装一般为面接触型二极管，电流大，频率低，如大功率整流电路的应用按材料划分硅二极管硅材料二极管锗二极管锗材料二极管101.1.6主要参数1.正向额定电流IFM

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.最高反向工作电压VRM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。通常最高反向工作电压是击穿电压的一半或三分之一。3.反向饱和电流ICEO（反向漏电流）

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。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。11【例1】电路如图所示，V为理想二极管，判断二极管的状态，并求出V0是多少？6VV12V3KΩ＋－V0＋－解：（1）假设：二极管都截止，接地点∴V正=12VV负=6V电压=0V∴V正－V负=6V>0∴二极管导通（2）∴V0=12V12【例2】电路如图所示，V为理想二极管，判断二极管的状态，并求出VAB是多少？V1V212V9VRAB电压=0V假设：二极管都截止，接地点解：（1）＋－＋－∴V1+=0VV1+V1－=－9VV1－V2+V2+=－12VV2－V2－=－9V∴V1+>V1－∴V2+<V2－∴V1导通V2截止（2）∴VAB=0V类似这样的电路不可能两个二极管都导通13V1V26V12VAB假设：二极管都截止，接地点解：（1）＋＋－－∴V1+=12VV1－=

0VV2+=12VV2－=－6V∴V1+>V1－∴V2+>V2－类似这样的电路不可能两个二极管都导通∴V1+

－V1－＝12-0=12V∴V2+

－V2－＝12-(-6)=18V<∴V2

优先导通V2

导通后，V1+

=－6V∴V1

截止（2）∴VAB=－6VR【例3】电路如图所示，V为理想二极管，判断二极管的状态，并求出VO是多少？V1V2V3V4VO＋－－12V＋12V＋6V＋8V0VABRR假设：二极管都截止解：（1）∴VA=12V∴V1+>V1－∴V2+>V2－V1+=VA=12VV1－=

6VV1压差=6VV2+=VA=12VV2－=

0VV2压差=12V∴V2优先导通V1截止这时VA=0VVB=－12V∴V3+>V3－∴V4+>V4－V3压差=12VV4压差=20V∴V4优先导通V3截止∴VO=VB=8V（2）15【例4】电路如图所示，V为理想二极管，判断二极管的状态，并求出VO是多少？R1KΩ－5V－3V0V＋3VVOV1V2V3解：（1）假设：二极管都截止AVA=－5V所有二极管的负极V－V1+=－3VV2+=0VV3+=＋3V所有二极管都正偏V1压差=2VV2压差=5VV3压差=8V∴V3优先导通这时VA=＋3VV1+=－3V∴V1截止V2+=0V∴V2截止∴VO=VA=3V（2）161.2晶体管1.2.1晶体管基础知识BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型1.晶体管的结构17BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高18BECNNP基极发射极集电极发射结集电结19BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管符号202.晶体管的名称1、国产命名参考<附录1>2、国外命名日本以“2S”开头，美国以“2N”开头。213.晶体管的的分类划分方法及种类说明按结构划分PNP-NPN-按材料划分硅管用半导体硅材料制造的管子锗管用半导体锗材料制造的管子按工作频率划分低频管共射特征频率低于3MHz（如8050、8550）高频管共射特征频率高于3MHz（如9018）按功率划分小功率管耗散功率小于1瓦（如8050、8550）中功率管耗散功率几瓦（如TIP41、TIP42）大功率管耗散功率为几瓦～几十瓦按用途划分普通放大三极管模拟放大电路使用的管子开关三极管开关控制电路使用的管子224.晶体管的封装外形

231.2.1电流分配和放大原理ICmAAVVVCEVBERbIBVCCVBBRPmAIERC“放大”是指三极管具有电流放大能力。①交流电流放大倍数简称交流ββ基本上是定值

晶体管最基本的和最重要的特性②直流电流放大倍数直流25放大能力实质上是IB对VCE的控制能力，因为无论是IB和IC，它们都来自于电源。放大的“源”来自于

外加的直流电IE=IC+IB

∵IBμAIC

mA∴IE≈

IC

三极管中的电流分配关系26一.输入特性VCE

=0.5VVCE

1VIB(A)VBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管VBE0.6~0.7V,锗管VBE0.2~0.3V。VCE=0V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。1.2.3

特性曲线iB=f（VBE)｜VCE=常数27二、输出特性IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当VCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。1、放大区iC=f（VCE)｜IB=常数28IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中集电结正偏，IB>IC，VCES0.2V称为饱和区。2、饱和区29IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,VBE<死区电压，称为截止区。3、截止区30输出特性三个区的特点:放大区：

即：IC=IB,且IC

=

IB

VCE=VCC-ICRC(2)饱和区：

即：VCEVBE

，

IB>IC，VCE0.2V

(3)截止区：

VBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结正偏。31三、主要参数

前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：

工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：1.电流放大倍数和

322.极间反向饱和电流ICEO=(1+β）ICBO集电极—基极反向饱和电流ICBO穿透电流ICEO两者的关系会随温度的升高而增大，ICEO大反映三极管温度稳定性差，ICEO越小越好3.极限参数

集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的2/3时的集电极电流即为ICM。集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO

基极开路时，加在集-射极之间的最大允许电压V(BR)CEO，电压超过此值后，三极管就会被击穿。集电极最大电流ICM

三极管最大允许平均功率，它是IC和VCE乘积允许的最大值，超过此值三极管会过热而损坏。集电极最大允许耗散功率PCM34总结：偏置条件发射结反偏截止发射结正偏集电结正偏饱和发射结正偏集电结反偏放大NPN:VBE≤0PNP:VBE≥0NPN:VBE≥VCE＞0PNP:VBE≤VCE＜0NPN:VC＞VB＞VEPNP:VE＞VB＞VC35【例】假设VBB=VCC=10V，RP短路，Rb=470Ω，RC=2.7kΩ，β=100，默认晶体管导通时，VBE=0.6V。（1）通过计算判断晶体管的工作状态VBBVCCRCRbVBE输入回路：IB

ebc

VCE输出回路：

比较VBE和VCE

发射结正偏

集电结反偏放大37（2）假设Rc=5.6kΩ，通过计算判断晶体管的工作状态VBBVCCRCRbVBEIBebcVCE输入回路不变：IB=20μAIC=2mA

=－1.2VVCE最小=饱和压降VCES=0.2V∴晶体管处于饱和状态38（3）保持Rb不变，改变RC，若使晶体管刚好饱和（Vces=0.2V），则这时Rc为多少？保持Rb=470KΩ不变IB=20μΑ则Ic=2mΑ

VCES

（4）保持Rc不变，改变Rb，若使晶体管刚好饱和，则这时Rb为多少？保持Rc=2.7KΩ不变

VCES

（5）保持Rc、Rb不变，仅改变晶体管样品，若使晶体管刚好饱和，则这时β值为多少？保持Rb=470kΩ不变

保持RC=2.7kΩ不变，刚好饱和

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一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。

体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。

特点1.3

晶闸管421.3.1基本结构A（阳极）四层半导