第1章-了解半导体元器件讲解课件.ppt

1、第第1章章化学工业出版社学习目标学习目标1.了解半导体的基础知识，理解PN结的形成及其单向导电性；2.了解二极管的结构，掌握其伏安特性并能对具体电路进行分析及其应用；下一页下一页第第1章章化学工业出版社3.了解稳压二极管、光电二极管、发光二极管及激光二极管的特性及应用；4.了解三极管的基本结构、特性曲线，掌握其电流分配与放大原理，并能根据具体要求选择符合功能条件的三极管；5.了解晶闸管的结构及其工作原理，掌握其伏安特性曲线。下一页下一页第第1章章化学工业出版社下一页下一页 返回返回第第1章章化学工业出版社1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.1.2 PN结结返回返回下一页下一页第第1

2、章章化学工业出版社 1.概念 自然界的物质，根据物体导电能力（电阻率）的不同，可划分为：导体绝缘体半导体 1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第1章章化学工业出版社 2.半导体的特点 在外界能源的作用下，导电性能显著变化在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第1章章化学工业出版社 半导体可分为本征半导体和杂质半导体。3本征半导体 化学成分纯净、结构完整的半导体。1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第1章章化学工业出版社（1）本征半导体的共价键结构（2）电子空穴对（3）空穴的移动1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第1

3、章章化学工业出版社4杂质半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元素后所形成的半导体。在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第1章章化学工业出版社 根据掺杂元素的性质，杂质半导体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半导体。P型（positive）半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一空穴。在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度。1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第

4、1章章化学工业出版社N（negative）型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素如磷、砷和锑等，可形成N型半导体，也称电子型半导体。1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第第1章章化学工业出版社1PN结的形成1.1.2 PN结结第第1章章化学工业出版社1.1.2 PN结结第第1章章化学工业出版社 2PN结的单向导电性PN结正向偏置PN结反向偏置PN结的击穿1.1.2 PN结结第第1章章化学工业出版社1.2.1 二极管的结构二极管的结构1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.3 主要参数主要参数1.2.4 二极管电路的应用举例二极管电路的应用举例返回返回下一页下一页第第1章章

5、化学工业出版社1二极管的结构二极管的结构点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，用于检波和变频等高频电路。结面积小，用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。结面积大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管平面型二极管 PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。电路中。返回返回下一页下一页1.2.1 二极管的结构二极管的结构第第1章章化学工业出版社2二极管的图形符号二极管的图形符号返回返回下一页下一页1.2.1 二极管的结构二极管的结构第第1章章化学工业出版社3二极管的实物照片二极管的实物照片返回返回

6、下一页下一页1.2.1 二极管的结构二极管的结构第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性第第1章章化学工业出版社1二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流IF最大反向工作电压最大反向工作电压URM 反向电流反向电流IR正向压降正向压降UF最高工作频率最高工作频率fM返回返回下一页下一页1.2.3 主要参数主要参数第第1章章化学工业出版社2二极管的大信号模型二极管的大信号模型 根据二极管伏安特性，可把它导通和根据二极管伏安特性，可把它导通和截止两种状态。截止两种状态。对于对于硅管硅管来说当来说当ud0.7V时就导通。时就导通。对于对

7、于锗管锗管来说当来说当ud0.2V时就导通。时就导通。返回返回下一页下一页1.2.3 主要参数主要参数第第1章章化学工业出版社3.二极管的性能测试二极管的性能测试 如果测得正、反向电阻均为无穷大，说明内部断路；若测量值均为零，则说明内部短路；如测得正、反向电阻几乎一样大，这样的二极管已经失去单向导电性，没有使用价值了。二极管正、反向电阻的测量值相差愈大愈好。返回返回下一页下一页1.2.3 主要参数主要参数第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.2.4 二极管电路的应用举例二极管电路的应用举例1整流第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.2.4 二极管电路的应用举例二极管电路的应

8、用举例2钳位第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.2.4 二极管电路的应用举例二极管电路的应用举例3限幅第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.2.4 二极管电路的应用举例二极管电路的应用举例4元件保护 第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.2.4 二极管电路的应用举例二极管电路的应用举例5逻辑门电路 第第1章章化学工业出版社1.3.1 稳压二极管稳压二极管1.3.2 光电二极管光电二极管1.3.3 发光二极管发光二极管1.3.4 激光二极管激光二极管返回返回下一页下一页第第1章章化学工业出版社1稳压二极管的符号及伏安特性稳压二极管的符号及伏安特性返回返回下一页下一

9、页1.3.1 稳压二极管稳压二极管第第1章章化学工业出版社2稳压二极管的应用稳压二极管的应用返回返回下一页下一页1.3.1 稳压二极管稳压二极管第第1章章化学工业出版社1光电二极管的符号及实物图光电二极管的符号及实物图返回返回下一页下一页1.3.2 光电二极管光电二极管第第1章章化学工业出版社2光电二极管的特点光电二极管的特点 返回返回下一页下一页1.3.2 光电二极管光电二极管 使用时要反向接入电路中，即其正极接电源负极，负极接电源正极。第第1章章化学工业出版社3光电二极管的应用光电二极管的应用返回返回下一页下一页1.3.2 光电二极管光电二极管远距离光电传输的原理远距离光电传输的原理 第第

10、1章章化学工业出版社1发光二极管的符号、伏安特性及实物图发光二极管的符号、伏安特性及实物图返回返回下一页下一页1.3.3 发光二极管发光二极管第第1章章化学工业出版社2发光二极管的应用发光二极管的应用返回返回下一页下一页1.3.3 发光二极管发光二极管1）指示灯 第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.3.3 发光二极管发光二极管2）七段型数码管 第第1章章化学工业出版社激光二极管简称激光管。受激励能产生激光的二激光二极管简称激光管。受激励能产生激光的二极管。激光管与普通二极管的差异是有一个光谐极管。激光管与普通二极管的差异是有一个光谐振腔（由两个互相平行并与振腔（由两个互相平行并与P

11、N结严格垂直的光结严格垂直的光学平面镜组成）。学平面镜组成）。激光二极管工作时发射的主要是红外线，广泛用激光二极管工作时发射的主要是红外线，广泛用于激光条码阅读器、激光打印机、光盘于激光条码阅读器、激光打印机、光盘CD/VCD/DVD及激光测量等设备上，具有体及激光测量等设备上，具有体积小、重量轻、功率转换效率高和调制方便等优积小、重量轻、功率转换效率高和调制方便等优点。点。返回返回下一页下一页1.3.4 激光二极管激光二极管第第1章章化学工业出版社1.4.1 基本结构基本结构1.4.2 电流分配与放大原理电流分配与放大原理1.4.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线1.4.4 三极管的主要参

12、数三极管的主要参数1.4.5 三极管的选择三极管的选择返回返回下一页下一页第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.4.1 基本结构基本结构第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.4.1 基本结构基本结构第第1章章化学工业出版社1实现电流放大作用的条件实现电流放大作用的条件外部条件外部条件 其发射结加正向偏置，集电结加反向偏置。其发射结加正向偏置，集电结加反向偏置。内部条件内部条件 发射区掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低，集电结面积大。集电结面积大。返回返回下一页下一页1.4.2 电流分配与放大原理电

13、流分配与放大原理第第1章章化学工业出版社2电流放大原理电流放大原理 返回返回下一页下一页1.4.2 电流分配与放大原理电流分配与放大原理第第1章章化学工业出版社1输入特性曲线输入特性曲线返回返回下一页下一页1.4.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线第第1章章化学工业出版社2输出特性曲线输出特性曲线返回返回下一页下一页1.4.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线第第1章章化学工业出版社1电流放大倍数电流放大倍数2穿透电流穿透电流ICEO3最大集电极允许电流最大集电极允许电流ICM4反向击穿电压反向击穿电压U（BR）CEO5集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM6特征频率特征频率fT返回返回

14、下一页下一页1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数第第1章章化学工业出版社从满足电路所要求的功能（如放大作用、开关作从满足电路所要求的功能（如放大作用、开关作用等）出发，选择合适的类型。用等）出发，选择合适的类型。如大功率管、小功率管、高频管、低频管、如大功率管、小功率管、高频管、低频管、开关管等。开关管等。根据电路要求，选择根据电路要求，选择值。值。一般情况下，一般情况下，值越大，温度稳定性越差，值越大，温度稳定性越差，通常通常取取50100。根据放大器频带的要求，选择管子适当的共基极根据放大器频带的要求，选择管子适当的共基极特征频率特征频率fT。根据已知条件选择管子的极限参数，一般要

15、求：根据已知条件选择管子的极限参数，一般要求：最大集电极电流最大集电极电流ICM2IC；击穿电压击穿电压U（BR）CEO2UCC；返回返回下一页下一页1.4.5 三极管的选择三极管的选择第第1章章化学工业出版社1.5.1 晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号1.5.2 类型类型1.5.3 工作原理工作原理1.5.4 晶闸管的伏安特性曲线及其晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数主要参数返回返回下一页下一页第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.5.1 晶闸管的外形、晶闸管的外形、结构及符号结构及符号第第1章章化学工业出版社返回返回下一页下一页1.5.2 类型类型第第1章章化学工业

16、出版社1晶闸管的电路模型晶闸管的电路模型返回返回下一页下一页1.5.3 工作原理工作原理第第1章章化学工业出版社2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理返回返回下一页下一页1.5.3 工作原理工作原理第第1章章化学工业出版社3晶闸管的基本特性总结晶闸管的基本特性总结返回返回下一页下一页1.5.3 工作原理工作原理1 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。管都不会导通。2 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。闸管才能开通。3 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。晶闸管一旦导

17、通，门极就失去控制作用。4 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。零的某一数值以下。第第1章章化学工业出版社4晶闸管的导通条件晶闸管的导通条件返回返回下一页下一页1.5.3 工作原理工作原理 1 阳极与阴极之间加上正向电压；阳极与阴极之间加上正向电压；2 门极与阴极之间加上适当的正向电压。门极与阴极之间加上适当的正向电压。5闸管关断的条件闸管关断的条件实现的方式：实现的方式：减小阳极电压；增大负载电阻；加反向减小阳极电压；增大负载电阻；加反向阳极电压。阳极电压。第第1章章化学工业出版社1晶闸管的伏安特性曲线晶闸管的伏安特性曲线

18、返回返回下一页下一页1.5.4 晶闸管的伏安特晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数性曲线及其主要参数第第1章章化学工业出版社2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 1 额定正向平均电流额定正向平均电流IF 2 维持电流维持电流IH 3 控制极触发电压控制极触发电压UG和电流和电流IG4 正向阻断峰值电压正向阻断峰值电压UDRM 5 反向阻断峰值电压反向阻断峰值电压URRM 返回返回下一页下一页1.5.4 晶闸管的伏安特晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数性曲线及其主要参数第第1章章化学工业出版社3晶闸管的简单测试方法晶闸管的简单测试方法返回返回下一页下一页1.5.4 晶闸管的伏安特晶闸管的伏安特性曲线及其

19、主要参数性曲线及其主要参数 依据依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表用万用表R1k 挡测量阳极挡测量阳极A和阴极和阴极K之间的正、反向之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用小；用R10或或R100挡测量控制极挡测量控制极G和阴极和阴极K之间的之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。如果阳极与阴极

20、或阳极与控制极间有短路，闸管是好的。如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。第第1章章化学工业出版社下一页下一页实践应用实践应用返回返回第第1章章化学工业出版社下一页下一页本章小结本章小结1.半导体的导电能力主要取决于其内部空半导体的导电能力主要取决于其内部空穴和自由电子这两种载流子数目的多少。穴和自由电子这两种载流子数目的多少。提高半导体导电能力最有效的方法是对半提高半导体导电能力最有效的方法是对半导体掺入微量的杂质。根据掺入的杂质不导体掺入微量的杂质。根据掺入的杂质不同分为同分为N型和型和P型半导体。当型

21、半导体。当N型与型与P型半型半导体结合在一起时，在某交界面形成一个导体结合在一起时，在某交界面形成一个空间电荷区或耗尽层，称为空间电荷区或耗尽层，称为PN结，它是结，它是制造半导体器件的基本部件。制造半导体器件的基本部件。返回返回第第1章章化学工业出版社下一页下一页本章小结本章小结2.由一个由一个PN结经封装并引出电极后就构成二极管，结经封装并引出电极后就构成二极管，二极管的基本特性为单向导电性。二极管主要用二极管的基本特性为单向导电性。二极管主要用于整流、限幅等电路中。于整流、限幅等电路中。3.介绍的几种常用二极管与普通二极管一样，具介绍的几种常用二极管与普通二极管一样，具有单向导电性，但又

22、具有自身特殊性能。稳压二有单向导电性，但又具有自身特殊性能。稳压二极管是利用它在反向击穿状态下的恒压特性来构极管是利用它在反向击穿状态下的恒压特性来构成稳压电路的；光电二极管的功能是将光能转换成稳压电路的；光电二极管的功能是将光能转换为电能；发光二极管的功能是将电能转换为光能；为电能；发光二极管的功能是将电能转换为光能；激光二极管用于产生相干的单色光信号。激光二极管用于产生相干的单色光信号。返回返回第第1章章化学工业出版社下一页下一页本章小结本章小结4.由两个相互影响的由两个相互影响的PN结构成的三极管，分结构成的三极管，分NPN和和PNP两种类型。它的基本特性是具有两种类型。它的基本特性是具

23、有电流放大作用。可用输入特性和输出特性表电流放大作用。可用输入特性和输出特性表征三极管的性能，其中输出特性用得较多。征三极管的性能，其中输出特性用得较多。从输出特性可看出三极管有三个工作区域。从输出特性可看出三极管有三个工作区域。当发射结正偏、集电结反偏时，处于放大区当发射结正偏、集电结反偏时，处于放大区域。当发射结、集电结均为正偏时，处于饱域。当发射结、集电结均为正偏时，处于饱和区域。当发射结、集电结均反偏时，处于和区域。当发射结、集电结均反偏时，处于截止区域。在实际应用时要掌握三极管的选截止区域。在实际应用时要掌握三极管的选用原则。用原则。返回返回第第1章章化学工业出版社下一页下一页本章小结本章小结5.晶闸管是一种既具有开关作用，又具有晶闸管是一种既具有开关作用，又具有整流作用的大功率半导体器件。晶闸管具整流作用的大功率半导体器件。晶闸管具有单向导电性，同时还具有可控性，除了有单向导电性，同时还具有可控性，除了要有正向的阳极电压，还必须有正向的控要有正向的阳极电压，还必须有正向的控制极电压，才会令晶闸管迅速导通。制极电压，才会令晶闸管迅速导通。返回返回