1、第5章 常用半导体器件 本章要点本章要点:理解PN结的单向导电性。熟悉二极管的结构及特性。了解稳压二极管的作用。熟悉三极管的结构、类型、图形符号。掌握晶体三极管电流放大作用。了解晶体三极管的 输入特性、输出特性。理解三极管的三种工作状态条件及特性。第5章 常用半导体器件 5.1.1 PN结 完全纯净的半导体，称为本征半导体。通常情况下，本征半导体相当于绝缘体。当在本征半导体中有目的的掺入微量的有用杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。按掺入杂质的不同，可获得N型和P型两种掺杂半导体。在本征半导体（硅或锗的晶体）中掺入微量的硼、镓、铟等元素杂质时的半导体，称为P型半导体。在本征半导体中掺入微
2、量的磷、锑、砷等元素杂质时的半导体，称为N型半导体。单纯的P型或N型半导体仅仅是导电能力增强了,但还不具备半导体器件所要求的各种特性。只有通过一定的生产工艺把一块P型半导体和一块N型半导体结合在一起，则它们的交界面上就会形成PN结。PN结具有单向导电性。51 半导体二极管第5章 常用半导体器件 5.1.1 PN结51 半导体二极管 PN结的外加电压称为偏置电压。如果在PN结上加正向电压（也称正向偏置），即P区接电源正极，N区接电源负极，如图(a)所示，这时PN结的正向电阻很低，处于正向导通状态。正向导通时，外部电源不断向半导体供给电荷，使电流得以维持。如果给PN结加反向电压（也称反向偏置）,即
3、N区接电源正极，P区接电源负极，如图(b)所示，这时PN结呈现的电阻很高，处于反向截止状态。由此可见,PN结在正向电压作用下，电阻很小，PN结导通，电流可顺利流过；而在反向电压作用下，电阻很大，PN结截止，阻止电流通过。这种现象称作PN结的单向导电性。PNa)b)IUPNUSS第5章 常用半导体器件 51 半导体二极管5.1.2 二极管1二极管的结构 半导体二极管是由一个PN结加上引出线和管壳构成的，P型半导体一侧的引出线称为阳极或正极，N型半导体一侧的引出线称为阴极或负极。它的构造如图所示。它的图形符号如图所示，文字符号用VD表示。型型正极负极VD第5章 常用半导体器件如图是二极管的实物图。
4、51 半导体二极管5.1.2 二极管第5章 常用半导体器件 51 半导体二极管5.1.2 二极管2二极管的伏安特性 二极管具有单向导电特性。即：当二极管外加正向偏置电压时，处于导通状态；外加反向偏置电压时，处于截止状态。二极管的外加电压与电流的关系可用伏安特性曲线表示，二极管的伏安特性曲线，如图 所示。1)正向特性正向特性 二极管正极接高电位，负极接低电位，这种接法称为二极管的正向偏置。当正向电压较小时，正向电流几乎为零，这时二极管尚未真正导通，当正向电压大于死区电压后，正向电流迅速增加，这时二极管才真正导通，电流变化很大，而电压几乎恒定，。2)反向特性反向特性 二极管正极接低电位，负极接高电
5、位，这种接法称为二极管的反向偏置。当反向电压在一定范围时，反向电流十分微小并随电压增加而基本不变。当反向电压增加到一定值时，反向电流将急剧增，称为反向击穿，此时的电压称为反向击穿电压。O0.0.40.60.8ABCDU/VI/mA第5章 常用半导体器件 51 半导体二极管5.1.2 二极管3二极管的主要参数 晶体二极管的参数是评价二极管性能的重要指标，它规定了二极管的适用范围，它是合理选用二极管的依据。晶体二极管的主要参数有最大整流电流、高反向工作电压、反向电流（1）最大整流电流IFMIFM是指长期工作时，二极管能允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压URM URM是指二极管工作
6、时保证其不被击穿所允许施加的最大反向电压,也就是通常所说的耐压值。（3）反向电流IR IR是指二极管未击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性越好。第5章 常用半导体器件 51 半导体二极管5.1.3 特殊二极管 在使用时，稳压管必须反向连接在电路中（利用正向稳压的除外）。稳压管的符号如图 b所示。1.稳压二极管1.稳压二极管 稳压二极管是一种用特殊工艺制造而成，专门工作在反向击穿状态下的硅 二 极 管，这 种 管 子 的 正 向 特 性 和 普 通 二 极 管 一 样。反 向 击 穿特性确不同，击穿时尽管通过管子的电流变化很大，但管子两端的电压却几乎不变，它的伏安特性如图a所示。U/
7、VI/mAOUzIZminIZa)IZmaxABDUzDIzb)VS阴极(接电源正极)阴极(接电源负极)第5章 常用半导体器件 51 半导体二极管5.1.3 特殊二极管2.发光二极管 发光二极管也称为LED，是一种用特殊材料制成的会发光的二极管，它与普通二极管一样具有单向导电性，当有足够的正向电流通过它时，便会发光。根据所用的制造材料不同，LED可发出红、绿、黄、蓝等不同颜色的光。其主要用途是显示。发光二极管及符号如图所示。第5章 常用半导体器件 52 晶体管5.2.1 晶体管的结构及特点 半导体三极管又叫晶体三极管，通常简称为三极管或晶体管。三极管是一种具有三个电极、两个PN结的器件，具有电
8、流放大作用。三极管的内部结构为两个PN结。这两个PN结是由三层半导体区形成的。根据三层半导体区排列的不同方式，可分为NPN型和PNP型两种类型，如图 所示。在三层半导体区中，位于中间的一层叫基区；其中一侧的半导体区专门用来发射载流子，叫发射区；另一侧专门用来收集载流子，叫集电区。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。NNPEBC（发射极）（集电极）（基极）型EBC（发射极）（集电极）（基极）型第5章 常用半导体器件 52 晶体管5.2.1 晶体管的结构及特点 从三层半导体区分别引出三个电极，相应叫基极、发射极和集电极，分别用字母b、e、c来表示三个极。两种不同类型
9、三极管的符号如图所示。为了保证三极管有电流放大作用，三极管在制造时有以下特点：(1)基区很薄，一般只有几微米到几十微米厚，且掺杂浓度低。(2)发射区掺杂浓度比基区和集电区高得多。(3)集电结的面积比发射结大。PNP和NPN两种类型的三极管，按选用半导体材料的不同，有硅管和锗管之分。实物如图所示.bcebceNPN型PNP型第5章 常用半导体器件 52 晶体管5.2.2晶体管的电流放大作用工作条件是：发射结加上正向偏置电压，集电结加上反向偏置电压。如图所示。三极管的三个电极的电流分配有如下规律：(1)三极管各极之间的电流分配关系是 IE=IC+IB 且IBIC (2)基极电流IB增大时,集电极电
10、流IC也随之增大。IC与IB的比值基本是一个常数，这个常数称为三极管的电流放大系数，用表示,即BCII 或 IC=IB 体现了三极管的电流放大能力，通常值在20200之间。由此看来，三极管具有电流放大作用，在满足三极管电流放大的工作条件下，将基极电流IB放大倍而形成集电极电流IC。三极管是电流控制器件。NNPUCCUBcebNNPUCCcebUBBUCCbce第5章 常用半导体器件 5.2.3 晶体管的特性曲线52 晶体管三极管常用的特性曲线为输入特性曲线和输出特性曲线。1.输入特性曲线当三极管集电极与发射极之间的电压UCE为某一定值时，基极电流IB与 基射极之间的电压UBE的关系，称为三极管
11、的输入特性。这一关系可表示为 2输出特性曲线 当三极管基极电流IB为定值时，集电极电流IC与集射极之间的电压UCE的关系，称为三极管的输出特性。这一关系可表示为（1）曲线起始部分较陡。说明IC与UCE成正比。（2）当UCE增加到大于1V时，曲线变化逐渐趋于平稳。UCE进一步增大，曲线也不再产生显著变化，而呈现一条基本与横轴平行的直线，这说明三极管具有恒流性。.UBE/V IB/A 0.1 0.3 0.5UCE 1V 0.7.20 40 60 80.UCE/V IC/mA .1 2 3 4 2 4 6 8IB=0 20A 40A 60A 80A 饱和区放大区截止区第5章 常用半导体器件 52 晶
12、体管5.2.4 晶体管的工作状态 三极管有三种工作状态：放大状态、截止状态和饱和状态。三极管在不同的工作条件下，将工作在不同状态，同时也会有不同的特性反应。见表。三极管工作状态、条件、特点对照表 工作状态工作条件工作特点工作区域放大状态发射结正偏；集电结反偏IE=IB+IC,IC=IB,输出特性曲线的放大区饱和状态发射结正偏；集电结正偏输出特性曲线的饱和区截止状态发射结反偏，集电结反偏输出特性曲线的截止区CCCCCERIUUBCCCCIRUIVUCE3.00BI0CICCCEUUIC受IB控制 达最大值，不再受IB控制，第5章 常用半导体器件 52 晶体管5.2.4 晶体管的工作状态如图所示，
13、在输出特性曲线上的三个工作区，就是三极管的三个工作状态的直观反应。IC/mA86420饱和区放大区468截止区UC E /VIB 0IB 1 20 AIB 2 40 AIB 4 80 AIB 3 60 A2第5章 常用半导体器件 52 晶体管5.2.5 晶体管主要参数1.电流放大倍数 电流放大倍数是表示三极管的电流放大能力的参数。常用三极管的值一般在20200之间。2.穿透电流ICEO 基极开路时,集电极与发射极之间的反向电流称作穿透电流。3.集射极反向击穿电压UCEO（BR）基极开路时,加在集(电-发)射极之间的最大允许电压称为集射极反向击穿电压。4集电极最大允许电流ICM值下降到规定允许值（额定值的2/3）时的集电极电流值叫集电极最大允许电流。5集电极最大允许功耗PCM集电结最大允许承受的功率叫集电极最大允许功耗。
