第1章常用半导体器件(精)

1.4.2 绝缘栅场效应管
• 1.N沟道增强型绝缘栅场效应管 • （2）工作原理
N沟道增强型MOS管工作原理示意图
1.4.2 绝缘栅场效应管
• 1.N沟道增强型绝缘栅场效应管 • （3）特性曲线
N沟道增强型MOS管的特性曲线
1.4.2 绝缘栅场效应管
• 2.N沟道耗尽型MOS管 • （1）结构和符号
• 2.二极管伏安特性的物理意义是什么? • 3.选用二极管时主要考虑哪些参数?并说明参数的含义。 • 4.锗二极管与硅二极管的主要差异是什么?各适用于哪些
场合? • 5.有一只二极管，测得正向电阻1.2kΩ，反向电阻520kΩ
，该管子能使用吗?
1.2.4 特殊二极管及其应用
• 1.稳压二极管（以下称稳压管） • （1）工作特性及应用
（1）肖特基二极管
常见的肖 特基二极 管封装形
式
• （2）稳压二极管
• 稳压值在2～30V，额定功率为0.5W的片状稳
压二极管的封装多采用SOT-23形式，额定功率为 1W的多采用SOT-89（1W）形式封装。
• （3）开关二极管
• 该类管子用于数字脉冲电路及电子开关电路，片 状开关管分为单开关二极管和复合开关二极管两 大类
本章小结
• 1.半导体具有热敏性、光敏性和掺杂性，因而成为制造电 子元器件的关键材料。
• 2.二极管是由一个PN结构成，其最主要的特性是具有单向 导电性，该特性可由伏安特性曲线准确描述。
• 3.特殊二极管主要有稳压二极管、发光二极管、光电二极 管等。
• 4.片状二极管具有体积小，形状规整，便于自动化装配的 特点，在目前的电子产品中广泛应用。
• （4）复合二极管
• 所谓“复合二极管”是指在一个封装内，包含
有2个以上的二极管，以满足不同的电路工作要求 ，同时可减小元器件的数量和体积，复合二极管 的组合形式有共阴极式、共阳极式、串联式和独 立输出式等类型。
复合二极管的组合形式
复合二极管的常见封装形式
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1.3 半导体三极管
• 1.3.1 三极管的结构
• 1.三极管输入特性曲线
输入特性曲线与二极 管的伏安特性曲线形 状相似，因为三极管 的基极与发射极之间 也是一个PN结。三极 管输入特性曲线也有 死区，硅管死区电压 约为0.5V，锗管约为 0.1V。
1.3.4 三极管的伏安特性曲线
• 2.三极管输出特性曲线
根据三极管的不同工 作状态，输出特性曲 线可分为三个工作区， 即放大区、截止区和 饱和区。
4.二极管的主要参数
• （1）最大整流电流 • （2）最高反向工作电压 • （3）反向电流
1.2.3 二极管的应用
二极管限幅电路
二极管限幅电路可用作保护电路，以防止半导体器件由 于过压而被损坏，也可用来产生数字信号中的恒幅波。
思考题
• 1.画出二极管的符号和文字符号，并说明二极管的主要特 性。
• 3.组合双三极管 • 组合双三极管是指一个封装内包含有两只三极
管，有些还带有偏置电阻。
1.4 场效应管
• 1.4.1 结型场效应管 • 1.结构和符号
N沟道结型场效应管
P沟道结型场效应管
• 2.工作原理
三极管与场效应管工作原理对比示意图
• 3.特性曲线
N沟道结型场效应管的特性曲线
• 讨论 • ①可变电阻区 • 可变电阻区位于特性曲线的起始上升部分。 • ②恒流区（放大区） • 恒流区位于输出特性曲线的近似水平部分。 • ③击穿区 • 恒流区的右边，曲线向上弯曲的部分是击穿区。
1.3.6 片状三极管器件
• 1.片状三极管外形
• 额定功率在100～200mW的小功率三极管采用 SOT-23形式封装，大功率三极管多采用SOT-89 形式封装
1.3.6 片状三极管器件
• 2.带阻片状三极管
• 带阻片状三极管是指在三极管的管芯内加入一 只电阻或两只电阻
1.3.6 片状三极管器件
稳压管的伏安特性曲线
稳压管的应用
• （2）稳压管的主要参数
• 稳定电压 • 稳定电流 • 最大稳定电流 • 耗散功率 • 动态电阻 • 温度系数k反映由温度变化而引起的稳定电压变化
。
• 2.发光二极管
• 发光二极管是一种把 电能变成光能的半导 体器件，由磷化镓、 砷化镓等半导体材料 制成，符号如图1-14 （a）所示，发光二 极管的种类按外形可 分为:圆形、方形等 。如图1-14（b）所 示。
制造三极 管时应具 备的结构
特点
1.3.2 三极管的电流放大作用
• 1.三极管的工作条件
• 二极管的主要性能是单向导电性，三极管的主要 性能是具有电流放大作用。三极管具有放大作用 的外部条件是必须外加合适的偏置电压，使三极 管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置 。
• 2.三极管的电流放大作用
• 4.无引线片状二极管
• 无引线片状二极管在目前的电子产品中得到了广 泛应用，它的特点是体积小、重量轻、高频性能 好、形状简单、尺寸标准化，焊点处于元件的两 端，便于自动化装配。片状元件尺寸很小，其表 面已无法详细标出元件的名称和规格，因而通常 用缩减的符号来表示元件的基本参数。 分类，
重点
常见的片状二极管器件有:肖特基二极管、稳压二极管、 开关二极管、复合二极管和变容二极管五种类型。
第1章 常用半导体器件
本章要点
本章导读： 半导体二极管、三极管、场效应管 是电子电路中的重要元件，本章将讨 论它们的结构、工作原理、特性、主 要参数及检测方法，为以后学习各种 电路打下基础
1.1 半导体和PN结
• 1.1.1 半导体
按导电能力的 大小划分
导体、半导体和绝缘体
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体之所 以得到广泛的应用，是因为人们发现半导体具有三个奇 妙且可贵的特性:掺杂性、热敏性、光敏性。
它是一种用特殊工艺制造的硅二极管，只要反向电流不超 过极限电流，管子工作在击穿区并不会损坏，属可逆击穿， 这与普通二极管破坏性击穿是截然不同的。稳压管工作在 反向击穿区域时，利用其陡峭的反向击穿特性在电路中起 稳定电压作用。
稳压管主要用于恒压源、辅助电源和基准电源电路，在数 字逻辑电路中还常用作电平转移等。
综上所述，二极管具有“加正向偏 压导通，加反向偏压截止”的导电 特性，即单向导电性，它是二极管 最重要的特性。
小知识 二极管为什么具有 单向导电性?
• 二极管的核心是PN结，因此二极管的单向导电性是由PN结的特性所 决定的。
• （1）PN结加上正向电压的情况 将PN结的P区接电源正极，N区接 电源负极，此时外加电压对PN结产生的电场与PN结内电场方向相反 ，削弱了PN结内电场，使得多数载流子能顺利通过PN结形成正向电 流，并随着外加电压的升高而迅速增大，即PN结加正向电压时处于 导通状态。
• 4.主要参数
• （1）直流参数 • ①夹断电压 • ②饱和漏极电流 • ③直流输入电阻
（2）交流参数 • （3）极限参数 • ①最大漏源电压 • ②最大栅源电压 • ③最大耗散功率
1.4.2 绝缘栅场效应管
• 1.N沟道增强型绝缘栅场效应管 • （1）结构和符号
N沟道增强型MOS管结构示意图
• 3.光电二极管
• 光电二极管又称为光 敏二极管，其符号和元 件外形如图1-16所示。 光电二极管也是由一个 PN结构成，但是它的PN 结面积较大，通过管壳 上的一个玻璃窗口来接 收入射光。光电二极管 常用作传感器的光敏元 件，可将光信号转换为 电信号。大面积的光电 二极管可用来作电源， 即光电池。
1.1.2 N型半导体和P型半导体
• 掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。 • 杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两类
若在纯净的四价元素硅中采用 一定的制造工艺，掺入微量五 价元素（例如磷）
若在纯净的四价元素硅中采用 一定的制造工艺掺入微量的三 价元素（例如硼）
N型半导体 P型半导体
1.1.3 PN结及其单向导电性
若把图中的 三极管看做 一个广义的 结点，则以 上关系符合 基尔霍夫电 流定律。
三极管电流放大作用测试电路
1.3.3 三极管在放大电路中的三种连接方式
无论哪种接法，要想 使三极管有放大作用， 都必须保证发射结正 向偏置、集电结反向
偏置这个工作条件
• 发射极接法、共基极接法和共集电极接法
1.3.4 三极管的伏安特性曲线
• 半导体三极管又称为晶体三极管。三极管的管芯由三层 半导体构成，三层半导体形成两个背靠背的PN结。三层 半导体分别称为发射区、基区和集电区，各区引出一个电 极依次称为发射极E、基极B和集电极C，两个PN结分别 称为发射结和集电结。三极管符号中箭头的方向表示发射 结加正向电压时，发射极电流的方向。
发射区掺杂浓度高，基区很薄 且掺杂浓度低，集电结面积大
• 2.MOS管因栅极与其他部分绝缘，栅极极易感应 而产生高电压致使管子击穿损坏，所以栅极不能 悬空。
• 3.单极型晶体管与双极型晶体管使用上的比较 • 场效应管参与导电的只有一种载流子（多数载
流子），例如N沟道的场效应管参与导电的是电 子载流子，因此场效应管又称为单极型晶体管。 半导体三极管中两种极性的载流子（多数载流子 和少数载流子）都参与导电，所以也称为双极型 晶体管。
耗尽型MOS管的结构和符号
1.4.2 绝缘栅场效应管
• 2.N沟道耗尽型MOS管 • （2）工作原理
①工作条件
②放大作用
1.4.2 绝缘栅场效应管
• 2.N沟道耗尽型MOS管 • （3）特性曲线
N沟道耗尽型MOS管的特性曲线
1.4.3 场效应管使用注意事项
• 1.结型场效应管的栅源电压不能接反，因为它工 作在反偏状态。
1.2 半导体二极管
• 1.2.1 二极管的结构与符号
• PN结加上引出线和管壳就构成半导体二极管（简 称二极管）。
二极管的结构示意图
二极管的符号
1.2.2 二极管的伏安特性和参数
• 1.观察二极管的导电性
（a）观察指示 灯是否发亮， （b）再观察指 示灯的亮暗情况
• 2.二极管的主要特性
（1）加正向电压导通 在二极管的两电极加上电压， 称为给二极管以偏置。 （2）加反向电压截止 与正向偏置相反，如果将电源 负极与二极管的正极相连，电源正极与二极管的负极 相连，称为反向偏置，简称反偏。
• 1.PN结的形成
• 用特定的制造工艺 使P型半导体和N 型半导体相结合， 在其交界面上将形 成一个特殊的薄层 ，这个薄层就是 PN结。
图1-2为PN结的结构示意图，其中字母P代 表P型半导体，字母N代表N型半导体，中间 划有虚线的部分代表PN结。
• 2.PN结的单向导电性
PN结加正向电压导通，加反向电压截止，这种导电特 性就称为PN结的单向导电性。
• （2）PN结加上反向电压的情况 将PN结的P区接电源的负极，N区 接电源正极，此时外加电压对PN结产生的电场与PN结内电场方向相 同，加强了PN结内电场，多数载流子在电场力的作用下难于通过PN 结，反向电流非常微小，即PN结加反向电压时处于截止状态。
3.二极管的伏安特性曲线
• （1）正向特性曲线 • （2）反向特性曲线 • （3）反向击穿特性曲线
1.3.5 三极管的主要参数
• 1.电流放大系数β
• 电流放大系数β表明管子的电流放大能力。常 用三极管的β值通常在20～200之间，在一般放大 电路中，采用β为30～80的三极管为宜。β值太小 放大作用差，但β太大易使管子性能不稳定。
• 2.极间反向电流 • （1）集电极—基极反向饱和电流 • （2）集电极—发射极反向饱和电流 • 3.极限参数 • （1）集电极最大允许电流 • （2）集电极—发射极间反向击穿电压 • （3）集电极最大允许管耗
• 5.三极管是由两个PN结构成的半导体器件，在发射结正 偏、集电结反偏的条件下，具有电流放大作用;在发射结 与集电结均正偏时，处于饱和状态，相当于开关的闭合; 在发射结与集电结均反偏时，处于截止状态，相当于开关 的断开。在实际电路中，三极管的放大功能和开关功能得 到广泛应用。
• 6.场效应管是一种电压控制器件，分为绝缘栅型和结型两 大类，每类又分为P沟道和N沟道。