第1章另存半導(dǎo)體器件

1、 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件1 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件2 半導(dǎo)體器件是指用半導(dǎo)體材料制成的電子器件，常用的有二極管、三極管、場效晶體管等。 半導(dǎo)體器件是組成電子線路中的重要元器件。學(xué)習(xí)電子線路首先要了解和掌握各種常用半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和參數(shù)，為學(xué)習(xí)各種功能電子電路奠定基礎(chǔ)。 1.1 半導(dǎo)體的基本特性 1.3 特殊二極管 1.5 場效應(yīng)管 1.2 晶體二極管 1.4 晶體三極管 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件3 1.1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。目前半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。目前用來制造半導(dǎo)體器件的材料主要是鍺和硅，它們都是

2、用來制造半導(dǎo)體器件的材料主要是鍺和硅，它們都是4價元素，具有晶體結(jié)構(gòu)，如圖價元素，具有晶體結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。所示。 1.1 半導(dǎo)體的基本特性半導(dǎo)體的基本特性半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 在常溫下，大多數(shù)的價電子均被束縛在原子周圍，在常溫下，大多數(shù)的價電子均被束縛在原子周圍，不易自由移動。只有少量的價電子掙脫共價鍵的束縛不易自由移動。只有少量的價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，自由電子逸出的空位就形成空穴。成為自由電子，自由電子逸出的空位就形成空穴。 由于在常溫狀況下，純凈半導(dǎo)體內(nèi)的自由電子和由于在常溫狀況下，純凈半導(dǎo)體內(nèi)的自由電子和空穴濃度很低，所以導(dǎo)電能力也較弱?？昭舛群?/p>

3、低，所以導(dǎo)電能力也較弱。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件4 1.1.2 半導(dǎo)體的主要特性 1摻雜性 在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的3價或價或5價元素，則它的導(dǎo)電性能將大大增價元素，則它的導(dǎo)電性能將大大增強。應(yīng)用摻雜技術(shù)可以制造出晶體二極管、晶體三極管、場效晶體管、晶閘強。應(yīng)用摻雜技術(shù)可以制造出晶體二極管、晶體三極管、場效晶體管、晶閘管和集成電路等半導(dǎo)體器件。管和集成電路等半導(dǎo)體器件。 2熱敏性 溫度對半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力影響很大。溫度越高，價電子獲得的能量越大，溫度對半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力影響很大。溫度越高，價電子獲得的能量越大，掙脫共價鍵束縛成為自由電子和空穴對就越多，導(dǎo)電能力就

4、越強。利用半導(dǎo)掙脫共價鍵束縛成為自由電子和空穴對就越多，導(dǎo)電能力就越強。利用半導(dǎo)體的熱敏性，可以制成熱敏電阻及其它熱敏元件，常用于自動控制電路中。體的熱敏性，可以制成熱敏電阻及其它熱敏元件，常用于自動控制電路中。 3光敏性 半導(dǎo)體受到光照時，自由電子和空穴對數(shù)量會增多，導(dǎo)電能力隨之增強，半導(dǎo)體受到光照時，自由電子和空穴對數(shù)量會增多，導(dǎo)電能力隨之增強，這就是半導(dǎo)體的光敏性。利用這種特性能制造各種光敏器件，如光敏電阻、這就是半導(dǎo)體的光敏性。利用這種特性能制造各種光敏器件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光控晶閘管和光電池等。光敏二極管、光敏三極管、光控晶閘管和光電池等。 陳振源主編 第1章 半

5、導(dǎo)體器件51.1.3 P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體 1P型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素。這類摻雜價元素。這類摻雜后導(dǎo)體的特點是：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是帶正后導(dǎo)體的特點是：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是帶正電的空穴，故又稱為空穴半導(dǎo)體。電的空穴，故又稱為空穴半導(dǎo)體。 2N型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量磷、砷等型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量磷、砷等5價元素，這價元素，這類雜質(zhì)半導(dǎo)體特點是：自由電子數(shù)量多，空穴數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是類雜質(zhì)半導(dǎo)體特點是：自由電子數(shù)量多，

6、空穴數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的自由電子，故又稱為電子半導(dǎo)體。帶負(fù)電的自由電子，故又稱為電子半導(dǎo)體。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件6 1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號 用于電視機(jī)、收音機(jī)、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下用于電視機(jī)、收音機(jī)、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標(biāo)圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標(biāo)記以便區(qū)別正負(fù)電極。記以便區(qū)別正負(fù)電極。 塑料封裝二極管 金屬封裝二極管 玻璃封裝二極管 1.2 晶體二極管晶體二極管黑環(huán)為負(fù)極黑環(huán)為負(fù)極白環(huán)為負(fù)極白環(huán)

7、為負(fù)極螺栓端為負(fù)極螺栓端為負(fù)極 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件7 1.2.2 二極管的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電特性 1結(jié)構(gòu) 在在P型與型與N型半導(dǎo)體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為型半導(dǎo)體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為PN結(jié)。結(jié)。從從P區(qū)引出的電極作為正極，從區(qū)引出的電極作為正極，從N區(qū)引出的電極作為負(fù)極。區(qū)引出的電極作為負(fù)極。 2導(dǎo)電特性 為了觀察二極管的導(dǎo)電特性，將二極管串聯(lián)到電池和小燈泡組成的電路中。為了觀察二極管的導(dǎo)電特性，將二極管串聯(lián)到電池和小燈泡組成的電路中。 （a a） （b b） 按圖（按圖（a）連接電路，此時小燈泡亮，表示二極管加正向電壓而導(dǎo)通。）連接電路，此時小

8、燈泡亮，表示二極管加正向電壓而導(dǎo)通。 按圖（按圖（b）連接電路，此時小燈泡不亮，表示二極管加反向電壓而截止。）連接電路，此時小燈泡不亮，表示二極管加反向電壓而截止。 通過觀察以上實驗證實，二極管具有單向?qū)щ娦浴Ｍㄟ^觀察以上實驗證實，二極管具有單向?qū)щ娦浴?陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件8 1.2.3 二極管特性曲線 二極管的電流二極管的電流iD與加在二極管兩端的電壓與加在二極管兩端的電壓vD的關(guān)系曲線，稱為二極管伏安特的關(guān)系曲線，稱為二極管伏安特性曲線。利用晶體管特性圖示儀能十分方便測量獲得二極管的伏安特性曲線。性曲線。利用晶體管特性圖示儀能十分方便測量獲得二極管的伏安特性曲線。 晶體管特性圖

9、示儀晶體管特性圖示儀二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件9 1正向特性 （1）死區(qū)：當(dāng)二極管外加正向電壓較小時，正向電流幾乎為零，稱為當(dāng)二極管外加正向電壓較小時，正向電流幾乎為零，稱為正向特性的死區(qū)。正向特性的死區(qū)。 （2）正向?qū)▍^(qū)：當(dāng)二極管正向電壓大于死區(qū)電壓當(dāng)二極管正向電壓大于死區(qū)電壓Vth時，電流隨電壓時，電流隨電壓增加，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。增加，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。 （3）導(dǎo)通電壓：硅二極管約為硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為，鍺二極管約為0.3V。 2反向特性 （1）反向截止區(qū)： 當(dāng)二極管承受的反向電壓未達(dá)到擊穿電壓當(dāng)二極管承受的反向電壓未達(dá)到擊穿

10、電壓V（BR）時，時，二極管呈現(xiàn)很大電阻，此時僅有很微小的反向電流二極管呈現(xiàn)很大電阻，此時僅有很微小的反向電流IR，該電流稱之為反向飽，該電流稱之為反向飽和電流。和電流。 （2）反向擊穿區(qū)： 當(dāng)二極管承受的反向電壓已達(dá)到擊穿電壓當(dāng)二極管承受的反向電壓已達(dá)到擊穿電壓V（BR）時，時，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件10 1二極管型號 國產(chǎn)二極管的型號由五部分組成。國產(chǎn)二極管的型號由五部分組成。 第一部分是數(shù)字第一部分是數(shù)字“2”，表示二極管。，表示二極管。 第二部分是用拼音字母表示管子的材料。第二部分是用拼音

11、字母表示管子的材料。 AN型鍺材料，型鍺材料，BP型鍺材料，型鍺材料， CN型硅材料，型硅材料，DP型硅材料。型硅材料。 第三部分是用拼音字母表示管子的類型。第三部分是用拼音字母表示管子的類型。 第四部分用數(shù)字表示器件的序號。第四部分用數(shù)字表示器件的序號。 第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。 1.2.4 二極管使用常識 2AP1 二極管 N型鍺材料 普通管 器件序號二極管型號的讀識 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件11 2二極管的主要參數(shù) 最大整流電流IFM：是管子長期運行時允許通過的最大正向平均是管子長期運行時允許通過的最大正向平均電流。電流。 最高反向工作電壓VRM

12、 ：又稱額定工作電壓，它是保證二極管不又稱額定工作電壓，它是保證二極管不至于反向擊穿而規(guī)定的最高反向電壓。至于反向擊穿而規(guī)定的最高反向電壓。 反向飽和電流IR ：它指管子未進(jìn)入擊穿區(qū)的反向電流，其值越小，它指管子未進(jìn)入擊穿區(qū)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?最高工作頻率fM ：是保證管子正常工作的最高頻率。是保證管子正常工作的最高頻率。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件12 3二極管的選用 按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為點接觸型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較低，只能在點接觸

13、型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較低，只能在100以下工作；后者內(nèi)部多為以下工作；后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較高，有的可達(dá)面接觸型或平面型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較高，有的可達(dá)150200。 普通二極管（如普通二極管（如2AP等系列）的等系列）的IFM較小，較小，fM一般較高，主要用于信號檢一般較高，主要用于信號檢測、取樣、小電流整流等。測、取樣、小電流整流等。 整流二極管（整流二極管（2CZ、2DZ等系列）的等系列）的IFM較大，較大，fM很低，廣泛使用在各種很低，廣泛使用在各種電源設(shè)備中作整流元件。電源設(shè)備中作整流元件。 開關(guān)二極管（開關(guān)二極管（2AK、2CK等系列）一般等系列）一

14、般IFM較小，較小，fM較高，用于數(shù)字電路較高，用于數(shù)字電路和控制電路中。和控制電路中。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件13 4萬用表檢測二極管的好壞 將萬用表撥到電阻擋的將萬用表撥到電阻擋的R100或或R1k，將萬用表的紅、黑表筆分別，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾幾k以下以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，而測得的電阻比較大接在二極管兩端，而測得的電阻比較大(幾百幾百k)，說明二極管具有單向?qū)щ姡f明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。性，質(zhì)量良好。測得電

15、阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表示管子內(nèi)部已短路。如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件14 1.3 特殊二極管特殊二極管 整流二極管、檢波二極管、開關(guān)二極管具有相似的伏安特性曲線，均屬于整流二極管、檢波二極管、開關(guān)二極管具有相似的伏安特性曲線，均屬于普通二極管。為了適應(yīng)各種不同功能的要求，許多特殊二極管應(yīng)運而生，如穩(wěn)普通二極管。為了適應(yīng)各種不同功能的要求，許多特殊二極管應(yīng)運而生，如穩(wěn)壓管、發(fā)光管、光電管等。壓管、發(fā)光管、光電管等。 1.3.1 穩(wěn)壓管 1工作特性及應(yīng)用 穩(wěn)壓管又稱齊納二極

16、管，實物外形見下圖。通常用文字穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，實物外形見下圖。通常用文字“V”代表，它是代表，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓管工作在反向反向擊穿區(qū)域時，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電擊穿區(qū)域時，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。壓作用。 穩(wěn)壓管的外形及電路符號 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件15 穩(wěn)壓管的伏

17、安特性曲線如的正向穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。特性與普通二極管相同。 反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，通過管子的電流變化通過管子的電流變化(Iz)很大，而管很大，而管子兩端電壓變化子兩端電壓變化(Vz)很小，或說管子很小，或說管子兩端電壓基本保持一個固定值。兩端電壓基本保持一個固定值。 穩(wěn)壓管在電路中主要功能是起穩(wěn)壓作用。 穩(wěn)壓管的伏安特性曲線正向特性擊穿特性 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件16 2穩(wěn)壓管主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓VZ 指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。 穩(wěn)定

18、電流IZ 指管子在正常工作時的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大指管子在正常工作時的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大電流電流IZmax與最小電流與最小電流IZmin之間。當(dāng)流過管子的電流小于之間。當(dāng)流過管子的電流小于IZmin時管子不能起穩(wěn)壓作時管子不能起穩(wěn)壓作用。用。 最大穩(wěn)定電流IZmax 指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過IZmax時，管子將過熱損時，管子將過熱損壞。壞。 耗散功率PZM 指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即PZM= =VZIZm

19、ax。 動態(tài)電阻rZ Z 反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。 溫度系數(shù)k 溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件17 1.3.2 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導(dǎo)體器件。發(fā)光二極管由磷化鎵、砷發(fā)光二極管由磷化鎵、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，電路符號和實物照片見下圖?；壍劝雽?dǎo)體材料制成，電路符號和實物照片見下圖。 當(dāng)給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時二極管就會發(fā)光，這是由于當(dāng)給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時二極管就會發(fā)光，這是

20、由于PN結(jié)的電子與空穴直接復(fù)合放出能量的結(jié)果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的結(jié)的電子與空穴直接復(fù)合放出能量的結(jié)果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍(lán)色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見顏色可分為：紅色、藍(lán)色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、方形等方形等. .。 發(fā)光二極管電路符號 發(fā)光二極管實物圖 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件18 發(fā)光二極管的管腳引線以較長者為正極，較短者為負(fù)極。如管帽上發(fā)光二極管的管腳引線以較長者為正極，較短者為負(fù)極。如管帽上有凸起標(biāo)志，那么靠近凸起標(biāo)志的管

21、腳就為正極。有凸起標(biāo)志，那么靠近凸起標(biāo)志的管腳就為正極。 發(fā)光二極管好壞的判別可用萬用表的發(fā)光二極管好壞的判別可用萬用表的R10k擋測其正、反向阻值，擋測其正、反向阻值，當(dāng)正向電阻小于當(dāng)正向電阻小于50k，反向電阻大于，反向電阻大于200k時均為正常。如正、反向電阻時均為正常。如正、反向電阻均為無窮大，表明此管已壞。均為無窮大，表明此管已壞。應(yīng)用提示 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件19 1.3.3 光電二極管 光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個PN結(jié)構(gòu)成，但是它的結(jié)構(gòu)成，但是它的PN結(jié)面積較大，通過管殼上的一個玻璃窗口來接收入射光。

22、結(jié)面積較大，通過管殼上的一個玻璃窗口來接收入射光。 當(dāng)沒有光照射時反向電阻很大，反向電流很??；當(dāng)有光照射時，反向電阻減當(dāng)沒有光照射時反向電阻很大，反向電流很??；當(dāng)有光照射時，反向電阻減小，反向電流增大。小，反向電流增大。 光電二極管電路符號 光電二極管元件外形 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件20 晶體三極管簡稱三極管，是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控晶體三極管簡稱三極管，是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件，它由兩個制型器件，它由兩個PNPN結(jié)構(gòu)成的三個電極半導(dǎo)體器件，在電路中主要作為結(jié)構(gòu)成的三個電極半導(dǎo)體器件，在電路中主要作為放大和開關(guān)元件使用。放大和開關(guān)元件使用。 1.4.

23、1 結(jié)構(gòu)與分類 1外形 近年來生產(chǎn)的小、中功率管多采用硅酮塑料封裝；大功率三極管多采近年來生產(chǎn)的小、中功率管多采用硅酮塑料封裝；大功率三極管多采用金屬封裝，通常做成扁平形狀并有螺釘安裝孔，有的大功率管制成螺栓用金屬封裝，通常做成扁平形狀并有螺釘安裝孔，有的大功率管制成螺栓形狀形狀。 1.2 晶體三極管晶體三極管 塑料封裝小功率管 塑料封裝中功率管 金屬封裝小功率管 金屬封裝大功率管 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件21 2.結(jié)構(gòu) 三極管的核心是兩個互相聯(lián)系的三極管的核心是兩個互相聯(lián)系的PN結(jié)，按兩個結(jié)，按兩個PN結(jié)的組合方式不同，可結(jié)的組合方式不同，可分為分為NPN型和型和PNP型兩類型兩類。

24、三極管內(nèi)部有發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，引出電極分別為三極管內(nèi)部有發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，引出電極分別為發(fā)射極發(fā)射極e e、基極基極b b、集電極集電極c c。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PNPN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PNPN結(jié)稱結(jié)稱為集電結(jié)。為集電結(jié)。 PNP型三極管NPN型三極管 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件22 3.分類 三極管的種類很多，通常按以下方法進(jìn)行分類：三極管的種類很多，通常按以下方法進(jìn)行分類： 按半導(dǎo)體制造材料可分為：硅管和鍺管。硅管受溫度影響較小、工硅管和鍺管。硅管受溫度影響較小、工作穩(wěn)定，因此在自動控制設(shè)備中常用硅管。作穩(wěn)定，

25、因此在自動控制設(shè)備中常用硅管。 按三極管內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可分為：NPN型和型和PNP型兩類。目前我國制型兩類。目前我國制造的硅管多為造的硅管多為NPN型型(也有少量也有少量PNP型型)，鍺管多為，鍺管多為PNP型。型。 按工作頻率可分為：高頻管和低頻管。工作頻率高于高頻管和低頻管。工作頻率高于3MHz為高頻管，為高頻管，工作頻率在工作頻率在3MHz以下為低頻管。以下為低頻管。 按功率可分為：小功率管和大功率管。耗散功率小于小功率管和大功率管。耗散功率小于1W為小功率管，為小功率管，耗散功率大于耗散功率大于1W為大功率管。為大功率管。 按用途可分為：普通放大三極管和開關(guān)三極管等。普通放大三極管和開關(guān)

26、三極管等。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件23 1.4.2 三極管的電流放大作用 1三極管放大條件 發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。 2三極管的電流放大作用 IE=IC+IB = IC /IB 當(dāng)IB有一微小變化，就能引起IC較大的變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件24 在實際放大電路中，除了共發(fā)射極聯(lián)接方式外，還有共集電極和共基極在實際放大電路中，除了共發(fā)射極聯(lián)接方式外，還有共集電極和共基極聯(lián)接方式。聯(lián)接方式。 共發(fā)射極聯(lián)接 共基極聯(lián)接 共集電極聯(lián)接 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件25 1.4.3 三極管的特性曲線 1輸人特性曲線 輸人特性曲線是反映

27、三極管輸人回路電壓和電流關(guān)系的曲線，它是在輸出輸人特性曲線是反映三極管輸人回路電壓和電流關(guān)系的曲線，它是在輸出電壓電壓VCE為定值時，為定值時，iB與與vBE對應(yīng)關(guān)系的曲線。對應(yīng)關(guān)系的曲線。 輸人特性曲線 當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓vBE較小時，基極電流較小時，基極電流iB很小，很小，通常近似為零。通常近似為零。 當(dāng)當(dāng)vBE大于三極管的死區(qū)電壓大于三極管的死區(qū)電壓vthth后，后，iC C開開始上升。始上升。 三極管正常導(dǎo)通時，硅管三極管正常導(dǎo)通時，硅管V VBEBE約為約為0.7V0.7V，鍺管約為鍺管約為0.3V0.3V，此時的，此時的V VBEBE值稱為三極管工作時值稱為三極管工作時的發(fā)射結(jié)正

28、向壓降。的發(fā)射結(jié)正向壓降。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件26 2輸出特性曲線 輸出特性曲線是反映三極管輸出回路電壓與電流關(guān)系的曲線，是指基極電輸出特性曲線是反映三極管輸出回路電壓與電流關(guān)系的曲線，是指基極電流流I IB B為某一定值時，集電極電流為某一定值時，集電極電流I IC C與集電極電壓與集電極電壓V VCECE對應(yīng)關(guān)系的曲線。對應(yīng)關(guān)系的曲線。 （1）截止區(qū) 習(xí)慣把習(xí)慣把IB=0曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)，三極管處于截止?fàn)钋€以下的區(qū)域稱為截止區(qū)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于三極管內(nèi)部各極開路。在截止區(qū)，三極管發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電態(tài)，相當(dāng)于三極管內(nèi)部各極開路。在截止區(qū)，三極管發(fā)射結(jié)反偏或

29、零偏，集電結(jié)反偏。結(jié)反偏。 （2）放大區(qū) 它是三極管發(fā)射結(jié)正偏、它是三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時的工作區(qū)域。最主要特點是集電結(jié)反偏時的工作區(qū)域。最主要特點是IC受受IB控制，具有電流放大作用?？刂?，具有電流放大作用。 （3）飽和區(qū) 當(dāng)當(dāng)VCE小于小于VBE時，三極時，三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏，此時管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏，此時IC已不再受已不再受IB控制。此時管子的集電極控制。此時管子的集電極發(fā)發(fā)射極間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。射極間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。 輸出特性曲線 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件27 1.4.4 三極管器件手冊的使用 三極管的類型非常多，從晶體管手冊

30、可以查找到三極管的型號，主要用途、主三極管的類型非常多，從晶體管手冊可以查找到三極管的型號，主要用途、主要參數(shù)和器件外形等，這些技術(shù)資料是正確使用三極管的依據(jù)。要參數(shù)和器件外形等，這些技術(shù)資料是正確使用三極管的依據(jù)。 三極管型號的讀識 1三極管型號 國產(chǎn)三極管的型號由五部分組成。國產(chǎn)三極管的型號由五部分組成。 第一部分是數(shù)字第一部分是數(shù)字“3”，表示三極管。，表示三極管。 第二部分是用拼音字母表示管子的材料和極第二部分是用拼音字母表示管子的材料和極性。性。 APNP鍺材料，鍺材料，BNPN鍺材料，鍺材料， CPNP硅材料，硅材料，DNPN硅材料。硅材料。 第三部分是用拼音字母表示管子的類型。第

31、三部分是用拼音字母表示管子的類型。 X低頻小功率管，低頻小功率管，G 高頻小功率管，高頻小功率管， D低頻大功率管，低頻大功率管，A 高頻大功率管。高頻大功率管。 第四部分用數(shù)字表示器件的序號。第四部分用數(shù)字表示器件的序號。 第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。3AG54A三極管三極管 NP鍺材料鍺材料 高頻小功率高頻小功率 序號序號 規(guī)格號規(guī)格號 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件28 2三極管的主要參數(shù) （1）直流參數(shù) 反映三極管在直流狀態(tài)下的特性。反映三極管在直流狀態(tài)下的特性。 直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)hFE 用于表征管子用于表征管子IC與與IB的分配比例。的

32、分配比例。 集集基反向飽和電流基反向飽和電流ICBO 它是指三極管發(fā)射極開路時，流過集電結(jié)的反向漏電電它是指三極管發(fā)射極開路時，流過集電結(jié)的反向漏電電流。流。ICBO大的三極管工作的穩(wěn)定性較差。大的三極管工作的穩(wěn)定性較差。 ICBO測量電路 ICEO測量電路 集集射反向飽和電流射反向飽和電流ICEO 它是指三極管的基極開路，集電極與發(fā)射極之間加上一它是指三極管的基極開路，集電極與發(fā)射極之間加上一定電壓時的集電極電流。定電壓時的集電極電流。ICEO是是ICBO的的(1+)倍，所以它受溫度影響不可忽視。倍，所以它受溫度影響不可忽視。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件29 （2）交流參數(shù) 是反映三極管

33、交流特性的主要指標(biāo)。是反映三極管交流特性的主要指標(biāo)。 交流電流放大倍數(shù)交流電流放大倍數(shù)hfe 通常也寫為通常也寫為 ，用于表征管子對，用于表征管子對交流交流信號的電流放大能力。信號的電流放大能力。 共發(fā)射極特征頻率共發(fā)射極特征頻率fT 三極管三極管的的 值下降到值下降到1時，所對應(yīng)的信號頻率稱為共發(fā)射時，所對應(yīng)的信號頻率稱為共發(fā)射極特征頻率，它是表征三極管高頻特性的重要參數(shù)。極特征頻率，它是表征三極管高頻特性的重要參數(shù)。 （3）極限參數(shù) 三極管有使用極限值，如果超出范圍則無法保證管子正常工作。三極管有使用極限值，如果超出范圍則無法保證管子正常工作。 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM

34、若三極管的工作電流超過若三極管的工作電流超過ICM，其，其 值將下降到正常值值將下降到正常值的的2/3以下。以下。 集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM 它是三極管的最大允許平均功率。它是三極管的最大允許平均功率。 集集射反向擊穿電壓射反向擊穿電壓V（BR）CEO 它是基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的它是基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。若管子的最大允許電壓。若管子的VCE超過超過V（BR）CEO，會引起電擊穿導(dǎo)致管子損壞。，會引起電擊穿導(dǎo)致管子損壞。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件30 場效晶體管則是一種電壓控制型器件，是利用輸入電壓產(chǎn)生電場效應(yīng)來控制輸場效

35、晶體管則是一種電壓控制型器件，是利用輸入電壓產(chǎn)生電場效應(yīng)來控制輸出電流，它具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、耗電省等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)出電流，它具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、耗電省等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。用于各種電子電路中。 1.5.1 絕緣柵場效應(yīng)管 1結(jié)構(gòu) 絕緣柵場效晶體管（絕緣柵場效晶體管（MOSMOS管）分為增強型和耗盡型兩類，各類又有管）分為增強型和耗盡型兩類，各類又有P P溝道和溝道和N N溝道溝道兩種。兩種。 1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管N溝道增強型絕緣柵場效晶體管 結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號P溝道增強型絕緣柵場效晶體管 結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號 陳振源主編 第

36、1章 半導(dǎo)體器件31 N溝道增強型絕緣柵場效晶體管是用一塊雜質(zhì)濃度較低的溝道增強型絕緣柵場效晶體管是用一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅片作襯底，型硅片作襯底， B為襯底引線。在硅片上面擴(kuò)散兩個高濃度為襯底引線。在硅片上面擴(kuò)散兩個高濃度N型區(qū)型區(qū)( (圖中圖中N+區(qū)區(qū)) )，各用金屬線引出電，各用金屬線引出電極，分別稱為源極極，分別稱為源極s和漏極和漏極d，在硅片表面生成一層薄薄的二氧化硅絕緣層，絕緣，在硅片表面生成一層薄薄的二氧化硅絕緣層，絕緣層上再制作一層鋁金屬膜作為柵極層上再制作一層鋁金屬膜作為柵極g。 如果制作場效晶體管采用如果制作場效晶體管采用N N型硅作襯底，漏極、源極為型硅作襯底，漏極、源

37、極為P+P+型區(qū)的引腳，則導(dǎo)電溝型區(qū)的引腳，則導(dǎo)電溝道為道為P P型。型。 觀察絕緣柵場效晶體管的電路符號時應(yīng)注意：若觀察絕緣柵場效晶體管的電路符號時應(yīng)注意：若d極與極與s極之間是三段斷續(xù)線，極之間是三段斷續(xù)線，表示為增強型；若是連續(xù)線表示為耗盡型。箭頭向內(nèi)表示為表示為增強型；若是連續(xù)線表示為耗盡型。箭頭向內(nèi)表示為N N溝道，反之為溝道，反之為P P溝道。溝道。場效晶體管外形圖 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件32 2電壓控制原理 在在N溝道增強型場效晶體管的漏極溝道增強型場效晶體管的漏極d與源極與源極s之間加上工作電壓之間加上工作電壓VDS后，管子的輸后，管子的輸出電流出電流ID就受柵源電壓就

38、受柵源電壓VGS的控制的控制。 當(dāng)柵源之間的電壓當(dāng)柵源之間的電壓VGS=0時，由于漏極時，由于漏極d與襯底與襯底B之間的之間的PN結(jié)處于反向偏置，結(jié)處于反向偏置，漏源極間無導(dǎo)電溝道，因此漏極電流漏源極間無導(dǎo)電溝道，因此漏極電流ID=0，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng)當(dāng)VGS增加至某個臨界電壓時，感應(yīng)電子層將兩個分離的增加至某個臨界電壓時，感應(yīng)電子層將兩個分離的N+區(qū)接通，形成區(qū)接通，形成N型型導(dǎo)電溝道，于是產(chǎn)生漏極電流導(dǎo)電溝道，于是產(chǎn)生漏極電流ID，管子開始導(dǎo)通。，管子開始導(dǎo)通。 繼續(xù)加大繼續(xù)加大VGS，導(dǎo)電溝道就會愈寬，導(dǎo)電溝道就會愈寬，輸出電流輸出電流ID也就愈大。也就愈大。增

39、強型場效晶體管的工作電路 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件33 3特性曲線 （1）轉(zhuǎn)移特性 指在漏源電壓指在漏源電壓VDS為確定值時，漏極電流為確定值時，漏極電流iD與柵源電壓與柵源電壓vGS之之間的關(guān)系曲線。間的關(guān)系曲線。 N N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管特性曲線管特性曲線見下圖見下圖 在在vGS=0 0時，時，iD=0 0； 當(dāng)當(dāng)vGS VGS（th）時，時，iD隨隨vGS的增大而增大。的增大而增大。轉(zhuǎn)移特性曲線 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件34 （2）輸出特性曲線 指在柵源電壓指在柵源電壓VGS為確定值時，漏極電流為確定值時，漏極電流iD與漏源電壓與漏源電壓vDS的關(guān)系曲線。按場

40、晶體管的工作情況可將輸出特性分為三個區(qū)域。的關(guān)系曲線。按場晶體管的工作情況可將輸出特性分為三個區(qū)域。 在在區(qū)域內(nèi)，漏源電壓區(qū)域內(nèi)，漏源電壓vDS相對較小，是相對較小，是曲線簇的上升段。該區(qū)域輸出電阻曲線簇的上升段。該區(qū)域輸出電阻ro隨隨vGS的的變化而變化，所以稱變化而變化，所以稱區(qū)為可調(diào)電阻區(qū)。區(qū)為可調(diào)電阻區(qū)。 在在區(qū)內(nèi)，漏極電流區(qū)內(nèi)，漏極電流iD幾乎不隨漏源電幾乎不隨漏源電壓壓vDS的變化而變化，所以稱為飽和區(qū)。在該的變化而變化，所以稱為飽和區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)iD會隨柵源電壓會隨柵源電壓vGS增大而增大，故增大而增大，故區(qū)又稱為放大區(qū)。區(qū)又稱為放大區(qū)。 區(qū)叫擊穿區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，由于區(qū)叫

41、擊穿區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，由于漏源電壓漏源電壓vDS較大，場效晶體管內(nèi)的較大，場效晶體管內(nèi)的PN結(jié)被擊結(jié)被擊穿穿。輸出特性曲線 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件35 1.5.2 結(jié)型場效晶體管 1符號和分類 結(jié)型場效晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號如下圖所示，三個電極是漏極結(jié)型場效晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號如下圖所示，三個電極是漏極d、源極、源極s和柵極和柵極g。 結(jié)型場效晶體管可分為結(jié)型場效晶體管可分為P溝道和溝道和N溝道兩種，電路符號是以柵極的箭頭指向溝道兩種，電路符號是以柵極的箭頭指向來區(qū)別。來區(qū)別。 結(jié)型場效晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖 結(jié)型場效晶體管電路符號及外形 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件36 2特性曲

42、線 （1）轉(zhuǎn)移特性曲線 轉(zhuǎn)移特性曲線位于縱軸的左側(cè)說明柵源極之間加的轉(zhuǎn)移特性曲線位于縱軸的左側(cè)說明柵源極之間加的是負(fù)電壓，即是負(fù)電壓，即vGS0，這是，這是N溝道結(jié)型場效晶體管正常工作的需要。溝道結(jié)型場效晶體管正常工作的需要。vGS=0時的時的漏極電流即為漏極飽和電流漏極電流即為漏極飽和電流IDSS。vGS由零向負(fù)值方向逐漸變化，則管子導(dǎo)電溝由零向負(fù)值方向逐漸變化，則管子導(dǎo)電溝道電阻加大，道電阻加大，iD將逐漸減小。當(dāng)將逐漸減小。當(dāng)vGS到達(dá)夾斷電壓到達(dá)夾斷電壓VGS（th）時，時，iD= =0，管子截止。，管子截止。 （2）輸出特性曲線 結(jié)型場效晶體管的輸出特性曲線與三極管相似，不結(jié)型場效晶

43、體管的輸出特性曲線與三極管相似，不同之處在于：三極管是不同同之處在于：三極管是不同IB的曲線簇，而結(jié)型場效晶體管是不同的的曲線簇，而結(jié)型場效晶體管是不同的VGS的曲線的曲線簇。簇。N溝道結(jié)型場效晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線 N溝道結(jié)型場效晶體管輸出特性曲線 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件37 3場效晶體管的主要參數(shù) （1）開啟電壓開啟電壓VGS(th) 指指VDS為定值時，使增強型絕緣柵場效應(yīng)管開始導(dǎo)通的柵為定值時，使增強型絕緣柵場效應(yīng)管開始導(dǎo)通的柵源電壓。源電壓。 （2）夾斷電壓夾斷電壓VGS(off) 指指VDS為定值時，使耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管處于剛開始為定值時，使耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管處于剛開始截止

44、的柵源電壓，截止的柵源電壓，N溝道管子的溝道管子的VGS(off)為為負(fù)值，屬耗盡型場效應(yīng)管的參數(shù)。負(fù)值，屬耗盡型場效應(yīng)管的參數(shù)。 （3）低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm 指指VDS為定值時，柵源輸入信號為定值時，柵源輸入信號vgs與由它引起的漏極電流與由它引起的漏極電流id之比，這是表征柵源電壓之比，這是表征柵源電壓vgs對漏極電流對漏極電流id控制作用大小的重要參數(shù)?？刂谱饔么笮〉闹匾獏?shù)。 （4）最高工作頻率最高工作頻率fM 它是保證管子正常工作的頻率最高限額。場效應(yīng)管三個它是保證管子正常工作的頻率最高限額。場效應(yīng)管三個電極間存在極間電容，極間電容小的管子最高工作頻率高，工作速度快。電極間存在極間電

45、容，極間電容小的管子最高工作頻率高，工作速度快。 （5）漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓V(BR)DS 指漏源極之間允許加的最大電壓，實際電壓值超過指漏源極之間允許加的最大電壓，實際電壓值超過該參數(shù)時，該參數(shù)時，會使會使PN結(jié)反向擊穿。結(jié)反向擊穿。 （6）最大耗散功率最大耗散功率PDSM 指指ID與與VDD的乘積不應(yīng)超過的極限值，是從發(fā)熱角度的乘積不應(yīng)超過的極限值，是從發(fā)熱角度對管子提出的限制條件。對管子提出的限制條件。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件38應(yīng)用提示 存放絕緣柵場效應(yīng)管時要將三個電極短路，取用管子時應(yīng)注意人體靜存放絕緣柵場效應(yīng)管時要將三個電極短路，取用管子時應(yīng)注意人體靜電對柵極的感應(yīng)，可

46、在手腕上套一接地的金屬箍。電對柵極的感應(yīng)，可在手腕上套一接地的金屬箍。 焊接絕緣柵場效應(yīng)管時，電烙鐵必須要有外接地線，或切斷電源利用焊接絕緣柵場效應(yīng)管時，電烙鐵必須要有外接地線，或切斷電源利用電烙鐵的余熱焊接，以防烙鐵漏電損壞管子。焊接時應(yīng)先焊源極，其次焊漏電烙鐵的余熱焊接，以防烙鐵漏電損壞管子。焊接時應(yīng)先焊源極，其次焊漏極，最后焊柵極。極，最后焊柵極。 要拆焊電路板上的場效應(yīng)管，應(yīng)先將電路板的工作電源關(guān)閉，不允許要拆焊電路板上的場效應(yīng)管，應(yīng)先將電路板的工作電源關(guān)閉，不允許電路通電時用烙鐵進(jìn)行焊接操作。電路通電時用烙鐵進(jìn)行焊接操作。 陳振源主編 第1章 半導(dǎo)體器件39 1半導(dǎo)體具有熱敏性、光敏性和摻雜性，因而成為制造電子元器件的關(guān)鍵材料。 2二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成，其最主要的特性是具有單向?qū)щ娦裕O管的特性可由伏安特性曲線準(zhǔn)確描述。選用二極管必須考慮最大整流電流、最高反向工作電壓兩個主要參數(shù)，工作于高頻電路時還應(yīng)考慮