工信版(中职）电工电子技术及应用第六章 常用半导体元器件教学课件.ppt

YCF(中职）电工电子技术及应用第六章 常用半导体元器件教学课件第六章第六章 常用半导体元器件常用半导体元器件第一节第一节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 晶体管晶体管第三节第三节 场效应晶体管场效应晶体管第一节第一节 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构和符号一、二极管的结构和符号 将将PN结的两个区，即结的两个区，即P区和区和N区分别加上相应的电极用引区分别加上相应的电极用引线引出，并用管壳将线引出，并用管壳将PN结封装起来就构成了半导体二极管，结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号如其结构与图形符号如图图6-1所示，常见外形如所示，常见外形如图图6-2所示。从所示。从P区引出的电极为阳极区引出的电极为阳极(或正极或正极)，从，从N区引出的电极为阴极区引出的电极为阴极(或或负极负极)，并分别用，并分别用A、K表示表示下一页下一页第一节第一节 半导体二极管半导体二极管二、二极管的主要参数二、二极管的主要参数(1)最大整流电流最大整流电流IFM 它是指二极管长期工作时所允许通过它是指二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流的最大正向平均电流(2)最高反向工作电压最高反向工作电压URM 它是指二极管工作时所允许加它是指二极管工作时所允许加的最高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。的最高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。(3)反向电流反向电流IR 它是指二极管未被击穿时的反向电流值。它是指二极管未被击穿时的反向电流值。(4)最高工作频率最高工作频率fM 主要由主要由PN结的结电容大小决定结的结电容大小决定下一页下一页上一页上一页第一节第一节 半导体二极管半导体二极管三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性 二极管最主要的特性就是单向导电性，这可以用伏安特性二极管最主要的特性就是单向导电性，这可以用伏安特性曲线来说明。所谓二极管的伏安特性曲线就是指二极管两端曲线来说明。所谓二极管的伏安特性曲线就是指二极管两端的电压的电压U与流过的电流与流过的电流I的关系曲线，如的关系曲线，如图图6-3所示所示(以正极到以正极到负极为参考方向负极为参考方向)。1.正向特性正向特性 外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有正向电流通过正向电流通过 二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的电二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的电阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通下一页下一页上一页上一页第一节第一节 半导体二极管半导体二极管三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性2.反向特性反向特性 当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非常小的反向电流常小的反向电流(称为反向饱和电流或反向漏电流称为反向饱和电流或反向漏电流)当反向电压增加到一定数值时当反向电压增加到一定数值时(如曲线中的如曲线中的C点或点或C点点)，反，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电压，用称为反向击穿电压，用UBR表示，曲线中表示，曲线中CD段段(或或CD段段)称称为反向击穿区。为反向击穿区。上一页上一页返返 回回第二节第二节 晶体管晶体管一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号1.外形外形 常见晶体管的外形结构如常见晶体管的外形结构如图图6-7所示。所示。2.结构和符号结构和符号 晶体管的结构示意图如晶体管的结构示意图如图图6-8(a)所示，它是由三层不同性所示，它是由三层不同性质的半导体组合而成的。按半导体的组合方式不同，可将其质的半导体组合而成的。按半导体的组合方式不同，可将其分为分为NPN型管和型管和PNP型管。型管。晶体管的图形符号如晶体管的图形符号如图图6-8(b)所示，符号中的箭头方向表所示，符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。示发射结正向偏置时的电流方向。下一页下一页第二节第二节 晶体管晶体管二、晶体管的主要参数二、晶体管的主要参数1.电流放大倍数电流放大倍数(1)共发射极直流电流放大倍数共发射极直流电流放大倍数(2)共发射极交流电流放大倍数共发射极交流电流放大倍数(hfe)下一页下一页上一页上一页第二节第二节 晶体管晶体管二、晶体管的主要参数二、晶体管的主要参数2.极间反向电流极间反向电流 (1)集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO ICBO是晶体管的发射极是晶体管的发射极开路时，集电极和基极间的反向漏电流，在温度一定的情况开路时，集电极和基极间的反向漏电流，在温度一定的情况下，下，ICBO接近于常数，所以又叫反向饱和电流接近于常数，所以又叫反向饱和电流 ICBO的测量电路如的测量电路如图图6-9(a)所示所示 (2)穿透电流穿透电流ICEO ICEO为基极开路时，由集电区穿过基区为基极开路时，由集电区穿过基区流人发射区的电流流人发射区的电流 ICEO的测量电路如的测量电路如图图6-9(b)所示所示下一页下一页上一页上一页第二节第二节 晶体管晶体管二、晶体管的主要参数二、晶体管的主要参数3.极限参数极限参数 极限参数是指晶体管正常工作时所允许的电流、电压和功极限参数是指晶体管正常工作时所允许的电流、电压和功率等的极限值率等的极限值 (1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM (2)集电极集电极-发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压U(BE)CBO (3)集电极集电极-基极反向击穿电压基极反向击穿电压U(BR)CBO (4)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM下一页下一页上一页上一页第二节第二节 晶体管晶体管三、晶体管中的电流分配和放大作用三、晶体管中的电流分配和放大作用1.晶体管的工作电压晶体管的工作电压 晶体管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电晶体管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置结反向偏置 NPN型晶体管工作时电源接线如型晶体管工作时电源接线如图图6-11(a)所示，所示，PNP型晶型晶体管工作时电源接线如体管工作时电源接线如图图6-11(b)所示所示2.晶体管各个电极的电流分配晶体管各个电极的电流分配 为了了解晶体管各个电极的电流分配及它们之间的关系，为了了解晶体管各个电极的电流分配及它们之间的关系，先看一个实验，实验电路如先看一个实验，实验电路如图图6-12所示。由于这种电路发射所示。由于这种电路发射极是公共端，因此这种接法称为晶体管的共发射极放大电路。极是公共端，因此这种接法称为晶体管的共发射极放大电路。下一页下一页上一页上一页第二节第二节 晶体管晶体管三、晶体管中的电流分配和放大作用三、晶体管中的电流分配和放大作用2.晶体管各个电极的电流分配晶体管各个电极的电流分配 调节电位器调节电位器RP，则基极电流，则基极电流IBB、集电极电流、集电极电流IC和发射极电和发射极电流流IE都发生变化，电流方向如图都发生变化，电流方向如图6-12所示，测量结果见所示，测量结果见表表6-1 可以找出晶体管各极电流分配关系可以找出晶体管各极电流分配关系 IE=IB+IC3.晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用 从从表表6-1中的实验数据还可以看出中的实验数据还可以看出:ICIB，而且当调节电位，而且当调节电位器器RP使使IB有一微小变化时，会引起有一微小变化时，会引起IC较大的变化，这表明基较大的变化，这表明基极电流极电流(小电流小电流)控制着集电极电流控制着集电极电流(大电流大电流)，所以晶体管是一，所以晶体管是一个电流控制器件，这种现象称为晶体管的电流放大作用。个电流控制器件，这种现象称为晶体管的电流放大作用。下一页下一页上一页上一页第二节第二节 晶体管晶体管四、晶体管的特性曲线四、晶体管的特性曲线1.输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线是在基极电流输出特性曲线是在基极电流IB一定的情况下，晶体管输出一定的情况下，晶体管输出回路中集射电压回路中集射电压UCE与集电极电流与集电极电流IC之间的关系曲线，用函数之间的关系曲线，用函数式表示为式表示为 图图6-13为某晶体管的输出特性曲线。为某晶体管的输出特性曲线。下一页下一页上一页上一页第二节第二节 晶体管晶体管四、晶体管的特性曲线四、晶体管的特性曲线2.输入特性曲线输入特性曲线 输入特性曲线是指当集射电压输入特性曲线是指当集射电压UCE为某一常数时，输入回路为某一常数时，输入回路中的基射电压中的基射电压UBE与基极电流与基极电流IB之间的关系曲线，用函数式表之间的关系曲线，用函数式表示为示为 图图6-14所示为某晶体管的输入特性曲线所示为某晶体管的输入特性曲线上一页上一页返返 回回第三节第三节 场效应晶体管场效应晶体管一、绝缘栅场效应晶体管的结构及符号一、绝缘栅场效应晶体管的结构及符号 绝缘栅型场效应晶体管是由金属、氧化物和半导体组成的，绝缘栅型场效应晶体管是由金属、氧化物和半导体组成的，因此又称为金属氧化物半导体场效应晶体管，简称因此又称为金属氧化物半导体场效应晶体管，简称MOS管。管。MOS管可分为增强型与耗尽型两种类型，每一种又分为管可分为增强型与耗尽型两种类型，每一种又分为N沟沟道和道和P沟道，即沟道，即NMOS管和管和PMOS管。管。图图6-15(a)所示为所示为N沟道增强型沟道增强型MOS管结构示意图管结构示意图 图图6-15(b)是增强型是增强型N沟道绝缘栅场效应晶体管的图形符号，沟道绝缘栅场效应晶体管的图形符号，箭头向内表示箭头向内表示N沟道。沟道。N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管的结构示意图和图形符沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管的结构示意图和图形符号如号如图图6-16所示。所示。下一页下一页第三节第三节 场效应晶体管场效应晶体管二、场效应晶体管的主要参数二、场效应晶体管的主要参数开启电压开启电压IGS(th)或夹断电压或夹断电压IGS(off)零偏漏极电流零偏漏极电流IDSS漏漏-源击穿电压源击穿电压I(BR)DS栅栅-源击穿电压源击穿电压I(BR)GS直流输入电阻直流输入电阻RGS漏极最大耗散功率漏极最大耗散功率PDM跨导跨导gm下一页下一页上一页上一页第三节第三节 场效应晶体管场效应晶体管三、绝缘栅场效应晶体管的特性三、绝缘栅场效应晶体管的特性1.N沟道增强型沟道增强型MOS管特性管特性 (1)转移特性转移特性 某增强型某增强型 NMOS管的转移特性曲线如管的转移特性曲线如图图6-17(a)所示所示 (2)输出特性增强型输出特性增强型NMOS管的输出特性是指当管的输出特性是指当UGSUGS(th)并保持不变时，漏源电压并保持不变时，漏源电压UDS变化所引起漏极电流变化所引起漏极电流IID的变化的变化的关系称为输出特性，的关系称为输出特性，图图6-17(b)为某增强型为某增强型NMOS管的输出管的输出特性曲线特性曲线下一页下一页上一页上一页第三节第三节 场效应晶体管场效应晶体管三、绝缘栅场效应晶体管的特性三、绝缘栅场效应晶体管的特性2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管特性管特性 与增强型相比，由于它的结构有所改变，因而使其控制特与增强型相比，由于它的结构有所改变，因而使其控制特性有明显变化性有明显变化 图图6-18(a)、(b)所示分别为所示分别为N沟道耗尽型管的转移特性曲线沟道耗尽型管的转移特性曲线和输出特性曲线和输出特性曲线下一页下一页上一页上一页第三节第三节 场效应晶体管场效应晶体管四、使用四、使用MOS管的注意事项管的注意事项 MOS管栅源之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄管栅源之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄放，因极间电容很小，故会造成电压过高使绝缘栅击穿。放，因极间电容很小，故会造成电压过高使绝缘栅击穿。焊接焊接MOS管时，对工作台、操作人员应有防静电措施，管时，对工作台、操作人员应有防静电措施，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。有些有些MOS场效应晶体管将衬底引出，故有场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种个管脚，这种管子漏极与源极可互接使用管子漏极与源极可互接使用 在使用场效应晶体管时，要注意漏一源电压、漏一源电流在使用场效应晶体管时，要注意漏一源电压、漏一源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。上一页上一页返返 回回图图6-1 二极管的结构与图形符号二极管的结构与图形符号返返 回回图图6-2 常见外形图常见外形图返返 回回图图6-3 二极管的伏安特性二极管的伏安特性返返 回回图图6-7 几种常见晶体管的外形结构几种常见晶体管的外形结构返返 回回图图6-8 晶体管的结构和图形符号晶体管的结构和图形符号返返 回回图图6-9 极间反向电流的测量电路极间反向电流的测量电路返返 回回图图6-11 晶体管的工作电压晶体管的工作电压返返 回回图图6-12 晶体管电流的实验电路晶体管电流的实验电路返返 回回表表6-1 晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据返返 回回图图6-13 晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线返返 回回图图6-14 晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线返返 回回图图6-15 N沟道增强型绝缘栅场效应沟道增强型绝缘栅场效应晶体管晶体管返返 回回图图6-16 N沟道耗尽型绝缘栅场效应沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管晶体管返返 回回图图6-17 增强型增强型NMOS管的特性曲线管的特性曲线返返 回回图图6-18 耗尽型耗尽型NMOS管特性管特性返返 回回