工信版(中职）电工与电子技术第六章教学课件.ppt

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1、YCF(中职）电工与电子技术第六章教学课件第六章第六章 半导体器件半导体器件第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第三节第三节 半导体三极管半导体三极管第四节第四节 场效应晶体管场效应晶体管第五节第五节 特殊晶体管特殊晶体管返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识 一、半导体及其特性一、半导体及其特性 导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体。物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差

2、或不好的材料，如金刚石、人工晶体、们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、墟泊、陶瓷等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、墟泊、陶瓷等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单地把介于导和绝缘体之间银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单地把介于导和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到的，直到20世纪世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。才真

3、正被学术界认可。半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，1833年，英国巴拉迪最年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识电阻是随着温度的上升而降低的。这是半导体现象的首次发现。电阻是随着温度的上升而降低的。这是半导体现象的首次发现。1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产

4、年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。在导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的向电压，它是导通的;如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特

5、又导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。发现了铜与氧化铜的整流效应。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢?主要原因是主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清楚。半导体材料有很多种，按化学成分可分为元素半导体和化合物半楚。

6、半导体材料有很多种，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。除上述晶态半导体外，还有非晶态的有机物半导体等和导体两大类。除上述晶态半导体外，还有非晶态的有机物半导体等和本征半导体。本征半导体。上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体类。锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括化合物半导体包括l一一V族化合物族化合物(砷化嫁、磷化嫁等砷化嫁、磷化嫁等),II一一VI族化合物族化合物(硫化福、硫化锌等硫化福、硫化锌

7、等)、氧化物、氧化物(锰、锰、铬、铁、铜的氧化物铬、铁、铜的氧化物)，以及由，以及由l一一V族化合物和族化合物和B一一VI族化合物组成的族化合物组成的固溶体固溶体(嫁铝砷、嫁砷磷等嫁铝砷、嫁砷磷等)。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。璃半导体、有机半导体等。半导体的分类，按照其制造技术可以分为半导体的分类，按照其制造技术可以分为:集成电路器件，分立器集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑件、光电半导体、逻辑IC、模拟、模拟IC、储存器等几大类，一般来说这些、储存器等几大类，一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进

8、行分类，最近还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类，最近虽然不常用，还是按照虽然不常用，还是按照IC,ISI,VLSI超大超大ISI)及其规模进行分类的方法。及其规模进行分类的方法。此外，还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混此外，还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。金属材料的导电粒子是自由电子，而半导成及功能进行分类的方法。金属材料的导电粒子是自由电子，而半导体材料有两种导电粒子体材料有两种导电粒子(载流子载流子):一种是带负电的自由电子一种是带负电的自由电子(简称电子简称电子);另一种是带正电的空穴。另一种是带正电的

9、空穴。上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识二、本征半导体二、本征半导体 不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带半导体的价带是满带(见能带理论见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子

10、一空穴对，均能自由移动，即载流子，它子和价带中的空穴合称电子一空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子一空穴对的产生而形成的混合型导电称为和空穴导电。这种由于电子一空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子一空穴对消失，称为复合。本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子一空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光发光)或晶格的热振动能量或晶格的热振动能量(发热发热)。在一定温度下，电子

11、一空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，在一定温度下，电子一空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子一空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。高时，将产生更多的电子一空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识三、杂质半导体三、杂质半导体 半导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形半

12、导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，一般可分为成杂质半导体，一般可分为N型半导体和型半导体和P型半导体。半导体中掺入型半导体。半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。例主杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂如四价元

13、素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗(或硅或硅)原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢浅能级一施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带浅能级一施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此对于掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电对于掺入

14、施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电子，属电子导电型，称为子，属电子导电型，称为N型半导体。型半导体。上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识由于半导体中总是存在本征激发的电子一空穴对，所以在由于半导体中总是存在本征激发的电子一空穴对，所以在N型半导体型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。相应地，能提供空穴载流中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受主杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近子的杂质称为受主杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、嫁等杂

15、价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、嫁等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗质原子时，杂质原子与周围四个锗(或硅或硅)原子形成共价结合时尚缺少原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能级。级。由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子很容易激发到受主能级上由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子很容易激发到受主能级上填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程

16、所需出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程所需电离能比本征半导体情形下产生电子一空穴对要小得多。因此这时空电离能比本征半导体情形下产生电子一空穴对要小得多。因此这时空穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为P型半导体。在型半导体。在P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识四、四、

17、PN结及其单向导电性结及其单向导电性 采用不同的掺杂工艺，将采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与型半导体与N型半导体制作在同一块半型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称导体基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。结。PN结具有结具有单向导电性。单向导电性。一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分型半导体，另一部分掺有施主杂质是掺有施主杂质是N型半导体时，型半导体时，P型半导体和型半导体和N型半导体的交界面附近型半导体的交界面附近的过渡区称。的过渡区称。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制结有同

18、质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的成的PN结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结结叫异质结。制造叫异质结。制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。在在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质(离子离子)是固定不动的。是固定不动的。N型半导体中

19、有许多可动的负电子和固定的正离子。当型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和型和N型半导型半导体接触时，在界面附近空穴从体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向型半导体向N型半导体扩散，型半导体扩散，上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识电子从电子从N型半导体向型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P型半导体

20、一边的空间型半导体一边的空间电荷是负离子，电荷是负离子，N型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。在在PN结上外加一电压，如果结上外加一电压，如果P型一边接正极，型一边接正极，N型一边接负极，电型一边接负极，电流便从流便从P型一边流向型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压型一边接外加电压

21、的正极，的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性。结的单向导性。PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强。反向电压结加反向电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两

22、种，即隧道击穿和雪崩击穿。基本的击穿机构有两种，即隧道击穿和雪崩击穿。PN结加反向电压结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。外加电压改变。上一页 下一页返回第一节第一节 半导体的基本知识半导体的基本知识根据根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。如利用基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。如利用PN结单向导电性结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制

23、作可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管稳压二极管和雪崩二极管;利用高掺杂利用高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管结隧道效应制作隧道二极管;利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管。使半导体的光电效应利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管。使半导体的光电效应与与PN结相结合还可以制作多种光电器件。如利用前向偏置异质结的结相结合还可以制作多种光电器件。如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极管载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极管;利利用光辐射对用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测

24、器结反向电流的调制作用可以制成光电探测器;利用光生利用光生伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个PN结之间的相互作用可结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子功能。以产生放大，振荡等多种电子功能。PN结是构成双极型晶体管和场结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代电子技术的基础。在二级管中广泛应用。效应晶体管的核心，是现代电子技术的基础。在二级管中广泛应用。PN结的平衡态，是指结的平衡态，是指PN结内的温度均匀、稳定，没有外加电场、结内的温度均匀、稳定，没有外加电场、外加磁场、光照和辐射等外界因素的作用，宏观上达到稳定的平衡状外加磁场、光照和辐

25、射等外界因素的作用，宏观上达到稳定的平衡状态。态。上一页返回导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，常用的半导体有导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，常用的半导体有硅、锗等。半导体的导电能力与许多因素有关，其中温度、光、杂质硅、锗等。半导体的导电能力与许多因素有关，其中温度、光、杂质等因素对半导体的导电能力有较大影响。等因素对半导体的导电能力有较大影响。一、一、PN结的形成结的形成 纯净的半导体纯净的半导体(本征半导体本征半导体)掺入微量元素后就成为杂质半导体。由掺入微量元素后就成为杂质半导体。由于掺入的杂质不同，杂质半导体可分为于掺入的杂质不同，杂质半导体可分为N型半导体型半

26、导体(掺入五价元素掺入五价元素)和和P型半导体型半导体(掺入三价元素掺入三价元素)。半导体中参与导电的载流子有空穴和自由。半导体中参与导电的载流子有空穴和自由电子，电子，N型半导体主要是利用自由电子导电，型半导体主要是利用自由电子导电，P型半导体主要是利用型半导体主要是利用空穴导电。空穴导电。N型或型或P型半导体的导电能力虽然很高，但并不能直接用型半导体的导电能力虽然很高，但并不能直接用来制造半导体器件。来制造半导体器件。PN结是构成各种半导体的基础。结是构成各种半导体的基础。PN结是采用特定的制造工艺，使结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成一块半导体的两边分别形成P型半导体和型

27、半导体和N型半导体，它们的交界面型半导体，它们的交界面就形成就形成PN结。结。PN结具有单向导电性，即在结具有单向导电性，即在PN结上加正向电压时，结上加正向电压时，PN结电阻很低，正向电流较大，结电阻很低，正向电流较大，PN结处于导通状态结处于导通状态;加反向电压时，加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小，结电阻很高，反向电流很小，PN结处于截止状态。结处于截止状态。下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 半导体二极管半导体二极管二、二极管的结构和符号二、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引线引出，并区分别加上相

28、应的电极引线引出，并用管壳将用管壳将PN结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号如如图图6一一1所示，常见外形如所示，常见外形如图图6一一2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(或或正极正极)，从，从N区引出的电极为阴极区引出的电极为阴极(或负极或负极)，并分别用，并分别用A,K表示。表示。三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线如二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图图6一一3所示所示(以以正极到负极为参考方向正极到负极为参考方向)。1.正向特性正向特性外加正向电压

29、很小时，二极管呈现较大的电队，几乎没有正向电流通外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电队，几乎没有正向电流通过。曲线过。曲线OA段段(或或OA段段)称作死区，称作死区，A点点(或或A点点)的电压称为死区电压，的电压称为死区电压，硅管的死区电压一般为硅管的死区电压一般为0.5 V，锗管则约为，锗管则约为0.1 V。上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管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，如的正向电流流过，称为二极管导通，如AB段特性曲线所示，此段称段特性曲线所示，

30、此段称为导通段。从图中可以看出为导通段。从图中可以看出:硅管电流上升曲线比锗管更陡。二极管导硅管电流上升曲线比锗管更陡。二极管导通后的电压为导通电压，硅管一般为通后的电压为导通电压，硅管一般为0.7V，锗管约为，锗管约为0.3V。2.反向特性反向特性当二极管承受反向电压时，其反向电队很大，此时仅有非常小的反向当二极管承受反向电压时，其反向电队很大，此时仅有非常小的反向电流电流(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)，如曲线，如曲线oc段段(或或oc段段)所示。所示。实际应用中二极管的反向饱和电流值越小越好，硅管的反向电流比锗实际应用中二极管的反向饱和电流值越小越好，硅管的反

31、向电流比锗管小得多，一般为几十微安，而锗管为几百微安。管小得多，一般为几十微安，而锗管为几百微安。.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)，反向电流，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电急剧增大，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，用叽压，用叽R表示，曲线中表示，曲线中CD段段(或或CD段段)称为反向击穿区。通常加在称为反向击穿区。通常加在二极管上的反向电压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏二极管上的反向电压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏(稳压二极管除外稳压二极管除外)。

32、上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数解以下几个主要参数:最大整流电流最大整流电流:是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管

33、子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度(硅管为硅管为1400左右，左右，锗管为锗管为90“左右左右)时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN4001 X007型锗二极管的额定正向工作电流为型锗二极管的额定正向工作电流为1A。上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管最高反向工作电压最高反向工作电压:加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管加在二极管两端的反向电压高

34、到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为二极管反向耐压为50V,IN4007反向耐压为反向耐压为1 000V。反向电流反向电流:指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度

35、每升高10C，反，反向电流增大一倍。例如向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在型锗二极管，在25时反向电流若为时反向电流若为250泌，温度升高到泌，温度升高到35 C，反向电流将上升到，反向电流将上升到500uA，依此类推，在，依此类推，在75时，它的反向电流已达时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，型硅二极管，25时反向电流仅为时反向电流仅为5泌，温度升高到泌，温度升高到75时，反向电流也不过时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗。故硅二极管比锗二极管在高温下具

36、有较好的稳定性。二极管在高温下具有较好的稳定性。上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管最高工作频率最高工作频率:二极管工作的上限频率。超过此值时，由于结电容的作二极管工作的上限频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。用，二极管将不能很好地体现单向导电性。五、特殊二极管五、特殊二极管 前面讨论的二极管属于普通二极管，另外还有一些特殊用途的二极前面讨论的二极管属于普通二极管，另外还有一些特殊用途的二极管，如稳压二极管、发光二极管、光敏二极管等。管，如稳压二极管、发光二极管、光敏二极管等。1.稳压二极管稳压二极管 稳压二极管简称稳压管，它是一种用特殊工

37、艺制造的面结合型硅半稳压二极管简称稳压管，它是一种用特殊工艺制造的面结合型硅半导体二极管，其图形符号和外形封装如导体二极管，其图形符号和外形封装如图图6-4所示。使用时，它的阴所示。使用时，它的阴极接外加电压的正极，阳极接外加电压负极，管子反向偏置，工作在极接外加电压的正极，阳极接外加电压负极，管子反向偏置，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压。反向击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压。稳压管的伏安特性曲线如稳压管的伏安特性曲线如图图6-5所示，其正向特性与普通二极管相所示，其正向特性与普通二极管相同，反向特性曲线比普通二极管更陡。二极管在反向击穿状态下，同，反向特性曲线

38、比普通二极管更陡。二极管在反向击穿状态下，上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管流过管子的电流变化很大，而两端电压变化很小，稳压管正是利用这流过管子的电流变化很大，而两端电压变化很小，稳压管正是利用这一点实现稳压作用的。稳压管工作时，必须接人限流电阻，才能使其一点实现稳压作用的。稳压管工作时，必须接人限流电阻，才能使其流过的反向电流在流过的反向电流在I z min Iz max范围内变化。范围内变化。2.发光二极管发光二极管 发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光能的固体发发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光能的固体发光器件，它是由嫁光器件，它是由嫁(G

39、a)、砷、砷(As),磷磷(P)等化合物制成的，其图形符号等化合物制成的，其图形符号如如图图6一一6(a)所示。由这些材料构成的所示。由这些材料构成的PN结加上正偏电压时，结加上正偏电压时，PN结便结便以发光的形式来释放能量。以发光的形式来释放能量。发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿和红外光二发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿和红外光二极管等多种，按外形可分为方形、圆形等。图极管等多种，按外形可分为方形、圆形等。图6一一6(b)是发光二极管是发光二极管的外形，它的导通电压比普通二极管高，应用时，加正向电压，并接的外形，它的导通电压比普通二极管高，应用时，加正向电压，

40、并接人相应的限流电阻，它的正常工作电流一般为几个毫安至几十毫安。人相应的限流电阻，它的正常工作电流一般为几个毫安至几十毫安。发光强度在一定范围内与正向电流大小近似成线性关系。发光强度在一定范围内与正向电流大小近似成线性关系。上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管发光二极管作为显示器件，除单个使用外，也常做成七段式或矩阵式，发光二极管作为显示器件，除单个使用外，也常做成七段式或矩阵式，如用作微型计算机、音响设备、数控装置中的显示器。发光二极管的如用作微型计算机、音响设备、数控装置中的显示器。发光二极管的检测一般用万用表检测一般用万用表R x 10k()挡，通常正向电阻为挡，通常

41、正向电阻为15 k左右，反向左右，反向电阻为无穷大。电阻为无穷大。3.光敏二极管光敏二极管 光敏二极管俗称光电二极管，其光敏二极管俗称光电二极管，其PN结工作在反偏状态。光敏二极结工作在反偏状态。光敏二极管是一种光接收器件。它的管壳上有一个玻璃窗口以便接收光照，当管是一种光接收器件。它的管壳上有一个玻璃窗口以便接收光照，当光线辐射于光线辐射于PN结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是反向生反向电流。反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是反向电流与照度成正比。光敏二极管的图形符号和

42、外形如电流与照度成正比。光敏二极管的图形符号和外形如图图6-7所示。光所示。光敏二极管可用于光的测量。当制成大面积光敏二极管时，能将光能直敏二极管可用于光的测量。当制成大面积光敏二极管时，能将光能直接转换成电能，可作为一种能源使用，称为光电池。接转换成电能，可作为一种能源使用，称为光电池。上一页 下一页返回第二节第二节 半导体二极管半导体二极管光敏二极管的检测通常用万用表光敏二极管的检测通常用万用表Rx1k()挡检测，要求无光照时反向挡检测，要求无光照时反向电阻大，有光照时反向电阻小，若电阻差别小，则表明光敏二极管的电阻大，有光照时反向电阻小，若电阻差别小，则表明光敏二极管的质量不好。质量不好

43、。4.变容二极管变容二极管 变容二极管是利用变容二极管是利用PN结的结电容可变原理制成的半导体器件，它结的结电容可变原理制成的半导体器件，它仍工作在反向偏置状态。它的压一容特性曲线和图形符号如仍工作在反向偏置状态。它的压一容特性曲线和图形符号如图图6一一8所所示。示。普通二极管由于存在结电容，所以有电容效应。二极管结电容大小除普通二极管由于存在结电容，所以有电容效应。二极管结电容大小除了与本身工艺有关外，还与外加电压有关。当反偏电压增加，结电容了与本身工艺有关外，还与外加电压有关。当反偏电压增加，结电容就减小，变容二极管是这种效应显著的二极管。由特性曲线可知，改就减小，变容二极管是这种效应显著

44、的二极管。由特性曲线可知，改变变容二极管直流反偏电压就可以达到改变电容量的目的。不同型号变变容二极管直流反偏电压就可以达到改变电容量的目的。不同型号的变容二极管其电容量最大值是不一样的。变容二极管可用于高频电的变容二极管其电容量最大值是不一样的。变容二极管可用于高频电路，例如用作电视接收调谐回路中的可变电容器，用改变直流偏压的路，例如用作电视接收调谐回路中的可变电容器，用改变直流偏压的方法来选择频道。方法来选择频道。上一页返回第三节第三节 半导体三极管半导体三极管半导体三极管又称晶体三极管或双极型晶体管，简称晶体管，它是放半导体三极管又称晶体三极管或双极型晶体管，简称晶体管，它是放大电路最基本

45、的元件之一，由它组成的放大电路广泛应用于各种电子大电路最基本的元件之一，由它组成的放大电路广泛应用于各种电子设备。设备。1947年年12月月23日，美国科学家巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博日，美国科学家巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士，在导体电路中进行用半导体晶体把声音信号放大的实验时，发明士，在导体电路中进行用半导体晶体把声音信号放大的实验时，发明了具有划时代意义的成果了具有划时代意义的成果晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的，而晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的，而且对人们的生活发生了如此巨大的影响，所以被称为且对人们的生活发生了如此巨大的影响，所以被称为“献给世界的圣献给世界的圣诞节礼物诞节礼

46、物”。晶体管促进并带来了晶体管促进并带来了“固态革命固态革命”，进而推动了全球范围内的半导，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通信工具方面得体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通信工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。子计算机之类的高精密装置就变成了现实。下一页返回第三节第三节 半导体三极管半导体三极

47、管一、晶体管的结构、符号及外形一、晶体管的结构、符号及外形 1.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6-9(a)所示，它是由三层不同性质的半导所示，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，可将其分为体组合而成的。按半导体的组合方式不同，可将其分为NPN型管和型管和PNP型管。型管。无论是无论是NPN型管还是型管还是PNP型管，它们内部均含有三个区型管，它们内部均含有三个区:发射区、发射区、基区、集电区。从三个区各自引出一个电极，分别称为发射极基区、集电区。从三个区各自引出一个电极，分别称为发射极(E)、基、基极极(B)和集电极和集电极(C);

48、同时在三个区的两个交界处形成两个同时在三个区的两个交界处形成两个PN结，发射结，发射区与基区之间形成的区与基区之间形成的PN结称为发射结，集电区与基区之间形成的结称为发射结，集电区与基区之间形成的PN结称为集电结，两个结称为集电结，两个PN结通过掺杂浓度很低且很薄的基区联系着。结通过掺杂浓度很低且很薄的基区联系着。为了收集发射区发射过来的载流子以及便于散热，要求集电结面积较为了收集发射区发射过来的载流子以及便于散热，要求集电结面积较大，发射区多数载流子的浓度比集电区大，因此使用时集电极与发射大，发射区多数载流子的浓度比集电区大，因此使用时集电极与发射极不能互换。晶体管的图形符号如图极不能互换。

49、晶体管的图形符号如图6一一9(b)所示，符号中的箭头方所示，符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。向表示发射结正向偏置时的电流方向。上一页 下一页返回第三节第三节 半导体三极管半导体三极管2.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6一一10所示。耗散功率不同的晶体管，所示。耗散功率不同的晶体管，其体积、封装形式也不相同，近年来生产的小、中功率管多采用硅酮其体积、封装形式也不相同，近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装，大功率管采用金属封装，并做成扁平形状且有螺钉安装孔，塑料封装，大功率管采用金属封装，并做成扁平形状且有螺钉安装孔，这样能使其外壳和散热器连成一体

50、，便于散热。这样能使其外壳和散热器连成一体，便于散热。二、晶体管中的工作电压和电流放大作用二、晶体管中的工作电压和电流放大作用 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，集电结反向偏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。晶体管有置。晶体管有NPN型和型和PNP型两类，因此为了保证其外部条件，这两型两类，因此为了保证其外部条件，这两类晶体管工作时外加电源的极性是不同的，类晶体管工作时外加电源的极性是不同的，NPN型晶体管工作时电源型晶体管工作时电源接线如接线如图图6一一11(a)所示，所示，PNP型晶体管工作时电源接线如图型晶体管