电工与电子技术 教学课件 作者 孙立坤 等 第7章　半导体器件基础.ppt

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1、电工与电子技术主编第7章　半导体器件基础7.1　半导体的基础知识7.2　半导体二极管7.3　晶体管7.4　晶闸管7.1　半导体的基础知识1)热敏性：半导体对温度很敏感，随着温度的升高，其导电能力大大增强。2)光敏性：半导体对光照也很敏感，当受光照射时其导电能力大大增强。3)掺杂性：半导体对“杂质”很敏感，掺杂以后导电能力大大增强。7.1.1　本征半导体图7-?1　硅和锗的原子结构7.1　半导体的基础知识图7-?2　硅晶体的结构与电子-空穴的产生7.1.2　N型和P型半导体7.1　半导体的基础知识本征半导体中由于载流子（自由电子和空穴）数

2、目有限，所以导电能力不强，而且导电能力也无法控制。1.N型半导体2.P型半导体图7-?3　硅中掺磷形成N型半导体7.1　半导体的基础知识图7-?4　硅中掺硼形成P型半导体7.1.3　PN结的形成及特性7.1　半导体的基础知识PN结是构成半导体二极管、晶体管、场效应晶体管、晶闸管和半导体集成电路等多种半导体器件的基础。1.PN结的形成图7-?5　PN结的形成过程2.PN结的单向导电特性7.1　半导体的基础知识图7-?6　PN结的单向导电特性7.2　半导体二极管7.2.1　二极管的结构在PN结的P区和N区分别用引线引出，P区的引线称为阳极，

3、N区的引线称为阴极，将PN结用外壳封装起来，便构成二极管，其结构和电气符号如图7⁃?7所示。图7-?7　二极管7.2　半导体二极管7.2.2　二极管的伏安特性图7-?8　二极管的伏安特性曲线7.2　半导体二极管1.正向特性1)当二极管的外加正向电压很小时，呈现较大的电阻，几乎没有正向电流通过。2)当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AB段(或A′B′)特性曲线所示，此段称为导通段。2.反向特性1)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(称为反向饱和电流

4、或反向漏电流)，如曲线OC段(或OC′段)所示。7.2　半导体二极管2)反向电压增加到一定数值时(如曲线中的C点或C′点)，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压，用UBR表示，曲线中CD段(或段)称为反向击穿区。7.2.3　二极管的主要参数二极管的参数是反映二极管性能的质量指标，工程上必须根据二极管的参数，合理地选择和使用二极管。(1)最大正向整流电流IFM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。(2)最高反向工作电压UFM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电

5、压击穿的危险。(3)反向电流IR它是指二极管未被击穿时的反向电流值。(4)最高工作频率fM主要由PN结电容大小决定。7.2　半导体二极管7.2.4　稳压二极管稳压二极管是一种用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，其图形符号和外形封装如图7⁃?9所示。图7-?9　稳压二极管的图形符号与外形7.2　半导体二极管图7-?10　稳压二极管的伏安特性曲线7.3　晶体管7.3.1　晶体管的结构和类型晶体管的种类很多，按工作频率不同可分为低频管和高频管；按功率大小可分为小功率管、中功率管和大功率管；按所用半导体材料不同可分为硅管和锗管；按结构和工艺

6、不同可分为合金型和平面型等。图7-?11　晶体管的结构和符号7.3　晶体管1)发射区杂质浓度远大于基区的杂质浓度。2)基区很薄，杂质浓度很低。3)集电结的面积比发射结的面积要大。7.3.2　晶体管的电流分配关系及放大能力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。图7-?12　晶体管电流的实验电路7.3　晶体管1)发射极电流等于基极电流和集电极电流之和，即IE=IB+IC。表7-?1　测量结果2)集电极电流IC是基极电流IB的倍，称为直流放大倍数，即3)很小的IB变化可以引起很大的IC变化，也就是说基极电流对集电极电

7、流具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的电流放大作用(实质是控制作用)。7.3.3　晶体管的特性曲线7.3　晶体管图7-?13　测量晶体管特性的实验电路1.输入特性曲线7.3　晶体管2.输出特性曲线图7-?14　晶体管的输入特性曲线7.3　晶体管图7-?15　晶体管的输出特性曲线(1)放大区　输出特性曲线的近于水平部分是放大区，7.3　晶体管在放大区内IC=βIB,放大区也称线性区，因为IC和IB成正比关系。(2)截止区IB=0时的曲线的以下区域称为截止区，IB=0，IC=ICEO。(3)饱和区　当UBE>UCE时，发射结、集电结都处于

8、正向偏置，晶体管处于饱和工作状态。7.3.4　晶体管的主要参数1.共发射极电流放大倍数(1)直流电流放大倍数(2)交流电流放大倍数β在动态时，基极电流的变化增量为ΔIB，它引起的集电极电流的变化增量为ΔIC