常用半導體器件第

1

章第一節半導體的基礎知識

第二節半導體二極管

第三節雙極型半導體三極管

第四節場效晶體管

第五節晶閘管

第1章小結技能訓練1元器件的識別與檢測常用半導體器件第1章第一節半導體的基礎知識第二節常用半導體器件第

1

章第一節

半導體的基礎知識一、本征半導體二、雜質半導體三、PN結(SemiconductorDiode)常用半導體器件第1章第一節半導體的基礎知識一、本征半第一章常用半導體器件

常用的導體一般為銀、銅、鋁等物體；絕緣體為橡膠、塑料、膠木等；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體。

用來制造半導體器件的材料主要是硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵(GaAs)等。

半導體材料進行特殊加工，使其成為性能可控，即可用來制造構成電子電路的基本元件—半導體器件。

自然界中的物質根據導電能力的不同分為導體、絕緣體和半導體。第一章常用半導體器件常用的導體一般為銀、銅一、本征半導體本征半導體

—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。載流子—自由運動的帶電粒子。半導體中的載流子有兩種，自由電子和空穴。共價鍵—相鄰原子共有價電子所形成的束縛。+4+4+4+4硅(鍺)的原子結構Si284Ge28184簡化模型+4慣性核硅(鍺)的共價鍵結構價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內移動第一章常用半導體器件一、本征半導體本征半導體—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體本征激發：復合：自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成對消失的過程。漂移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運動。在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。第一章常用半導體器件本征激發：復合：自由電子和空穴在運動中相遇重兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內)的運動

結論：1.本征半導體中電子和空穴成對出現，且數量少；

2.半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電；

3.本征半導體導電能力弱，并與溫度有關。第一章常用半導體器件兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共二、雜質半導體（一）N型半導體N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數載流子空穴為少數載流子載流子數

電子數第一章常用半導體器件

在本征半導體中摻入微量雜質元素，摻雜后的半導體稱為雜質半導體。可分為N型半導體和P型半導體。施主離子施主原子二、雜質半導體（一）N型半導體N型+5+4+4+4+4+受主離子+3+4+4+4+4+4（二）P型半導體P型空穴硼原子空穴—

多子電子—

少子載流子數

空穴數受主原子注意:

雜質半導體中載流子雖有多少之分，由于還有不能移動的雜質離子，因而整個半導體仍呈電中性。受主+3+4+4+4+4+4（二）P型半導體P型空穴硼原三、

PN結（一）PN結的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴散2.復合使交界面形成空間電荷區(耗盡層)

空間電荷區特點:無載流子，阻止擴散進行，利于少子的漂移。3.擴散和漂移達到動態平衡擴散電流等于漂移電流，

總電流I=0。內建電場第一章常用半導體器件三、PN結（一）PN結的形成1.載流子的濃度差引起多（二）PN結的單向導電性1.外加正向電壓(正向偏置)P區N區內電場+

UR外電場外電場使多子向PN結移動,中和部分離子使空間電荷區變窄。IF限流電阻擴散運動加強形成正向電流IF。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向電壓(反向偏置)P

區N

區

+UR內電場外電場外電場使少子背離PN結移動，空間電荷區變寬。IRPN結的單向導電性：正偏導通，呈小電阻，電流較大;

反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運動加強形成反向電流IRIR=I少子

0第一章常用半導體器件（二）PN結的單向導電性1.外加正向電壓(正向偏置)P第二節半導體二極管一、半導體二極管的結構二、二極管的伏安特性三、二極管的主要參數第一章常用半導體器件四、二極管電路的分析方法五、特殊二極管第二節半導體二極管一、半導體二極管的結構二、二極管的伏一、半導體二極管的結構構成：PN結+引線+管殼=二極管符號：V分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結構分點接觸型面接觸型點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線

面接觸型N型鍺PN結

正極引線鋁合金小球底座金銻合金平面型正極

引線負極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底第一章常用半導體器件一、半導體二極管的結構構成：PN結+引線+管殼模擬電子技術第一章課件二、二極管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死區電壓iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(鍺管)UUthiD急劇上升0U

Uth

UD(on)

=(0.60.8)V硅管0.7V(0.10.3)V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)

U0iD=IS<0.1A(硅)

幾十A(鍺)U<

U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)第一章常用半導體器件二、二極管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿特別注意：

溫度對二極管的特性有顯著影響。當溫度升高時，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。變化規律是：在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降約減小2～2.5mV，溫度每升高10℃，反向電流約增大一倍。—PN結未損壞，斷電即恢復。—PN結燒毀。第一章常用半導體器件反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿特別注意：溫度對溫度對二極管特性的影響604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT

升高時，UD(on)以(22.5)mV/C下降第一章常用半導體器件溫度對二極管特性的影響604020–0.0200.4–25硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020第一章常用半導體器件硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.三、二極管的主要參數1.

IF—

最大整流電流(最大正向平均電流)2.

URM—

最高反向工作電壓，為U(BR)/23.

IR

—

反向電流(越小單向導電性越好)4.

CB、CD—

結電容(CB勢壘電容，CD擴散電容)iDuDU(BR)IFURMO第一章常用半導體器件5.

fM—

最高工作頻率(超過時單向導電性變差)三、二極管的主要參數1.IF—最大整流電流(最大正影響工作頻率的原因—PN結的電容效應

結論：1.低頻時，因結電容很小，對PN結影響很小。高頻時，因容抗減小，使結電容分流，導致單向導電性變差。2.結面積小時結電容小，工作頻率高。第一章常用半導體器件影響工作頻率的原因—PN結的電容效應第一章常用半導體第一章常用半導體器件四、二極管電路的分析方法1、理想模型特性uDiD符號及等效模型SS2、恒壓降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)UD(on)3、二極管的折線近似模型uDiDUD(on)UI斜率1/rDrDUD(on)第一章常用半導體器件四、二極管電路的分析方法1、理想模型特【例1-1】二極管電路如圖（a）所示，其輸入電壓uI(t)的波形如圖(b)所示。第一章常用半導體器件（1）當二極管為理想模型時，試繪出uO(t)的波形。200ΩVuo(t)200ΩuI(t)3V(a)uI(t)(b)55Vt/ms當uI(t)<3V,uO(t)=3V;

當uI(t)≥3V,當uI(t)=5V,uO(t)≥4V。

uO(t)≥1/2×uI(t)+1.5V;

uI(t)(c)55Vt/ms4V3Vuo(t)【例1-1】二極管電路如圖（a）所示，其輸入電壓uI(t)的第一章常用半導體器件（2）當二極管為恒壓模型時(Uon=0.7V)，試繪出uO(t)的波形。uI(t)(b)55Vt/ms當uI(t)<3.7V,uO(t)=3V;

當uI(t)≥3.7V,當uI(t)=5V,uO(t)=3.65V。

uO(t)≥1/2×uI(t)+1.15V;

uo(t)(c)55Vt/ms4V3V3.7V3.65Vuo(t)200ΩV200ΩuI(t)3V(a)Uon第一章常用半導體器件（2）當二極管為恒壓模型時(Uon=0第一章常用半導體器件（3）當二極管為折線模型時(Uon=0.7V,rD=25Ω)，試繪出uO(t)的波形。uI(t)(b)55Vt/ms當uI(t)<3.7V,uO(t)=3V;

當uI(t)≥3.7V,當uI(t)=5V,uO(t)=3.61V。

uO(t)≥0.47uI(t)+1.26V;

uo(t)(c)55Vt/ms4V3V3.7V3.61Vuo(t)VUon200Ω200ΩuI(t)3V(a)rD第一章常用半導體器件（3）當二極管為折線模型時(Uon=0五、特殊二極管第一章常用半導體器件（一）穩壓二極管一、伏安特性符號iZ/mAuZ/VOUZIZminIZmaxUZIZIZ二、主要參數1.

穩定電壓UZ

流過規定電流時穩壓管兩端的反向電壓值。2.穩定電流IZ

越大穩壓效果越好，小于IZmin時不穩壓。3.動態電阻rZ幾幾十rZ=UZ/IZ

越小穩壓效果越好。4.

最大工作電流IZM和最大耗散功率PZMPZM=UZIZmax五、特殊二極管第一章常用半導體器件（一）穩壓二極管一、伏第一章常用半導體器件5.穩定電壓溫度系數一般，UZ<4V，穩壓管具有負溫度系數；UZ>7V，穩壓管具有正溫度系數；4V<UZ<7V，溫度系數很小。aa是表示溫度每變化1oC時穩壓值的變化量。第一章常用半導體器件5.穩定電壓溫度系數一般，UZ<第一章常用半導體器件例1-2

分析簡單穩壓電路的工作原理;已知穩壓管的穩定電壓UZ=6V,最小穩定電流IZmin=5mA,最大穩定電流IZmax=25mA,負載電阻RL=600Ω,計算限流電阻R的取值范圍。UIUORRLILIRIZIR=IZ+ILUO=UI

–IRR當UI波動時(RL不變)當RL變化時(UI不變)反之,也可維持UO穩定

。第一章常用半導體器件例1-2分析簡單穩壓電路的工作原為保證穩壓管正常工作，無論如何都要滿足IZmin＜IZ＜IZmax第一章常用半導體器件即：則有：經整理可得

：對于限流電阻R的取值必須滿足：

Rmin＜R＜Rmax

為保證穩壓管正常工作，無論如何都要滿足IZmin＜IZ＜IZ第一章常用半導體器件（二）發光二極管1.符號和特性符號u/Vi

/mAO2工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導通電壓(12)V。2.發光類型：可見光：紅、黃、綠不可見光：紅外光特別注意:

發光二極管的導通壓降大于1V，一般紅色發光二極管約為1.6～1.8V，黃色約為2.0～2.2V，綠色約為2.2～2.4V，工作時必須串接限流電阻。第一章常用半導體器件（二）發光二極管1.符號和特性符號第1章半導體二極管第1章半導體二極管第一章常用半導體器件（三）光電二極管符號uiO暗電流E=200lxE=400lx特性工作條件：反向偏置2.主要參數:暗電流，光電流，最高工作范圍光學參數：光譜范圍，靈敏度，峰值波長等實物照片（四）變容二極管

變容二極管是利用PN結反偏時勢壘電容大小隨外加電壓而變化的特性制成的。它主要用在高頻電路中作自動調諧、調頻、調相等。第一章常用半導體器件（三）光電二極管符號uiO暗電流E2.1雙極型半導體三極管一、雙極型半導體三極管的結構和工作原理二、晶體三極管的特性曲線三、三極管的主要參數四、光電三極管2.1雙極型半導體三極管一、雙極型半導體三極管的結構和工作一、雙極型半導體三極管的結構和工作原理（一）雙極型半導體三極管（BJT）結構NNP發射極E基極B集電極C發射結集電結—基區—發射區—集電區emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分類：按材料分：硅管、鍺管按結構分：

NPN、PNP按使用頻率分：

低頻管、高頻管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1WECBECB第一章常用半導體器件一、雙極型半導體三極管的結構和工作原理（一）雙極型半導體三極雙極型半導體三極管的實物圖第一章常用半導體器件金屬封裝小功率管

塑封小功率管

塑封大功率管金屬封裝大功率管雙極型半導體三極管的實物圖第一章常用半導體器件金屬封裝（二）工作原理三極管放大的條件內部條件發射區摻雜濃度高基區薄且摻雜濃度低集電結面積大外部條件發射結正偏集電結反偏外加電源與管子的連接方式VCCRCICecbVBBRbIBUBEUCEIEVCCRCICecbVBBRbIBUBEUCEIENPN型管的連接方式PNP型管的連接方式第一章常用半導體器件（二）工作原理三極管放大的條件內部發射區摻雜濃度高基區薄且摻滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發射極電路共集電極電路共基極電路實現電路uiuoRBRCuouiRCRE第一章常用半導體器件滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBui三極管內部載流子的傳輸過程(以NPN型為例)1)

在VBB提供的正偏電壓作用下,發射區向基區注入多子電子，形成發射極電流

IE。ICN多數向BC結方向擴散形成ICN。IE少數與空穴復合，形成IBN。IBNI

CBOIBIC2)電子到達基區后(基區空穴運動因濃度低而忽略)第一章常用半導體器件ICN≈ICIBN≈IB基區空穴來源基極電源提供(IB)集電區少子漂移(ICBO)IB三個電極的電流關系:IE=IC+IB直流電流放大系數:三極管內部載流子的傳輸過程(以NPN型為例)1)在VBB提二、晶體三極管的特性曲線（一）輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++iBRB+uBEVBB+O特性基本重合(電流分配關系確定)特性右移(因集電結開始吸引電子)導通電壓UBE(on)硅管：(0.60.8)V鍺管：

(0.20.3)V取0.7V取0.2VVBB+RB第一章常用半導體器件二、晶體三極管的特性曲線（一）輸入特性輸入輸出與二極管特性相（二）輸出特性iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAiB=0O24684321截止區：

iB0

iC=ICEO0條件：兩個結反偏2.放大區：3.飽和區：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0條件：兩個結正偏特點：iC

iB臨界飽和時：uCE

=uBE深度飽和時：0.3V(硅管)uCE=U(CES)=0.1V(鍺管)放大區截止區飽和區條件：發射結正偏集電結反偏特點：水平、等間隔ICEO第一章常用半導體器件（二）輸出特性iC/mAuCE/V100μAO（三）溫度對三極管特性曲線的影響1.溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高1C，UBE

(22.5)mV。溫度每升高10C，ICBO

約增大1倍。2.溫度升高，輸出特性曲線向上移。OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0溫度每升高1C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。O第一章常用半導體器件（三）溫度對三極管特性曲線的影響1.溫度升高，輸入特性曲三、三極管的主要參數1、電流放大系數（1）共發射極電流放大系數iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數

—交流電流放大系數一般為幾十幾百（2）共基極電流放大系數1一般在0.98以上。

Q2、極間反向飽和電流CB極間反向飽和電流

ICBO，CE極間反向飽和電流ICEO。第一章常用半導體器件三、三極管的主要參數1、電流放大系數（1）共發射極電流放大3、極限參數1.ICM

—集電極最大允許電流，超過時

值明顯降低。U(BR)CBO

—發射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。2.PCM—集電極最大允許功率損耗PC=iC

uCE。3.U(BR)CEO

—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO

—集電極極開路時E、B極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區第一章常用半導體器件四、光電三極管

光電三極管的工作原理是將光照后產生的電信號又進行了放大，用光的強度來控制集電極電流的大小。

符號：ce3、極限參數1.ICM—集電極最大允許電流，超過時第四節場效應管一、結型場效晶體管三、場效晶體管的主要參數二、絕緣柵場效晶體管第一章常用半導體器件第四節場效應管一、結型場效晶體管三、場效晶體管的主要參場效晶體管FET

(FieldEffectTransistor)類型：結型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)絕緣柵型IGFET(InsulatedGateFET)特點：1.單極性器件(一種載流子導電)3.工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強等優點。2.輸入電阻高(1081015，IGFET可高達1015)第一章常用半導體器件場效晶體管FET(FieldEffectTran一、結型場效晶體管（一）結構與符號N溝道JFETP溝道JFET第一章常用半導體器件有三個電極：柵極（G）、源極（S）、漏極（D）。一、結型場效晶體管（一）結構與符號N溝道JFETP（二）工作原理uGS

0，uDS

>0

此時

uGD=UP；

溝道楔型耗盡層剛相碰時稱預夾斷。預夾斷當uDS

，預夾斷點下移。（三）轉移特性和輸出特性當UP

uGS0時,uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3V第一章常用半導體器件UPOO工作狀態可變電阻區飽和區（恒流區）擊穿區（二）工作原理uGS0，uDS>0此時uG（一）N溝道增強型二、絕緣柵場效應管（IGFET）1.結構與符號P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴散的方法制作兩個N區在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層SD用金屬鋁引出源極S和漏極DG在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極GB耗盡層S—源極SourceG—柵極Gate

D—漏極DrainSGDB第一章常用半導體器件（一）N溝道增強型二、絕緣柵場效應管（IGFET）1.2.工作原理（1）uGS

對iD的控制作用a.

當uGS=0

，D、S間為兩個背對背的PN結；b.

當0<uGS<UT(開啟電壓)時，G、B間的垂直電場吸引

P區中電子形成離子區(耗盡層)；c.

當uGS

UT

時，襯底中電子被吸引到表面，形成導電溝道。uGS

越大溝道越厚。反型層(溝道)第一章常用半導體器件2.工作原理（1）uGS對iD的控制作用a.當(2)uDS

對

iD的影響(uGS>UT)

D、S間的電位差使溝道呈楔形，uDS，靠近漏極端的溝道厚度變薄。預夾斷(UGD=

UT)：漏極附近反型層消失。預夾斷發生之前：uDSiD。預夾斷發生之后：uDSiD不變。第一章常用半導體器件(2)uDS對iD的影響(uGS>UT)D、S3.特性曲線2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUT當uGS>UT

時：uGS=2UT時的

iD值輸出特性曲線可變電阻區uDS<uGSUTuDSiD

，直到預夾斷飽和(放大區)uDS，iD

不變uDS加在耗盡層上，溝道電阻不變截止區uGS

UT

全夾斷iD=0

開啟電壓iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止區

飽和區可變電阻區放大區恒流區OO第一章常用半導體器件轉移特性曲線3.特性曲線2464uGS/ViD/mAUD（二）N溝道耗盡型MOSFETSGDBSio2

絕緣層中摻入正離子在uGS=0時已形成溝道；在DS間加正電壓時形成iD，uGS

UP（夾斷電壓）

時，全夾斷。輸出特性uGS/ViD/mA轉移特性IDSSUP夾斷電壓飽和漏極電流當uGS

UP

時，uDS/ViD/mAuGS=0.4V0.2V0V0.2VOO第一章常用半導體器件（二）N溝道耗盡型MOSFETSGDBSio2絕緣層(三)P溝道MOSFET增強型耗盡型SGDBSGDB第一章常用半導體器件(三)P溝道MOSFET增強型耗盡型SGDBSGDB第一N溝道增強型SGDBiDP溝道增強型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAOuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=8V6V4V2VSGDBiDN溝道耗盡型iDSGDBP溝道耗盡型IDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN溝道結型SGDiDSGDiDP溝道結型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUPOuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5VFET符號、特性的比較第一章常用半導體器件UTUPN溝道增強型SGDBiDP溝道增強型SGDBiD2–三、場效晶體管的主要參數1.開啟電壓UT(增強型)

夾斷電壓

UP(耗盡型)

指uDS=某值，使漏極電流iD為某一小電流時的uGS

值。UTUP2.飽和漏極電流

IDSS耗盡型場效晶體管，當uGS=0時所對應的漏極電流。3.直流輸入電阻

RGS指漏源間短路時，柵、源間加反向電壓呈現的直流電阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015IDSSuGS/ViD/mAO第一章常用半導體器件（一）直流參數三、場效晶體管的主要參數1.開啟電壓UT(增強型)1.低頻跨導

gm反映了uGS對iD的控制能力，單位S(西門子)。一般為幾毫西

(mS)PDM=uDSiD，受溫度限制。2.輸出電阻

rd6.最大漏極功耗

PDMuGS/ViD/mAQO第一章常用半導體器件（二）交流參數3.極間電容CGS、CGDCGS是柵源極間的電容，CGD是柵漏極間的電容。4.最大漏源電壓U(BR)DS5.最大柵源電壓U(BR)GS1.低頻跨導gm反映了uGS對iD的控制能力，P第五節晶閘管一、結構和等效模型三、晶閘管的伏安和主要參數二、工作原理第一章常用半導體器件第五節晶閘管一、結構和等效模型三、晶閘管的伏安和主要參晶閘管又稱硅可元件(SCR)用途：單向型雙向型特點：1.體積小、重量輕、容量大、響應速度快、控制靈活、壽命長及維護方便。2.通過弱電流或低伏電壓控制強電流和高電壓。第一章常用半導體器件常用于可控整流、逆變、調壓等電路，也可作為無觸點功率開關。類型可關斷型晶閘管又稱硅可元件(SCR)用途：單向型雙向型特點：1.體幾種晶閘管實物圖第一章常用半導體器件一、結構和等效模型幾種晶閘管實物圖第一章常用半導體器件一、結構和等效模型第一章常用半導體器件1.晶閘管結構J2N1P1P2N2A(陽極)G(控制極)J1K(陰極)J3V2N2K(陰極)N1P2A(陽極)N1P1P2G(控制極)V1結構四層半導體材料(P型和N型交替組成)三個PN結(J1、J2、J3)引出三個電極(陽極A、陰極K、控制極G)第一章常用半導體器件1.晶閘管結構J2N1P1P2N2A(2.等效電路第一章常用半導體器件A(陽極)N1P1P2G(控制極)V1V2N2K(陰極)N1P2結構分解圖GKAV1V2等效電路電路符號KAG2.等效電路第一章常用半導體器件A(陽極)N1P1P2二、工作原理第一章常用半導體器件KAGRVAAVGGSIC1AV1V2KGVAAVGGSRUGKβ2IB2β1β2IB2IB2IG_+實際電路等效電路a.S閉合時控制極在電壓UGK的作用下，產生V2管的基極電流為IB2，即觸發電流IG，其集電極電流為IB2；

b.V1基極電流IB1＝β2IB2，

V1集電極電流IC1=β2IB2；IC1作為V2管的基極電流再一次進行上述放大過程，形成正反饋;

c.

晶閘管很快處于導通狀態，這一過程稱為觸發導通。

d.晶閘管一旦導通，即使開關S斷開，管子內部的正反饋始終維持導通狀態，即控制極就失去控制作用。二、工作原理第一章常用半導體器件KAGRVAAVGGSI(一)晶闡管的伏安特性第一章常用半導體器件三、晶闡管的伏安特性和主要參數0uAK(V)iA(A)DUBOIG2>IG1>IG0=0IHBCUFIRUBRA0A2A1A0a.觸發電流iG＝0時，uAK增大，初始陽極電流較小，稱為正向漏電流，晶閘管不導通，處于正向阻斷狀態(簡稱斷態)。b.

增大uAK，J2結擊穿，i(A)增加，狀態變為通態。這時所對應的電壓峰值稱為正向轉折電壓UBO

。c.管子導通后，正向管壓降突然降低為UF。d.若uAK減小，iA沿BC段減小,到B點時，為最小維持電流IH。如果iA<IH，晶閘管則由通態轉為斷態。e.uAK加正向電壓，iG≠0，iG越大，管子轉為通態所需的轉折電壓越小。f.uAK加反向電壓時，在電壓較小時，Jl和J3處于反偏，J2為正偏，晶閘管流過很小反向漏電流IR，為反向阻斷狀態。g.當反向電壓增加到D點時，反向電流突然增加，管子擊穿損壞，這時的電壓稱為反向擊穿電壓UBR。(一)晶闡管的伏安特性第一章常用半導體器件三、晶闡管的(二)晶闡管的主要參數第一章常用半導體器件三、晶闡管的伏安特性和主要參數1.額定正向平均電流IF2.維持電流IH3.觸發電壓UG和觸發電流IG

4.正向重復峰值電壓UDRM5.反向重復峰值電壓URRM

UDRM=UBO-100VURRM=UBR-100VUG=1~5(V)IG=幾十~幾百(mA)IH100VUBRURRMUDRMUBO100VDIG2>IG1>IG0=0IRA0A2A1A00uAK(V)iA(A)BCUF(二)晶闡管的主要參數第一章常用半導體器件三、晶闡管的小結第1

章小結第1章一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流子的運動電子—自由電子空穴—價電子兩種半導體N型(多子為電子)P型(多子為空穴)二、二極管1.特性—單向導電正向電阻小(理想為0)，反向電阻大()。iDO

uDU(BR)IFURM2.主要參數正向—最大平均電流IF反向—最大反向工作電壓U(BR)(超過則擊穿)反向飽和電流IR(IS)(受溫度影響)第1章小結IS一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流電子—自由電子空穴—價3.二極管的等效模型理想模型(大信號狀態采用)uDiD正偏導通電壓降為零相當于理想開關閉合反偏截止電流為零相當于理想開關斷開恒壓降模型UD(on)正偏電壓UD(on)

時導通等效為恒壓源UD(on)否則截止，相當于二極管支路斷開UD(on)=(0.60.8)V估算時取0.7V硅管：鍺管：(0.10.3)V0.2V第1章小結3.二極管的等效模型理想模型(大信號狀態采用)uDi4.特殊二極管工作條件主要用途穩壓二極管反偏穩壓發光二極管正偏發光光敏二極管反偏光電轉換第1章小結折線近似模型相當于有內阻的恒壓源UD(on)折線斜率的倒數為恒壓源的內阻rD。4.特殊二極管工作條件主要用途穩壓二極管反偏穩三、兩種半導體放大器件雙極型半導體三極管(晶體三極管

BJT)單極型半導體三極管(場效晶體管

FET)兩種載流子導電多數載流子導電晶體三極管1.形式與結構NPNPNP三區、三極、兩結2.特點基極電流控制集電極電流并實現放大放大條件內因：發射區載流子濃度高、基區薄、集電區面積大外因：發射結正偏、集電結反偏3.電流關系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+)

IB+ICEOIE=IC+IBIC=

IB

IE=(1+)

IB

第1章小結三、兩種半導體放大器件雙極型半導體三極管(晶體三極管BJT4.特性iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O369124321O0.40.8iB

/AuBE/V60402080死區電壓(Uth)：0.5V(硅管)0.1V(鍺管)工作電壓(UBE(on))

：0.60.8V取0.7V

(硅管)0.20.3V取0.3V

(鍺管)放大區飽和區截止區放大區特點：1)iB決定iC2)曲線水平表示恒流3)曲線間隔表示受控第1章小結4.特性iC/mAuCE/V100μAO5.參數特性參數電流放大倍數

=/(1)=/(1+

)極間反向電流ICBOICEO極限參數ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安全工作區=(1+)ICBO第1章小結5.參數特性參數電流放大倍數=/(1場效晶體管1.分類按導電溝道分N溝道P溝道按結構分絕緣柵型(MOS)結型按特性分增強型耗盡型uGS=0時，iD

=0uGS=0時，iD

0增強型耗盡型(耗盡型)2.特點柵源電壓改變溝道寬度從而控制漏極電流輸入電阻高，工藝簡單，易集成第1章小結場效晶體管1.分類按導電N溝道P溝道按結構分絕緣柵型由于FET無柵極電流，故采用轉移特性和輸出特性描述不同類型FET轉移特性比較3.特性不同類型FET的特性比較參見ch22第6頁結型N溝道uGS/ViD/mAO增強型耗盡型MOS管(耗盡型)IDSS開啟電壓UGS(th)夾斷電壓UGS(off)IDO

是uGS=2UGS(th)時的iD值第1章小結由于FET無柵極電流，故采用轉移特性和輸出特性描述不同類四、晶體管電路的基本問題和分析方法三種工作狀態狀態電流關系

條件放大I

C=

IB發射結正偏集電結反偏飽和

IC

IB兩個結正偏ICS=

IBS集電結零偏臨界截止IB<0,IC=0兩個結反偏判斷導通還是截止：UBE>U(th)

則導通以NPN為例：UBE<U(th)

則截止判斷飽和還是放大：1.電位判別法NPN管UC>UB>UE放大UE<UC

UB飽和PNP管UC<UB<UE放大UE>UC

U

B飽和2.電流判別法IB>IBS

則飽和IB<IBS則放大第1章小結四、晶體管電路的基本問題和分析方法三種工作狀態狀態電流關系五、晶閘管電路第1章小結類型單向型雙向型可關斷型結構四層半導體材料(P型和N型交替組成)三個PN結(J1、J2、J3)引出三個電極(陽極A、陰極K、控制極G)GKAV1V2等效電路電路符號KAG五、晶閘管電路第1章小結類型單向型雙向型可關斷型結第1章小結晶闡管的主要參數1.額定正向平均電流IF2.維持電流IH3.觸發電壓UG和觸發電流IG

4.正向重復峰值電壓UDRM

5.反向重復峰值電壓URRM

UDRM

=UBO-100VURRM

=UBR-100VUG

=1~5(V)IG

=幾十~幾百(mA)

在控制極加上正向電壓觸發時導通，一旦晶閘管導通后，控制極就失去控制作用。晶閘管導通條件：第1章小結晶闡管的主要參數1.額定正向平均電流IF第一章常用半導體器件一、實訓目的熟悉元器件的外形及引腳識別方法。熟悉元器件的類別、型號及主要性能參數。掌握用萬用表判別半導體器件好壞的方法。掌握用晶體管特性圖示儀測量器件的方法。技能訓練1

元器件的識別與檢測第一章常用半導體器件一、實訓目的熟悉元器件的外形及引腳識別第一章常用半導體器件二、實訓器材1.萬用表一塊;2.晶體管特性圖示儀一臺;4.不同規格、類型的半導體二極管、三極管、場效應管、晶閘管若干。3.半導體器件手冊一本；第一章常用半導體器件二、實訓器材1.萬用表1.普通二極管測試用R1k或R10k擋進行測量。紅表筆是(表內電源)負極，黑表筆是正極。測量時手不要接觸引腳。管腳及優劣的判斷一般硅管正向電阻為幾千歐，鍺管正向電阻為幾百歐。正反向電阻相差不大為劣質管。正反向電阻都是無窮大或零則二極管內部斷路或短路。1k000第一章常用半導體器件(一)

用萬用表檢測元器件三、實訓內容與步驟01.普通二極管測試用R1k或R10k2.穩壓管的測試第一章常用半導體器件3.發光二極管的測試用R10k擋進行測量。如果正向電阻為無窮大——穩壓管內部斷路；如果反向電阻為零——穩壓管內部擊穿短路；如果正、反向電阻相差太小——穩壓管性能變差或失效。用R10k擋進行測量。如果正向電阻小于50Ω，反向電阻大于200kΩ——發光二極管正常。如果正、反向電阻為無窮大——發光二極管損壞。2.穩壓管的測試第一章常用半導體器件3.發光二極管的測4.雙極型三極管的測試及性能判斷管腳判斷EBCEBCEBCBEC第一章常用半導體器件4.雙極型三極管的測試及性能判斷管腳判斷EBCEBCEBC萬用表檢測晶體三極管的方法①根據外觀判斷極性；③用萬用表電阻擋測量三極管的好壞，PN結正偏時電阻值較小(幾千歐以下)，反偏時電阻值較大(幾百千歐以上)

。②插入三極管擋(hFE)，測量值或判斷管型及管腳；第一章常用半導體器件萬用表檢測晶體三極管的方法①根據外觀判斷極性；③用萬用表電阻指針式萬用表在R1k或R×10擋進行測量。紅表筆是(表內)負極，黑表筆是(表內)正極。注意事項：測量時手不要接觸引腳。第一章常用半導體器件1kBEC01kBEC0指針式萬用表在R1k或R×10擋進行測量。紅表筆第一章常用半導體器件基極B的判斷：當黑（紅）表筆接觸某一極，紅（黑）表筆分別接觸另兩個極時，萬用表指示為低阻，則該極為基極，該管為NPN（PNP）。C、E極的判斷：基極確定后，測除B以外的另兩個電極間的電阻，得到一個值后，再將紅、黑表筆對調測一次，又得到一個電阻值，在阻值較小的一次中，紅表筆所接電極為集電極C，黑表筆所接電極為發射極E。第一章常用半導體器件基極B的判斷：C、E極的判斷：第一章常用半導體器件晶體三極管穿透電流ICEO的檢測通過測量C、E間的電阻來估計穿透電流

ICEO的大小。1k0

一般情況下，中、小功率鍺管C、E間的電阻>10k；大功率鍺管C、E間的電阻>1.5k；硅管C、E間的電阻>100k（在R10k擋測量）。PNPNPN1k0第一章常用半導體器件晶體三極管穿透電流ICEO的檢測通過測晶體三極管放大能力的檢測第一章常用半導體器件1k硅管：100k鍺管：20k0PNP1k硅管：100k鍺管：20k0NPN指針偏轉角度越大，則放大能力越強晶體三極管放大能力的檢測第一章常用半導體器件1k硅管：1第一章常用半導體器件5.結型場效晶體管的測試P溝道N溝道1kGSD01kGSD01kGSD01kGSD0第一章常用半導體器件5.結型場效晶體管的測試P溝道N溝道第一章常用半導體器件6.用萬用表檢測單向晶閘管電極判斷若兩次測出的阻值都很大，應改變黑表電極再測。100GKA0100GKA0第一章常用半導體器件6.用萬用表檢測單向晶閘管電極判斷若常用半導體器件第

1

章第一節半導體的基礎知識

第二節半導體二極管

第三節雙極型半導體三極管

第四節場效晶體管

第五節晶閘管

第1章小結技能訓練1元器件的識別與檢測常用半導體器件第1章第一節半導體的基礎知識第二節常用半導體器件第

1

章第一節

半導體的基礎知識一、本征半導體二、雜質半導體三、PN結(SemiconductorDiode)常用半導體器件第1章第一節半導體的基礎知識一、本征半第一章常用半導體器件

常用的導體一般為銀、銅、鋁等物體；絕緣體為橡膠、塑料、膠木等；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體。

用來制造半導體器件的材料主要是硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵(GaAs)等。

半導體材料進行特殊加工，使其成為性能可控，即可用來制造構成電子電路的基本元件—半導體器件。

自然界中的物質根據導電能力的不同分為導體、絕緣體和半導體。第一章常用半導體器件常用的導體一般為銀、銅一、本征半導體本征半導體

—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。載流子—自由運動的帶電粒子。半導體中的載流子有兩種，自由電子和空穴。共價鍵—相鄰原子共有價電子所形成的束縛。+4+4+4+4硅(鍺)的原子結構Si284Ge28184簡化模型+4慣性核硅(鍺)的共價鍵結構價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內移動第一章常用半導體器件一、本征半導體本征半導體—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體本征激發：復合：自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成對消失的過程。漂移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運動。在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。第一章常用半導體器件本征激發：復合：自由電子和空穴在運動中相遇重兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內)的運動

結論：1.本征半導體中電子和空穴成對出現，且數量少；

2.半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電；

3.本征半導體導電能力弱，并與溫度有關。第一章常用半導體器件兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共二、雜質半導體（一）N型半導體N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數載流子空穴為少數載流子載流子數

電子數第一章常用半導體器件

在本征半導體中摻入微量雜質元素，摻雜后的半導體稱為雜質半導體。可分為N型半導體和P型半導體。施主離子施主原子二、雜質半導體（一）N型半導體N型+5+4+4+4+4+受主離子+3+4+4+4+4+4（二）P型半導體P型空穴硼原子空穴—

多子電子—

少子載流子數

空穴數受主原子注意:

雜質半導體中載流子雖有多少之分，由于還有不能移動的雜質離子，因而整個半導體仍呈電中性。受主+3+4+4+4+4+4（二）P型半導體P型空穴硼原三、

PN結（一）PN結的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴散2.復合使交界面形成空間電荷區(耗盡層)

空間電荷區特點:無載流子，阻止擴散進行，利于少子的漂移。3.擴散和漂移達到動態平衡擴散電流等于漂移電流，

總電流I=0。內建電場第一章常用半導體器件三、PN結（一）PN結的形成1.載流子的濃度差引起多（二）PN結的單向導電性1.外加正向電壓(正向偏置)P區N區內電場+

UR外電場外電場使多子向PN結移動,中和部分離子使空間電荷區變窄。IF限流電阻擴散運動加強形成正向電流IF。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向電壓(反向偏置)P

區N

區

+UR內電場外電場外電場使少子背離PN結移動，空間電荷區變寬。IRPN結的單向導電性：正偏導通，呈小電阻，電流較大;

反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運動加強形成反向電流IRIR=I少子

0第一章常用半導體器件（二）PN結的單向導電性1.外加正向電壓(正向偏置)P第二節半導體二極管一、半導體二極管的結構二、二極管的伏安特性三、二極管的主要參數第一章常用半導體器件四、二極管電路的分析方法五、特殊二極管第二節半導體二極管一、半導體二極管的結構二、二極管的伏一、半導體二極管的結構構成：PN結+引線+管殼=二極管符號：V分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結構分點接觸型面接觸型點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線

面接觸型N型鍺PN結

正極引線鋁合金小球底座金銻合金平面型正極

引線負極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底第一章常用半導體器件一、半導體二極管的結構構成：PN結+引線+管殼模擬電子技術第一章課件二、二極管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死區電壓iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(鍺管)UUthiD急劇上升0U

Uth

UD(on)

=(0.60.8)V硅管0.7V(0.10.3)V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)

U0iD=IS<0.1A(硅)

幾十A(鍺)U<

U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)第一章常用半導體器件二、二極管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿特別注意：

溫度對二極管的特性有顯著影響。當溫度升高時，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。變化規律是：在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降約減小2～2.5mV，溫度每升高10℃，反向電流約增大一倍。—PN結未損壞，斷電即恢復。—PN結燒毀。第一章常用半導體器件反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿特別注意：溫度對溫度對二極管特性的影響604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT

升高時，UD(on)以(22.5)mV/C下降第一章常用半導體器件溫度對二極管特性的影響604020–0.0200.4–25硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020第一章常用半導體器件硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.三、二極管的主要參數1.

IF—

最大整流電流(最大正向平均電流)2.

URM—

最高反向工作電壓，為U(BR)/23.

IR

—

反向電流(越小單向導電性越好)4.

CB、CD—

結電容(CB勢壘電容，CD擴散電容)iDuDU(BR)IFURMO第一章常用半導體器件5.

fM—

最高工作頻率(超過時單向導電性變差)三、二極管的主要參數1.IF—最大整流電流(最大正影響工作頻率的原因—PN結的電容效應

結論：1.低頻時，因結電容很小，對PN結影響很小。高頻時，因容抗減小，使結電容分流，導致單向導電性變差。2.結面積小時結電容小，工作頻率高。第一章常用半導體器件影響工作頻率的原因—PN結的電容效應第一章常用半導體第一章常用半導體器件四、二極管電路的分析方法1、理想模型特性uDiD符號及等效模型SS2、恒壓降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)UD(on)3、二極管的折線近似模型uDiDUD(on)UI斜率1/rDrDUD(on)第一章常用半導體器件四、二極管電路的分析方法1、理想模型特【例1-1】二極管電路如圖（a）所示，其輸入電壓uI(t)的波形如圖(b)所示。第一章常用半導體器件（1）當二極管為理想模型時，試繪出uO(t)的波形。200ΩVuo(t)200ΩuI(t)3V(a)uI(t)(b)55Vt/ms當uI(t)<3V,uO(t)=3V;

當uI(t)≥3V,當uI(t)=5V,uO(t)≥4V。

uO(t)≥1/2×uI(t)+1.5V;

uI(t)(c)55Vt/ms4V3Vuo(t)【例1-1】二極管電路如圖（a）所示，其輸入電壓uI(t)的第一章常用半導體器件（2）當二極管為恒壓模型時(Uon=0.7V)，試繪出uO(t)的波形。uI(t)(b)55Vt/ms當uI(t)<3.7V,uO(t)=3V;

當uI(t)≥3.7V,當uI(t)=5V,uO(t)=3.65V。

uO(t)≥1/2×uI(t)+1.15V;

uo(t)(c)55Vt/ms4V3V3.7V3.65Vuo(t)200ΩV200ΩuI(t)3V(a)Uon第一章常用半導體器件（2）當二極管為恒壓模型時(Uon=0第一章常用半導體器件（3）當二極管為折線模型時(Uon=0.7V,rD=25Ω)，試繪出uO(t)的波形。uI(t)(b)55Vt/ms當uI(t)<3.7V,uO(t)=3V;

當uI(t)≥3.7V,當uI(t)=5V,uO(t)=3.61V。

uO(t)≥0.47uI(t)+1.26V;

uo(t)(c)55Vt/ms4V3V3.7V3.61Vuo(t)VUon200Ω200ΩuI(t)3V(a)rD第一章常用半導體器件（3）當二極管為折線模型時(Uon=0五、特殊二極管第一章常用半導體器件（一）穩壓二極管一、伏安特性符號iZ/mAuZ/VOUZIZminIZmaxUZIZIZ二、主要參數1.

穩定電壓UZ

流過規定電流時穩壓管兩端的反向電壓值。2.穩定電流IZ

越大穩壓效果越好，小于IZmin時不穩壓。3.動態電阻rZ幾幾十rZ=UZ/IZ

越小穩壓效果越好。4.

最大工作電流IZM和最大耗散功率PZMPZM=UZIZmax五、特殊二極管第一章常用半導體器件（一）穩壓二極管一、伏第一章常用半導體器件5.穩定電壓溫度系數一般，UZ<4V，穩壓管具有負溫度系數；UZ>7V，穩壓管具有正溫度系數；4V<UZ<7V，溫度系數很小。aa是表示溫度每變化1oC時穩壓值的變化量。第一章常用半導體器件5.穩定電壓溫度系數一般，UZ<第一章常用半導體器件例1-2

分析簡單穩壓電路的工作原理;已知穩壓管的穩定電壓UZ=6V,最小穩定電流IZmin=5mA,最大穩定電流IZmax=25mA,負載電阻RL=600Ω,計算限流電阻R的取值范圍。UIUORRLILIRIZIR=IZ+ILUO=UI

–IRR當UI波動時(RL不變)當RL變化時(UI不變)反之,也可維持UO穩定

。第一章常用半導體器件例1-2分析簡單穩壓電路的工作原為保證