1、1項目一項目一 半導體二極管半導體二極管學習目標：學習目標：一、了解半導體的基本概念；一、了解半導體的基本概念；二、掌握二、掌握PN結的單向導電性；結的單向導電性；三、掌握二極管的基本結構、工作原理、三、掌握二極管的基本結構、工作原理、特性曲線及主要參數；特性曲線及主要參數；四、掌握二極管質量、極性判別的方法。四、掌握二極管質量、極性判別的方法。2任務導入任務導入 二極管在實際電路中已被廣泛應用，如電視機、洗衣機等電器設備接通電源后，看到指示燈亮，用的大多都是發光二極管；手機、錄音機等的充電器大都用到整流二極管等。掌握二極管的特性，是電類專業學生必備的基本技能。3預習問題：預習問題：1、自然界

2、中根據物質導電能力分為幾種？分別是什么？、自然界中根據物質導電能力分為幾種？分別是什么？2、半導體熱敏特性的含義是什么？、半導體熱敏特性的含義是什么？3、半導體光敏特性的含義是什么？、半導體光敏特性的含義是什么？4、半導體摻雜特性的含義是什么？、半導體摻雜特性的含義是什么？5、什么是本征半導體？、什么是本征半導體？6、本征激發的含義是什么？、本征激發的含義是什么？7、半導體中兩種載流子是什么？分別帶什么電荷、半導體中兩種載流子是什么？分別帶什么電荷?8、N型半導體中摻入的是哪種元素？多數載流子是什么？少數型半導體中摻入的是哪種元素？多數載流子是什么？少數載流子是什么？載流子是什么？9、P型半導

3、體中摻入的是哪種元素？多數載流子是什么？少數型半導體中摻入的是哪種元素？多數載流子是什么？少數載流子是什么？載流子是什么？41.1 PN結的形成和特性結的形成和特性一、PN結的形成P P區和區和N N區交界區交界處形成一特殊處形成一特殊層，叫層，叫PNPN結結。二、PN結的特性PNPN結加正向電壓結加正向電壓導通，加反向電導通，加反向電壓截止，即壓截止，即單向單向導電性。導電性。51.2 半導體二極管半導體二極管 1.2.1二極管的結構、外形與符號二極管的結構、外形與符號二極管：將二極管：將 PN 結封裝在塑料、結封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里，并從玻璃或金屬外殼里，并從 P 區和區和 N 區分

4、別焊出兩根金屬引線做正、負極。區分別焊出兩根金屬引線做正、負極。外形：外形：符號：符號：二極管是由半導體材料制成，常用的半導體有鍺二極管是由半導體材料制成，常用的半導體有鍺和硅。和硅。VD陽極陽極（正極）（正極）陰極陰極（負極）（負極）6二極管的分類二極管的分類 1.2.1二極管的結構、外形與符號二極管的結構、外形與符號半導體二極管又稱晶體二極管。半導體二極管又稱晶體二極管。按半導體材料劃分：按半導體材料劃分：硅二極管、鍺二極管等；硅二極管、鍺二極管等；按按 PN 結結構劃分：結結構劃分：點接觸型二極管、面接觸型二極管、點接觸型二極管、面接觸型二極管、平面型二極管；平面型二極管； 按用途劃分：

5、按用途劃分：整流二極管、檢波二極管、穩壓二極管、開整流二極管、檢波二極管、穩壓二極管、開關二極管、發光二極管、變容二極管等。關二極管、發光二極管、變容二極管等。 7 1.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性1正向特性（正向偏置或導通狀態）正向特性（正向偏置或導通狀態）當二極管兩端所加的正向電壓比較小當二極管兩端所加的正向電壓比較小時，正向電流很小，如圖中時，正向電流很小，如圖中 0A 段。段。這個范圍稱為這個范圍稱為死區死區，相應的電壓叫，相應的電壓叫死死區電壓區電壓。硅二極管的死區電壓為。硅二極管的死區電壓為 0.5 V 左右，左右，鍺二極管的死區電壓約為鍺二極管的死區電壓約為 0.1 0

6、.2 V。外加電壓超過死區電壓以后，正向電外加電壓超過死區電壓以后，正向電流迅速增加，這時二極管處于正向導通狀流迅速增加，這時二極管處于正向導通狀態，如圖態，如圖中中 AB 段所示。段所示。導通后管子兩端電壓幾乎恒定，硅管導通后管子兩端電壓幾乎恒定，硅管約為約為 0.6 0.7 V，鍺管約為，鍺管約為 0.2 0.3 V。正偏導通正偏導通8 1.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性當給二極管加反向電壓時，所形成當給二極管加反向電壓時，所形成的反向電流是很小的，而且在很大范圍的反向電流是很小的，而且在很大范圍內基本不隨反向電壓的變化而變化，即內基本不隨反向電壓的變化而變化，即保持恒定。保持恒定

7、。當反向電壓大到一定數值時，反向當反向電壓大到一定數值時，反向電流會突然增大，如圖中電流會突然增大，如圖中 CD 段，這種段，這種現象稱為反向擊穿，相應的電壓叫反向現象稱為反向擊穿，相應的電壓叫反向擊穿電壓。正常使用二極管時，是不允擊穿電壓。正常使用二極管時，是不允許出現這種現象的。許出現這種現象的。CD正偏導通2反向特性（反向偏置或截止狀態）反向特性（反向偏置或截止狀態）9結論：結論：二極管具有單向導電性。加正向電壓時導通，二極管具有單向導電性。加正向電壓時導通，呈現很小的正向電阻，如同開關閉合；加反向電壓呈現很小的正向電阻，如同開關閉合；加反向電壓時截止，呈現很大的反向電阻，如同開關斷開。

8、時截止，呈現很大的反向電阻，如同開關斷開。從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關系，其內阻不是常數，所壓與電流變化不呈線性關系，其內阻不是常數，所以二極管屬于非線性器件。以二極管屬于非線性器件。10應用應用1 1、如下圖所示，哪個導通？哪個截止？、如下圖所示，哪個導通？哪個截止？+ +- -U(1)- -+ +U(2)2 2、如下圖所示，燈泡是否發光？、如下圖所示，燈泡是否發光？- -+ +EELVD動畫動畫11 1.2.3二極管的主要參數二極管的主要參數1最大整流電流最大整流電流 IFM二極管長時間工作時允許通過的最大正向電流的

9、平二極管長時間工作時允許通過的最大正向電流的平均值。均值。二極管正常使用時所允許加的最高反向電壓。二極管正常使用時所允許加的最高反向電壓。2最高反向工作電壓最高反向工作電壓 URM 3最大反向電流最大反向電流 IR二極管加最大反向電壓時的反向電流。二極管加最大反向電壓時的反向電流。IR愈小，單向導電性愈好。愈小，單向導電性愈好。12拓展：1、怎樣用萬用表判別二極管的正、負極？、怎樣用萬用表判別二極管的正、負極？2、用萬用表測量二極管，發現正向電阻和、用萬用表測量二極管，發現正向電阻和反向電阻都很大，說明什么問題？反向電阻都很大，說明什么問題？3、用萬用表測量二極管，發現正向電阻和、用萬用表測量

10、二極管，發現正向電阻和反向電阻都很小，說明什么問題？反向電阻都很小，說明什么問題？13任務二任務二 半導體三極管半導體三極管 學習目標：學習目標： 一、掌握三極管的結構及其三種工作狀態；一、掌握三極管的結構及其三種工作狀態； 二、理解半導體三極管的伏安特性及各工二、理解半導體三極管的伏安特性及各工作狀態的特點；作狀態的特點； 三、能用萬用表判別三極管的好壞、類型三、能用萬用表判別三極管的好壞、類型和管腳極性。和管腳極性。14 半導體三極管的結半導體三極管的結構示意圖如圖所示。構示意圖如圖所示。它有兩種類型它有兩種類型:NPN型型和和PNP型。型。2.1 BJT的結構簡介的結構簡介(a) NPN

11、型管結構示意圖型管結構示意圖(b) PNP型管結構示意圖型管結構示意圖(c) NPN管的電路符號管的電路符號(d) PNP管的電路符號管的電路符號152.1 BJT的結構簡介的結構簡介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管按照所用的半導體材料分：硅管、鍺管；按照所用的半導體材料分：硅管、鍺管；按照工作頻率分：低頻管、高頻管；按照工作頻率分：低頻管、高頻管；按照功率分：小、中、大功率管。按照功率分：小、中、大功率管。16 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現出來

12、的。流子傳輸體現出來的。2.2 放大狀態下放大狀態下BJT的工作原理的工作原理1. 內部載流子的傳輸過程內部載流子的傳輸過程發射區：發射載流子發射區：發射載流子集電區：收集載流子集電區：收集載流子基區：傳送和控制載流子基區：傳送和控制載流子 （以（以NPNNPN為例）為例） 由于三極管內有兩種載流子由于三極管內有兩種載流子( (自自由電子和空穴由電子和空穴) )參與導電，故稱為雙參與導電，故稱為雙極型三極管或極型三極管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 放大狀態下放大狀態下BJTBJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程外部條件：外部條件： 發

13、射結正偏發射結正偏 集電結反偏集電結反偏17放大狀態下放大狀態下BJTBJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程發射結正偏發射結正偏多子擴散多子擴散IE=IEN+ IEP很多電很多電子擴散子擴散到基區到基區IEIEN發射極電流發射極電流IE18放大狀態下放大狀態下BJTBJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程基極復合電流基極復合電流IBN 擴散到基區的電子與基區的多子（空穴）擴散到基區的電子與基區的多子（空穴）復合，形成復合電流復合，形成復合電流IBN IB= IBN-ICBO19放大狀態下放大狀態下BJTBJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程集電極電流集電極電流IC集電結反偏集電結反偏

14、漂移增強漂移增強載流子被集載流子被集電極收集形電極收集形成電流成電流ICN加上集電極和加上集電極和基極間的反相基極間的反相飽和電流飽和電流集電極電流集電極電流 IC= ICN+ ICBO202. 電流分配關系電流分配關系根據傳輸過程可知根據傳輸過程可知IEN=ICN+ IBN=IC- ICB0+IB+ICB0=IC+IB=IEIC=IB 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發射綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發射極電流能夠通過基區傳輸，然后到達集電極而實現的。極電流能夠通過基區傳輸，然后到達集電極而實現的。實現這一傳輸過程的兩個條件是：實現這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內部條

15、件：內部條件：發射區雜質濃度遠大于基區雜質濃度，且發射區雜質濃度遠大于基區雜質濃度，且基區很薄。基區很薄。（2）外部條件：外部條件：發射結正向偏置，集電結反向偏置。發射結正向偏置，集電結反向偏置。212.32.3三極管的三種組態三極管的三種組態共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極。，集電極作為公共電極。共基極接法共基極接法，基極作為公共電極；，基極作為公共電極；共發射極接法共發射極接法，發射極作為公共電極；，發射極作為公共電極；BJT的三種組態的三種組態222.4 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線 所謂特性曲線是指各極電壓與電流之間的關系曲線，是三極管內部載流子運動的外部表現。1.

16、輸入特性曲線以常用的共射極放大電路為例說明UCE=0VUBE /VIB / A0UCE =0VUBBUCCRC+RB令令UBB從從0開始增加開始增加IBIE=IBUBE令令UCC為為0UCE=0時的輸時的輸入特性曲線入特性曲線UCE為為0時時23UCE =0.5VUCE=0VUBE /VIB / A0UBBUCCRC+RB令令UBB重重新從新從0開開始增加始增加IBICUBE增大增大UCC讓讓UCE=0.5VUCE =1VUCE=0.5VUCE=0.5V的的特性曲線特性曲線繼續增繼續增大大UCC讓讓UCE=1V令令UBB重重新從新從0開開始增加始增加UCE=1VUCE=1V的的特性曲線特性曲線

17、 繼續增大UCC使UCE=1V以上的多個值，結果發現：之后的所有輸入特性幾乎都與UCE=1V的特性相同，曲線基本不再變化。 實用中三極管的UCE值一般都超過1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時的曲線。從特性曲線可看出，三極管的輸入特性與二極管的正向特性非常相似。UCE1V的的特性曲線特性曲線242.輸出特性曲線先把先把IB調到調到某一固定值某一固定值保持不變。保持不變。 當IB不變時，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關系曲線稱為輸出特性。然后調節然后調節UCC使使UCE從從0增增大，觀察毫安表中大，觀察毫安表中IC的變的變化并記錄下來。化并記錄下來。UCEUBBUCCRC

18、RBICIBUBEmA AIE 根據記錄可給出IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線就是晶體管的輸出特性曲線。IBUCE / VIC /mA02.4 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線25UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE再調節再調節IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不變。持不變。仍然調節仍然調節UCC使使UCE從從0增增大，繼續觀察毫安表中大，繼續觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。的變化并記錄下來。UCE 根據電壓、電流的記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線較前面的稍低些。UCE / VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0 如此不斷重

19、復上述過程，我們即可得到不同基極電流IB對應相應IC、UCE數值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開始部分很輸出曲線開始部分很陡，說明陡，說明IC隨隨UCE的增的增加而急劇增大。加而急劇增大。當當UCE增至一定數值時增至一定數值時(一般小于一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基基本上不再隨本上不再隨UCE而變化。而變化。26 當IB一定時，從發射區擴散到基區的電子數大致一定。當UCE超過1V以后，這些電子的絕大部分被拉入集電區而形成集電極電流IC 。之后即使UCE繼續增大，集電極電流IC也不會再有明顯的增加，具有恒流特性。UCE / VIC /mA020 AIB

20、=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3 當IB增大時，相應IC也增大，輸出特性曲線上移， 且IC增大的幅度比對應IB大得多。這一點正是晶體管的電流放大作用。從輸出特性曲線可求出三極管的電流放大系數。IB=40 A取任意再兩條特性曲線上的平坦段，讀出其基極電流之差；再讀出這兩條曲線對應的集電極電流之差IC=1.3mA；IC于是我們可得到三極管的電流放大倍數：27UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個區：飽和區飽和區。當。當發射結和發射結和集電結均為正向偏置集電結均為正向偏置時，

21、三極管處于飽和時，三極管處于飽和狀態。此時集電極電狀態。此時集電極電流流IC與基極電流與基極電流IB之之間不再成比例關系，間不再成比例關系，IB的變化對的變化對IC的影響的影響很小。很小。截止區截止區。當基極電。當基極電流流IB等于等于0時，晶體時，晶體管處于截止狀態。管處于截止狀態。實際上當發射結電實際上當發射結電壓處在正向死區范壓處在正向死區范圍時，晶體管就已圍時，晶體管就已經截止，為讓其可經截止，為讓其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。 晶體管工作在放大狀態時，發射結正偏，集電結反偏。在放大區，集電極電流與基極電流之間成倍的數量關系，即晶體管在放大區時具有電流放

22、大作用。281. 電流放大系數電流放大系數 2.5 BJT的主要參數的主要參數電流放大系數的大小反映了三極管放大能力的強弱。 2. 極間反向電流極間反向電流 （1） 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO 發射極開發射極開路時，集電結的反向飽和電流。路時，集電結的反向飽和電流。I ICBOCBO越小越好。越小越好。 29（2） 集電極發射極間的反向飽和電流集電極發射極間的反向飽和電流ICEO 2.5 BJT的主要參數的主要參數30（1） 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM（2） 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數極

23、限參數2.5 BJT的主要參數的主要參數31（3） 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發射極開路時的集電結反向擊穿電壓。發射極開路時的集電結反向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時發射結的反向擊穿電壓。集電極開路時發射結的反向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時集電極和發射極間的擊穿電壓。基極開路時集電極和發射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系幾個擊穿電壓有如下關系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO322.6 測試三極管的好壞、結構類型與引腳極性測試三極管的好壞、結構類型與引腳極性測試三極管的好壞、結構類型與引腳極性任務要求測試環境 用萬用表判別三極管的好壞、結構類型和b、e、c三個極。 萬用表一只，三極管若干。 測試方法 1三極管好壞的測試 由于三極管內部是由兩個PN結構成的，因此，和二極管類似，也可以用萬用表對三極管的電極、好壞作大致的判斷。33 2三極管的結構、管腳的判別三極管的結構、管腳的判別 （1）確定三極管的基極及結構 判斷三極管的基極及結構時，可把三極管等效為兩個二極管，如圖1-41所示。圖1-41 判別三極管的基極和結構類型時的等效電路34 將萬用表歐姆擋置于“R100”或“R1 k”的位置（注意萬用表紅表筆接內置電池負極，黑表筆接內置電池正極）。 先假設三極管的某引腳為“基極”，