1、 第第6章章 半導體器件半導體器件 常用的半導體器件有二極管、三極管和場效應管，本章重點介紹常用半導體器件的結構，伏安特性和主要參數。 半導體器件是構成電子電路的最基本單元。掌握半導體器件的特征是分析電子電路的基礎。下篇下篇 模擬電子技術模擬電子技術 導電能力介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。導電能力介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。6.1.1 半導體的三個特性半導體的三個特性1.熱敏特性和光敏特性熱敏特性和光敏特性 在加熱或光照加強時，半導在加熱或光照加強時，半導體的阻值顯著下降，導電能力體的阻值顯著下降，導電能力增強類似于導體。增強類似于導體。 半導體具有熱敏特性和光敏特性是由半導

2、體的內部結構半導體具有熱敏特性和光敏特性是由半導體的內部結構所決定的。如圖所決定的。如圖6.1所示。所示。6.1 半導體半導體 2.摻雜特性 如果在半導體里摻入少量外層電子只有三個的硼元素，和外層電子數是四個的硅或鍺原子組成共價鍵時，就自然形成一個空穴，這就使半導體中的空穴載流子增多，叫空穴型半導體，簡稱P型半導體。 如果在半導體中摻入少量外層電子為五個的磷元素，在和半導體原子組成共價鍵時，就多出一個電子。這種電子為多數載流子的半導體叫電子型半導體，簡稱N型半導體。1.PN結的形成 在一塊純凈的半導體晶片上， 采用特殊的摻雜工藝，在兩側分別摻入三價元素和五價元素。一側形成P型半導體，另一側形成

3、N型半導體，如圖6.2所示。 在結合面的兩側分別留下了不能移動的正負離子，呈現出一個空間電荷區。這個空間電荷區就稱為PN結。6.1.2 PN結結 PN PN結正偏（結正偏（P PN N）導通，反偏（）導通，反偏（P PN N）載）載止，具有單向導電性。止，具有單向導電性。 2.2.PNPN結的單向導電性結的單向導電性 6.2.1 結構和分類結構和分類 二極管內部就是一個PN結，PN結具有單向導電性，所以二極管也具有單向導電性。按PN結的接觸面大小，二極管可分為點接觸型和面接觸型。按制造所用的半導體材料，二極管可分為硅管和鍺管。按不同的用途，二極管可分為普通管，整流管和開關管等。6.2 半導體二

4、極管半導體二極管1.伏安特性一般硅管導通壓降約為0.7伏,鍺管導通壓降約為0.3伏。除穩壓二極管外，反向擊穿都將使二極管損壞。2.主要參數（1）最大整流電流IF超過IF二極管的PN結將過熱而燒斷。（2）最高反向工作電壓URM 二極管一旦過壓擊穿損壞，失去了單向導電性。（3）最大反向電流IRM這個電流愈小二極管的單向導電性愈好。溫升時，IRM增大。6.2.2 伏安特性和主要參數伏安特性和主要參數利用二極管的單向導電性，可實現整流、限幅、鉗位、檢波、保護、開關等。1.整流電路 整流電路是利用二極管的單向導電作用，將交流電變成直流電的電路。 6.2.3 二極管的應用二極管的應用 限幅電路是限制輸出信

5、號幅度的電路。2.2.限幅電路限幅電路 鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數值上保持不變的電路。 設二極管為理想元件，當輸入UAUB3V時，二極管V1，V2正偏導通，輸出被鉗制在UA和UB上，即UF3V；當UA0V，UB3V，則V1導通，輸出被鉗制在UFUA0V，V2反偏截止。3.鉗位電路鉗位電路 檢波電路是把信號從已調波中檢出來的電路。 4.4.檢波電路檢波電路1.發光二極管發光二極管正偏導通時發光。2.光電二極管光電二極管光照增強時，外加反偏壓作用下，反向電流增加。3.光電耦合器如果把發光二極管和光電二極管組合構成二極管型光電 耦合器件。4.穩壓二極管具有穩定電壓的作用，工作在反向擊穿區。穩壓

6、管的主要參數：（1）穩定電壓UZ（2）穩定電流IZ（3）動態電阻rZ6.2.4 特殊二極管特殊二極管 三極管在模擬電子電路中其主要作用是構成放大電路。6.3.1 三極管的結構和分類三極管的結構和分類 結構：三個區、 二個結、 三個電極。 分類：三極管如按結構可分為NPN型和PNP型；按所用的半導體材料可分為硅管和鍺管；按功率可分為大、中、小功率管；按頻率特性可分為低頻管和高頻管等。6.3 三極管三極管 三極管放大條件：發射結正偏，集電結反偏。1.發射區發射電子形成IE 2.基區復合電子形成IB 3.集電區收集電子形成ICIEIBIC IC IB IEIBICIB IB(1 )IB 三極管的電流

7、放大作用的實質是以很小的IB控制較大的IC。 6.3.2 電流分配和放大作用電流分配和放大作用BCII1.伏安特性（1）輸入特性在放大區，硅管的發射結壓降UBE一般取0.7V，鍺管的發射結壓降UBE一般取0.3V。6.3.3 伏安特性和主要參數伏安特性和主要參數（2）輸出特性放大區條件：發射結正偏，集電結反偏。特點：IC IB ，IC僅由IB決定。截止區條件：兩個PN結均反偏。特點是IB0、ICICEO0，無放大作用。飽和區條件：兩個PN結均正偏。特點：UCE1V，有IB和IC ，但IC IB。IC已不受IB控制，無放大作用。 在收音機的放大電路中，如果測得如圖6.17中所示各管腳的電壓值，問

8、各三極管分別工作在哪個區？ 解：解：圖7（a） UBUE，UBUC，兩個PN結均正偏，三極管工作在飽和區。 圖（b） UBUE，UBUC，發射結正偏，集電結反偏，三極管工作在放大區。 圖（c） UBUE，UBUC，兩個PN結均反偏，三極管工作在截止區。【例例6.1】 （1）電流放大系數 和直流放大系數交流放大系數ICIB（2）穿透電流ICEO（3）集電極最大允許電流ICM（4）集電極最大允許耗散功率PCM PCUCEIC (5)反向擊穿電壓U(BR)CEO2.主要參數BCII 三極管稱電流控制元件；場效應管稱電壓控制元件。 場效應管具有輸入電阻高（最高可達1015）、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射

9、能力強、耗電省等優點。 6.4.1 絕緣柵場效應管的結構和符號絕緣柵場效應管的結構和符號 6.4 場效應管場效應管 使場效應管剛開始形成導電溝道的臨界電壓UGS（th），稱為開啟電壓。6.4.2 6.4.2 場效應管的伏安特性和主要參數場效應管的伏安特性和主要參數 當UGS的負值達到某一數值UGS（off）時，導電溝道消失，這一臨界電壓UGS（off）稱為夾斷電壓。場效應管的主要參數：增強型MOS管的開啟電壓UGS（th），耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS（off）低頻跨導1結構 6.4.3 6.4.3 結型場效應管（結型場效應管（JFETJFET）2工作原理 使ID0時的UGS反偏電壓，稱為該

10、管的夾斷電壓，用UGS（off）表示。 管子的輸入電阻就是反偏的P+N結的結電阻，它可達107數量級。1. 場效應管是以UGS控制ID，稱電壓控制元件； 三極管是以IB控制IC ，稱電流控制元件。2. 場效應管的放大系數為gm，三極管的放大系數為。3. 場效應管與三極管電極的對應關系為G B、D C、S E。4. 絕緣柵場效應管存放時，三個電極應短接在一起，防止外界靜電感應電壓過高時擊穿絕緣層使其損壞。焊接時，烙鐵應有良好的接地，最好拔下烙鐵電源插頭再焊。6.4.4 6.4.4 場效應管與三極管的比較 1.半導體有光敏、熱敏和摻雜特性。 2.PN結具有單向導電性，PN導通，PN截止。 3.二極管的內部就是一個PN結，正向偏