电子技术基本知识及技能 教学课件 作者 李文 单元1 半导体器件.ppt

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1、单元1半导体器件单元概述本单元首先简要介绍半导体的基本知识和PN结的形成；其次介绍常用的几种半导体器件；重点讨论晶体二极管、三极管的特性和主要参数。单元1半导体器件学习目标了解PN结的形成，二极管、三极管、稳压管及场效应晶体管的结构。理解自由电子与空穴、正偏与反偏等基本概念；PN结、二极管、三极管、稳压管及场效应晶体管的特性和主要参数。掌握二极管、三极管的特性及判别二极管、三极管的管极、管型与性能的方法。1.1.1　本征半导体图1-１　硅单晶的共价键平面图1.1.2　掺杂半导体1.N型半导体2

2、.P型半导体1.N型半导体图1-２　掺杂半导体平面模型2.P型半导体图１-３　PN结的结构1.1.3　PN结及其单向导电性图１-4　PN结的单向导电性1.2.1　二极管的结构和分类图1-５　常见二极管的外形图1.2.1　二极管的结构和分类图１-6　二极管的内部结构及符号1.2.2　二极管的伏安特性(1)正向特性　在二极管两端加以正向电压，就会产生正向电流。(2)反向特性　在二极管两端加以反向电压时，由于PN结的反向电阻很高，所以反向电压在一定范围内变化，反向电流非常小，且基本不随反向电压而变化，如图

3、1-7中0C段所示，故称这个电流为反向饱和电流(正常情况下可忽略不计)，此时管子处于截止状态。(3)击穿特性　在图1-7中，当过C点继续增大反向电压时，反向电流在D点处突然上升，这种现象称为反向击穿。1.2.2　二极管的伏安特性图１-７　二极管的典型伏安特性1.2.3　二极管的主要参数(1)最大整流电流ＩＦ指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流值。(2)最高反向工作电压URM指二极管长期运行时，允许承受的最高反向电压。(3)最大反向电流IRM指在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流值。1.

4、3.1　三极管的结构图１-8　常见三极管的外形ａ）超小型管ｂ）小功率管ｃ）大功率管ｄ）塑封管1.3.1　三极管的结构图１-９　三极管的结构及符号ａ）NPN型管的内部结构ｂ）NPN型管的图形和文字符号ｃ）PNP型管的内部结构ｄ）PNP型管的图形和文字符号1.3.2　三极管的放大原理1)各级电流之间的分配关系符合基尔霍夫电流定理。2)基极电流的微小变化将引起集电极电流作较大的变化，即所谓三极管的电流放大作用指的是电能的控制和转换作用，也就是指微小的基极电流对较大的集电极电流的控制作用。3)三极管之所以能

5、起电流放大作用，首先是它的内部结构条件所决定的，其次是外部条件成立，即外电源必须使它的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。4)当基极电流IB=0时，IC很微小，这时集电极电流称为集电极—发射极间的反向饱和电流，又叫穿透电流，用ICEO表示，它是衡量三极管质量的一个重要参数。1.3.3　三极管的特性曲线1.输入特性曲线(ＩＢ＝ＵＣＥ＝常数Ｃ)2.输出特性曲线(ＩC＝IB＝常数Ｃ)1.输入特性曲线(ＩＢ＝ＵＣＥ＝常数Ｃ)图１-１１　三极管的输入输出特性曲线2.输出特性曲线(ＩC＝IB＝常数Ｃ)(1)

6、截止区　当IB＝０时，IC很小，这个电流称为穿透电流ＩＣＥＯ，几乎可以忽略不计。(2)饱和区　特性曲线上各膝点(或称临界饱和点)的连接线为临界饱和线，其左侧区域为饱和区。(3)放大区　ＩＢ＝０的特性曲线和临界饱和线以内所包括的区域，就是三极管能发挥其电流放大作用的范围，即为放大区。1.3.4　三极管的主要参数1.特性参数2.极限参数1.特性参数(1)电流放大系数β它是指三极管的电流放大能力。(2)穿透电流ＩＣＥＯ指基极开路时，集电极—发射极间的反向饱和电流。2.极限参数(1)集电极最大允许电流ＩＣＭ

7、指三极管的β值下降不超过规定允许值的集电极最大电流。(2)集—射反向击穿电压Ｕ（ＢＲ）ＣＥＯ指基极开路时，允许加在集电极—发射极间的最高反向饱和电压。(3)集电极最大允许耗散功率ＰＣＭ指不因过热而引起参数变化超过规定允许值的集电极最大允许功率。1.4.1　MOS场效应晶体管的结构图１-１２　N沟道增强型场效应晶体管的结构示意图和工作原理图ａ）结构示意图ｂ）符号ｃ）、ｄ）工作原理图1.4.2　增强型MOS场效应晶体管的导电原理及特性1.导电原理2.特性曲线2.特性曲线(1)转移特性曲线　直观地体现了栅

8、极电压ＵＧＳ对漏极电流ＩＤ的控制作用。(2)输出特性曲线　分为夹断区、变阻区、放大区和击穿区。图１-１３　N沟道增强型场效应晶体管的转移特性曲线和输出特性曲线1.4.3　四种类型的MOS场效应晶体管MOS场效应晶体管的结构除了有P型衬底（即N型导电沟道）外，还有N型衬底(即P型导电沟道)的，而且分为增强型和耗尽型。也就是说，MOS场效应晶体管有P沟道增强型、P沟道耗尽型、N沟道增强型、N沟道耗尽型四种类型。1.5.1　稳压管的伏安特性图１-１４　稳压管的伏安特性曲线