常用半导体器件.doc

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1、第4章常用半导体器件本章要求了解PN结及其单向导电性，熟悉半导体二极管的伏安特性及其主要参数。理解稳压二极管的稳压特性。了解发光二极管、光电二极管、变容二极管。掌握半导体三极管的伏安特性及其主要参数。了解绝缘栅场效应晶体管的伏安特性及其主要参数。本章内容目前使用得最广泛的是半导体器件——半导体二极管、稳压管、半导体三极管、绝缘栅场效应管等。本章介绍常用半导体器件的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及简单应用。本章学时6学时4.1PN结和半导体二极管本节学时2学时本节重点1、PN结的单向导电性；2、半导体二极管的伏安特性；3、半导体二极管的应用。教学方法结合理论与实验，讲解

2、PN结的单向导电性和半导体二极管的伏安特性，通过例题让学生掌握二半导体极管的应用。4.1.1PN结的单向导电性1.N型半导体和Ｐ型半导体在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。2.PN结的单向导电性当PN结加正向电压时，Ｐ端

3、电位高于N端，PN结变窄,而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,视为截止(不导通)。4.1.2半导体二极管1.结构半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。2.二极管的种类按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种，点接触型二极管（一般为锗管）其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小

4、电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。阴极阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极阳极（a）符号（b）点接触型（c）面接触型（d）硅平面型（e）外形示意图常用二极管的符号、结构和外形示意图4.1.3二极管的伏安特性1.正向特性6040200二极管的伏安特性I(mA)75℃20℃死区20℃75℃0.40.8U(V)302010当外加正向电压很低时，正向电流几乎为零。当正向电压超过一定数值时，才有明显的正向

5、电流，这个电压值称为死区电压，通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.2V，当正向电压大于死区电压后，正向电流迅速增长，曲线接近上升直线，在伏安特性的这一部分，当电流迅速增加时，二极管的正向压降变化很小，硅管正向压降约为0.6～0.7V　，锗管的正向压降约为0.2～0.3V。二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，这说明，对应同样大小的正向电流，正向压降随温升而减小。研究表明，温度每升高10C　，正向压降减小2mV。2.反向特性二极管加上反向电压时，形成很小的反向电流，且在一定温度下它的数量基本维持不变，因此，当反向电压在一定范围内增大

6、时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压大小无关，故称为反向饱和电流，一般小功率锗管的反向电流可达几十μA，而小功率硅管的反向电流要小得多，一般在0.1μA以下，当温度升高时，少数载流子数目增加，使反向电流增大，特性曲线下移，研究表明，温度每升高100C　，反向电流近似增大一倍。3.反向击穿特性当二极管的外加反向电压大于一定数值（反向击穿电压）时，反向电流突然急剧增加称为二极管反向击穿。反向击穿电压一般在几十伏以上。反向击穿后，电流的微小变化会引起电压很大变化。4.1.4　二极管的主要参数１．最大整流电流IDM二极管长期工作时，允许通过的最大的正向平均电流。２．反向工作峰

7、值电压VRMURM是指管子不被击穿所允许的最大反向电压。３．反向峰值电流IRM二极管加反向电压VRM时的反向电流值，IRM越小二极管的单向导电性愈好。硅管的反向电流较小，一般在几微安以下，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。４．最高工作频率ƒM二极管在外加高频交流电压时，由于ＰＮ结的电容效应，单向导电作用退化。ƒM指的是二极管单向导电作用开始明显退化的交流信号的频率。4.1.5　二极管的应用1．整流所谓整流，就是将交流电变成脉动直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相和三相整流电路，再经过滤波和稳压，就可以得到品平稳的直