半导体元器件的基本知识PPT课件

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1、考试要求1.了解半导体二极管单向导电性、伏安特性、主要参数。2.会用万用表判别二极管的管脚极性及好坏。3.理解三极管的电流放大作用。4.会用万用表判别三极管的管脚及管脚极性。5.掌握共发射极放大电路的工作原理。6.理解三极管开关电路的工作原理。第1页/共52页5.1 半导体二极管一、半导体材料 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。 半导体具有某些特殊性质：如光敏、热敏及 掺杂特性。（导电能力）第2页/共52页1.1 半导体器件及其特性二、半导体的类型（一）本征半导体 完全纯净的半导体（纯度在99.999%）（二）杂质半导体 在本征半导体中惨入其他的

2、微量元素 第3页/共52页（一）本征半导体（一）本征半导体结构特点结构特点GeSi 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。它们的最外层电子（价电子）都是四个。第4页/共52页硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子第5页/共52页共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本

3、征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4第6页/共52页(二二)杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素，成为杂质半导体。1.N型半导体 在本征半导体中掺入少量五价元素原子，称为电子型半导体或N型半导体。多数载流子：自由电子少数载流子：空穴 np第7页/共52页2.P型半导体 在本

4、征半导体中掺入少量三价元素原子，称为空穴型半导体或P型半导体。多数载流子：空穴少数载流子：自由电子 pn第8页/共52页（三）PN结 1.PN结的形成漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动。扩散运动：由于浓度差引起的非平衡载流子的运动。 将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结。第9页/共52页 PN结形成过程分解：第10页/共52页2. PN结的单向导电性 无外接电压的无外接电压的PNPN结结开路开路PNPN结，平衡状态结，平衡状态PNPN结结 PN PN结外加电压时结外加电压时 外电路产生电流外电路产生电流 正向偏置（简称正

5、偏）正向偏置（简称正偏） PNPN结：结： PNPN结外加直流电压结外加直流电压V V：P P区接高电位（正电区接高电位（正电位）位）,N,N区接低电位（负电位）区接低电位（负电位）正偏正偏正向电流正向电流 反向偏置（简称反偏）反向偏置（简称反偏） PNPN结反偏：结反偏：P P区接低电位（负电位），区接低电位（负电位），N N区接高电区接高电位（正电位）。位（正电位）。第11页/共52页PN结加正向电压的 情形第12页/共52页第13页/共52页+REPN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。第14页/共52页 PN

6、 结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE第15页/共52页三、二极管的构成及类型1.构成PN结+管壳+引线第16页/共52页2.类型负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线正极引线负极引线集成电路中平面型PNP 型支持衬底阳极A阴极K 二极管符号二极管符号第17页/共52页第18页/共52页四、二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正

7、向特性 Uth死区电压iD = 0Uth = 0.5 V 0.2 V( (硅管) )( (锗管) )U UthiD 急剧上升0 U Uth 正向压降硅管 (0.6 0.8) V(0.1 0.3) V 锗管 反向特性ISU (BR)反向击穿U(BR) U 0 iD = IS 0.1 A( (硅) ) 几十 A ( (锗) )U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大( (反向击穿) )第19页/共52页温度影响T 升高时，由本征激发产生的少子浓度增加，导致PN结内建电位差UB减小。第第 1 章半导体二极管章半导体二极管反向击穿类型： 电击穿热击穿 PN 结未损坏，断电即恢复。 PN 结烧毁。

8、604020 0.0200.42550iD / mAuD / V20 C90 C温度升高，正向特性向左移动，反向特性向下移动第20页/共52页二极管的主要参数1. IF 最大整流电流( (最大正向平均电流) )2. URM 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IRM 反向电流( (越小单向导电性越好) )4. fM 最高工作频率( (超过时单向导电性变差) )第第 1 章半导体二极管章半导体二极管iDuDU (BR)I FURMO第21页/共52页稳压二极管1.符号和特性符号工作条件：反向击穿iZ /mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性第22页/共52

9、页2.主要参数1. 稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2. 稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，小于 Imin 时不稳压。3. 最大工作电流 IZM 最大耗散功率 PZM P ZM = UZ IZM4. 动态电阻 rZ几 几十 rZ = UZ / IZ越小稳压效果越好。第23页/共52页一. 基本结构NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC第24页/共52页第25页/共52页EEBRBRC第26页/共52页第27页/共52页三.特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，内部载

10、流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线第28页/共52页共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICVBBmA AVUCEUBERBIBVCCV+RC第29页/共52页常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO第30页/共52页IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区第31页/共52页O第32页/共52页四.主要参

11、数 BCII_ BCII 第33页/共52页53704051BC.II 400400605132BC .II 第34页/共52页ICBO A+EC AICEOIB=0+第35页/共52页第36页/共52页ICMU(BR)CEO安全工作区ICUCEO第37页/共52页第38页/共52页5.3 晶闸管(Thyrister) 普通晶闸管-可控硅（晶体闸流管） SCR（Silicon Controlled Rectifier)1956年美国贝尔实验室发明1957年美国通用电气公司开发出第一只产品1958年商业化(16A/300V) 一、概述第39页/共52页功率等级: 几KA/几 KV新品种: 快速,

12、双向,逆导,可关断,光激发特点:体小,轻重,效率高,反应快,高压大容量, 弱电控制强电(几十毫安控制几百几千安)应用:整流,逆变(尤其在大功率场合)， 第40页/共52页一晶闸管的结构符号：阳极A，阴极K，门极G（控制极）第41页/共52页外形：螺栓形和平板形两种第42页/共52页螺栓形： 螺栓阳极A， 粗引线 阴极K 细引线-门极G 特点： 安装方便 K K AG第43页/共52页平板形： 两面分别为阳极A和阴极K 中间引出线-门极G 特点： 散热效果好，容量大第44页/共52页 晶闸管的外形与符号图第45页/共52页1晶闸管的结构晶闸管的内部管芯结构：基本材料:硅单晶体四层三端器件(P1 N1 P2 N2）钼片：导电材料，用于减小/缓冲相邻两种材料的热膨胀系数的差别，以保证在各种温度下接触可靠KGAP1N1P2N2N2第46页/共52页 晶闸管内部管芯结构图第47页/共52页2晶闸管导通关断条件实验步骤：1 2第48页/共52页实验步骤：3 4第49页/共52页实验步骤：5 4IA0 AND UGK0 (iG 0适当值) 2关断条件： IA减小至维持电流以下。 UAK减小到零或加反压来达到3一旦导通，门极失去控制，故可用脉冲信号第51页/共52页感谢您的观看。第52页/共52页