常用半导体器件.ppt

1、半导体器件是组成各种电子电路的基础，半导体器件是组成各种电子电路的基础，半导体器件包括二极管、三极管、场效应管、半导体器件包括二极管、三极管、场效应管、集成电路等，是电子线路的核心器件。本章在集成电路等，是电子线路的核心器件。本章在简单介绍了半导体的基本知识后，重点讨论了简单介绍了半导体的基本知识后，重点讨论了半导体二极管、三极管、场效应管的结构、特半导体二极管、三极管、场效应管的结构、特性和主要参数。性和主要参数。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 1.4 1

2、.4 半导体三极管半导体三极管 1.5 1.5 场场 效效 应应 管管1.6 1.6 实训实训习题习题第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件1.1.1 1.1.1 半导体的特点半导体的特点 1.1.2 1.1.2 PNPN结结 1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.1 1.1.1 半导体的特点半导体的特点根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，自然界的的不同，自然界的物质可划分为导体、绝缘体和半导体。物质可划分为导体、绝缘体和半导体。导体是容易导体是容易导电的物体，如铁、铜等。绝缘体是几乎不导电的物导电的物体，如铁、铜等。绝缘体是几乎不导电的物体，如橡胶等。

3、半导体是导电性能介于导体和半导体体，如橡胶等。半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体，在一定条件下可导电，半导体的电阻率之间的物体，在一定条件下可导电，半导体的电阻率为为1010-3-310109 9cmcm。典型的半导体有硅和锗以及砷化。典型的半导体有硅和锗以及砷化镓等。半导体具有如下特点。镓等。半导体具有如下特点。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识(1)(1)在外界能源的作用下，导电性能显著变化。在外界能源的作用下，导电性能显著变化。半导体的电阻率随温度的上升而明显下降，呈负温度半导体的电阻率随温度的上升而明显下降，呈负温度系数的作用。半导体的电阻率也随光照的不同而改变。系数

4、的作用。半导体的电阻率也随光照的不同而改变。光敏元件、热敏元件属于此类。光敏元件、热敏元件属于此类。(2)(2)在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。半导体的电阻率与所含微量杂质的浓度呈正比增加。半导体的电阻率与所含微量杂质的浓度呈正比例关系。二极管、三极管属于此类。例关系。二极管、三极管属于此类。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.1.1 1.1.1.1 本征半导体本征半导体纯净晶体结构的半导体称之为本征半导体。常用纯净晶体结构的半导体称之为本征半导体。常用的半导体材料有硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的半导体材料有硅和锗。它们都是四

5、价元素，原子结构的最外层轨道上有的最外层轨道上有4 4个价电子，本征晶体中各原子之间个价电子，本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的靠得很近，使原分属于各原子的4 4个价电子同时受到相个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的邻原子的吸引，分别与周围的4 4个原子的价电子形成共个原子的价电子形成共价键，如图价键，如图1-11-1所示。所示。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识图图1-1 1-1 晶体中的共价键结构晶体中的共价键结构 1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识当把硅或锗制成晶体时，它们是靠当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键共价键的作用而的作用而紧密联系在一

6、起的。共价键中的一些价电子由于热运动获紧密联系在一起的。共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。因此，在晶体中存在两种载生定向移动，形成空穴电流。因此，在晶体中存在两种载流子

7、，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的，如图的，如图1-21-2所示。所示。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识图图1-2 1-2 本征半导体中的自由电子和空穴本征半导体中的自由电子和空穴 1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.1.2 1.1.1.2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。可以向晶体中有控制地掺入特定的杂质导电性很差。可以向晶体中有控制地掺入特定的杂质来改变它的导电性，掺入的杂质主要是三价或五价元来改变它的导电性，掺入的杂质

8、主要是三价或五价元素。这种掺入杂质的半导体被称为杂质半导体。杂质素。这种掺入杂质的半导体被称为杂质半导体。杂质半导体主要包括半导体主要包括N N型半导体和型半导体和P P型半导体。任何半导体型半导体。任何半导体都是电中性，对外部不显电性。都是电中性，对外部不显电性。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识(1)N(1)N型半导体。在本征半导体中掺入五价杂型半导体。在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷等元素，可形成质元素，如磷等元素，可形成N N型半导体，也称电子型半导体，也称电子型半导体。在本征半导体中掺入型半导体。在本征半导体中掺入5 5价元素，使晶体中价元素，使晶体中某些原子被杂质原子

9、代替，因为杂质原子最外层有某些原子被杂质原子代替，因为杂质原子最外层有5 5个价电子，它与周围原子形成个价电子，它与周围原子形成4 4个共价键后，还多余个共价键后，还多余一个自由电子，因此，其中空穴的浓度远小于自由电一个自由电子，因此，其中空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂浓度无关。在一个常数，与掺杂浓度无关。在N N型半导体中，自由型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。电子是多数载流子，空穴是少数载流子。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识(2)P(2)P型半导体。在本征半导

10、体中掺入三价杂型半导体。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等元素，形成了质元素，如硼、镓、铟等元素，形成了P P型半导体，型半导体，也称为空穴型半导体。在本征半导体中，掺入三价元也称为空穴型半导体。在本征半导体中，掺入三价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有子的最外层只有3 3个价电子，它与周围的原子形成共个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此，其中空穴的浓度远价键后，还多余一个空穴，因此，其中空穴的浓度远大于自由电子的浓度。在大于自由电子的浓度。在P P型半导体中，自由电子是型半导体中，自由

11、电子是少数载流子，空穴是多数载流子。少数载流子，空穴是多数载流子。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.2 PN1.1.2 PN结结通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成P P型半导体，另一边形成型半导体，另一边形成N N型半导体，于是这两种半导型半导体，于是这两种半导体的交界处就形成了一个体的交界处就形成了一个PNPN结，它是构成其他半导体结，它是构成其他半导体的基础。的基础。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.2.1 PN1.1.2.1 PN结的形成结的形成当当P P型半导体和型半导体和N N型半导体接触后，由于两侧的

12、型半导体接触后，由于两侧的半导体的类型不同，电子和空穴的浓度相差很大，因半导体的类型不同，电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散运动：电子从此它们会产生扩散运动：电子从N N区向区向P P区扩散；空穴区扩散；空穴从从P P区向区向N N区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另一侧扩散的同时在一侧扩散的同时在N N区留下了带正电的空穴，在区留下了带正电的空穴，在P P区留区留下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场。通常这个空间电荷区称为也就是形成了电场。通常这个空间电荷区称为PNPN结

13、。结。它们的形成过程如图它们的形成过程如图1-31-3所示。所示。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识图图1-3 1-3 多数载流子的扩散运动多数载流子的扩散运动 1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的运动方向与扩散运动的方向相反，阻止扩散运动。电运动方向与扩散运动的方向相反，阻止扩散运动。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动与漂移运同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动与漂移运动相等时，通过界面的载流

14、子为零。此时，动相等时，通过界面的载流子为零。此时，PNPN结的交结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，又把它称为阻界区就形成一个缺少载流子的高阻区，又把它称为阻挡层或耗尽层。挡层或耗尽层。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.2.2 PN1.1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性PNPN结具有单向导电性，这是半导体二极管的一结具有单向导电性，这是半导体二极管的一个重要特性，但其只有在外加电压时才显示出来。在个重要特性，但其只有在外加电压时才显示出来。在PNPN结两端施加不同方向的电压，可以破坏它原来的平结两端施加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出单向导

15、电性。衡，从而使它呈现出单向导电性。1.PN1.PN结外加正向电压结外加正向电压PNPN结外加正向电压的接法是结外加正向电压的接法是P P区接电源的正极，区接电源的正极，N N区接电源的负极。这时外加电压形成电场的方向与区接电源的负极。这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电流，方向是从流，方向是从P P区指向区指向N N区，如图区，如图1-41-4所示。所示。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识图图1-4 PN1-

16、4 PN结正向导通电路图结正向导通电路图 1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识 这时的这时的PNPN结处于导通状态，它所呈现的电阻为正向电阻，结处于导通状态，它所呈现的电阻为正向电阻，正向电压越大，电流也越大。它们的关系是指数关系正向电压越大，电流也越大。它们的关系是指数关系式中式中 I ID D流过流过PNPN结的电流；结的电流；U UPNPN结两端的电压；结两端的电压；I IS S反向饱和电流；反向饱和电流；U UT T温度电压当量，温度电压当量，U UT T=kTkT/q q；k k玻耳兹曼常数；玻耳兹曼常数；T T热力学温度，在室温下热力学温度，在室温下(300 K)(300

17、K)时，时，U UT T=26mV=26mV；q q电子电量。电子电量。ID=IS(e-1)1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识(1-1)(1-1)2.PN2.PN结外加反向电压结外加反向电压它的接法与正向相反，即它的接法与正向相反，即P P区接电源的负极，区接电源的负极，N N区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的方向与区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂移于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，

18、所以又称为电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因反向电流是少数载流子形成，故反向电反向电流。因反向电流是少数载流子形成，故反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，反向电流也不会增加，因此它又被称为反向饱和加，反向电流也不会增加，因此它又被称为反向饱和电流，即电流，即I ID D=-=-I IS S。此时，。此时，PNPN结处于截止状态，呈现的结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高。电阻为反向电阻，而且阻值很高。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识 以上可以看出：以上可以看出：PNPN结在正向电

19、压作用下，处于导结在正向电压作用下，处于导通状态；在反向电压的作用下，处于截止状态。因此，通状态；在反向电压的作用下，处于截止状态。因此，PNPN结具有单向导电性。它的电流和电压的关系通式为结具有单向导电性。它的电流和电压的关系通式为 它被称为它被称为PNPN结的伏安特性方程，如图结的伏安特性方程，如图1-51-5所示为所示为PNPN结的伏安特性曲线。结的伏安特性曲线。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识I ID D=I IS S(e(e-1)-1)图图1-5 PN1-5 PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线 1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.2.3 PN1.1.2.

20、3 PN结的击穿结的击穿PNPN结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过流过PNPN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象就称为反向击穿。击穿形式电流急剧增加，这种现象就称为反向击穿。击穿形式分为雪崩击穿和齐纳击穿两种。对于硅材料的分为雪崩击穿和齐纳击穿两种。对于硅材料的PNPN结来结来说，击穿电压大于说，击穿电压大于7V7V时为雪崩击穿，击穿电压小于时为雪崩击穿，击穿电压小于4V4V时为齐纳击穿。在时为齐纳击穿。在4 47V7V之间，两种击穿都有。这种之间，两种击穿都有。这种现象破坏了现象

21、破坏了PNPN结的单向导电性，在使用时要避免。击结的单向导电性，在使用时要避免。击穿并不意味着穿并不意味着PNPN结烧坏，特别是齐纳击穿现象。结烧坏，特别是齐纳击穿现象。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.2.4 PN1.1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应由于电压的变化将引起电荷的变化，从而出现由于电压的变化将引起电荷的变化，从而出现电容效应，电容效应，PNPN结内部有电荷的变化，因此它具有电容结内部有电荷的变化，因此它具有电容效应。它的电容效应有势垒电容和扩散电容两种。势效应。它的电容效应有势垒电容和扩散电容两种。势垒电容是由阻挡层内的空间电荷引起的；扩散电容是垒电容是

22、由阻挡层内的空间电荷引起的；扩散电容是PNPN结在正向电压的作用下，多数载流子在扩散过程中结在正向电压的作用下，多数载流子在扩散过程中引起电荷的积累而产生的。引起电荷的积累而产生的。PNPN结正偏时，扩散电容起结正偏时，扩散电容起主要作用；主要作用；PNPN结反偏时，势垒电容起主要作用。结反偏时，势垒电容起主要作用。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 1.2.2 1.2.2 半导体二极管的特性及参数半导体二极管的特性及参数 1.2.3 1.2.3 普通二极管的应用普通二极管的应用 1.2 1.2 半导体二极管半导体二

23、极管 1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。半导体二极管是由半导体二极管是由PNPN结加上引线和管壳构成的。它的结加上引线和管壳构成的。它的类型很多，按制造材料分为硅二极管和锗二极管；按类型很多，按制造材料分为硅二极管和锗二极管；按管子的结构来分为点接触型、面接触型和平面型三大管子的结构来分为点接触型、面接触型和平面型三大类。常用二极管的逻辑符号和外形结构如图类。常用二极管的逻辑符号和外形结构如图1-61-6所示，所示，其具体结构如下。其具体结构如下。1.2 1.2 半导体二极管半导体

24、二极管 图图1-6 1-6 半导体二极管图形符号及外形半导体二极管图形符号及外形 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管点接触型二极管的点接触型二极管的PNPN结面积小，结电容小，用结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管的于检波和变频等高频电路。面接触型二极管的PNPN结面结面积大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管往往积大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PNPN结面积可大可小，用于结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.2 1.2.2 半

25、导体二极管的特性及参数半导体二极管的特性及参数1.2.2.1 1.2.2.1 二极管的特性二极管的特性半导体二极管的伏安特性曲线如图半导体二极管的伏安特性曲线如图1-71-7所示。所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性可从如下几个方面分析。安特性可从如下几个方面分析。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管图图1-7 1-7 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管-I/A(1)(1)从二极管的伏安

26、特性曲线可知，当二极管两端从二极管的伏安特性曲线可知，当二极管两端加较小的正向电压时，二极管还不能导通，这一段称为死加较小的正向电压时，二极管还不能导通，这一段称为死区电压区电压(硅管死区电压小于硅管死区电压小于0.5V0.5V，锗管死区电压小于，锗管死区电压小于0.1V)0.1V)。超过死区电压后，二极管中电流开始增大，这时只要电压超过死区电压后，二极管中电流开始增大，这时只要电压略有增加，电流便急剧增大，这时二极管称为导通。这个略有增加，电流便急剧增大，这时二极管称为导通。这个电压被称为导通电压，也可称它为门限电压或死区电压，电压被称为导通电压，也可称它为门限电压或死区电压，一般用一般用U

27、 UONON表示。在室温下，硅管的表示。在室温下，硅管的U UONON约为约为0.60.60.8V0.8V，锗，锗管的管的U UONON约为约为0.10.10.3V0.3V，一般硅管的导通电压取，一般硅管的导通电压取0.7V0.7V，锗，锗管取管取0.3V0.3V。一般认为，当正向电压大于。一般认为，当正向电压大于U UONON时，二极管才导时，二极管才导通，否则截止。导通时，二极管在电路中相当于一个开关通，否则截止。导通时，二极管在电路中相当于一个开关的接通状态。以上为二极管伏安特性曲线中正向特性的特的接通状态。以上为二极管伏安特性曲线中正向特性的特点。点。1.2 1.2 半导体二极管半导体

28、二极管(2)(2)当二极管两端加反向电压当二极管两端加反向电压(小于某一数值小于某一数值)时，二时，二极管并不是理想的截止状态，它会有很小的反向电流，而且极管并不是理想的截止状态，它会有很小的反向电流，而且反向电流在一定范围内基本不随反向电压变化而变化，称为反向电流在一定范围内基本不随反向电压变化而变化，称为反向饱和电流。一般硅管约为几到几十微安，锗管约为几十反向饱和电流。一般硅管约为几到几十微安，锗管约为几十到几百微安，此时二极管在电路中相当于一个开关的断开状到几百微安，此时二极管在电路中相当于一个开关的断开状态。由于半导体具有热敏特性，因此反向饱和电流将随温度态。由于半导体具有热敏特性，因

29、此反向饱和电流将随温度升高而增大。通常温度每升高升高而增大。通常温度每升高1010，其反向饱和电流约增大，其反向饱和电流约增大一倍。当反向电压增大至某一数值后，反向电流开始急剧增一倍。当反向电压增大至某一数值后，反向电流开始急剧增大，二极管将被击穿，有可能把二极管烧坏。以上为二极管大，二极管将被击穿，有可能把二极管烧坏。以上为二极管伏安特性曲线中的反向特性的特点。伏安特性曲线中的反向特性的特点。二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高11，正向电压将减小，正向电压将减小22.5mV22.5mV；温度每升高；温度每升高1010，反向电流约，反向电流约增

30、加一倍。增加一倍。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.2.2 1.2.2.2 二极管的主要参数二极管的主要参数(1)(1)最大整流电流最大整流电流I IF F。它是指二极管长期运行。它是指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流，由二极管允时，允许通过管子的最大正向平均电流，由二极管允许的温升所限定。使用时，管子的平均电流不得超过许的温升所限定。使用时，管子的平均电流不得超过此值。否则，使二极管过热而损坏。工作电流较大的此值。否则，使二极管过热而损坏。工作电流较大的大功率管必须按规定安装散热装置。大功率管必须按规定安装散热装置。(2)(2)最大反向工作电压最大反向工作电压U

31、 UR R。它是二极管允许的。它是二极管允许的最大反向工作电压，工作时加在二极管两端的反向电最大反向工作电压，工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。为了留有压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。为了留有余地，一般取击穿电压的余地，一般取击穿电压的1/21/31/21/3作为作为U UR R。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管(3)(3)二极管的直流电阻二极管的直流电阻R RD D。加在管子两端的直。加在管子两端的直流电压与直流电流之比，就称为直流电阻，可表示为流电压与直流电流之比，就称为直流电阻，可表示为R RD D=U UF F/I IF F。它是非线性的，

32、正反向阻值相差越大，二。它是非线性的，正反向阻值相差越大，二极管的性能越好。极管的性能越好。(4)(4)二极管的交流电阻二极管的交流电阻r rD D。这是指在二极管工。这是指在二极管工作点附近电压的微变化与相应的电流微变化值之比，作点附近电压的微变化与相应的电流微变化值之比，就称为该点的交流电阻。就称为该点的交流电阻。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管(5)(5)最大反向电流最大反向电流I IR R。最大反向电流是指在室。最大反向电流是指在室温条件下，在二极管两端加上规定的最大反向电压时，温条件下，在二极管两端加上规定的最大反向电压时，流过管子的反向电流。通常，值愈小愈好。反向电流流过管

33、子的反向电流。通常，值愈小愈好。反向电流愈小，说明二极管的单向导电性愈好。此外，由于反愈小，说明二极管的单向导电性愈好。此外，由于反向电流是由少数载流子形成的，所以，受温度的影响向电流是由少数载流子形成的，所以，受温度的影响很大。很大。(6)(6)最高工作频率最高工作频率f fM M。最高工作频率值主要取。最高工作频率值主要取决于结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最决于结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。高工作频率愈低。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.3 1.2.3 普通二极管的应用普通二极管的应用二极管主要是利用它的单向导电性。导通时，二极管主要是

34、利用它的单向导电性。导通时，电路中相当于短路；截止时，可认为它断路。普通电路中相当于短路；截止时，可认为它断路。普通二极管主要用于整流、检波、钳位、限幅、开关及二极管主要用于整流、检波、钳位、限幅、开关及元件保护等工作。元件保护等工作。1.2.3.1 1.2.3.1 限幅电路限幅电路当输入信号电压在一定范围内变化时，输出当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压也随着输入电压相应的变化；当输入电压高于电压也随着输入电压相应的变化；当输入电压高于某一个数值时，输出电压保持不变，这就是限幅电某一个数值时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。把开始不变的电压称为限幅电平，它分为上限路。把开始不变的电压

35、称为限幅电平，它分为上限幅和下限幅。幅和下限幅。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管【例例1-11-1】试分析图试分析图1-8(a)1-8(a)所示的限幅电路，输所示的限幅电路，输入电压的波形为图入电压的波形为图1-8(b)1-8(b)，画出它的限幅电路的波形。，画出它的限幅电路的波形。图图1-8 1-8 限幅电路和输入电压的波形图限幅电路和输入电压的波形图1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管解：解：(1)E=0(1)E=0时，限幅电平为时，限幅电平为0V0V。u ui i00时，二极时，二极管导通，管导通，u uo o=0=0；u ui i00时，二极管截止，时，二极管截止，u uo

36、 o=u ui i，它的波，它的波形图如图形图如图1-91-9所示。所示。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管图图1-9 1-9 u uo o=u ui i波形图波形图图图1-10 1-10 u uo o=E E波形图波形图1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管(2)(2)当当00E E U UM M时，限幅电平为时，限幅电平为+E E。U Ui i+E E时，二极管导通，时，二极管导通，u uo o=E E，它的波形图如图，它的波形图如图1-1-1010所示。所示。图图1-11 1-11 限幅电平为负数时的波形图限幅电平为负数时的波形图1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管(3)(3

37、)当当-U UM M E E00时，限幅电平为负数，它的波形图如时，限幅电平为负数，它的波形图如图图1-111-11所示。所示。1.2.3.2 1.2.3.2 二极管门电路二极管门电路二极管组成的门电路，可实现逻辑运算。如图二极管组成的门电路，可实现逻辑运算。如图1-121-12所示的电路，只要有一条电路输入为低电平时，所示的电路，只要有一条电路输入为低电平时，输出即为低电平；当且仅当全部输入为高电平时，输输出即为低电平；当且仅当全部输入为高电平时，输出才为高电平。实现逻辑出才为高电平。实现逻辑“与与”运算。运算。图图1-12 1-12 二极管组成的门电路二极管组成的门电路 1.2 1.2 半

38、导体二极管半导体二极管1.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管 1.3.2 1.3.2 光电二极管光电二极管 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 二极管种类很多，除普通二极管外，人们还根二极管种类很多，除普通二极管外，人们还根据据PNPN结的其他特点制造出了一些具有特殊用途的二极结的其他特点制造出了一些具有特殊用途的二极管。常用的还有稳压二极管、发光二极管和光敏二极管。常用的还有稳压二极管、发光二极管和光敏二极管等，现简要介绍如下。管等，现简要介绍如下。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管1.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管1.3.1.1 1.3.1.1 稳压管的特性曲线稳压管的

39、特性曲线由二极管的特性曲线可知，如果工作在反向击穿区，由二极管的特性曲线可知，如果工作在反向击穿区，则当反向电流的变化量较大时，二极管两端相应的电压变化则当反向电流的变化量较大时，二极管两端相应的电压变化量却很小，说明其具有稳压特性。利用这种特性可以做成稳量却很小，说明其具有稳压特性。利用这种特性可以做成稳压管。所以，稳压管实质上就是一个二极管，但它通常工作压管。所以，稳压管实质上就是一个二极管，但它通常工作在反向击穿区。稳压管的符号及伏安特性分别如图在反向击穿区。稳压管的符号及伏安特性分别如图1-131-13所示。所示。稳压二极管是利用二极管的击穿特性。它是因为二极管工作稳压二极管是利用二极

40、管的击穿特性。它是因为二极管工作在反向击穿区，反向电流变化很大的情况下，反向电压变化在反向击穿区，反向电流变化很大的情况下，反向电压变化则很小，从而表现出很好的稳压特性，只要反向电流不低于则很小，从而表现出很好的稳压特性，只要反向电流不低于最大稳压电流最大稳压电流I IZmaxZmax。或小于最小稳压电流。或小于最小稳压电流I IZminZmin时，也不能稳压。时，也不能稳压。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管图图1-13 1-13 稳压二极管及其特性曲线稳压二极管及其特性曲线1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管1.3.1.2 1.3.1.2 稳压管的主要参数稳压管的主要参数(1)(1)稳定

41、电压稳定电压U UZ Z。稳定电压。稳定电压U UZ Z是稳压管工作在是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。稳定电压反向击穿区时的稳定工作电压。稳定电压U UZ Z是根据是根据要求挑选稳压管的主要依据之一。不同型号的稳压要求挑选稳压管的主要依据之一。不同型号的稳压管，其稳定电压管，其稳定电压U UZ Z的值不同。对于同一型号的稳压的值不同。对于同一型号的稳压管，由于制造工艺的分散性，各个不同管子的管，由于制造工艺的分散性，各个不同管子的U UZ Z值值也有些差别。也有些差别。(2)(2)稳定电流稳定电流I IZ Z。稳定电流。稳定电流I IZ Z是使稳压管正常是使稳压管正常工作时的参考电流

42、。若工作电流低于工作时的参考电流。若工作电流低于I IZ Z，则稳压管，则稳压管的稳压性能变差；若工作电流高于的稳压性能变差；若工作电流高于I IZ Z，只要不超过，只要不超过额定功耗，稳压管可以正常工作。一般工作电流较额定功耗，稳压管可以正常工作。一般工作电流较大时稳压性能较好。大时稳压性能较好。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管(3)(3)动态电阻动态电阻r rZ Z。动态电阻是指稳压管两端电。动态电阻是指稳压管两端电压和电流的变化量之比，稳压管的动态电阻值愈小愈压和电流的变化量之比，稳压管的动态电阻值愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大动态电阻愈小。好。对于同一个稳压管，工作电流愈

43、大动态电阻愈小。通常情况下，手册上给出的动态电阻值是在规定的稳通常情况下，手册上给出的动态电阻值是在规定的稳定电流之下得到的。定电流之下得到的。(4)(4)额定功率额定功率P PZ Z。由于稳压管两端加有电压，。由于稳压管两端加有电压，而管子中又流过一定的电流，因此要消耗一定功率。而管子中又流过一定的电流，因此要消耗一定功率。这部分功耗转化为热能，使稳压管发热。额定功耗取这部分功耗转化为热能，使稳压管发热。额定功耗取决于稳压管允许的温升。决于稳压管允许的温升。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管(5)(5)温度系数温度系数C CIVIV。温度系数表示当稳压管的。温度系数表示当稳压管的电流保持不

44、变时，环境温度每变化电流保持不变时，环境温度每变化11所引起的稳定所引起的稳定电压变化的百分比。一般来说，稳定电压大于电压变化的百分比。一般来说，稳定电压大于7V7V的稳的稳压管，其温度系数为正值。稳定电压小于压管，其温度系数为正值。稳定电压小于4V4V的稳压管，的稳压管，其温度系数为负值。而稳定电压在其温度系数为负值。而稳定电压在4 47V7V之间的稳压之间的稳压管的温度系数值比较小，说明其稳定电压受温度的影管的温度系数值比较小，说明其稳定电压受温度的影响较小，性能比较稳定。响较小，性能比较稳定。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管1.3.2 1.3.2 光电二极管光电二极管光电子系统的优点

45、是抗干扰能力强，可大量传输光电子系统的优点是抗干扰能力强，可大量传输信息，传输功耗小，工作可靠，而光信号与电信号之间信息，传输功耗小，工作可靠，而光信号与电信号之间的接口需要由一些特殊的光电子器件来完成。发光二极的接口需要由一些特殊的光电子器件来完成。发光二极管和光敏二极管属于光电二极管，具有这一功能。管和光敏二极管属于光电二极管，具有这一功能。1.3.2.1 1.3.2.1 发光二极管发光二极管发光二极管的发光二极管的PNPN结是工作在正向偏置状态的，其结是工作在正向偏置状态的，其发光效率高，亮度高，是绿色环保的冷光源。可分为普发光效率高，亮度高，是绿色环保的冷光源。可分为普通发光二极管和大

46、功率发光二极管。发光二极管是用特通发光二极管和大功率发光二极管。发光二极管是用特殊的半导体材料，如砷化镓等制成的，砷化镓半导体辐殊的半导体材料，如砷化镓等制成的，砷化镓半导体辐射红光，磷化镓半导体辐射绿光或黄光等。射红光，磷化镓半导体辐射绿光或黄光等。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管发光二极管的发光二极管的PNPN结正向特性比较特殊，当工结正向特性比较特殊，当工作电流为作电流为101030mA30mA时，正向电压降约为时，正向电压降约为1.51.53V3V，这，这一点在使用中要注意，不要与一般二极管的正向导一点在使用中要注意，不要与一般二极管的正向导通电压相混淆。它具有体积小、响应快、光度

47、强、通电压相混淆。它具有体积小、响应快、光度强、寿命长等特点。发光二极管常用作电子设备中的显寿命长等特点。发光二极管常用作电子设备中的显示器。发光二极管正在向照明领域发展，大功率发示器。发光二极管正在向照明领域发展，大功率发光二极管是专为照明功用开发的，由于其价格高，光二极管是专为照明功用开发的，由于其价格高，因此没有大规模推广使用，多用于广告装饰领域，因此没有大规模推广使用，多用于广告装饰领域，但其终将取代普通光源。但其终将取代普通光源。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管1.3.2.2 1.3.2.2 光敏二极管光敏二极管光敏二极管光敏二极管PNPN与普通与普通PNPN结二极管类似，但在其

48、结二极管类似，但在其PNPN结处，有玻璃窗口能接收外部的光照，结处，有玻璃窗口能接收外部的光照，PNPN结在反向结在反向偏置下工作，它的反向电流随光照强度的增加而上升。偏置下工作，它的反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是反向电流与光照强度成正比。无光照时，其主要特点是反向电流与光照强度成正比。无光照时，反向电流很小，称其为暗电流；有光照时，反向电流反向电流很小，称其为暗电流；有光照时，反向电流很大，称其为光电流。很大，称其为光电流。1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管1.4.1 1.4.1 三极管的结构及类型三极管的结构及类型 1.4.2 1.4.2 三极管的放大作用三极管的放大作用

49、1.4.3 1.4.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 1.4.4 1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 1.4.5 1.4.5 三极管工作状态的判定三极管工作状态的判定 1.4 1.4 半导体三极管半导体三极管 三极管是组成各种电子电路的核心器件，它三极管是组成各种电子电路的核心器件，它有有3 3个电极，称为半导体三极管或双极型三极管，简个电极，称为半导体三极管或双极型三极管，简称为三极管。它们的外形如图称为三极管。它们的外形如图1-141-14所示。三极管可所示。三极管可以利用半导体材料硅或锗制成。无论采用何种材料，以利用半导体材料硅或锗制成。无论采用何种材料，从三极管的结构来看

50、，都有从三极管的结构来看，都有PNPPNP型和型和NPNNPN型两种类型。型两种类型。它们的工作原理是类似的，下面主要以它们的工作原理是类似的，下面主要以NPNNPN型为例进型为例进行讨论。行讨论。1.4 1.4 半导体三极管半导体三极管图图1-14 1-14 半导体三极管的外形半导体三极管的外形1.4 1.4 半导体三极管半导体三极管1.4.1 1.4.1 三极管的结构及类型三极管的结构及类型半导体三极管是应用在电子电路中的很普遍的半导体三极管是应用在电子电路中的很普遍的一种半导体器件。三极管的基本结构是在一块半导体一种半导体器件。三极管的基本结构是在一块半导体基片上，用一定的工艺方法形成两