电工电子技术及应用 第六章 常用半导体元器件

第六章常用半导体元器件第一节半导体二极管第二节晶体管第三节场效应晶体管第一节半导体二极管一、二极管的结构和符号将PN结的两个区，即P区和N区分别加上相应的电极用引线引出，并用管壳将PN结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号如图6-1所示，常见外形如图6-2所示。从P区引出的电极为阳极(或正极)，从N区引出的电极为阴极(或负极)，并分别用A、K表示下一页第一节半导体二极管二、二极管的主要参数(1)最大整流电流IFM它是指二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流(2)最高反向工作电压URM它是指二极管工作时所允许加的最高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。(3)反向电流IR它是指二极管未被击穿时的反向电流值。(4)最高工作频率fM主要由PN结的结电容大小决定下一页上一页第一节半导体二极管三、二极管的伏安特性二极管最主要的特性就是单向导电性，这可以用伏安特性曲线来说明。所谓二极管的伏安特性曲线就是指二极管两端的电压U与流过的电流I的关系曲线，如图6-3所示(以正极到负极为参考方向)。1.正向特性外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有正向电流通过二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的电阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通下一页上一页第一节半导体二极管三、二极管的伏安特性2.反向特性当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非常小的反向电流(称为反向饱和电流或反向漏电流)当反向电压增加到一定数值时(如曲线中的C点或C'点)，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电压，用UBR表示，曲线中CD段(或CD'段)称为反向击穿区。上一页返回第二节晶体管一、晶体管的结构和符号1.外形常见晶体管的外形结构如图6-7所示。2.结构和符号晶体管的结构示意图如图6-8(a)所示，它是由三层不同性质的半导体组合而成的。按半导体的组合方式不同，可将其分为NPN型管和PNP型管。晶体管的图形符号如图6-8(b)所示，符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。下一页第二节晶体管二、晶体管的主要参数1.电流放大倍数(1)共发射极直流电流放大倍数(2)共发射极交流电流放大倍数β(hfe)下一页上一页BCIIBCII第二节晶体管二、晶体管的主要参数2.极间反向电流(1)集电极-基极反向饱和电流ICBOICBO是晶体管的发射极开路时，集电极和基极间的反向漏电流，在温度一定的情况下，ICBO接近于常数，所以又叫反向饱和电流ICBO的测量电路如图6-9(a)所示(2)穿透电流ICEOICEO为基极开路时，由集电区穿过基区流人发射区的电流ICEO的测量电路如图6-9(b)所示下一页上一页第二节晶体管二、晶体管的主要参数3.极限参数极限参数是指晶体管正常工作时所允许的电流、电压和功率等的极限值(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极-发射极反向击穿电压U(BE)CBO(3)集电极-基极反向击穿电压U(BR)CBO(4)集电极最大允许功耗PCM下一页上一页第二节晶体管三、晶体管中的电流分配和放大作用1.晶体管的工作电压晶体管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置NPN型晶体管工作时电源接线如图6-11(a)所示，PNP型晶体管工作时电源接线如图6-11(b)所示2.晶体管各个电极的电流分配为了了解晶体管各个电极的电流分配及它们之间的关系，先看一个实验，实验电路如图6-12所示。由于这种电路发射极是公共端，因此这种接法称为晶体管的共发射极放大电路。下一页上一页第二节晶体管三、晶体管中的电流分配和放大作用2.晶体管各个电极的电流分配调节电位器RP，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化，电流方向如图6-12所示，测量结果见表6-1可以找出晶体管各极电流分配关系IE=IB+IC3.晶体管的电流放大作用从表6-1中的实验数据还可以看出:ICIB，而且当调节电位器RP使IB有一微小变化时，会引起IC较大的变化，这表明基极电流(小电流)控制着集电极电流(大电流)，所以晶体管是一个电流控制器件，这种现象称为晶体管的电流放大作用。下一页上一页第二节晶体管四、晶体管的特性曲线1.输出特性曲线输出特性曲线是在基极电流IB一定的情况下，晶体管输出回路中集射电压UCE与集电极电流IC之间的关系曲线，用函数式表示为图6-13为某晶体管的输出特性曲线。下一页上一页常数BICECUfI|)(第二节晶体管四、晶体管的特性曲线2.输入特性曲线输入特性曲线是指当集射电压UCE为某一常数时，输入回路中的基射电压UBE与基极电流IB之间的关系曲线，用函数式表示为图6-14所示为某晶体管的输入特性曲线上一页常数CEIBEBUfI|)(返回第三节场效应晶体管一、绝缘栅场效应晶体管的结构及符号绝缘栅型场效应晶体管是由金属、氧化物和半导体组成的，因此又称为金属氧化物半导体场效应晶体管，简称MOS管。MOS管可分为增强型与耗尽型两种类型，每一种又分为N沟道和P沟道，即NMOS管和PMOS管。图6-15(a)所示为N沟道增强型MOS管结构示意图图6-15(b)是增强型N沟道绝缘栅场效应晶体管的图形符号，箭头向内表示N沟道。N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管的结构示意图和图形符号如图6-16所示。下一页第三节场效应晶体管二、场效应晶体管的主要参数开启电压IGS(th)或夹断电压IGS(off)零偏漏极电流IDSS漏-源击穿电压I(BR)DS栅-源击穿电压I(BR)GS直流输入电阻RGS漏极最大耗散功率PDM跨导gm下一页上一页第三节场效应晶体管三、绝缘栅场效应晶体管的特性1.N沟道增强型MOS管特性(1)转移特性某增强型NMOS管的转移特性曲线如图6-17(a)所示(2)输出特性增强型NMOS管的输出特性是指当UGSUGS(th)并保持不变时，漏源电压UDS变化所引起漏极电流ID的变化的关系称为输出特性，图6-17(b)为某增强型NMOS管的输出特性曲线下一页上一页第三节场效应晶体管三、绝缘栅场效应晶体管的特性2.N沟道耗尽型MOS管特性与增强型相比，由于它的结构有所改变，因而使其控制特性有明显变化图6-18(a)、(b)所示分别为N沟道耗尽型管的转移特性曲线和输出特性曲线下一页上一页第三节场效应晶体管四、使用MOS管的注意事项MOS管栅源之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄放，因极间电容很小，故会造成电压过高使绝缘栅击穿。焊接MOS管时，对工作台、操作人员应有防静电措施，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。有些MOS场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种管子漏极与源极可互接使用在使用场效应晶体管时，要注意漏一源电压、漏一源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。上一页返回图6-1二极管的结构与图形符号返回图6-2常见外形图返回图6-3二极管的伏安特性返回图6-7几种常见晶体管的外形结构返回图6-8晶体管的结构和图形符号返回图6-9极间反向电流的测量电路返回图6-11晶体管的工作电压返回图6-12晶体管电流的实验电路返回表6-1晶体管电流测量数据返回图6-13晶体管的输出特性曲线返回图6-14晶体管的输入特性曲线返回图6-15N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管返回图6-16N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管返回图6-17增强型NMOS管的特性曲线返回图6-18耗尽型NMOS管特性返回