晶体管简介

晶体管概述晶体管简介晶体管分半导体二极管、晶体三极管两大类。半导体二极管分：1：整流二极管，广泛应用于电源电路中2：检波二极管，应用于微波接收电路中3：开关二极管，主要用于电子计算机和各种自动控制系统4：稳压二极管，利用PN结的齐纳击穿特性制作晶体三极管分：1:双极型晶体管，两种载流子（空穴和电子）同时参与导电双极性晶体管是一种电流控制器件，有NPN、PNP两种结构形式。它由三个区域（发射区E、基区B、集电区C）构成，分别称为发射极、基极、集电极。双极型晶体管有两个PN结，分别称为发射结和集电结。2：场效应晶体管，只有一种载流子（空穴或电子）参与导电，故又称单极晶体管。接上页PN结及半导体二极管PN结的形成N型半导体在室温下是带负电的电子和带正电的施主离子。P型半导体在室温下是带负电的受主离子和带正电的空穴。N型半导体中磷原子在硅晶体中给出一个多余的电子，故称为施主离子或N型杂质.P型半导体中硼原子能接受电子，故称为受主杂质或P型杂质P型半导体和N型半导体结合后如图所示：P型半导体和N型半导体结合后，在他们的交接处就出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子很多而空穴很少，P型区则相反。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。半导体中的离子由于物质结构的关系，不能任意移动，因此不参与导电，他们就在P区和N区交界面形成一个空间电荷区（PN结）。空间电荷区又可看作是一个阻挡层，它对多数载流子的扩散有阻挡作用。接上页PN结的单向导电性1:外加正向电压外加电压正端接P区,负端接N区.在外加正向电压的作用下,PN结的平衡状态被打破,P区的空穴和N区的电子都向PN结移动,与PN结的原有离子产生中和作用,结果使PN结变窄,电阻减小,所以这个方向的外加电压称为正向电压.2:外加反向电压外加电压正端接N区,负端接P区.在这种外电场作用下,P区的空穴和N区的电子都将进一步离开PN结,使阻挡层厚度加宽.接上页由此可见,PN结的正向电阻很小,反向电阻很大,这就是它的单向导电性.从这里可以看出,PN结具有单向导电性的关键是它的阻挡层的存在及其随外加电压而变化.接上页PN结的反向击穿加到PN结两端的反向电压增大到一定数值，反向电流突然增加，这个现象称为PN结的反向击穿VBR称为反向击穿电压PN结电击穿后电流很大，电压很高，容易使PN结发热超过它的耗散功率而过渡到热击穿。这时PN结的电流和温升之间出现恶性循环，从而很快使PN结烧毁。产生PN结电击穿的原因是，在强电场作用下，大大的增加了自由电子和空穴的数目，应其反向电流的急剧增加，这种现象的产生分雪崩击穿和齐纳击穿。接上页雪崩击穿：当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峭的积雪山坡上发生雪崩一样，再流子增加的多而快，使反向电流急剧增大，于是PN结就发生雪崩击穿。齐纳击穿：在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存在一个强电场，它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子空穴对，形成较大的反向电流。接上页雪崩击穿和齐纳击穿（电击穿）过程是可逆的，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复。但不能出现热击穿。热击穿：反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁。接上页二极管的结构二极管按其结构不同可分为点接触性和面接触性两类。点接触型点接触型二极管是由一根很细的金属触丝和一块半导体的表面接触，然后正向通过很大的瞬时电流，是触丝和半导体牢固的熔接在一起，构成PN结由于点接触型二极管金属丝很细,形成的PN结面积很小,所以极间电容很小,同时也不能承受高的反向电压和电流.这种类型的管子适于作高频检波和脉冲数字电路里的开关元件.接上页面接触型面接触型二极管的PN结用合金法或扩散法做成的由于面接触型二极管的PN结面积大,可承受较大电流,但极间电容也大.这种类型的管子适用于整流,而不适用于高频电路中.接上页二极管的伏安特性１：正向特性电压变化零点几伏，但相对来说流过管子的电流却很大，管子呈现的正向电阻很小。２：反向特性P型半导体中的少数载流子－电子和N型半导体的少数载流子－空穴，在反向电压作用下很容易通过PN结，形成反向饱和电流。温度升高时，由于少数载流子增加，反向电流将随之急剧增加。３：反向击穿特性当反向电压增加到一定的大小时，反向电流剧增，这叫做二极管的反向击穿。其原因与PN结击穿相同。二极管的直流参数１：最大整流电流IF：管子在长期运行时，允许通过的最大平均电流。２：反向击穿电压VBR：管子反向击穿时的电压值。一般手册上给出的最高反向电压约为击穿电压的一半，以确保管子的安全运行３：反向电流IR：管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。二极管的极间电容势垒电容CB当PN结两端电压改变时，就会引起积累在PN结的空间电荷的改变，从而显示出PN结的电容效应。势垒电容CB的大小与PN结面积S成正比，与阻挡厚度成反比。反向偏置的增加，会使阻挡厚度增大而使势垒电容减小。正向偏置相反。势垒电容在反向偏置时显得更加重要。扩散电容反映了在外加电压作用下载流子在扩散过程中积累的情况PN结在正向偏置时，扩散电容较大.而反向偏置时,扩散电容数值很小,一般可以忽略.由上可见,在高频应用时,对于二极管的PN结,必须考虑结电容的影响.接上页半导体器件型号的命名方式两种特殊的二极管稳压二极管管子的杂质浓度较大，空间电荷区内的电荷密度也大，容易形成强电场。当反向电压加到一特定值时，反向电流激增，产生反向击穿。该反向击穿电压即稳压管的稳定电压。稳压管的作用在于，电流增量IZ很大，只引起很小的电压变化VZ。曲线越陡，动态电阻RZ＝VZ/IZ越小，稳压管的稳压性能越好。接上页发光二极管（LED）发光二极管通常用砷化镓、磷化镓等制成的。当这种管子通电流时将发出光来，是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。接上页光电二极管光电二极管的反向电流随光照强度的增加而上升,在管壳上备有一个玻璃窗口以便于接受光照.它的反向电流与照度成正比.光电二极管可用来作为光的测量.当制成大面积的光电二极管是,可当作一种能源,称为光电池.半导体三极管半导体三极管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的元件．由于两个PN结之间的互相影响，使半导体三极管表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大功能，从而使PN结的应用发生了质的飞跃．三级管结构简介三级管按频率分，有高频、低频管；安功率分，有大、中、小功率管；按材料分，有硅管、锗管等等。这是硅平面管的管芯结构图，它是在N型硅片氧化膜上光刻一个窗口，进行硼杂质扩散，获得P型基区，经氧化膜掩护后再在P型半导体上光刻一窗口，进行高浓度的磷扩散，获得N型发射区，表面是一层二氧化硅保护层，N型衬底则用作集电极。接上页电路中的图形图中发射极的箭头表示发射结在正向接法下的电流方向，NPN型管子的发射极箭头向外。三极管的放大作用三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后达到集电极而实现的。为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度,同时基区厚度很小；另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。三级管内各个电流之间有确定的分配关系，所以只要输入电流给定了，输出电流和输出电压便基本确定了。而表征三级管电流控制作用的参数就是电流放大系数。接上页放大作用如图所示,这是一个简单的放大器.在基极和发射级之间的回路上加上一个待放大的输入信号Vi。这样发射结的外加电压将等于VEE+Vi，由于外加电压的变化，将使发射极电流IE相应的变化，由于PN结的正向电压对电流的控制作用是很灵敏的，因此Vi的微小变化就可以引起IE的很大变化，而IC＝aIE,所以又相应引起IC的变化。集电极电流通过接在集电极上的负载电阻R产生一个变化电压V0，则从R取出来的变化电压V0随时间的变化规律和Vi相同，但幅度却大了很多倍。所增大的倍数称为电压放大倍数。接上页连接方式三级管可有三种连接方式：共基极、共发射极、共集电极。对于共射级电路，研究其放大过程主要是分析集电极电流与基极电流之间的关系Β＝IC／IB由此我们可以得出一个很重要的结论：发射区每向基区供给一个复合用的载流子，就向集电区供给Β个载流子。这是三级管内固定不变的电流分配原则。共射级电路不但能得到电压放大，而且能得到电流放大，所以共射级电路是目前应用最广泛的一种组态。接上页三级管的主要参数1：电流放大系数。常用的三级管的放大值通常在10～100之间。该值太小放大作用差，太大易使管子性能不稳定。2：集电极－基极反向饱和电流ICBO。表示发射极开路，C、B间加上一定反向电压时的反向电流。该值越小越好。3：集电极－发射极反向饱和电流ICEO。基极开路，C、E间加上一定反向电压时的集电极电流。该值大的管子性能不稳定。极限参数1：集电极最大允许电流ICM。指三级管的参数变化不超过允许值实际电机允许的最大电流。当电流超过ICM时，管子性能将显著下降。2：集电极最大允许功率损耗PCM。表示集电极上允许损耗功率的最大值。为了提高PCM值通常采用加散热装置的办法。3：反向击穿电压。三级管的两个PN结，如反向电压超过规定值，也会发生击穿三级管发生电压击穿后，电路中的管子就不能正常工作，但管子并不一定损坏，只要不超过最大功率损耗，而且进入击穿的时间很短时，管子的特性不会变坏，因此击穿过程还是可逆的。但如果在击穿后继续增大IC，这管子很快就会进入二次击穿状态而损坏。接上页三级管的散热计算半导体三极管的最大允许耗散功率PCM，决定于总的热阻RT，最大允许结温TJ和环境温度TA。TJ－TA＝RTPCM小结1：PN结是现代半导体器件的基础。一个半导体可制成一个二极管，两个PN结即可制成双极型三极管。2：半导体二极管的基本性能是单向导电性，利用他的这一特性，可用来进行整流、限幅等。二极管的伏安特性是非线性的。3：半导体三极管是一种电流控制器件，即通过基极电流或射极电流去控制集电极电流。所谓放大作用，实质是一种控制作用。