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1、第1章电子技术基础教学演示课件第1页，共24页，编辑于2022年，星期日第1章 半导体器件 1.1 晶体二极管 1.3 场效应管 1.2 晶体三极管 1.4 晶闸管 本本章章首首先先介介绍绍二二极极管管的的结结构构及及单单向向导导电电性性，二二极极管管的的主主要要参参数数；特特殊殊二二极极管管的的应应用用；然然后后介介绍绍晶晶体体三三极极管管的的结结构构及及电电流流放放大大作作用用，三三极极管管的的特特性性和和主主要要参参数数；最最后后介介绍绍场场效效应应管管的的分分类类、特特性性及晶闸管的结构及导电特性。及晶闸管的结构及导电特性。第2页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体
2、二极管 人们按照物质导电性能，通常将各种材料分为导体、绝缘体和半导体三大类。导电性能良好的物质称为导体，例如金、银、铜、铝等金属材料。另一类是几乎不导电的物质称为绝缘体，例如陶瓷、橡胶、塑料等材料。再一类是导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓等都是半导体。纯净半导体也叫本征半导体，这种半导体只含有一种原子，且原子按一定规律整齐排列。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。常常在本征半导体中掺入杂质，其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力，而是想通过控制杂质掺入量的多少，来控制半导
3、体的导电能力的强弱。第3页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 在硅本征半导体中，掺入微量的五价元素(磷或砷)，就形成N型半导体。在硅本征半导体中，掺入微量的三价元素(铟或硼)，就形成P型半导体。当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结。（a)Na)N型半导体型半导体 (b)P (b)P型半导体型半导体第4页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.1 晶体二极管的结构与符号1.二极管的结构 晶晶体体二二极极管管是是由由一一个个PNPN结结构构成成的的，从从
4、P P区区引引出出的的电电极极为为二二极极管管正正极极，N N区区引引出出的的电电极极为为二二极极管管负负极极，用用管管壳壳封封装装起起来来即即成成二二极极管。管。二极管的外形图二极管的外形图二极管符号 2.电路符号 第5页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.2 晶体二极管的单向导电性电阻是双向导电，二极管如何导电呢？电阻是双向导电，二极管如何导电呢？按下图所示连接电路，观察指示灯的变化情况。（按下图所示连接电路，观察指示灯的变化情况。（建议采用仿真演示建议采用仿真演示）(a)加正向电压导通 (b)加反向电压截止 结论：二极管 具有单向导电性。第6页，共24
5、页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.3 晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线(1 1)正向特性（图中正向特性（图中OABOAB段）段）当当二二极极管管两两端端所所加加的的正正向向电电压压由由零零开开始始增增大大时时，在在正正向向电电压压比比较较小小的的范范围围内内，正正向向电电流流很很小小，二二极极管管呈呈现现很很大大的的电电阻阻，如如图图中中OAOA段段，通通常常把把这这个个范范围围称称为为死死区区，相相应应的的电电压压叫叫死死区区电电压压。硅硅二二极极管管的的死死区区电电压压为为0.5V0.5V左左右右，锗锗二二极极管管的的死死区区电电压
6、压约为约为0.10.10.2V0.2V。第7页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.3 晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 外加电压超过死区电压以后，外加电压超过死区电压以后，二极管呈现很小的电阻，正向电流二极管呈现很小的电阻，正向电流I ID D迅速增加，这时二极管处于正向导通迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中状态，如图中ABAB段为导通区，此时段为导通区，此时管子两端电压降变化不大，该电管子两端电压降变化不大，该电压值称为压值称为正向压降正向压降(或或管压降管压降)，常，常温下温下硅硅管约为管约为0.60.60.7V0.
7、7V，锗锗管约为管约为0.20.20.3V0.3V。第8页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.3 晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线(2)(2)反向特性反向特性 （图中（图中OCDOCD段）段）当当给给二二极极管管加加反反向向电电压压时时，所所形形成成的的反反向向电电流流是是很很小小的的，而而且且在在很很大大范范围围内内基基本本不不随随反反向向电电压压的的变变化化而而变变化化，即即保保持持恒恒定定。如如曲曲线线OCOC段段称称为为反反向向截截止止区区，此此处的处的I IR R称为反向饱和电流。称为反向饱和电流。当当反反向向电电压压大
8、大到到一一定定数数值值U UBRBR时时，反反向向电电流流会会急急剧剧增增大大，如如图图中中CDCD段段，这这种种现现象象称称为为反反向向击击穿穿，相相应应的的电电压压叫叫反反向向击击穿穿电电压压。正正常常使使用用二二极极管管时时（稳稳压压二二极极管管除除外外），是是不不允允许许出出现现这这种种现现象象的的，因因为击穿后电流过大将会使管子损坏。为击穿后电流过大将会使管子损坏。第9页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.4 稳压二极管稳稳压压二二极极管管是是一一种种用用特特殊殊工工艺艺制制造造的的面面接接触触硅硅材材料料二二极极管管，由由于于它它具具有有稳稳定定
9、电电压压的的功功能能，在在稳稳压压设设备备和和一一些些电电子子电电路路中中经经常常用用到到。所所以以把把这这种种类类型的二极管称为稳压管。型的二极管称为稳压管。小小型型稳稳压压管管与与二二极极管管外外型型无无异异，图图形形符符号号和和外外形形封封装装如如图图所所示示。（a a）为为符符号图，号图，(b b)为实物图。为实物图。（a）符号 (b)实物 结论：稳压管工作在特性曲线的反向击穿区。这表明稳压管在击穿状态下，流过管子的电流在较大范围内变化(IZ)时，而管子两端电压变化(UZ)几乎不变，这就是稳压管的稳压作用。第10页，共24页，编辑于2022年，星期日1.1晶体二极管晶体二极管 1.1.
10、5 其他二极管1 1.发光二极管发光二极管 发发光光二二极极管管(简简称称LED)LED)的的PNPN结结工工作作在在正正向向偏偏置置状状态态。它它是是利利用用电电信信号号变变成成光光信信号号的的一一种种半半导导体体器器件件，它具有功耗低、体积小、工作可靠等特点。它具有功耗低、体积小、工作可靠等特点。2 2.光敏二极管光敏二极管光光敏敏二二极极管管又又称称光光电电二二极极管管，其其PNPN结结工工作作在在反反向向偏偏置置状状态态。目目前前使使用用最最多多的的是是硅硅（SiSi）光光电电二极管。二极管。(a)符号 (b)实物(a)符号图 (b)实物图第11页，共24页，编辑于2022年，星期日1
11、.2晶体三极管晶体三极管 晶体三极管是具有电流放大作用的半导体器件，为此晶体三极管晶体三极管是具有电流放大作用的半导体器件，为此晶体三极管组成的放大电路在实际电子设备中得到广泛应用，如收音机、电视组成的放大电路在实际电子设备中得到广泛应用，如收音机、电视机、扩音机、测量仪器及自动控制装置等。如图所示为三极管放大机、扩音机、测量仪器及自动控制装置等。如图所示为三极管放大作用的应用示意图。作用的应用示意图。第12页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管 1.2.1 晶体三极管的结构与符号1.1.晶体管的结构晶体管的结构晶晶体体管管是是由由两两个个PNPN结结构构成成的的，两
12、两个个PNPN结结将将整整个个半半导导体体基基片片分分为为3 3个个区区-发发射射区区、基基区区和和集集电电区区。由由3 3个个区区各各引引出出一一个个电电极极，分分别别为为基基极极b b、发发射射极极e e和和集集电电极极c c。发发射射区区与与基基区区之之间间的的PNPN结结称称为为发发射射结结，集集电电区区与与基基区区之之间间的的PNPN结结称称为为集集电电结结。晶晶体体管管按按结结构构可可分分为为NPNNPN型型和和PNPPNP型型两类。两类。（a）实物图 （b）外形图三极管结构、符号第13页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管2.2.晶体管的分类晶体管的分类
13、三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类：三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类：(1)(1)按按半半导导体体材材料料分分，可可分分为为硅硅管管和和锗锗管管。硅硅管管工工作作稳稳定定优优于于锗锗管管，因因此此当当前前生产和使用常用硅管。生产和使用常用硅管。(2)(2)按按三三极极管管内内部部基基本本结结构构分分，可可分分为为NPNNPN型型和和PNPPNP型型两两类类。目目前前我我国国制制造造的的硅硅管管多多为为NPNNPN型型(也有少量也有少量PNPPNP型型)，锗管多为，锗管多为PNPPNP型。型。(3)(3)按结构工艺分，分为合金管和平面管。按结构工艺分，分为合金管和平面管。(4)(4
14、)按用途分，可分为普通放大管和开关管等。按用途分，可分为普通放大管和开关管等。(5)(5)按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。(6)(6)按工作频率分，可分为超高频管、高频管、低频管。按工作频率分，可分为超高频管、高频管、低频管。第14页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管 1.2.2 晶体三极管的电流放大作用1.1.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 按图连接电路，观察各极电流的大小及其关系。按图连接电路，观察各极电流的大小及其关系。(建建议采用仿真演示议采用仿真演示)（1 1）三极管电流分配关系
15、）三极管电流分配关系 I IE E I IB B I IC C （2 2）三极管电流放大作用）三极管电流放大作用 直流直流交流交流三极管各极上的电流分配关系 第15页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管 1.2.2 晶体三极管的电流放大作用2.2.具有电流放大作用的外部条件具有电流放大作用的外部条件发射结加正向偏置，集电结加反向偏置。发射结加正向偏置，集电结加反向偏置。三极管各极上的电流分配关系 结论：三极管在一定的外界电压条件下所具有的IC受IB控制且二者成线性关系的特性，称为三极管的直流电流放大作用。而IC受IB控制且二者成线性关系的特性，称为三极管的交流电流放大
16、作用。第16页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管3.3.三极管的连接方式（组态）三极管的连接方式（组态）1.2.2 晶体三极管的电流放大作用三极管的三种组态三极管的三种组态(a)(a)共射组态共射组态 (b)(b)共基组态共基组态 (c)(c)共集组态共集组态第17页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管 1.2.3 晶体三极管的特性曲线(1)(1)三极管输入特性曲线三极管输入特性曲线 反映输入电流反映输入电流I IB B与输入电压与输入电压U UBEBE之间的关系的曲线叫输入特性曲之间的关系的曲线叫输入特性曲线，它以输出电压线，它以输出电压
17、U UCECE一定值作参一定值作参考量。当考量。当U UCECE1V1V之后，输入特性之后，输入特性曲线基本重合。曲线基本重合。输入特性输入特性第18页，共24页，编辑于2022年，星期日1.2晶体三极管晶体三极管 1.2.3 晶体三极管的特性曲线(2)(2)三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线 截止区截止区 I IB B0 0那条输出特性曲线以下那条输出特性曲线以下的区域。在这个区域内的三极管的区域。在这个区域内的三极管两个两个PNPN结结均处于反向偏置状态。均处于反向偏置状态。相当于三极管内相当于三极管内部各极开路，即部各极开路，即相当于开关断开。相当于开关断开。饱和区饱和区 每条曲线拐点
18、连线左侧的区域。每条曲线拐点连线左侧的区域。在这个区域内的三极管在这个区域内的三极管两个两个PNPN结均处于正结均处于正向偏置状态。向偏置状态。放大区放大区 每条曲线的平直部分所构成的区域。在该区域三极管满足每条曲线的平直部分所构成的区域。在该区域三极管满足发射结正偏、发射结正偏、集电结反偏集电结反偏的放大条件，的放大条件，具有电流放大作用具有电流放大作用。管子相当于开关闭合。管子相当于开关闭合。第19页，共24页，编辑于2022年，星期日*1.3场效应管场效应管场效应晶体管简称场效应管，它也是一种具有结的半导体器件。场效应晶体管简称场效应管，它也是一种具有结的半导体器件。1.1.场效应管的类
19、型场效应管的类型场场效效应应管管按按其其结结构构的的不不同同分分为为结结型型场场效效应应管管和和绝绝缘缘栅栅型型场场效效应应管管，其其外外形形如如图图所所示示。而而结结型型场场效效应应管管又又分分为为沟沟道道、沟沟道道两两类类；绝绝缘缘栅栅型型场场效效应应管管分分为为增增强强型型和和耗耗尽尽型两类，每类又有型两类，每类又有P P沟道和沟道和N N沟道两种。沟道两种。2.2.场效应管的结构及符号场效应管的结构及符号N沟道增强型绝缘栅场效应管 (a)结构示意图 (b)电路符号 外形图 第20页，共24页，编辑于2022年，星期日1.4晶闸管晶闸管 1.4.1 普通晶闸管的结构及导电特性1.1.结构
20、结构晶晶闸闸管管是是用用硅硅材材料料制制成成的的半半导导体体器器件件。它它是是由由P P型型和和N N型型半半导导体体交交替替迭迭合合而而成成的的P-N-P-NP-N-P-N四四层层半半导导体体元元件件，具具有有三三个个PNPN结结和和三三个个电电极极。如如图图所所示示，图图（a a）给给出出了了晶晶闸闸管管的的外外形形，有有螺螺栓栓式式和和平平板板式式两两种种，图图 (b)(b)为为内内部部结结构构，图图（c c）为为其其图形符号，文字符号为图形符号，文字符号为SCRSCR。第21页，共24页，编辑于2022年，星期日1.4晶闸管晶闸管 1.4.1 普通晶闸管的结构及导电特性2 2.导电特性
21、导电特性 晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。影响其正向导通的工作状态。晶闸管单向导电性可用图所示实验电路验证。晶闸管单向导电性可用图
22、所示实验电路验证。（建议采用仿真）（建议采用仿真）结论：要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加一定大小的正向电压（这个电压成为触发电压）这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去控制作用。第22页，共24页，编辑于2022年，星期日1.4晶闸管晶闸管 1.4.2 双向晶闸管1.1.结构结构 双双向向晶晶闸闸管管是是一一种种新新型型的的半半导导体体三三端端器器件件，它它具具有有相相当当于于两两个个单单向向晶晶闸闸管管反反向向并并联联工工作作的的作用。图为双向晶闸管的实物图和符号。作用。图为双向晶闸管的实物图和符号。双向晶闸管的外形和符号(a)实物图
23、 (b)符号 2.2.导电特性导电特性双双向向晶晶闸闸管管具具有有比比较较对对称称的的正正反反向向伏伏安安特特性性。若若控控制制极极加加正正极极性性触触发发信信号号，晶晶闸闸管管导导通通，电电流流方方向向是是从从T T2 2流流向向T T1 1；若若控控制制极极加加负负极极性性触触发发信信号号，晶晶闸闸管管导导通通，电电流流方方向向是是从从T T1 1流流向向T T2 2。由由此此可可见见，双双向向晶晶闸闸管管只只用用一一个个控控制制极极，就就可可以以控控制制它它的的正正向向导导通和反向导通了。通和反向导通了。第23页，共24页，编辑于2022年，星期日 本 章 小 结 1二极管由一个PN结构
24、成，其主要特性是单向导电，即正偏时导通，反偏时截止。二极管两端电压与通过二极管的电流之间的关系为二极管的伏安特性，它详细的描述了二极管电压与电流间的关系。2特殊二极管有稳压二极管、发光二极管、光电二极管等，稳压二极管工作在二极管伏安特性曲线的反向击穿区，在工作电流允许范围内其电压是稳定的；发光二极管具有将电信号转换成光信号的作用；而光电二极管则是将光信号转换成电信号。3三极管由两个PN结构成，按其结构分为NPN和PNP两类。三极管的集电极电流受基极电流的控制，所以三极管是一种电流控制器件。在满足发射结正偏、集电结反偏的条件下，具有电流放大的作用。三极管的输出特性曲线可分成截止区、饱和区、放大区。4.场效应管是一种电压控制器件。5.晶闸管有三个PN结，单向晶闸管的正向特性分两种情况：当控制极无触发时，正向阻断，几乎没有电流；当控制极被触发时，正向导通。但须注意，晶闸管一旦被触发后将维持导通状态，直到阳极电流小于维持电流，晶闸管才自动关断。第24页，共24页，编辑于2022年，星期日