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1、第第 9 章章 常用晶体管常用晶体管9.1 半导体的基本知识半导体的基本知识n9.1.1 本征半导体本征半导体n1 本征半导体的原子结构本征半导体的原子结构 半导体锗和硅都是半导体锗和硅都是 4 价元素，其原子价元素，其原子结构示意图如图结构示意图如图 9 一一 1 所示。它们的最所示。它们的最外层都有外层都有 4 个价电子，带个价电子，带 4 个单位负电个单位负电荷。通常把原子核和内层电子称为荷。通常把原子核和内层电子称为n2 本征激发本征激发 在本征半导体内部，自由电子与空穴在本征半导体内部，自由电子与空穴总是成对出现的，因此将它们称为电子总是成对出现的，因此将它们称为电子一空穴对。当自由
2、电子在运动过程中遇一空穴对。当自由电子在运动过程中遇到空穴时，可能会填充进去从而恢复一到空穴时，可能会填充进去从而恢复一个共价键，与此同时消失一个电子一空个共价键，与此同时消失一个电子一空穴对，这一相反过程称为复合。穴对，这一相反过程称为复合。9.1.2N 型半导体和型半导体和P型半导体型半导体n1.N 型半导体型半导体9.1.3 PN 结结n1.PN 结的形成结的形成 在一块完整的硅片上，用不同的掺在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成杂工艺使其一边形成 N 型半导体，另一型半导体，另一边形成边形成 P 型半导体，那么在两种半导体型半导体，那么在两种半导体交界面附近就形成了交界面附
3、近就形成了 PN 结，如图结，如图 9 一一 5 所示。所示。2.PN 结的单向导电牲结的单向导电牲 PN 结在未加外加电压时，扩散运动结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过与漂移运动处于动态平衡，通过 PN 结结的电流为零。当电源正极接的电流为零。当电源正极接 P 区，负极区，负极接接 N 区时，称为给区时，称为给 PN 结加正向电压或结加正向电压或正向偏置，如图正向偏置，如图 9 一一 6 所示。所示。9.2 晶体二极管晶体二极管n9.2.1 基本结构基本结构 晶体二极管也称半导体二极管，它是晶体二极管也称半导体二极管，它是在在 PN 结两侧接上电极引线，再用管壳结两侧接
4、上电极引线，再用管壳封装而成的。按其结构，通常有点接触封装而成的。按其结构，通常有点接触型和面结合型两类。常用符号如图型和面结合型两类。常用符号如图 9 一一 7 所示。所示。1 类型类型n(1）按材料分有硅二极管、锗二极管和砷化）按材料分有硅二极管、锗二极管和砷化稼二极管等。稼二极管等。n(2）按结构分：根据）按结构分：根据 PN 结面积大小，有点结面积大小，有点接触型、面结合型二极管接触型、面结合型二极管n(3）按用途分：有整流、稳压、开关、发光、）按用途分：有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼二极管等。光电、变容、阻尼二极管等。n(4）按封装形式分：有塑封及金属封等二极）按封装形式
5、分：有塑封及金属封等二极管。管。n(5）按功率分：有大功率、中功率及小功率）按功率分：有大功率、中功率及小功率二极管等。二极管等。2 半导体二极管的命名方式半导体二极管的命名方式 半导体器件的型号由半导体器件的型号由 4 个部分组成，个部分组成，如图如图 9 一一 n 所示。如所示。如 2APg,2 表示表示电极数为电极数为 2,“A”表示表示 N 型锗材料，型锗材料，P”表示普通管，表示普通管，9 表示序号。表示序号。9.2.2 伏安特性伏安特性n1 正向特牲正向特牲 由图由图 9 一一 12 可以看出，当所加的正可以看出，当所加的正向电压为零时，电流为零；当正向电压向电压为零时，电流为零；
6、当正向电压较小时，由于外电场远不足以克服较小时，由于外电场远不足以克服 PN 结内电场对多数载流子扩散运动所造成结内电场对多数载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流很小（几乎为零），的阻力，故正向电流很小（几乎为零），二极管呈现出较大的电阻。这段曲线称二极管呈现出较大的电阻。这段曲线称为死区。为死区。2 反向特牲反向特牲 当二极管两端外加反向电压时，当二极管两端外加反向电压时，PN 结内电场进一步图结内电场进一步图 9 一一 12 二极管的伏二极管的伏安特性曲线增强，使扩散更难进行。安特性曲线增强，使扩散更难进行。3 反向击穿特牲反向击穿特牲 击穿特性的特点是：虽然反向电流击穿特性的特点是：虽
7、然反向电流剧增，但二极管的端电压变化很小，这剧增，但二极管的端电压变化很小，这一特点成为制作稳压二极管的依据。一特点成为制作稳压二极管的依据。4 激发对二极管伏安特牲的影响激发对二极管伏安特牲的影响 二极管是温度的敏感器件，温度的变二极管是温度的敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度的升高，其正向特性曲线左移，着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一般在室温附近，温即反向电流增大。一般在室温附近，温度每升高度每升高 1 ，其正向压降减小，其正向压降减小 2 一一
8、 2.5 mV；温度每升高；温度每升高 10 ，反向电流，反向电流增大增大 1 倍左右。倍左右。9.2.3 主要参数主要参数n(1）最大整流电流）最大整流电流n(2）反向击穿电压）反向击穿电压 UBR和最大反向工作和最大反向工作电压电压URMn(3）反向峰值电流）反向峰值电流n(4）正向压降）正向压降n(5）动态电阻）动态电阻9.2.4 二极管的简易测试二极管的简易测试9.2.5 二极管应用举例二极管应用举例9.3晶体三极管晶体三极管9.3.1 基本结构基本结构 1 结构和符号结构和符号 双极型半导体三极管的结构示意图如图双极型半导体三极管的结构示意图如图 9 一一 15 所示所示E 一一 B
9、 间的间的 PN 结称为发结称为发射结，射结，C 一一 B 间的间的 PN 结称为集电结。结称为集电结。2 三极管的分类三极管的分类n(1）按其结构类型分为）按其结构类型分为 NPN 管和管和 PNP 管；管；n(2）按其制作材料分为硅管和锗管；）按其制作材料分为硅管和锗管；n(3）按工作频率分为高频管和低频管；）按工作频率分为高频管和低频管；n(4）按功率分为小功率管和大功率管；）按功率分为小功率管和大功率管；n(5）按用途分有普通三极管和开关管。）按用途分有普通三极管和开关管。9.3.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理n1 双极型半导体三极管内部电流分配关系双极型半导体三极管内部电流
10、分配关系 双极型半导体三极管在工作时，一定要加上双极型半导体三极管在工作时，一定要加上适当的直流偏置电压。若工作在放大状态，发适当的直流偏置电压。若工作在放大状态，发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN 型三极管为例，当它导通时，型三极管为例，当它导通时，3 个电极个电极上的电流必然满足节点电流定律，即流人三极上的电流必然满足节点电流定律，即流人三极管的基极电流几和集电极电流管的基极电流几和集电极电流 IC 等于流出三等于流出三极管的发射极电流几，即极管的发射极电流几，即n（2）放大原理放大原理n 发发射区向基区射区向基区发发射射电电子子 (高掺
11、杂）高掺杂）n 电电子在基区中复合与子在基区中复合与扩扩散散 （基区薄、低掺杂）（基区薄、低掺杂）n 电电子被集子被集电电极收集极收集 面积大面积大内部条件内部条件外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏（3）电流分配关系：）电流分配关系：2 双极型半导体三极管的放大原理双极型半导体三极管的放大原理n1）三极管的）三极管的 3 种连接方式种连接方式n2）三极管的电流放大系数）三极管的电流放大系数 对于集电极电流对于集电极电流 Ic 和基极电流极之和基极电流极之间的关系可以用系数来说明，定义间的关系可以用系数来说明，定义n3）三极管的放大作用如图）三极管的放大作用如图 9
12、 一一 20 所所示为共射接法的三极管放大电路。示为共射接法的三极管放大电路。9.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 三极管的特性曲线是用来表示该晶体三极管的特性曲线是用来表示该晶体三极管各极电压和电流之间相互关系的三极管各极电压和电流之间相互关系的曲线，特性曲线可用实验或查半导体器曲线，特性曲线可用实验或查半导体器件手册获得。最常用的是共发射极接法件手册获得。最常用的是共发射极接法的输人特性曲线和输出特性曲线。共发的输人特性曲线和输出特性曲线。共发射极接法的电路如图射极接法的电路如图 9 一一 21 所示。所示。1 偷入特牲曲线偷入特牲曲线2 输出特性曲线输出特性曲线9.3.4 半导体
13、三极管的主要参数半导体三极管的主要参数 当晶体管接成共射极电路时，静态当晶体管接成共射极电路时，静态时集电极电流时集电极电流 Ic 与基极电流几的比值称与基极电流几的比值称为共射极静态（又称直流）电流放大系为共射极静态（又称直流）电流放大系数，用刀表示。即数，用刀表示。即2 极间反向电流极间反向电流3 极限参数极限参数n1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流n2）集电极最大允许功率损耗）集电极最大允许功率损耗9.3.5 三极管的判别方法三极管的判别方法n1 基极和管型的判断基极和管型的判断 三极管内部有两个三极管内部有两个 PN 结，即集电结，即集电结和发射结，图结和发射结，图 9 一一
14、25 所示为所示为 NPN 型三极管。与二极管相似，三极管内的型三极管。与二极管相似，三极管内的 PN 结同样具有单向导电性。因此，可用结同样具有单向导电性。因此，可用万用表电阻挡判别出基极万用表电阻挡判别出基极 B 和管型和管型2 集电极和发射极的判别集电极和发射极的判别3 共发射极直流电流放大系共发射极直流电流放大系数的性能测试数的性能测试 测试方法与上述判别测试方法与上述判别 C,E 极方法相极方法相似。由三极管电流放大倍数原理可知，似。由三极管电流放大倍数原理可知，在接在接 RB 时，测得阻值比未接时，测得阻值比未接 RB 时越时越小，表明三极管的电流放大系数越大。小，表明三极管的电流
15、放大系数越大。9.4 其他常用晶体管其他常用晶体管n9.4.1 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是一种特殊的面接触型半稳压二极管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，应用在稳压二极管伏安导体硅二极管，应用在稳压二极管伏安特性曲线（见图特性曲线（见图 9 一一 27）反向击穿区，）反向击穿区，由于它在电路中与适当的电阻配合后能由于它在电路中与适当的电阻配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。起到稳定电压的作用，故称为稳压管。2.稳压二极管的主要参数 n(1)稳定电压n(2)动态电阻 愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡 n(3)最大稳定电流 3.稳压作用 n（1）设电源电压波动（负载不变）n（2）设负
16、载变化（电源不变）9.4.2 光电二极管光电二极管 光电二极管又称光敏二极管，它是光光电二极管又称光敏二极管，它是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比，电转换半导体器件，与光敏电阻器相比，具有灵敏度高、高频性能好、可靠性好、具有灵敏度高、高频性能好、可靠性好、体积小、使用方便等优点。光电二极管体积小、使用方便等优点。光电二极管如图如图 9 一一 29 所示。光电二极管使用时所示。光电二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极负极接电源正极9.4.3 发光二极管发光二极管n1 发光原理发光原理 发光二极管的管芯结构与普通二极管发光二极管的管
17、芯结构与普通二极管相似，由一个相似，由一个 PN 结构成。当在发光二结构成。当在发光二极管极管 PN 结上加正向电压时，空间电荷结上加正向电压时，空间电荷层变窄，载流子扩散运动大于漂移运动，层变窄，载流子扩散运动大于漂移运动，致使致使 P 区的空穴注入区的空穴注入 N 区，区，N 区的电区的电子注入子注入 P 区。当电子和空穴复合时，会区。当电子和空穴复合时，会释放出能量并以发光的形式表现出来。释放出能量并以发光的形式表现出来。2 种类和符号种类和符号 发光二极管的种类很多，按发光材料来区发光二极管的种类很多，按发光材料来区分，有磷化稼（分，有磷化稼（GaP）发光二极管、磷砷化）发光二极管、磷
18、砷化稼稼(GaAsP）发光二极管、砷铝稼（）发光二极管、砷铝稼（GaAIAs）发光二极管等；按发光颜色来分，）发光二极管等；按发光颜色来分，有发红光、黄光、绿光及眼睛看不见的红外发有发红光、黄光、绿光及眼睛看不见的红外发光二极管等；若按功率来区别，可分为小功率光二极管等；若按功率来区别，可分为小功率（HG400 系列）、中功率（系列）、中功率（HG50 系列）和系列）和大功率（大功率（HG52 系列）发光二极管。另外，还系列）发光二极管。另外，还有多色、变色发光二极管等有多色、变色发光二极管等n通常正向压降值在1.5 3V范围内。n反向耐压一般在6V左右。n串联限流电阻n发光二极管不宜在高温环
19、境中使用 图9-30发光二极管符号9.4.4 场效应管场效应管 场效应管也是一种半导体三极管，场效应管也是一种半导体三极管，它的功能与前面介绍的三极管相同，外它的功能与前面介绍的三极管相同，外形也与三极管类似。但其工作原理与三形也与三极管类似。但其工作原理与三极管不同，它的工作原理是基于半导体极管不同，它的工作原理是基于半导体内部或表面电场对多数载流子的作用，内部或表面电场对多数载流子的作用，因而得名场效应晶体三极管，简称场效因而得名场效应晶体三极管，简称场效应管。应管。场效应管分类n一类是结型场效应管，n另一类是绝缘栅场效应管，又叫金属氧化物半导体绝缘栅场效应管，简称MOS管。nMOS管可分为N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型、P沟道耗尽型。9.4.5 单结晶体管单结晶体管单结晶体管结构示意图如图单结晶体管结构示意图如图 9 一一 32 所示。所示。