常用半導(dǎo)體器件ppt課件

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1.1 半導(dǎo)體和PN結(jié),1.1.1 半導(dǎo)體,導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,按導(dǎo)電能力的大小劃分,半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體具有三個(gè)奇妙且可貴的特性:摻雜性、熱敏性、光敏性。,1,1.1.2 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體,摻入雜質(zhì)后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩類,若在純凈的四價(jià)元素硅中采用一定的制造工藝，摻入微量五價(jià)元素（例如磷）,N型半導(dǎo)體,若在純凈的四價(jià)元素硅中采用一定的制造工藝摻入微量的三價(jià)元素（例如硼）,P型半導(dǎo)體,2,1.1.3 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?1.PN結(jié)的形成 用特定的制造工藝使P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相結(jié)合，在其交界面上將形成一個(gè)特殊的薄層，這個(gè)薄層就是PN結(jié)。,圖1-2為PN結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中字母P代表P型半導(dǎo)體，字母N代表N型半導(dǎo)體，中間劃有虛線的部分代表PN結(jié)。,3,2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通，加反向電壓截止，這種導(dǎo)電特性就稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?4,1.2 半導(dǎo)體二極管,1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) PN結(jié)加上引出線和管殼就構(gòu)成半導(dǎo)體二極管（簡(jiǎn)稱二極管）。,二極管的結(jié)構(gòu)示意圖,二極管的符號(hào),5,1.2.2 二極管的伏安特性和參數(shù),1.觀察二極管的導(dǎo)電性,（a）觀察指示燈是否發(fā)亮，（b）再觀察指示燈的亮暗情況,6,2.二極管的主要特性,（1）加正向電壓導(dǎo)通 在二極管的兩電極加上電壓，稱為給二極管以偏置。 （2）加反向電壓截止 與正向偏置相反，如果將電源負(fù)極與二極管的正極相連，電源正極與二極管的負(fù)極相連，稱為反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏。,綜上所述，二極管具有“加正向偏壓導(dǎo)通，加反向偏壓截止”的導(dǎo)電特性，即單向?qū)щ娦?，它是二極管最重要的特性。,7,小知識(shí) 二極管為什么具有單向?qū)щ娦?,二極管的核心是PN結(jié)，因此二極管的單向?qū)щ娦允怯蒔N結(jié)的特性所決定的。 （1）PN結(jié)加上正向電壓的情況 將PN結(jié)的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，此時(shí)外加電壓對(duì)PN結(jié)產(chǎn)生的電場(chǎng)與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)，使得多數(shù)載流子能順利通過(guò)PN結(jié)形成正向電流，并隨著外加電壓的升高而迅速增大，即PN結(jié)加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 （2）PN結(jié)加上反向電壓的情況 將PN結(jié)的P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源正極，此時(shí)外加電壓對(duì)PN結(jié)產(chǎn)生的電場(chǎng)與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)，多數(shù)載流子在電場(chǎng)力的作用下難于通過(guò)PN結(jié)，反向電流非常微小，即PN結(jié)加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。,8,3.二極管的伏安特性曲線,9,（1）正向特性曲線 （2）反向特性曲線 （3）反向擊穿特性曲線,10,4.二極管的主要參數(shù),（1）最大整流電流 （2）最高反向工作電壓 （3）反向電流,11,1.2.3 二極管的應(yīng)用,二極管限幅電路,二極管限幅電路可用作保護(hù)電路，以防止半導(dǎo)體器件由于過(guò)壓而被損壞，也可用來(lái)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)中的恒幅波。,12,思考題,1.畫(huà)出二極管的符號(hào)和文字符號(hào)，并說(shuō)明二極管的主要特性。 2.二極管伏安特性的物理意義是什么? 3.選用二極管時(shí)主要考慮哪些參數(shù)?并說(shuō)明參數(shù)的含義。 4.鍺二極管與硅二極管的主要差異是什么?各適用于哪些場(chǎng)合? 5.有一只二極管，測(cè)得正向電阻1.2kΩ，反向電阻520kΩ，該管子能使用嗎?,13,1.2.4 特殊二極管及其應(yīng)用,1.穩(wěn)壓二極管（以下稱穩(wěn)壓管） （1）工作特性及應(yīng)用,它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過(guò)極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會(huì)損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時(shí)，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。,穩(wěn)壓管主要用于恒壓源、輔助電源和基準(zhǔn)電源電路，在數(shù)字邏輯電路中還常用作電平轉(zhuǎn)移等。,14,穩(wěn)壓管的伏安特性曲線,穩(wěn)壓管的應(yīng)用,15,（2）穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓 穩(wěn)定電流 最大穩(wěn)定電流 耗散功率 動(dòng)態(tài)電阻 溫度系數(shù)k反映由溫度變化而引起的穩(wěn)定電壓變化。,16,2.發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導(dǎo)體器件，由磷化鎵、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，符號(hào)如圖1-14（a）所示，發(fā)光二極管的種類按外形可分為:圓形、方形等。如圖1-14（b）所示。,17,3.光電二極管 光電二極管又稱為光敏二極管，其符號(hào)和元件外形如圖1-16所示。光電二極管也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，但是它的PN結(jié)面積較大，通過(guò)管殼上的一個(gè)玻璃窗口來(lái)接收入射光。光電二極管常用作傳感器的光敏元件，可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。大面積的光電二極管可用來(lái)作電源，即光電池。,18,4.無(wú)引線片狀二極管 無(wú)引線片狀二極管在目前的電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，它的特點(diǎn)是體積小、重量輕、高頻性能好、形狀簡(jiǎn)單、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，焊點(diǎn)處于元件的兩端，便于自動(dòng)化裝配。片狀元件尺寸很小，其表面已無(wú)法詳細(xì)標(biāo)出元件的名稱和規(guī)格，因而通常用縮減的符號(hào)來(lái)表示元件的基本參數(shù)。,常見(jiàn)的片狀二極管器件有:肖特基二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、復(fù)合二極管和變?nèi)荻O管五種類型。,分類，重點(diǎn),19,（1）肖特基二極管,常見(jiàn)的肖特基二極管封裝形式,20,（2）穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓值在2～30V，額定功率為0.5W的片狀穩(wěn)壓二極管的封裝多采用SOT-23形式，額定功率為1W的多采用SOT-89（1W）形式封裝。,21,（3）開(kāi)關(guān)二極管 該類管子用于數(shù)字脈沖電路及電子開(kāi)關(guān)電路，片狀開(kāi)關(guān)管分為單開(kāi)關(guān)二極管和復(fù)合開(kāi)關(guān)二極管兩大類,22,（4）復(fù)合二極管 所謂“復(fù)合二極管”是指在一個(gè)封裝內(nèi)，包含有2個(gè)以上的二極管，以滿足不同的電路工作要求，同時(shí)可減小元器件的數(shù)量和體積，復(fù)合二極管的組合形式有共陰極式、共陽(yáng)極式、串聯(lián)式和獨(dú)立輸出式等類型。,23,復(fù)合二極管的組合形式,復(fù)合二極管的常見(jiàn)封裝形式,24,1.3 半導(dǎo)體三極管,1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體三極管又稱為晶體三極管。三極管的管芯由三層半導(dǎo)體構(gòu)成，三層半導(dǎo)體形成兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。三層半導(dǎo)體分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，各區(qū)引出一個(gè)電極依次稱為發(fā)射極E、基極B和集電極C，兩個(gè)PN結(jié)分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。三極管符號(hào)中箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)，發(fā)射極電流的方向。,發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄且摻雜濃度低，集電結(jié)面積大,制造三極管時(shí)應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),25,1.3.2 三極管的電流放大作用,1.三極管的工作條件 二極管的主要性能是單向?qū)щ娦?，三極管的主要性能是具有電流放大作用。三極管具有放大作用的外部條件是必須外加合適的偏置電壓，使三極管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。,26,2.三極管的電流放大作用,三極管電流放大作用測(cè)試電路,若把圖中的三極管看做一個(gè)廣義的結(jié)點(diǎn)，則以上關(guān)系符合基爾霍夫電流定律。,27,1.3.3 三極管在放大電路中的三種連接方式,發(fā)射極接法、共基極接法和共集電極接法,無(wú)論哪種接法，要想使三極管有放大作用，都必須保證發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置這個(gè)工作條件,28,1.3.4 三極管的伏安特性曲線,1.三極管輸入特性曲線,輸入特性曲線與二極管的伏安特性曲線形狀相似，因?yàn)槿龢O管的基極與發(fā)射極之間也是一個(gè)PN結(jié)。三極管輸入特性曲線也有死區(qū)，硅管死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管約為0.1V。,29,1.3.4 三極管的伏安特性曲線,2.三極管輸出特性曲線,根據(jù)三極管的不同工作狀態(tài)，輸出特性曲線可分為三個(gè)工作區(qū)，即放大區(qū)、截止區(qū)和飽和區(qū)。,30,1.3.5 三極管的主要參數(shù),1.電流放大系數(shù)β 電流放大系數(shù)β表明管子的電流放大能力。常用三極管的β值通常在20～200之間，在一般放大電路中，采用β為30～80的三極管為宜。β值太小放大作用差，但β太大易使管子性能不穩(wěn)定。,31,2.極間反向電流 （1）集電極—基極反向飽和電流 （2）集電極—發(fā)射極反向飽和電流 3.極限參數(shù) （1）集電極最大允許電流 （2）集電極—發(fā)射極間反向擊穿電壓 （3）集電極最大允許管耗,32,1.3.6 片狀三極管器件,1.片狀三極管外形 額定功率在100～200mW的小功率三極管采用SOT-23形式封裝，大功率三極管多采用SOT-89形式封裝,33,1.3.6 片狀三極管器件,2.帶阻片狀三極管 帶阻片狀三極管是指在三極管的管芯內(nèi)加入一只電阻或兩只電阻,34,1.3.6 片狀三極管器件,3.組合雙三極管 組合雙三極管是指一個(gè)封裝內(nèi)包含有兩只三極管，有些還帶有偏置電阻。,35,1.4 場(chǎng)效應(yīng)管,1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1.結(jié)構(gòu)和符號(hào),N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,36,2.工作原理,三極管與場(chǎng)效應(yīng)管工作原理對(duì)比示意圖,37,3.特性曲線,N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線,38,討論 ①可變電阻區(qū) 可變電阻區(qū)位于特性曲線的起始上升部分。 ②恒流區(qū)（放大區(qū)） 恒流區(qū)位于輸出特性曲線的近似水平部分。 ③擊穿區(qū) 恒流區(qū)的右邊，曲線向上彎曲的部分是擊穿區(qū)。,39,4.主要參數(shù) （1）直流參數(shù) ①夾斷電壓 ②飽和漏極電流 ③直流輸入電阻 （2）交流參數(shù) （3）極限參數(shù) ①最大漏源電壓 ②最大柵源電壓 ③最大耗散功率,40,1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,1.N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 （1）結(jié)構(gòu)和符號(hào),N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖,41,1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,1.N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 （2）工作原理,N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理示意圖,42,1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,1.N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 （3）特性曲線,N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線,43,1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,2.N溝道耗盡型MOS管 （1）結(jié)構(gòu)和符號(hào),耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),44,1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,2.N溝道耗盡型MOS管 （2）工作原理,①工作條件,②放大作用,45,1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,2.N溝道耗盡型MOS管 （3）特性曲線,N溝道耗盡型MOS管的特性曲線,46,1.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管使用注意事項(xiàng),1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵源電壓不能接反，因?yàn)樗ぷ髟诜雌珷顟B(tài)。 2.MOS管因柵極與其他部分絕緣，柵極極易感應(yīng)而產(chǎn)生高電壓致使管子擊穿損壞，所以柵極不能懸空。 3.單極型晶體管與雙極型晶體管使用上的比較 場(chǎng)效應(yīng)管參與導(dǎo)電的只有一種載流子（多數(shù)載流子），例如N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管參與導(dǎo)電的是電子載流子，因此場(chǎng)效應(yīng)管又稱為單極型晶體管。半導(dǎo)體三極管中兩種極性的載流子（多數(shù)載流子和少數(shù)載流子）都參與導(dǎo)電，所以也稱為雙極型晶體管。,47,本章小結(jié),1.半導(dǎo)體具有熱敏性、光敏性和摻雜性，因而成為制造電子元器件的關(guān)鍵材料。 2.二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，其最主要的特性是具有單向?qū)щ娦?，該特性可由伏安特性曲線準(zhǔn)確描述。 3.特殊二極管主要有穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管等。 4.片狀二極管具有體積小，形狀規(guī)整，便于自動(dòng)化裝配的特點(diǎn)，在目前的電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。 5.三極管是由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件下，具有電流放大作用;在發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏時(shí)，處于飽和狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合;在發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均反偏時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)。在實(shí)際電路中，三極管的放大功能和開(kāi)關(guān)功能得到廣泛應(yīng)用。 6.場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，分為絕緣柵型和結(jié)型兩大類，每類又分為P溝道和N溝道。,48,