项目7半导体器件 (建议学时:10学时) 本项目将主要介绍半导体器件中的二极管、三极管、场效应管、 晶闸管和单结晶体管的结构、特性、参数和应用。通过各种半导体 器件的识别和检测,掌握半导体器件在电子电路中的应用。 能力目标 掌握半导体和PN结 了解二极管结构、分类、特性和参数 ·熟悉常用二极管的特性及应用 ·掌握二极管的检测 掌握晶体三极管的结构和分类 掌握晶体三极管的特性曲线 熟悉晶体三极管的主要参数及选用方法 掌握晶体三极管的检测 ·掌握场效应管的结构和工作原理 熟悉场效应管的参数和使用特点 掌握场效应管的检测 ·掌握单向、双向晶闸管的结构、特性和工作原理 了解单向、双向晶闸管的主要参数 掌握单向、双向晶闸管的检测 堂握单结晶体管的作原理、特性曲线和参数
2 项目7 半导体器件 （建议学时：10学时） 本项目将主要介绍半导体器件中的二极管、三极管、场效应管、 晶闸管和单结晶体管的结构、特性、参数和应用。通过各种半导体 器件的识别和检测，掌握半导体器件在电子电路中的应用。 能力目标 •掌握半导体和PN结 •了解二极管结构、分类、特性和参数 •熟悉常用二极管的特性及应用 •掌握二极管的检测 •掌握晶体三极管的结构和分类 •掌握晶体三极管的特性曲线 •熟悉晶体三极管的主要参数及选用方法 •掌握晶体三极管的检测 •掌握场效应管的结构和工作原理 •熟悉场效应管的参数和使用特点 •掌握场效应管的检测 •掌握单向、双向晶闸管的结构、特性和工作原理 •了解单向、双向晶闸管的主要参数 •掌握单向、双向晶闸管的检测 •掌握单结晶体管的工作原理、特性曲线和参数 了解单结晶体管的应用
任务7-1二极管 任务描述 本任务主要学习半导体和PN结的结构和特性,二极管结构、 分类、特性和参数,常用二极管的特性及应用,二极管的检测等 内容。 711半导体和PN结 1.PN结 导电能力特别强的物质称为导体。导电能力非常差,几乎不导 电的物质称为绝缘体。半导体就是导电性能介于导体和绝缘体之 间的一类物质,如硅、锗、砷、金属氧化物和硫化物等。主要特 性: (1)热敏性:半导体的导电能力随着温度的升高而增加 (2)光敏性:半导体的导电能力随着光照强度的加强而增加 (3)杂敏性:半导体的导电能力因掺入适量杂质而有很大的变 化
3 任务7-1 二极管 任务描述 本任务主要学习半导体和PN结的结构和特性，二极管结构、 分类、特性和参数，常用二极管的特性及应用，二极管的检测等 内容。 7.1.1 半导体和PN结 1．PN结 导电能力特别强的物质称为导体。导电能力非常差，几乎不导 电的物质称为绝缘体。半导体就是导电性能介于导体和绝缘体之 间的一类物质，如硅、锗、砷、金属氧化物和硫化物等。主要特 性： （1）热敏性：半导体的导电能力随着温度的升高而增加。 （2）光敏性：半导体的导电能力随着光照强度的加强而增加。 （3）杂敏性：半导体的导电能力因掺入适量杂质而有很大的变 化
我们把完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征 半导体;用特殊工艺掺入适量的杂质后形成的半导体称为 杂质半导体。半导体有两种载流子:自由电子和空穴。本 征半导体中两种载流子浓度相同,杂质半导体中两种载流 子浓度不同。杂质半导体中有N型和P型之分。在N型半导 体中,自由电子是多子,空穴是少子;在P型半导体中,自 由电子是少子,空穴是多子;本征半导体和杂质半导体都 是电中性的。 2.PN结 N型半导体和P型半导体结合后,在它们的交界面附 近形成一个很薄的空间电荷区,它就是PN结,其形成 示意图如图71.1所示
4 我们把完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征 半导体；用特殊工艺掺入适量的杂质后形成的半导体称为 杂质半导体。半导体有两种载流子：自由电子和空穴。本 征半导体中两种载流子浓度相同，杂质半导体中两种载流 子浓度不同。杂质半导体中有N型和P型之分。在N型半导 体中，自由电子是多子，空穴是少子；在P型半导体中，自 由电子是少子，空穴是多子；本征半导体和杂质半导体都 是电中性的。 2．PN结 N型半导体和P型半导体结合后，在它们的交界面附 近形成一个很薄的空间电荷区，它就是PN结，其形成 示意图如图7.1.1所示
QQQ6dG⊕⊕ QQe⊕⊕ 空穴 自由电子 扩散运动与飘移运动平衡后形成PN结 空间电荷区 OO⊕④④.④ ae○⊕⊕⊕ 内电场方向 图71.1PN结的形成
5 空穴 自由电子 内电场方向 空间电荷区 图7.1.1 PN结的形成 扩散运动与飘移运动平衡后形成PN结
PN结的基本特性是单向导电性。在图712中,将PN结的P 区接外加电源的正极,N区接外加电源的负极,称正偏,此时 PN结处于导电状态;将PN结的P区接外加电源的负极,N区接 外加电源的正极,称反偏,此时ⅨN结处于截止状态; I≈0 P区 N区 P区 N区 内电场 内电场 外电场 外电场 U R U (a)N结加正向电压 (b)PN结加反向电压 图7.1.2PN结的单向导电性
6 PN结的基本特性是单向导电性。在图7.1.2中，将PN结的P 区接外加电源的正极，N区接外加电源的负极，称正偏，此时 PN结处于导电状态；将PN结的P区接外加电源的负极，N区接 外加电源的正极，称反偏，此时PN结处于截止状态； 内电场 外电场 P 区 N 区 I U R 内电场 外电场 P 区 N区 I≈0 U R （a）PN结加正向电压 (b) PN结加反向电压 图7.1.2 PN结的单向导电性
7.12二极管结构、分类、特性和参数 1.半导体二极管的结构 将一个PN结封装在密封的管壳之中 并引出两个电极,就构成了晶体二极 管。其中与P区相连的引线为正极,与 N区相连的引线为负极。如图7.1.3所示 图7.1.3 2.半导体二极管的分类、型号和命名 二极管按材料分有硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管 等;按结构不同分为点接触型和面接触型二极管,按工作 原理分有隧道、雪崩、变容二极管等;按用途分有检波、 整流、开关、稳压、发光二极管等。图7.14为点接触型二 极管和面接触型二极管的结构示意图。 二极管的型号和命名见附录
7 7.1.2 二极管结构、分类、特性和参数 1．半导体二极管的结构 将一个PN结封装在密封的管壳之中 并引出两个电极，就构成了晶体二极 管。其中与P区相连的引线为正极，与 N区相连的引线为负极。如图7.1.3所示。 图7.1.3 2．半导体二极管的分类、型号和命名 二极管按材料分有硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管 等；按结构不同分为点接触型和面接触型二极管，按工作 原理分有隧道、雪崩、变容二极管等；按用途分有检波、 整流、开关、稳压、发光二极管等。图7.1.4为点接触型二 极管和面接触型二极管的结构示意图。 二极管的型号和命名见附录一
铝合金 正极引线 正极 N型锗片 负极 小球 引线 引线 PN结 N型硅 金锑 合金 外壳 触丝 负极引线 底座 点接触型 面接触型 图7.1.4
8 点接触型 正极 引线 触丝 N 型锗片 外壳 负极 引线 负极引线 面接触型 N型锗 结 铝合金 正极引线 小球 底座 金 锑 合金 NN型锗型硅 PN 图7.1.4
3.半导体二极管的特性 二极管两端电压和流过电流的关系称为伏安特性。图7.1.5所 示为伏安特性曲线,由曲线可知,当二极管两端加正向电压正 偏时,二极管导通,管内有正向电流流过。二极管正向导通时, 管子两端的正向压降称为正向压降,锗管为0.1~0.3伏,硅管为 0.6~0.8伏; 当二极管两端加反 反向电压 向电压反偏时,二极管 截止,管内几乎没有电 0 D 流流过;当加在二极管 正向电压 两端的反向电压增加到斗 某一数值(反向击穿电 压)时,管内就会有急 剧增大的反向电流,此 时现象称为反向击穿 图7.1.5
9 3．半导体二极管的特性 二极管两端电压和流过电流的关系称为伏安特性。图7.1.5所 示为伏安特性曲线，由曲线可知，当二极管两端加正向电压正 偏时，二极管导通，管内有正向电流流过。二极管正向导通时， 管子两端的正向压降称为正向压降，锗管为0.1～0.3伏，硅管为 0.6～0.8伏； uD iD 正向电压 反向电压 反 向 击 穿 0 当二极管两端加反 向电压反偏时，二极管 截止，管内几乎没有电 流流过；当加在二极管 两端的反向电压增加到 某一数值（反向击穿电 压）时，管内就会有急 剧增大的反向电流，此 时现象称为反向击穿。 图7.1.5
3.半导体二极管的参数 (1)最大整流电流 (2)最大反向电压 (3)反向饱和电流 (4)反向击穿电压 7.1.3常用二极管 1.整流二极管 整流二极管性能比较稳定,但因结电容较大,不宜工 作在高频电路中,所以不能作为检波管使用。整流二极管 是面接触型结构,多采用硅材料制成。整流二极管有金属 封装和塑料封装两种。某整流二极管实物图如下。 某整流二极管图 10
10 3．半导体二极管的参数 (1)最大整流电流 (2)最大反向电压 (3)反向饱和电流 (4)反向击穿电压 7.1.3 常用二极管 1．整流二极管 整流二极管 性能比较稳定， 但因结电容较大，不宜工 作在高频电路中，所以不能作为检波管使用。整流二极管 是面接触型结构，多采用硅材料制成。整流二极管有金属 封装和塑料封装两种。某整流二极管实物图如下。 某整流二极管图
2.稳压二极管 稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管,在电路中 起稳压作用。它是利用二极管被反向击穿后,在一定反向电 流范围内,反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。 它的伏安特性曲线及电路符号如图717所示 稳压管符号 正向 0 图71.7 反向
11 2．稳压二极管 稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中 起稳压作用。它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电 流范围内，反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。 它的伏安特性曲线及电路符号如图7.1.7所示。 正向 反向 稳压管符号 0 Z I U Z U I 图7.1.7