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1、模块一常用电子元器件及其特性,【教学聚焦】一、知识目标：1、了解常用电子元器件；2、掌握二极管、三极管、场效应管、晶闸管、电阻器、电容器及电感器的种类、作用与标识方法；3、掌握各种二极管、三极管、场效应管及晶闸管的特性和主要参数。二、技能目标：1、能用目视法判断识别常用电子元器件的种类，能正确说出元器件的名称；2、能正确识读元器件上标识的主要参数，并了解元器件的作用和用途；3、掌握用万用表检测常用电子元器件的方法。,模块一常用电子元器件及其特性【教学聚焦】,项目1 半导体的基础知识,1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体,项目1 半导体的基础知识 1.1.1 本征半导体,项目1 半导体的
2、基础知识,自然界的物质，按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三类。物质的导电能力可以用电导率或电阻率来衡量，二者互为倒数。物质的导电能力越强，其电导率越大，电阻率越小。导电能力很强的物质称为导体。金属一般都是导体，如银、铜、铝、铁等。绝缘体是导电能力极弱的物质。如橡胶、塑料、陶瓷、石英等都是绝缘体。多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制作而成的。常用的半导体材料有：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等，其中硅是目前最常用的一种半导体材料。,项目1 半导体的基础知识自然界的物质，按导电能力的强弱可分,项目1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体,本征半导体是一
3、种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在T = 0K和没有外界激发时，由于共价键的束缚，半导体无导电能力。在室温（300K）下，被束缚的价电子会获得足够的能量挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这种现象称为本征激发。当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，叫空穴。由于共价键中出现了空位，在外加电场或其他能源的作用下，邻近价电子可填补到这个空位上，这样使共价键中出现了一定的电荷迁移，就相当于空穴在移动。空穴是带正电的，价电子填充空穴的移动相当于正电荷（空穴）的移动。,项目1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体,项目1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体,图1.2 硅的晶体
4、结构,项目1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体图1.2,项目1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体,本征半导体中的电子和空穴是成对产生的；当电子和空穴相遇“复合”时，也成对消失；带负电的自由电子和带正电的空穴都是载流子。温度越高，载流子产生率越高；载流子的浓度越高，晶体的导电能力越强，即本征半导体的导电能力随温度的增加而增加。在外加电场的作用下，半导体中出现两部分电流：自由电子作定向移动而形成的电子电流和仍被原子核束缚的价电子递补空穴而形成的空穴电流。因此，自由电子和空穴都称为载流子。两种载流子同时参与导电是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质区别所在。,项目
5、1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体本征半导,项目1 半导体的基础知识1.1.2 杂质半导体,本征半导体的导电能力是很弱的，但是在本征半导体中掺入微量的其他元素就会使半导体的导电性能发生显著变化。（1）P型半导体在硅的晶体内掺入少量三价元素杂质，比如硼，它与周围的硅原子组成共价键时，在晶体中会产生很多空穴。在P型半导体中，空穴数远大于自由电子数，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。P型半导体以空穴导电为主。（2）N型半导体在硅的晶体内掺入少量五价元素杂质，比如磷，它与周围硅原子组成共价键时，在晶体中会产生很多自由电子。在N型半导体中，自由电子数远大于空穴数，自由电子为多数载流子，空穴
6、为少数载流子。N型半导体以自由电子导电为主。,项目1 半导体的基础知识1.1.2 杂质半导体本征半导,项目1 半导体的基础知识1.1.2 杂质半导体,图1.3 P型半导体的共价键结构,图1.4 N型半导体的共价键结构,项目1 半导体的基础知识1.1.2 杂质半导体图1.3,项目2 半导体二极管,1.2.1 基础知识1.2.2 二极管的检测1.2.3 特殊半导体二极管,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,1.PN结的形成（1）半导体材料中载流子的运动 1）漂移 若有外电场加到晶体上，则其内部载流子将受力做定向移动。对于空穴而言，其移动方向与电场方向
7、相同，而电子则是逆着电场的方向移动。这种由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移。 2）扩散 在半导体内，若某一特定的区域内空穴或电子的浓度高于正常值，则基于浓度差异，载流子由高浓度区域向低浓度的区域扩散，从而形成扩散电流。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识1.PN结的形,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（2）PN结的形成 在半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价杂质元素，便形成P型区和N型区。这样，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异，N型区内电子浓度很高，而P型区内空穴浓度很高。电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，如图1.5所示。它们扩散的结果就使P区和N
8、区的交界处原来呈现的电中性被破坏了。P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子；N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子不能任意移动，因此并不参与导电。这些不能移动的带电粒子集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是PN结。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（2）PN结的,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,在出现了空间电荷区以后，由于正负离子之间的相互作用，在空间电荷区中形成了一个电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是在PN结内部形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。这个内电场的方向是阻止载流子扩散运动的。 另一方面
9、，这个内电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴，而从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，其作用正好与扩散运动相反。 当漂移运动和扩散运动相等时，空间电荷区便处于动态平衡状态，如图1.6所示。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识在出现了空间电,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,图1.5 多数载流子的扩散运动,图1.6 形成空间电荷区,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识图
10、1.5 多,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（3）PN结的单向导电性 1）PN结外加正向电压 PN结外加正向电压的接法是P区接电源的正极，N区接电源的负极。这时外加电压形成电场的方向与内电场的方向相反，从而使空间电荷区变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电流I，方向是从P区指向N区，如图1.7所示。这时的PN 结呈现为低电阻状态，称为正向导通。正向导通压降很小，且随温度的上升而减小。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（3）PN结的,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（3）PN结的单向导电性2）PN结外加反向电压 外加反向电压的接法与正向相反，即
11、P区接电源的负极，N区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的方向与内电场的方向相同，从而使空间电荷区变宽，漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，如图1.8所示。因少数载流子浓度很低，反向电流远小于正向电流。当温度一定时，少数载流子浓度是一定的，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流IS。此时，PN结呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高，PN结处于截止状态。PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；加反向电压时，电阻值很大，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（3）PN结的,项目2 半导
12、体二极管1.2.1 基础知识,图1.7 正向偏置的PN结,图1.8 反向偏置的PN结,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识图1.7 正,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,2.二极管将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。（1）二极管的结构及类型 二极管的种类有很多，按照使用的半导体材料不同可分为硅管和锗管。根据用途的不同可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、变容二极管、开关二极管、隔离二极管、快速关断二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按其结构的不同可分为面接触型、点接触型及平面型二极管三类。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识2.二极管
13、,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,图1.9 （a）常见半导体二极管的外形,图1.9 （b）半导体二极管的符号,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识图1.9 （,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（2）二极管的伏安特性二极管的性能可用其伏安特性来描述，流过二极管的电流I与二极管两端的电压U之间的关系曲线为二极管的伏安特性。1）正向特性当正向电压比较小时，正向电流几乎为零。只有当正向电压超过一定值时，正向电流才开始快速增长，二极管正向导通，这一电压值称为死区电压Uth。死区电压的大小与二极管的材料及温度等因素有关，一般硅管的死区电压为0.5V左右，锗管的死区电压为0.1V左右
14、。硅管的正向导通压降约为0.7V，锗管约为0.2V。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（2）二极管的,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（2）二极管的伏安特性2）反向特性二极管加上反向电压时，在一定范围内，反向电流并不随反向电压的增大而增大，而是基本保持为反向饱和电流IS不变。当反向电压超过UBR后，反向电流急剧增大，这种现象称为击穿，UBR称为反向击穿电压。一般来讲，二极管的电击穿是可以恢复的，只要外加电压减小即可恢复常态。但普通二极管发生电击穿后，反向电流很大，且反向电压很高，因而消耗在二极管PN结上的功率很大，致使PN结温度升高，而结温升高会使反向电流继续增大，形成恶性循
15、环，最终造成PN结因过热而烧毁（称作热击穿）。二极管热击穿后便失去单向导电性造成永久性损坏。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（2）二极管的,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,图1.10 半导体二极管的伏安特性,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识图1.10,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,3）二极管的伏安特性方程二极管是一种非线性元件，其中的电流I和两端的电压U间的函数关系可近似为式中：IS为反向饱和电流；UT为温度的电压当量，常温（T = 300K）时，UT为26mV；U和UT在式中采用同一单位。上式称为半导体二极管的伏安特性方程。,项目2 半导体二极管1.2
16、.1 基础知识3）二极管的伏,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（3）二极管的主要参数1）最大整流电流IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2）最高反向工作电压URM工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。3）反向电流IR指在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。 4）最高工作频率fM指二极管不失去单向导电性的最高频率。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（3）二极管的,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,（4）二极管电路的分析方法我们一般可以将实际电路中的二极管作为理想二极管来处理，进行近似分析。所谓
17、理想二极管，是正向偏置时视其管压降为0V，而反向偏置时视其电阻为无穷大、电流为零。 分析二极管电路时，首先断开二极管，看管子两端的电位差，从而判断二极管两端加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压，则说明二极管处于截止状态，类似开路；若是正向电压，说明二极管处于导通状态，类似短路。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（4）二极管电,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,例：电路如图所示，已知E1 = 3V、E2 = 4V、uI = 10sintV，二极管是理想的，试画出uO的波形。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识例：电路如图所,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,解：
18、取B点做参考点，标注“”符号； 断开二极管VD1、VD2； 分析二极管VD1和VD2阳极和阴极的电位关系；VD1阳极 = uI、VD1阴极 = E1 = 3VVD2阴极 = uI、VD2阳极 = E2 = 4VuI 3V时、二极管VD1导通且VD2截止、uO = E13V uI 4V时、二极管VD1和VD2均截止、uO = uI4V uI时、二极管VD1截止且VD2导通、uO = E2,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识解：,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识,解：得到uO的波形。电路具有限幅功能。,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识解：得到uO,项目2 半导体二极管1.2.
19、1 基础知识,（5）二极管的应用二极管的应用范围非常广泛，利用它的单向导电性和正向导通、反向截止、反向击穿（稳压管）等工作状态，可以组成各种应用电路。1）整流电路2）钳位电路3）隔离电路4）限幅电路5）稳压电路,项目2 半导体二极管1.2.1 基础知识（5）二极管的,项目2 半导体二极管1.2.2 二极管的检测,1.半导体二极管极性的判别一般情况下，二极管有色环的一端为负极，有色点的一端为正极。如果是玻璃壳封装，可直接看出极性，即内部连接触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。如果既无色点，又不是透明封装，则可以用万用表来判别其极性。 根据二极管正向导通时导通电阻小、反向截止时电阻大的特点，
20、将万用表拨到欧姆挡（一般用R 100或R 1k挡）。用万用表的表笔分别接二极管的两个电极，测出一个电阻，然后将两表笔对换，再测出一个阻值，则阻值小的那一次黑表笔所接一端为二极管的正极，另一端即为负极。若两次测得阻值都很小，则说明管子内部短路；若两次测得的阻值都很大，则说明管子内部断路。,项目2 半导体二极管1.2.2 二极管的检测1.半导体,项目2 半导体二极管1.2.2 二极管的检测,2.半导体二极管的选用通常半导体二极管的正向电阻值为300 500，硅管为1000或更大些。锗管的反向电阻为几十千欧，硅管反向电阻在500k以上（大功率二极管的数值要小得多）。点接触型二极管的结电容小，工作频率
21、高，但不能承受较高的电压和较大的电流，多用于检波、小电流整流和高频开关电路。面接触型二极管结面积大，能承受较大的电流和功耗，但结电容较大，一般用于整流、稳压、低频开关电路，而不适于高频电路。选用二极管时，既要考虑正向电压，又要考虑反向饱和电流和最大反向电压。在实际应用中，应根据技术要求查阅有关半导体器件手册，进行合理的选用。,项目2 半导体二极管1.2.2 二极管的检测2.半导体,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,1.稳压二极管如果二极管工作在反向击穿区，则当反向电流有一个较大的变化量I时，管子两端相应的电压变化量U却很小。利用这一特点，可以实现稳压功能。稳压管实质上是一种工作
22、在反向击穿区的二极管，其反向击穿是可逆的。,图1.13 稳压二极管的伏安特性和符号,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管1.稳,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,（1）稳压管的主要参数 1）稳定电压UZ指稳压管工作在反向击穿区时的工作电压，是选择稳压管的主要依据之一。 2）稳定电流IZ指稳压管正常工作时的参考电流。若工作电流低于IZ，则管子的稳压性能变差；若工作电流高于IZ，只要不超过额定功耗，稳压管可以正常工作。 3）动态内阻rZ4）额定功耗PZ5）电压的温度系数U,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管（1）,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体
23、二极管,（2）使用稳压管组成稳压电路时的注意事项1）负载应与稳压管两端并联。2）稳压管应工作在反向击穿区。3）必须限制流过稳压管的电流，使IZmin IZ IZmax，因此一定要在电路中串联接入限流电阻。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管（2）,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,2.变容二极管（1）变容二极管的工作原理变容二极管是根据普通二极管内部“PN结”的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。变容二极管又称“可变电抗二极管”。所用材料多为硅或砷化镓单晶。反偏电压越大，其结电容越小。变容二极管的调制电压一般加到负极上，使变容二
24、极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。,图1.16 变容二极管的外形及符号,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管2.变,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,2.变容二极管（2）变容二极管的检测利用数字万用表可以检测变容二极管的好坏，即利用二极管挡检查PN结的单向导电性。将数字万用表拨至二极管挡，测量变容二极管的压降，然后交换表笔重测一次。其中一次测量为二极管的正向导通压降；另一次溢出，为二极管的反向电压。则被测变容二极管具有单向导电性，且测量出正向导通压降时红表笔接的是变容二极管的正极。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管2.变,项目2 半导体二极
25、管1.2.3 特殊半导体二极管,3.肖特基二极管肖特基势垒二极管（SBD）简称肖特基二极管，它属于低压、低功耗、大电流、超高速半导体功率器件，其反向恢复时间极短（可小到几纳秒），正向导通压降仅为0.4V左右，而整流电流可达几十到几百安培。适于用做开关电源中的低压整流管。（1）肖特基二极管的类型肖特基二极管分为有引线和表面安装（贴片式）两种封装形式。采用有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管使用。它有单管式和对管（双二极管）式两种封装形式。肖特基对管又有共阴、共阳和串联三种管脚引出方式。采用表面封装的肖特基二极管有单管型、双管型和三管型等多种封装形式。,项
26、目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管3.肖,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,图1.17 肖特基二极管的外形及符号,图1.18 肖特基二极管的结构,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管图1.,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,3.肖特基二极管（2）肖特基二极管的工作原理 肖特基二极管是以金、银、钼等贵金属（A）为阳极，以N型半导体材料（B）为阴极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属半导体器件。它属于5层器件，典型的肖特基二极管的内部电路结构如图1.18。以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N外延层。阳极使用钼或铝等材
27、料制成阻档层，用二氧化硅（SiO2）来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较N层要高100倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管3.肖,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,3.肖特基二极管（2）肖特基二极管的工作原理 因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方
28、向为从B指向A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A指向B的漂移运动，从而削弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管3.肖,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,图1.19 肖特基二极管的工作原理,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管图1.,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,3.肖特基二极管（2）肖特基二极管的工作原理 通过调整结构参数，可在N型半导体基片与阳极金属片之间形成合适的肖特基势垒。
29、当在肖特基势垒两端加上正偏电压E时，金属A与N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度W0变窄，其内阻变小。反之，在肖特基势垒两端加负偏压E时，势垒宽度就增加，其内阻变大，见图1.19。综上所述，肖特基二极管的结构原理与PN结二极管有很大的区别。通常将PN结二极管称作结二极管，而把金属半导体二极管称作肖特基二极管。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管3.肖,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,4.发光二极管（1）单色发光二极管的工作原理 在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利
30、用注入式致电发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管4.发,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,4.发光二极管（1）单色发光二极管的工作原理 发光二极管的发光颜色决定于所用材料，目前有黄、绿、红、橙等颜色，可以制成长方形、圆形等各种形状，图1.20为发光二极管的外形及符号。,图1.20 单色发光二极管的外形及符号,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管4.发,项目2 半导体二极管
31、1.2.3 特殊半导体二极管,4.发光二极管在使用发光二极管时应注意以下几个问题： 1）若用电压源驱动，要注意选择好限流电阻，以限制流过管子的正向电流。 2）未使用的发光二极管，管脚引线较长的为管子的正极，短的为管子的负极。 3）交流驱动时，为防止反向击穿，可并联整流二极管，进行保护。 发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成七段式半导体数码管，每个数码管可显示0 9十个数字。,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管4.发,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,4.发光二极管（2）单色发光二极管的检
32、测利用万用表的R 10k挡可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至几百千欧，反向电阻值为无穷大。如果正向电阻值为零或无穷大，反向电阻很小或为零，则已损坏。这种检测方法不能实质地看到发光二极管的发光情况，因为R 10k挡不能向LED提供较大的正向电流。 （3）高亮度单色发光二极管（4）变色发光二极管（5）闪烁发光二极管（6）红外发光二极管,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管4.发,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管,5.光电二极管光电二极管又叫光敏二极管，为远红外线接收管，是一种光能与电能相互转换的器件，外形及符号如图1.21所示。其管壳上有入
33、射光窗口，可将接收到的光线强度的变化转换成为电流的变化。在无光照时，与普通二极管一样，具有单向导电性；当加反向工作电压时，无光照射，反向电阻较大，反向电流较小；有光照射，反向电流增加。光电二极管在反向电压下受到光照而产生的电流称为光电流，光电流受入射照度的控制。照度愈大，光电流愈大。,图1.21 光电二极管的外形及符号,项目2 半导体二极管1.2.3 特殊半导体二极管5.光,项目3 半导体三极管,1.3.1 基础知识1.3.2 三极管的检测,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,双极结型三极管（BJT）又称为双极型三极管、半导体三极管或晶体管，简称
34、为三极管。因其有自由电子和空穴两种极性的载流子参与导电而得名。三极管是组成各种电子电路的核心器件之一。它的种类很多，按照所用的半导体材料可分为硅管和锗管；按照工作频率可分为低频管和高频管；按照功率可分为小、中、大功率管等等。常见的BJT外形如图1.22所示。,图1.22 常见三极管的外形,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识双极结型三极管,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,1.三极管的结构BJT的结构示意图如图1.23（a）（c）所示。在一个硅（或锗）片上生成三个杂质半导体区域，一个P区（或N区）夹在两个N区（或P区）中间。因此，BJT有两种类型：NPN型和PNP型。从三个杂质区域
35、各自引出一个电极，分别叫做发射极e、集电极c、基极b，它们对应的杂质区域分别称为发射区、集电区和基区。BJT结构上的特点是：基区很薄，而且掺杂浓度很低；发射区和集电区是同类型的杂质半导体，但前者比后者掺杂浓度高很多，而集电区的面积比发射区面积大，因此它们不是电对称的。三个杂质半导体区域之间形成两个PN结，发射区与基区间的PN结称为发射结，集电区与基区间的PN结称为集电结。图1.23（b）（d）分别是NPN型和PNP型BJT的符号。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识1.三极管的结,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,1.三极管的结构,图1.23 三极管的结构示意图和符号,项目3 半
36、导体三极管1.3.1 基础知识1.三极管的结,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,2.放大状态下三极管的工作原理 （1）三极管中的载流子运动当BJT用作放大器件时，无论是NPN型还是PNP型，都应将它们的发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。下面以NPN管为例，分析在放大状态下BJT内部载流子的传输过程。 1）发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流IE由于发射结外加正向电压，发射区的多子自由电子将不断通过发射结扩散到基区，形成发射结电子扩散电流IEN，其方向与电子扩散方向相反。同时，基区的多子空穴也要扩散到发射区，形成空穴扩散电流IEP，其方向与IEN相同。IEN和IEP一起构成受
37、发射结正向电压uBE控制的发射极电流IE。由于基区掺杂浓度很低，即IEP很小，可以近似认为IE IEN。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识2.放大状态下,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,图1.24 共射放大电路,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识图1.24,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,2）载流子在基区扩散与复合，形成复合电流IBN由发射区扩散到基区的载流子自由电子在发射结边界附近浓度最高，离发射结越远浓度越低，形成了一定的浓度梯度。浓度差使扩散到基区的自由电子继续向集电结方向扩散。在扩散过程中，有一部分电子与基区的空穴复合，形成基区复合电流IBN。由于基区
38、很薄，掺杂浓度又低，因此电子与空穴复合机会少，IBN很小（比发射极电流IE小很多），大多数电子都能扩散到集电结边界。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识2）载流子在基,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,3）集电区收集载流子，形成集电极电流IC 由于集电结上外加反偏电压，空间电荷区的内电场被加强，对基区扩散到集电结边缘的载流子自由电子有很强的吸引力，使它们很快漂移过集电结，被集电区收集，形成集电极电流中受发射结电压控制的电流ICN，其方向与电子漂移方向相反。与此同时，基区自身的少子自由电子和集电区的少子空穴也要在集电结反偏电压的作用下产生漂移运动，形成集电结反向饱和电流ICBO，其
39、方向与ICN方向一致。ICN和ICBO一起构成集电极电流IC。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识3）集电区收集,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,图1.25 放大状态下三极管中载流子的运动,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识图1.25,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,（2）三极管的电流分配关系其中,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识（2）三极管的,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,3. 三极管的特性曲线 利用BJT的输入、输出特性曲线，可以较全面的描述BJT各极电流和电压间的关系。下面主要介绍NPN型三极管的共射特性曲线。（1）输入特性当BJT的u
40、CE不变时，输入回路的电流iB与电压uBE之间的关系曲线称为输入特性，即因为发射结正偏，所以BJT的输入特性曲线与半导体二极管的正向特性曲线相似。随着uCE的增加，特性曲线向右移动。当uCE大于某一数值以后，不同uCE的各条输入特性几乎重叠在一起。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识3. 三极管的,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,图1.27 三极管的输入特性,图1.28 三极管的输出特性,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识图1.27 三,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,3. 三极管的特性曲线 （2）输出特性当iB不变时，BJT输出回路中的电流iC与电压uCE之间
41、的关系曲线称为输出特性，即输出特性曲线可以分为三个区：截止区、放大区和饱和区。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识3. 三极管的,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,1）截止区一般将iB 0的区域称为截止区，此时iC近似为零。由于BJT的各极电流基本都为零，因此认为BJT处于截止状态。可以认为，当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子，则BJT真正处于截止状态，没有放大作用。所以，在截止区，BJT的发射结和集电结都处于反向偏置状态。对于NPN型BJT有uBE 0，uBC 0。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识1）截止区,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,2）放大
42、区在放大区，各条输出特性曲线近似为水平的直线，表示当iB一定时，iC的值基本上不随uCE而变化。当基极电流有一个微小的变化量时，相应的集电极电流将产生一个较大的变化量。可见，BJT具有电流放大作用。将集电极电流与基极电流的变化量之比定义为BJT的共射电流放大倍数，用来表示，即在放大区，BJT的发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于NPN型BJT有uBE 0，uBC 0。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识2）放大区,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,3）饱和区图1.28中靠近纵轴附近，各条输出特性曲线的上升部分属于BJT的饱和区。此时，BJT的集电极电流基本不随基极电流而变化，这种
43、现象称为饱和。在饱和区，BJT失去放大作用。对于NPN型BJT有uBE 0，uBC 0。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识3）饱和区,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,4. 三极管的主要参数 （1）电流放大倍数1）共射电流放大倍数输入回路和输出回路的公共端是发射极，此时称为共射接法。共射电流放大倍数是共射接法时，集电极电流与基极电流的变化量之比，即2）共射直流电流放大倍数共射接法时，集电极电流与基极电流的直流量之比，即,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识4. 三极管的,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,3）共基电流放大倍数输入回路和输出回路的公共端是基极，此时称为
44、共基接法。共基接法时，集电极电流与发射极电流的变化量之比，即4）共基直流电流放大倍数 共基接法时，集电极电流与发射极电流的直流量之比，即存在以下关系：,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识3）共基电流放,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,（2）反向饱和电流1）集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO当发射极开路时，集电极和基极之间的反向电流。 2）集电极和发射极之间的穿透电流ICEO当基极开路时，集电极和发射极之间的反向电流。选用BJT时，一般希望极间反向饱和电流尽量小些，以减小温度对BJT性能的影响。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识（2）反向饱和,项目3 半导体三极管1.
45、3.1 基础知识,（3）极限参数1）集电极最大允许电流ICM当集电极电流过大时，BJT的值就要减小。当iC = ICM时，管子的值下降到额定值的三分之二。2）集电极最大允许耗散功率PCMBJT工作时，损耗的功率为pC = iC uCE。集电极消耗的电能将转化为热能使管子的温度升高，如果温度过高，将使BJT的性能变差甚至损坏。PCM为集电极损耗的极限，则满足iC uCE PCM时BJT是安全的。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识（3）极限参数,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,（3）极限参数3）极间反向击穿电压当BJT内的两个PN结上承受的反向电压超过规定值时，也会发生击穿，其击
46、穿原理和二极管类似。U( BR )CBO是指发射极开路时集电极一基极间的反向击穿电压。U( BR )CEO是指基极开路时集电极一发射间的反向击穿电压。为了使BJT能安全工作，在应用中必须使它的集电极工作电流小于ICM，集电极一发射极间的电压小于U( BR )CEO，集电极耗散功率小于PCM，即上述三个极限参数决定了BJT的安全工作区，如图1.31所示。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识（3）极限参数,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,图1.31 三极管的安全工作区,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识图1.31,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,5. 温度对三极管的
47、影响 （1）温度对BJT参数的影响1）温度对ICBO的影响BJT的ICBO是集电结反偏时，集电区和基区的少子漂移电流，因而对温度非常敏感。温度每升高10C，ICBO约增加一倍。穿透电流ICEO也会随温度的变化而变化。2）温度对 的影响电流放大系数 随温度上升而增大。温度每升高1C， 值约增0.5% 1%。共基极电流放大系数 也会随温度变化而变化。3）温度对反向击穿电压U( BR )CBO和U( BR )CEO的影响温度升高时，U( BR )CBO和U( BR )CEO都会有所提高。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识5. 温度对三,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识,5. 温度对三
48、极管的影响 （2）温度对BJT特性曲线的影响1）对输入特性的影响 温度升高时，BJT共射极连接时的输入特性曲线将向左移动。温度每升高1C，uBE减小2mV 2.5mV。2）对输出特性的影响温度升高时，BJT的ICBO、ICEO、都将增大，结果将导致BJT的输出特性曲线向上移动。,项目3 半导体三极管1.3.1 基础知识5. 温度对三,项目3 半导体三极管1.3.2 三极管的检测,1. 三极管管脚和质量的判断 （1）根据管脚排列和色点识别 1）等腰直角三角形排列，其直角顶点是基极，靠近红色点的一脚是集电极，另一极是发射极。 2）等腰直角三角形排列，直角顶点是基极，靠近管帽边沿的电极为发射极，另外
49、一个电极是集电极。3）等腰三角形排列，靠不同的色点来区分。靠近红色点的为集电极，靠近白色点的为基极，靠近绿点的为发射极。,项目3 半导体三极管1.3.2 三极管的检测1. 三极,项目3 半导体三极管1.3.2 三极管的检测,1. 三极管管脚和质量的判断 （1）根据管脚排列和色点识别 4）有些管子的管脚排列成直线，但距离不相等，孤立的一个电极为集电极，中间的为基极，另一个为发射极。 5）四个管脚的BJT，管壳带有凸缘时，将管脚朝向自己，从管壳凸缘开始，顺时针方向排列依次为发射极、基极、集电极和地线。6）半圆形塑封晶体BJT，让球面向上，管脚朝自己，则从左到右依次是集电极，基极和发射极。,项目3
50、半导体三极管1.3.2 三极管的检测1. 三极,项目3 半导体三极管1.3.2 三极管的检测,1. 三极管管脚和质量的判断 （2）用万用表判别首先应判断管子的基极和管型。测试时，首先假设某一管脚为基极，将万用表拨在R 100或R 1k挡上，用黑表笔接触BJT某一管脚，用红表笔分别接触另外两管脚，若测得的阻值相差很大，则原先假设的基极不正确，需另外假设。若两次测得的阻值都很大，则该极可能是基极，此时再将两表笔对换继续测试，若对换表笔后测得的阻值都较小，则说明该电极是基极，且为PNP型。同理，黑表笔接假设的此BJT基极，红表笔分别接其它两个电极时测得的阻值都很小，则该BJT的管型为NPN型。,项目
