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1、晶体管概述,晶体管简介,晶体管分半导体二极管、晶体三极管两大类。半导体二极管分：1：整流二极管，广泛应用于电源电路中2：检波二极管，应用于微波接收电路中3：开关二极管，主要用于电子计算机和各种自动控制系统4：稳压二极管，利用PN结的齐纳击穿特性制作,晶体三极管分：1:双极型晶体管，两种载流子（空穴和电子）同时参与导电双极性晶体管是一种电流控制器件，有NPN、PNP两种结构形式。它由三个区域（发射区E、基区B、集电区C）构成，分别称为发射极、基极、集电极。双极型晶体管有两个PN结，分别称为发射结和集电结。2：场效应晶体管，只有一种载流子（空穴或电子）参与导电，故又称单极晶体管。,接上页,PN结及
2、半导体二极管,PN结的形成N型半导体在室温下是带负电的电子和带正电的施主离子。P型半导体在室温下是带负电的受主离子和带正电的空穴。N型半导体中磷原子在硅晶体中给出一个多余的电子，故称为施主离子或N型杂质.P型半导体中硼原子能接受电子，故称为受主杂质或P型杂质,P型半导体和N型半导体结合后如图所示：,P型半导体和N型半导体结合后，在他们的交接处就出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子很多而空穴很少，P型区则相反。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。,半导体中的离子由于物质结构的关系，不能任意移动，因此不参与导电，他们就在P区和
3、N区交界面形成一个空间电荷区（PN结）。空间电荷区又可看作是一个阻挡层，它对多数载流子的扩散有阻挡作用。,接上页,PN结的单向导电性,1:外加正向电压 外加电压正端接P区,负端接N区.在外加正向电压的作用下,PN结的平衡状态被打破,P区的空穴和N区的电子都向PN结移动,与PN结的原有离子产生中和作用,结果使PN结变窄,电阻减小,所以这个方向的外加电压称为正向电压.,2:外加反向电压 外加电压正端接N区,负端接P区.在这种外电场作用下,P区的空穴和N区的电子都将进一步离开PN结,使阻挡层厚度加宽.,接上页,由此可见,PN结的正向电阻很小,反向电阻很大,这就是它的单向导电性.从这里可以看出,PN结
4、具有单向导电性的关键是它的阻挡层的存在及其随外加电压而变化.,接上页,PN结的反向击穿,加到PN结两端的反向电压增大到一定数值，反向电流突然增加，这个现象称为PN结的反向击穿VBR称为反向击穿电压PN结电击穿后电流很大，电压很高，容易使PN结发热超过它的耗散功率而过渡到热击穿。这时PN结的电流和温升之间出现恶性循环，从而很快使PN结烧毁。,产生PN结电击穿的原因是，在强电场作用下，大大的增加了自由电子和空穴的数目，应其反向电流的急剧增加，这种现象的产生分雪崩击穿和齐纳击穿。,接上页,雪崩击穿：当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峭的积雪山坡上发生雪崩一样，再流子增加的多而快，使
5、反向电流急剧增大，于是PN结就发生雪崩击穿。齐纳击穿：在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存在一个强电场，它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子空穴对，形成较大的反向电流。,接上页,雪崩击穿和齐纳击穿（电击穿）过程是可逆的，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复。但不能出现热击穿。热击穿：反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁。,接上页,二极管的结构,二极管按其结构不同可分为点接触性和面接触性两类。,点接触型,点接触型二极管是由一根很细的金属触丝和一块半导体的表面接触，然后正向通过很大的瞬时电流，是触
6、丝和半导体牢固的熔接在一起，构成PN结,由于点接触型二极管金属丝很细,形成的PN结面积很小,所以极间电容很小,同时也不能承受高的反向电压和电流.这种类型的管子适于作高频检波和脉冲数字电路里的开关元件.,接上页,面接触型,面接触型二极管的PN结用合金法或扩散法做成的,由于面接触型二极管的PN结面积大,可承受较大电流,但极间电容也大.这种类型的管子适用于整流,而不适用于高频电路中.,接上页,二极管的伏安特性,：正向特性电压变化零点几伏，但相对来说流过管子的电流却很大，管子呈现的正向电阻很小。,：反向特性,P型半导体中的少数载流子电子和N型半导体的少数载流子空穴，在反向电压作用下很容易通过PN结，形
7、成反向饱和电流。温度升高时，由于少数载流子增加，反向电流将随之急剧增加。,：反向击穿特性,当反向电压增加到一定的大小时，反向电流剧增，这叫做二极管的反向击穿。其原因与PN结击穿相同。,二极管的直流参数,：最大整流电流IF：管子在长期运行时，允许通过的最大平均电流。：反向击穿电压VBR：管子反向击穿时的电压值。一般手册上给出的最高反向电压约为击穿电压的一半，以确保管子的安全运行：反向电流IR：管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。,二极管的极间电容,势垒电容CB当PN结两端电压改变时，就会引起积累在PN结的空间电荷的改变，从而显示出PN结的电容效应。势垒电容CB的大小与PN结
8、面积S成正比，与阻挡厚度成反比。反向偏置的增加，会使阻挡厚度增大而使势垒电容减小。正向偏置相反。势垒电容在反向偏置时显得更加重要。,扩散电容 反映了在外加电压作用下载流子在扩散过程中积累的情况PN结在正向偏置时，扩散电容较大.而反向偏置时,扩散电容数值很小,一般可以忽略.由上可见,在高频应用时,对于二极管的PN结,必须考虑结电容的影响.,接上页,半导体器件型号的命名方式,两种特殊的二极管,稳压二极管管子的杂质浓度较大，空间电荷区内的电荷密度也大，容易形成强电场。当反向电压加到一特定值时，反向电流激增，产生反向击穿。该反向击穿电压即稳压管的稳定电压。,稳压管的作用在于，电流增量IZ很大，只引起很
9、小的电压变化VZ。曲线越陡，动态电阻RZ VZ/IZ越小，稳压管的稳压性能越好。,接上页,发光二极管（LED）发光二极管通常用砷化镓、磷化镓等制成的。当这种管子通电流时将发出光来，是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。,接上页,光电二极管,光电二极管的反向电流随光照强度的增加而上升,在管壳上备有一个玻璃窗口以便于接受光照.它的反向电流与照度成正比.光电二极管可用来作为光的测量.当制成大面积的光电二极管是,可当作一种能源,称为光电池.,半导体三极管,半导体三极管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的元件由于两个PN结之间的互相影响，使半导体三极管表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大
10、功能，从而使PN结的应用发生了质的飞跃,三级管结构简介,三级管按频率分，有高频、低频管；安功率分，有大、中、小功率管；按材料分，有硅管、锗管等等。,这是硅平面管的管芯结构图，它是在N型硅片氧化膜上光刻一个窗口，进行硼杂质扩散，获得P型基区，经氧化膜掩护后再在P型半导体上光刻一窗口，进行高浓度的磷扩散，获得N型发射区，表面是一层二氧化硅保护层，N型衬底则用作集电极。,接上页,电路中的图形,图中发射极的箭头表示发射结在正向接法下的电流方向，NPN型管子的发射极箭头向外。,三极管的放大作用,三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后达到集电极而实现的。为了保证这一传输过程，一方
11、面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度,同时基区厚度很小；另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。,三级管内各个电流之间有确定的分配关系，所以只要输入电流给定了，输出电流和输出电压便基本确定了。而表征三级管电流控制作用的参数就是电流放大系数。,接上页,放大作用,如图所示,这是一个简单的放大器.在基极和发射级之间的回路上加上一个待放大的输入信号Vi。这样发射结的外加电压将等于VEE+Vi，由于外加电压的变化，将使发射极电流IE相应的变化，,由于PN结的正向电压对电流的控制作用是很灵敏的，因此Vi的微小变化就可以引起IE的很大变化，而ICa IE,所以又相
12、应引起IC的变化。集电极电流通过接在集电极上的负载电阻R产生一个变化电压V0，则从R取出来的变化电压V0随时间的变化规律和Vi相同，但幅度却大了很多倍。所增大的倍数称为电压放大倍数。,接上页,连接方式,三级管可有三种连接方式：共基极、共发射极、共集电极。对于共射级电路，研究其放大过程主要是分析集电极电流与基极电流之间的关系 ICIB,由此我们可以得出一个很重要的结论：发射区每向基区供给一个复合用的载流子，就向集电区供给个载流子。这是三级管内固定不变的电流分配原则。共射级电路不但能得到电压放大，而且能得到电流放大，所以共射级电路是目前应用最广泛的一种组态。,接上页,三级管的主要参数,1：电流放大
13、系数。常用的三级管的放大值通常在10100之间。该值太小放大作用差，太大易使管子性能不稳定。2：集电极基极反向饱和电流ICBO。表示发射极开路，C、B间加上一定反向电压时的反向电流。该值越小越好。3：集电极发射极反向饱和电流ICEO。基极开路，C、E间加上一定反向电压时的集电极电流。该值大的管子性能不稳定。,极限参数,1：集电极最大允许电流ICM。指三级管的参数变化不超过允许值实际电机允许的最大电流。当电流超过ICM时，管子性能将显著下降。2：集电极最大允许功率损耗PCM。表示集电极上允许损耗功率的最大值。为了提高PCM值通常采用加散热装置的办法。3：反向击穿电压。三级管的两个PN结，如反向电
14、压超过规定值，也会发生击穿,三级管发生电压击穿后，电路中的管子就不能正常工作，但管子并不一定损坏，只要不超过最大功率损耗，而且进入击穿的时间很短时，管子的特性不会变坏，因此击穿过程还是可逆的。但如果在击穿后继续增大IC，这管子很快就会进入二次击穿状态而损坏。,接上页,三级管的散热计算,半导体三极管的最大允许耗散功率PCM，决定于总的热阻RT，最大允许结温TJ和环境温度TA。TJ TA RT PCM,小结,1：PN结是现代半导体器件的基础。一个半导体可制成一个二极管，两个PN结即可制成双极型三极管。2：半导体二极管的基本性能是单向导电性，利用他的这一特性，可用来进行整流、限幅等。二极管的伏安特性是非线性的。3：半导体三极管是一种电流控制器件，即通过基极电流或射极电流去控制集电极电流。所谓放大作用，实质是一种控制作用。,
