电工学辅导资料八
电工学辅导资料八主 题：第八章 半导体器件的辅导资料
学习时间：2010年12月6日—12月12日
内 容：
（一）学习要求
第八章半导体器件
这周我们将学习第八章，半导体器件。本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：
1．了解半导体的类型和导电机理，了解PN结的单向导电性；
2．了解半导体二极管的基本类型、伏安特性和主要参数；了解二极管的主要应用；
3．了解稳压二极管的主要特性；
4．了解双极型晶体管的基本类型、特性曲线和主要参数，理解双极型晶体管的三种工作状态；
5．了解集成电路的发展概况和特点，理解模拟电路和数字电路的区别；
6．了解普通晶闸管的基本性能和可控整流的原理；
重点掌握内容：
1．重点：半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。
2．难点：双极型晶体管。
基本概念：本征半导体、杂质半导体、导通、截止、死区电压、反向饱和电流、反向击穿电压、整流、限幅、箝位、隔离
知识点：半导体的类型和导电机理，PN结的单向导电性，半导体二极管的基本类型，伏安特性和主要参数，二极管的主要应用，稳压二极管的主要特性，双极型晶体管的基本类型、特性曲线和主要参数，二极管的主要应用，稳压二极管的主要特性，双极型晶体管的基本类型、特性曲线和主要参数，双极型晶体管的三种工作状态，集成电路的发展概况和特点，理解模拟电路和数字电路的区别，普通晶闸管的基本性能和可控整流的原理
（二）主要内容
8.1半导体基本知识
（一）本征半导体
定义：纯净的具有晶体结构的半导体
特点：
1、含有两种载流子——带负电的电子、带正电的空穴
2、载流子的数量少且成对出现
3、载流子的数量受温度影响较大，温度高数量就多
（二）杂质半导体
定义：渗入少量杂质的半导体
1、P型半导体
形成：向本征半导体中渗入少量的3价元素
特点：（1）含有大量的空穴——多数载流子
（2）含有少量的电子——少数载流子
2、N型半导体
形成：向本征半导体中渗入少量的5价元素
特点：（1）含有大量的电子——多数载流子
（2）含有少量的空穴——少数载流子
（三）PN结
1、PN结的形成
多子的浓度差
多子的扩散
空间电荷区
少子的漂移
……扩散=飘移
形成稳定的PN结
注：PN结的结电容很小
2、PN结的特性
（1）PN结外加正向电压
PN结正偏 外电场与内电场方向相反 扩散>飘移
PN结变窄 有利于扩散进行 外部电源不断提供电荷
产生较大的扩散电流I正PN结正向导通
（2）PN结外加反向电压
PN结反偏 外电场与内电场方向相同 飘移>扩散
PN结变厚 有利于漂移进行 外部电源不断提供电荷
产生较小的扩散电流I反PN结反向截止
（三）PN结
2、PN结的特性
（3）PN结的特性：
加正向电压 导通
单方向导电性
加反向电压 截止
8.2半导体二极管
（一）基本结构
点接触型
按PN结分
面接触型
硅管
按材料分
锗管
普通管
按用途分
整流管
（二）伏安特性
定义：二极管电流与电压之间的关系
正向：OA段（死区）硅管约0.5V，锗管约0.2V
正向导通 硅管约0.7V，锗管约0.3V
反向：OB段（截止区）I近似为0
击穿区 管子被击穿
因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则截止——单向导电性
（三）主要参数
1、IF：额定正向平均电流
2、UF：正向电压降
3、UR：最高反向工作电压
4、IRm：最大反向电流
以上各值是选择二极管的依据
例8.2.1
当Us分别为2V、4V，而ui分别为3V、3sinωtV时，试画出uo的波形。
Us：2Vui：3V Us：2Vui：3sinwtV
Us：4Vui：3V Us：4Vui：3sinwtV
8.3 特殊二极管
一、稳压二极管
又称为齐纳二极管。
为面结型硅二极管。
特点：
1） 反向击穿电压
2） 反向击穿特性陡。
二、光电二极管（光敏二极管）
作用:将光信号转化为电信号。
反向电流随光照强度的增加而上升。
三、发光二极管
作用：将电信号转化为光信号。
发光的颜色取决于制造材料。
发光二极管
四、光电耦合器（光电隔离器）
作用：
1） 电气隔离；
2） 抗干扰；
3） 系统保护。
8.4 双极型晶体管
一、基本结构
BJT的内部结构
按材料分类：
硅管、锗管。
平面型
晶体管实物图片
二、工作状态
（1）晶体管中电流的分配
三极管放大的外部条件:
发射结正偏、集电结反偏
从电位的角度看：
NPN ： VC>VB>VE
PNP ： VC<VB<VE
各电极电流关系及电流放大作用
结论:
• 1）三电极电流关系 ： IE = IB + IC
• 2） IC >> IB ， IC » IE
• 3） D IC >> D IB
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。
（2）晶体管中载流子运动过程
(a) 电流分配原则：IE = IB+ IC
(b) 穿透电流：ICEO»0（受温度影响较大）
(c) 直流电流放大系数：
(d) 交流电流放大系数：
(3)晶体管的工作状态
三、特性曲线
测量晶体管特性的实验线路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
（1）三极管输入特性曲线
（2）三极管输出特性曲线
四、主要参数
(1) 电流放大系数b（hFE）、 b（hfe）：同一型号的晶体管b值有较大差别；b 值与 IC有关，一般b值为100左右为宜。
(2) 穿透电流ICEO: ICEO大的晶体管其温度稳定性差。
(3) 集电极最大允许电流ICM：Ic = ICM 时，b将下降到正常值的2／3。
(4) 集电极最大允许耗散功率PCM：PCM = UCE × IC，若超过PCM则晶体管易烧坏。
(5) 反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，C、E 之间允许承受的最大反向电压。
例1：UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40mA,IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 mA,IC=2.3mA。
在 Q1 点，有
由 Q1 和Q2点，得
在以后的计算中，一般作近似处理：b =。
例2：测得电路中三极管各极对地的电位值如下表所示，判断各管的工作状态及类型。
T1：UBE = -0.3V，VE＜VB＜VC，放大状态，PNP型
T2：UCE = 0.3V，VE＜VC＜VB，饱和状态，NPN型
T3：UCE = -6V，VC＜VE＜VB，截止状态，PNP型
8.5 集成电路
（一）集成电路（固体组件）
是 20 世纪 60 年代初发展起来的新型电子器件。
（二）发展进程
1960 年－小规模集成电路（SSI）。
1966 年－中规模集成电路（MSI）。
1969 年－大规模集成电路（LSI）。
1975 年－超大规模集成电路（VLSI）。
（三）分类
模拟电路：用于处理模拟信号（连续信号）。
数字电路：用于处理数字电路（脉冲信号）。
8.6 晶闸管
一、普通晶闸管
1、 基本结构
四层半导体
2、 工作原理
(1)晶闸管导通条件
uA>0uG>0
(2)晶闸管导通后控制极将失去作用
(3)晶闸管截止条件
或
3、主要应用
可控整流、开关等
u2正半周，未加控制电压ug时，晶闸管不导通；加控制电压ug时，晶闸管才导通；
u2负半周，不管是否加控制电压ug，晶闸管均截止。
二、双向晶闸管
三、可关断晶闸管
（三）重要考点
一、单选题
1、电压小于正向电压降时，二极管（）。
A、导通 B、截止 C、短路 D、正向电阻等于无穷大
答案：B
2、一单相桥式半控整流电路，需直流电压100V，现直接由220V交流电网供电，则晶体管的控制角为（）。
A、89.42° B、90.58° C、89.58° D、90.42°
答案：A
二、分析题
1、测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位值V1、V2、V3，判断管子的类型、材料及三个极。
解：（1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。
NPN型硅管，1、2、3依次为B、E、C
（2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。
NPN型鍺管，1、2、3依次为B、E、C
（3）V1=6V， V2=11.3V， V3=12V。
PNP型硅管，1、2、3依次为C、B、E
（4）V1=6V， V2=11.7V， V3=12V。
PNP型鍺管，1、2、3依次为C、B、E
页:
[1]