常用半导体元件

第8章常用半导体元件

【课题】

8.1 二极管

【教学目标】

知道PN结的单向导电性。描述二极管的电压、电流关系。解释主要参数。

【教学重点】

1．二极管的电压、电流关系。

2．二极管的主要参数。

【教学难点】

二极管的电压、电流关系。

【教学过程】

【一、复习】

线性电阻和非线性电阻的电压、电流特性。

【二、引入新课】

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物体。但半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力会随温度、光照及所掺杂质不同而显著变化。特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，这是今天能用半导体材料制造各种器件及集成电路的基本依据。

二极管就是由半导体制成的。半导体按所用半导体材料可分为硅二极管和锗二极管；按内部结构可分为点接触型和面接触型二极管；按用途分类可分为普通二极管、稳压二极管、发光二极管、变容二极管等，通常所说的二极管是指普通二极管。

【三、讲授新课】

8.1.1二极管的外形、结构与符号

二极管的外形、内部结构示意图和符号如图8.1所示。

（a）外形（b）内部（c）符号

图8.1二极管

二极管的阳极引脚由P型半导体一侧引出，对应二极管符号中三角形底边一端。

二极管的阴极引脚由N型半导体一侧引出，对应二极管符号中短竖线一端。

强调指出：符号形象地表示了二极管电流流动的方向，即电流只能从阳极流向阴极，而不允许反

方向流动。

8.1.2二极管的电流、电压关系

1．正向偏置与导通状态

二极管正向电流、电压关系实验电路如图8.2（a）所示，二极管阳极接高电位，阴极接低电位，二极管正向偏置。

此时调节串联在电路中的电阻大小，二极管表现出不同电压下具有不同的电阻值，记录每个电压下对应的电流值，从而描绘成曲线，即得到图8.2（b）所示的二极管正向电流、电压关系特性。

（1）二极管VD两端正向电压小于0.5 V时，电路中几乎没有电流，对应的电压称为二极管的死区电压或阈值电压（通常硅管约为0.5 V，锗管约为0.2 V）。

（2）二极管两端正向电压大于0.5 V后，电路中电流增加迅速。

（3）随着二极管电流增大，二极管VD两端电压维持在0.6 V ~ 0.7 V之间不再增加（硅管约为0.6 V~0.7 V，锗管约为0.2 V~0.3 V）。

（a）（b）

图8.2二极管正向偏置导通与电流、电压的关系特性

2．反向偏置与截止状态

二极管的反向电流、电压关系实验电路如图8.3（a）所示，二极管阳极接低电位，阴极接高电位，二极管反向偏置。

此时调节串联在电路中的电阻大小，即使二极管两端反向电压较高时，电路中仍然几乎没有电流，当二极管两端反向电压达到足够大时（各种二极管数值不同），二极管会突然导通，并造成二极管的永久损坏。记录每个电压下对应的电流值，从而描绘成曲线，即得到图8.3（b）所示的二极管反向电流、电压关系特性。

（1）当反向电压不超过一定范围时，反向电流十分微小并随电压增加而基本不变。通常可以忽略不计。

（2）当反向电压增加到一定数值时，反向电流将急剧增加，称为反向击穿，此时的电压称为反向击穿电压。

（a）（b）

图8.3二极管反向偏置截止与电流、电压关系特性

综上所述，二极管具有在正向电压导通，反向电压截止的特性，这个特性称为单向导电性。

二极管的“导通”与“截止”，可以用理想开关的“闭合”与“断开”来模拟，但应清楚它们之间的差异。二极管正向导通时，相当于开关闭合；二极管反向截止时，相当于开关断开。但是二极管又不能简单地用开关模拟，一是因为二极管的“开关”特性具有方向性，即是单向导通的，这是理想开关不具有的；二是正向导通的二极管两端存在一个压降，对硅管而言约0.6 V ~ 0.7 V；三是反向截止的二极管有反向漏电流存在，该电流因数值较小（μA数量级）常忽略不计。为此，用开关模拟二极管可用教参图8.3电路示意。

教参图8.3开关模拟二极管工作示意图

二极管的主要参数。

二极管的参数是选择和使用二极管的依据。主要参数有：

（1）最大整流电流I FM指二极管长期工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。

（2）最高反向工作电压U RM指保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。

（3）反向电流I R指二极管加反向电压而未击穿时的反向电流，如果该值较大，是不能正常使用的。

【四、小结】

1．二极管对来自两个方向的电流呈现不同的性质，在外加电压足够大时（一般约0.3 V 0.6 V），电流只能从阳极（P型半导体一侧）流向阴极（N型半导体一侧），反方向是不能导通的。这个特性称为单向导电性。

2．二极管的参数反映二极管在各方面的性能，是正确的选择和使用二极管的依据。二极管的参数主要针对单向导电性提出来的。使用较多的是最大整流电流和最高反向工作电压。

【五、习题】

一、是非题：1、2、3、4；二、选择题：1、2、3、4；三、填空题：1、2、3、4；四、计算题：1。

【课题】

8.2 晶体管

【教学目标】

1．知道晶体管结构与符号。

2．晶体管的放大作用。

【教学重点】

1．晶体管结构与符号。

2．晶体管的放大作用。

【教学难点】

晶体管的放大作用。

【教学过程】

【一、复习】

1．二极管的正向偏置和反向偏置的不同表现。

2．基尔霍夫电流定律。

【二、引入新课】

晶体管的分类：按材料分有硅晶体管和锗晶体管；按结构类型分有NPN型和PNP型。

【三、讲授新课】

8.2.1晶体管的外形、结构和符号

晶体管的外形、内部结构示意图和符号如图8.4所示。

（a）外形

（b）NPN管结构和符号（c）PNP管结构和符号

图8.4晶体管

NPN型晶体管发射极电极（符号箭头向外）形象地指出发射极电流的流动方向是由管内流向管外，而基极电流和集电极电流是流入管内的；PNP型晶体管的情况正好相反（符号箭头向内），电流由发射极流入，由集电极和基极流出。

8.2.2晶体管的放大作用

晶体管放大作用可按图8.5连接电路。发射极作为公共端接地，并选取U CC > U BB。

在基极回路电源U BB作用下，发射结正向偏置（即基极电位高于发射极电位）。

在集电极回路电源U CC作用下，集电结反向偏置（即集电极电位高于基极电位）。