11 常用半导体元件
【课题】
11.1 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】
11.1.1二极管的外形、结构与符号
二极管的外形、内部结构示意图和符号如图11.1所示。
（a）外形（b）内部（c）符号
图11.1二极管
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。
11.1.2二极管的电流、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11.2（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11.2（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11.2二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11.3（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11.3（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11.3二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。
11.1.3二极管的主要参数
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。
11.1.4发光二极管
发光二极管是一种把电能直接转化成光能的固体发光元件，如图11.4所示为几种发光二极管外形及其电路图形符号。
图11.4发光二极管外形及图形符号
发光二极管是由PN结组成，具有单向导电性。当发光二极管加上正向电压时能发出一定波长的光。发光波长除与制作使用材料有关外，还与PN结所掺“杂质”有关。一般用磷砷化镓材料制作的发光二极管发红光，磷化镓材料制作的发光二极管发绿光或黄光。
发光二极管的作用：用作电子设备的通断指示灯，数字电路的数码及图形显示，也可作为快速光源，以及光电耦合器中的发光元件。
11.1.5光电二极管
光电二极管由PN结组成，具有单向导电性，但光电二极管管壳上有一个能射入光的窗口，这个窗口用有机玻璃透镜封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。如图11.5所示为光电二极管外形结构及其电路图形符号。
图11.5光电二极管外形结构及电路图形符号
光电二极管工作在反向偏置状态。当在PN结上加反向电压，再用光照射PN结时，能形成反向光电流，光电流的大小与光照射强度成正比。光电二极管用途很广，一般常用作传感器的光敏电元件，在光电输入机上用作光电读出器件。
【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。
3．了解发光二极管的作用。
4．了解光电二极管的作用。
【五、习题】
一、是非题：1、2；二、选择题：1；三、填空题：1、2；四、计算题：1。
【课题】
11.2 三极管
【教学目标】
1．知道三极管结构与符号。
2．三极管的放大作用。
【教学重点】
1．三极管结构与符号。
2．三极管的放大作用。
【教学难点】
三极管的放大作用。
【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】
三极管的分类：按材料分有硅三极管和锗三极管；按结构类型分有NPN型和PNP型。【三、讲授新课】
11.2.1三极管的外形、结构和符号
三极管的外形、内部结构示意图和符号如图11.6所示。
（a）外形
（b ）NPN 管结构和符号 （c ）PNP 管结构和符号
图11.6 三极管
NPN 型三极管发射极电极（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 型三极管的情况正好相反（符号箭头向内），电流由发射极流入，由集电极和基极流出。
11.2.2 三极管的放大作用
三极管放大作用可按图11.7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）。
图11.7 三极管的放大作用
调节电阻R B ，观察基极电流I B 、集电极电流I C 和发射极电流I E 。 （1）I B 变化（增大或减少），I C 和I E 都会随之相应的变化（增大或减少）。 （2）I E = I B + I C = ( 1+β )I B ，且I C >>I B 。
（3）I C 和I E 的比值基本为一常数，称为三极管的电流放大系数，用字母β表示。
β =
B
C
I I 或 I C =β I B （4）发射结电压在0.5 V 以下时，I C = I E = 0，这种情况下三极管处于截止状态。
（5）基极电流I B 增加到一定数值时，就会发现集电极电流I C 不随基极电流I B 增大而增大。这种情况下三极管处于饱和状态。
就其本质而言，三极管的“放大”是一种控制，是以较小的电流I B 控制较大的电流I C 。
11.2.3 三极管的主要参数
1．电流放大系数（β ）是表征三极管电流放大能力的参数。通常以100左右为宜。
2．集电极最大允许电流（I CM ）是指当三极管集电极电流超过I CM 时，三极管的参数将会明显变化。
3．集电极最大允许耗散功率（P CM ）是指为了限制集电结温升不超过允许值而规定的最大值，该值除了与集电极电流有关外，还与集电极和发射极之间的电压有关。
4．集电极、发射极之间反向击穿电压（U （BR ）CEO ）是指三极管基极开路时，集电极和发射极之间能够承受的最大电压。 【四、小结】
1．三极管是由两个PN 结构成的，所以就有NPN 型管和PNP 型管之分。所以外加电压极性和电流方向都相反。
2．三极管要具有放大作用，就必须满足其外部条件，即发射结正向偏置，集电结反向偏置，这一条是组成放大电路的基本原则。
3．三极管放大时电流分配的关系式：I E = I C +I B =（1+ β）I B
4．β称为三极管的电流放大系数：I C =β I B
5．三极管的主要参数其物理意义是：β——反映电流放大能力；I CM——对三极管集电极电流的限制；U（BR）CEO——三极管集电极和发射极之间能够承受最大电压的限制等。
【五、习题】
一、是非题：3、4；二、选择题：2；三、填空题：3、4。
【课题】
11.3 三极管的三种工作状态
【教学目标】
描述三极管的放大作用。区分三种工作状态（放大、饱和、截止）。
【教学重点】
三极管的三种工作状态的外部条件和特点。
【教学难点】
三极管的三种工作状态的外部条件和特点。
【教学过程】
【一、复习】
三极管的放大作用。
【二、引入新课】
三极管工作状态的不同是由其集电结和发射结偏置不同造成的，它可以分成放大状态、饱和状态及截止状态。
【三、讲授新课】
11.3.1放大状态
处于放大状态的三极管I C = β I B，各极之间电流关系为
I E = I B + I C = I B +β I B = (1 +β)I B
三极管处于放大状态的电流和电压示意图如图11.11所示。
（a）（b）（c）
图11.11放大状态晶体管电流、电压示意图
图11.11（a）所示电路是在图11.7电路基础上，将电阻R B接到U BB正极的一端改接到U CC的正极上。为了进一步简化电路，图11.11（a）中电源U CC省去未画，只标出它对地电位值和极性。
图11.11（b）中标出发射结的正向偏置电压U B E和集电结的反向偏置电压U C B，放大状态各点电位是集电极电位最高，基极电位次之，最低的是发射极电位。
图11.11（c）示意三极管处于放大状态时，集电极C和发射极E之间相当于通路，用一个变化的电阻表示其间电压降。变化情况可认为是受基极电流控制的。
11.3.2饱和状态
处于饱和状态的三极管，基极电流I B 失去对集电极电流I C 的控制作用，因而三极管饱和时没有放大作用。
三极管处于饱和状态电流和电压示意图如图11.12所示。
（a ） （b ） （c ） 图11.12 饱和状态三极管电流、电压示意图
图11.12（a ）中，当U CE 减小到接近为零时（硅管约0.3 V ，锗管约0.1 V ，称为饱和压降），集
电极电流I C = C
CC
C CE CC R U R U U ≈
-已达到最大值（三极管饱和）。 图11.12（b ）中标出发射结和集电结的正向偏置U BE 和U BC ，饱和状态各点电位是基极电位最高，集电极电位次之，发射极电位最低。
图11.12（c ）示意三极管处于饱和状态时，相当于一个开关处于闭合状态，相当于短路。
11.3.3 截止状态
处于截止状态的三极管，各极电流（I B 、I C 和I B ）都为零或极小。因而三极管截止时没有放大作用。
三极管处于截止状态电流和电压示意图如图11.13所示。
（a ） （b ） （c ） 图11.13 三极管截止状态电流、电压示意图
图11.13（a ）中，基极电流I B = 0和集电极电流I C = 0，所以集电极电阻R C 上就没有电压降。三极管集电极C 和发射极E 之间电压U CE = U CC - I C R C = U CC 。
图11.13（b ）中标出了发射结和集电结的反向偏置电压U B E 和U C B ，截止状态各点电位是集电极电位最高，发射极电位电位次之，基极电位最低。
图11.13（c ）示意三极管处于截止状态时，相当于一个开关处于断开状态，相当于开路。 【四、小结】
1．放大状态条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。
电流、电压关系：I C = β I B ，I E = I C + I B = (1+β ) I B ，U CE = U CC - R C I C 特点：集电极电流受基极电流控制。
电位值分布（以NPN 管，发射极接地为例）：V C > V B > V E 2．饱和状态条件：发射结正向偏置，集电极正向偏置。 电流、电压关系：
U CE ≈ 0.3 V ，I C = C
CE CC R U U -≈ C
CC R U
特点：集电极电流不随基极电流的增加而增加。 电位值分布：V B > V C > V E
3．截止状态条件：发射结零偏或反偏，集电结反偏。 电流、电压关系：I C = 0，I B = 0，U CE = U CC 特点：基极电流和集电极电流为零。 电位值分布： V C > V E > V B
【五、习题】
一、是非题：3、4； 二、选择题：2、3；四、计算题：2。
【课题】
*11.4 晶闸管
【教学目标】
知道晶闸管的特性和主要参数。
【教学重点】
晶闸管的工作原理。
【教学难点】
晶闸管的工作原理。
【教学过程】
【一、复习】
1．晶体管的结构。
2．二极管的工作原理。
【二、引入新课】
1．晶闸管有普通型晶闸管和特种晶闸管。
2．特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等。
【三、讲授新课】
11.4.1晶闸管的外形、结构和符号
晶闸管的外形、内部结构示意图和符号如图11.14所示。
（a）外形
（b）结构（c）符号
图11.14晶闸管
晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，在控制极上加控制信号时晶闸管导通。
11.4.2晶闸管的工作原理
1．晶闸管工作原理可用图11.15所示实验电路验证。
2．晶闸管反向偏置，如图11.15（a）所示，无论是否给控制极加电压，晶闸管不导通。
3．晶闸管正向偏置，如图11.15（b）所示，控制极G没有接任何电压，晶闸管不导通。
4．晶闸管正向偏置，如图11.15（c）所示，控制极G加一个幅度和宽度都足够大的正电压，晶闸管导通。
5．晶闸管导通后，如图11.15（d）所示，去掉控制极电压，晶闸管仍然能保持导通。
结论：晶闸管是一个受控制的二极管，除了应具有正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，晶闸管就会导通。一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，仍然保持导通状态。
使晶闸管由阻断状态变为导通状态，在控制极上加的正向电压称为触发电压。
注意：晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流I H（称为维持电流）时，晶闸管也会由导通变为截止。
图11.15晶闸管导通实验电路
11.4.3晶闸管的主要参数
（1）额定正向平均电流I F：晶闸管允许通过的工频正弦半波电流的平均值。
（2）正向平均管压降U F：晶闸管正向导通状态下阳极和阴极两端的平均电压降。一般为0.4
V ~ 1.2 V。
（3）维持电流I H：维持晶闸管导通状态所需的最小阳极电流。
（4）最小触发电压U G：晶闸管导通要求控制板所加的最小触发电压，一般约为1 V ~ 5 V。【四、小结】
1．晶闸管的结构：晶闸管由四层半导体（PNPN）、三个PN结构成，具有三个电极：阳极A、阴极K和控制极G。
2．触发电压是使晶闸管由阻断状态变为导通状态，加在控制极上的正向电压，一旦晶闸管导通，控制极就失去控制作用。
3．晶闸管的特点：可控的单向导电开关。
阻断→导通的条件：U AK和U GK加足够大的正向电压。
导通→阻断的条件：I A < I H或U AK = 0或反向。
导通后控制极失去控制作用。
4．晶闸管的主要参数：晶闸管的参数主要表现在可控导通和维持导通方面。例如：维持电流I H；最小触发电压U G等。
【五、习题】
一、是非题：5、6；二、选择题：4；三、填空题：5。
半导体电子元器件的有哪些以及命名方式 半导体器件(semiconductor device)通常，这些半导体材料是硅、锗或砷化镓，可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。为了与集成电路相区别，有时也称为分立器件。绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个PN 结。利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。三端器件一般是有源器件，典型代表是各种晶体管(又称晶体三极管)。晶体管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两类。根据用途的不同，晶体管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。除了作为放大、振荡、开关用的一般晶体管外，还有一些特殊用途的晶体管，如光晶体管、磁敏晶体管，场效应传感器等。这些器件既能把一些环境因素的信息转换为电信号，又有一般晶体管的放大作用得到较大的输出信号。此外，还有一些特殊器件，如单结晶体管可用于产生锯齿波，可控硅可用于各种大电流的控制电路，电荷耦合器件可用作摄橡器件或信息存储器件等。在通信和雷达等军事装备中，主要靠高灵敏度、低噪声的半导体接收器件接收微弱信号。随着微波通信技术的迅速发展，微波半导件低噪声器件发展很快，工作频率不断提高，而噪声系数不断下降。微波半导体器件由于性能优异、体积小、重量轻和功耗低等特性，在防空反导、电子战、C(U3)I等系统中已得到广泛的应用。 1、物质的分类 按照导电能力的大小可以分为导体、半导体和绝缘体。导电能力用电阻率衡量。 导体：具有良好导电性能的物质，如铜、铁、铝电阻率一般小于10-4Ω?cm 绝缘体：导电能力很差或不导电的物质，如玻璃、陶瓷、塑料。 电阻率在108Ω?cm以上 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅。 纯净的半导体硅的电阻率约为241000Ω?cm 2、半导体的特性 与导体、绝缘体相比，半导体具有三个显著特点： (1)电阻率的大小受杂质含量多少的影响极大，如硅中只要掺入百万分之一的杂质硼，硅的电阻率就会从241000Ω?cm下降到0.4Ω?cm，变化了50多万倍; (2)电阻率受环境温度的影响很大。 例如：温度每升高8℃时，纯净硅的电阻率就会降低一半左右;金属每升高10℃时，电阻率只增加4%左右。
第1章常用半导体器件 一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每题1分） 1．在N型半导体中，如果掺入足够量的三价元素，可将其改型成为P型半导体。（）2．在N型半导体中，由于多数载流子是自由电子，所以N型半导体带负电。（）3．本征半导体就是纯净的晶体结构的半导体。（） 4．PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 5．使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正偏，且集电结也是正偏。（）6．晶体三极管的β值，在任何电路中都是越大越好。( ) 7．模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。( ) 8．稳压二极管正常工作时,应为正向导体状态。( ) 9．发光二极管不论外加正向电压或反向电压均可发光。( ) 10．光电二极管外加合适的正向电压时，可以正常发光。( ) 一、判断题答案：（每题1分） 1．√； 2．×； 3．√； 4．√； 5．×； 6．×； 7．√； 8．×； 9．×； 10．×。
二、填空题（每题1分） 1．N型半导体中的多数载流子是电子，P型半导体中的多数载流子是。2．由于浓度不同而产生的电荷运动称为。 3．晶体二极管的核心部件是一个，它具有单向导电性。 4．二极管的单向导电性表现为：外加正向电压时，外加反向电压时截止。5．三极管具有放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结偏置。6．场效应管与晶体三极管各电极的对应关系是：场效应管的栅极G对应晶体三极管的基极b，源极S对应晶体三极管，漏极D对应晶体三极管的集电极c。7．PN结加正向电压时，空间电荷区将。 8．稳压二极管正常工作时，在稳压管两端加上一定的电压，并且在其电路中串联一支限流电阻，在一定电流围表现出稳压特性，且能保证其正常可靠地工作。 9．晶体三极管三个电极的电流I E 、I B 、I C 的关系为：。 10．发光二极管的发光颜色决定于所用的，目前有红、绿、蓝、黄、橙等颜色。 二、填空题答案：（每题1分） 1．空穴 2．扩散运动 3．PN结 4．导通 5．反向 6．发射机e 7．变薄 8．反向 9．I E ＝I B ＋I C 10．材料 三、单项选择题（将正确的答案题号及容一起填入横线上，每题1分）
1.1 半导体基础知识概念归纳 本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。 绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。 绝缘体导电性：极差。如惰性气体和橡胶。 半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。 半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。 半导体的特点： ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。 自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。 空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。 本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子。 导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。 本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，
芯片、半导体和集成电路IC三者有何差异！ 作为半导体材料人、电子元件销售或采购，你真得知晓什么叫芯片、半导体和集成电路IC 吗？知晓它们相互之间的关联与区分吗？来来来，抓紧了解下！ 一、什么叫芯片 芯片，别称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成电路（integrated circuit，lC），就是指含有芯片的硅片，体积不大，经常是电子计算机或其它电子产品的一小部分。 芯片（chip）就是说半导体元器件商品的合称，是芯片（lC，integrated circuit）的载体，由晶圆切分而成。 硅片是一块儿很小的硅，含有芯片，它是电子计算机或是其它电子产品的部分。 二、什么是半导体 半导体（semiconductor），指常温导电性能介乎于导体（conductor）与绝缘体（insulator）两者之间的材料。如肖特基二极管就算选用半导体制做的元器件。半导体材料指得某种导电性可受操控，范畴可从绝缘体至导体之间的材料。 不管从高新科技或者社会经济发展的视角来说，半导体的必要性都是十分巨大的。今天绝大多数的电子设备，如电子计算机、移动电话或者数字录音机之中的核心单元都和半导体材料具有极其紧密的关连。普遍的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各类半导体材料中，在商业运用上最具备知名度的一种。 物质具有的形式各种各样，液体、气体、固体、等离子体等。我们一般把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、瓷器等称之为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称之为导体。还可以简易的把接近导体和绝缘体之间的材料称作半导体。 三、什么叫集成电路IC 集成电路IC（integrated circuit）是一种小型电子元件或零部件。运用一定的加工工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻器、电容器和电感器等元器件及布线互连在一起，制做在一块或几小块半导体晶片或媒质基片上，随后封裝在1个管壳内，变成具备所须电路作用的小型结构；其中全部元器件在结构上已构成1个整体，使电子原件朝着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性层面迈入了一大步。它在电路中用英文字母“IC”表达。 集成电路IC发明人为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路IC）和罗伯特·诺伊思（基于硅（Si）的集成电路IC）。当下半导体工业生产绝大部分运用的是基于硅的集成电路IC。集成电路IC是二十世纪五十年代中后期一六十年代发展起來的一种新型电子器件。它是經過氧化作用、光刻、外扩散、外延、蒸铝等半导体制造加工工艺，把组成具备一定作用的电路需要的半导体、电阻器、电容器等电子元件及他们相互之间的联接导线全都集成在一块硅片上，随后焊接封裝在1个管壳内的电子元件。其封裝机壳有圆壳式、平扁式或双列直插式等多样化。 集成电路技术涉及集成ic生产技术与设计技术，主要突显在生产设备，制作工艺，封裝检测，大批量生产及设计创新性的能力上。 四、芯片和集成电路IC有何差异？ 要表述的着重点不一样。 芯片就是芯片，通常就是指你人眼可以见到的长满了许多小脚的或是脚看不见，但是很显著的方形的那块物品。但是，芯片也包含各式各样的芯片，例如基带的、工作电压变换的这些。处理器更注重作用，指的就是说那块执行解决的单元，还可以说成MCU、CPU等。 集成电路IC范围要广多了，把某些电阻电容二级管集成到一块儿就算是集成电路IC了，可
第4章常用半导体器件 本章要求了解PN结及其单向导电性，熟悉半导体二极管的伏安特性及其主要参数。理解稳压二极管的稳压特性。了解发光二极管、光电二极管、变容二极管。掌握半导体三极管的伏安特性及其主要参数。了解绝缘栅场效应晶体管的伏安特性及其主要参数。 本章内容目前使用得最广泛的是半导体器件——半导体二极管、稳压管、半导体三极管、绝缘栅场效应管等。本章介绍常用半导体器件的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及简单应用。 本章学时6学时 4.1 PN结和半导体二极管 本节学时2学时 本节重点1、PN结的单向导电性； 2、半导体二极管的伏安特性； 3、半导体二极管的应用。 教学方法结合理论与实验，讲解PN结的单向导电性和半导体二极管的伏安特性，通过例题让学生掌握二半导体极管的应用。 4.1.1 PN结的单向导电性 1. N型半导体和Ｐ型半导体 在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。 2.PN结的单向导电性 当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN结变窄,而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,视为截止(不导通)。 4.1.2 半导体二极管 1.结构 半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。 2. 二极管的种类 按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种，点接触型二极管（一般为锗管）其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。
《模拟电子技术基础》 （教案与讲稿） 任课教师：谭华 院系：桂林电子科技大学信息科技学院电子工程系 授课班级：2008电子信息专业本科1、2班 授课时间：2009年9月21日------2009年12月23日每周学时：4学时 授课教材：《模拟电子技术基础》（第4版） 清华大学电子学教研组童诗白华成英主编 高教出版社 2009
第一章常用半导体器件 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。 （一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电 路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导 电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标 1.1 半导体的基本知识 1.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。
一、半导体产业是电子元器件行业重要分支 电子元器件是具有独立电路功能、构成电路的基本单元。按照产品功能的不同，电子元器件可以分为被动元器件、集成电路（IC）、分立器件、印刷电路板（PCB）、显示器件（TFT-LCD、PDP）、其他元器件等子行业。 集成电路（IC）是半导体技术的核心，是国际竞争的焦点和衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。集成电路产业处于整个电子产业链的核心位臵，参与多个价值链的形成。 集成电路（IC）产业链包括设备业、材料业、设计业和加工业，IC 加工业按流程可分为光掩膜业、制造业、封装业和测试业。
二、全球半导体产业分析 2.1 全球半导体产业发展规律 每4－5 年经历一次周期 大致来看，半导体产业每4 到5 年会经历一次周期（硅周期）。从1980 年到2004年，全球半导体产业经历了5 次周期，分别是1980－1984、1984－1988、1988－1995、1995－2000 以及2000－2004，目前正处于1980 年以后的第六次周期。 市场的供需变化是导致半导体产业周期性波动的根本原因。在市场需求疲软时，半导体厂商会减少资本支出，削减产能，半导体产业步入下行周期；而在市场需求强劲时，半导体厂商就会增加资本支出，增加产能，半导体产业进入上升周期。 集成电路主要包括四大类产品，即微处理器、存储器、逻辑电路和模拟电路。自2004年以来，各类产品逐渐发展成四个子周期，即Logic（逻辑电路）、MPU（微处理器）、analog （模拟电路）与DRAM/FLASH（动态随机存储器/闪存）。
与GDP 的相关性变高 从1980 年到2007 年，全球半导体产业与GDP 的相关性越来越高。 以 10 年为区间，计算1980 年到2007 年全球半导体产业增长率与全球GDP 增长率的相关系数，可以发现，两者的相关性有逐渐变大的趋势。 与 GDP 相关性越来越高的主要原因有两个： 首先，半导体产业渐趋成熟，增长渐行渐缓。根据全球半导体贸易统计组织（WSTS）的统计，1990－2000 年间世界半导体市场的年均增长率达到15%，远高于全球GDP增长速度，但1995－2005 年的10 年里年均增长率降到了4.6%。而经过2009 年的衰退，我们预计2010 年世界半导体市场将恢复到2400 亿美元，按此数据计算，2000－2010 年的年均增长率只有1.7%。总的来说，全球半导体产业上世纪80 年代、90年代的两位数增长已成过去，进入了产业成熟期的个位数增长时代，其增长率将与全球GDP 增长一致。
我们知道，电子电路是由晶体管组成，而晶体管是由半导体制成的。所以我们在学习电子电路之前， 一定要了解半导体的一些基本知识。 这一章我们主要学习二极管和三极管的一些基本知识，它是本课程的基础，我们要掌握好在学习时我们把它的内容分为三节，它们分别是： 1、1 半导体的基础知识 1、2 PN结 1、3 半导体三极管 1、1 半导体的基础知识 我们这一章要了解的概念有：本征半导体、P型半导体、N型半导体及它们各自的特征。一:本征半导体 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。常用的半导体材料有：硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。 共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。我们用晶体结构示意图来描述一下；如图（1）所示：图中的虚线代表共价键。 在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流； 同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。 因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。二：杂质半导体 在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中，掺入5价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有5各价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 2.P型半导体 在本征半导体中，掺入3价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在P型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。 1、2 P—N结
半导体电子元器件基本知识 四、光隔离器件 光耦合器又称光电耦合器，是由发光源和受光器两部分组成。发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。受光器引出的管脚为输出端。光耦合器利用电---光----电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。 光耦合器输入与输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达到10的10次方欧姆，输入与输出间能承受2000V以上的耐压，信号单向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠等优点，因而用途广泛。如在：高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中。 光隔离常用如图： 五、电容 有电解电容、瓷片电容、涤纶电容、纸介电容等。 利用电容的两端的电压不能突变的特性可以达到滤波和平滑电压的目的以及电路之间信号的耦合。电解电容是有极性的（有+、-之分）使用时注意极性和耐压。 电路原理图一般用C1、C2、C？等表示。 半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，PN结是构成各种半导体器件的重要基础。 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。具有热敏、光敏、掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：N型半导体、P型半导体。 PN结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性，即在P端加正电压，N端接负时PN结电阻很低，PN结处于导通状态，加反向电压时，PN结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。 一、二极管 将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。 P结引出的电极称为阳极（正极），N结引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用D1、D2、D？等表示。 二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于0。5V，诸管大于0。1V。用数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。利用二极管的单向导电性可以组成整流电路。将交流电压变为单向脉动电压。 使用注意事项： 1、在整流电路中流过二极管的平均电流不能超过其最大整流电流； 2、在震荡电路或有电感的回路中注意其最高反向击穿电压的使用问题； 3、整流二极管不应直接串联（大电流时）或并联使用，串联使用时，每个二极管应并联一个均压电阻，其大小按100V（峰值）70K左右计算，并联使用时，每个二极管应串联10
第一章半导体基础知识 〖本章主要内容〗 本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。 首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。〖本章学时分配〗 本章分为4讲，每讲2学时。 第一讲常用半导体器件 一、主要内容 1、半导体及其导电性能 根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。 2、本征半导体的结构及其导电性能 本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。 3、半导体的本征激发与复合现象 当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。 游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。 在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。 4、半导体的导电机理 自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。
项目六 常用半导体器件及应用 班级 姓名 成绩 一、填空题：（35分） 1.制作半导体器件时，使用最多的半导体材料是 硅 和 锗 。 2.根据载流子数目的不同，可以将半导体分为 本征半导体 、 P 型半导体 和 N 型半导体 三种。 3.PN 结的单向导电性是指：加正向电压 导通 ，加反向电压 截止 。PN 结正偏是指P 区接电源 正 极，N 区接电源 负 极。 4.半导体二极管由一个 PN 结构成，它具有 单向导电 特性。 5.硅二极管的门坎电压是 0.5V ，正向导通压降是 0.7V ；锗二极管的门坎电压是 0.2V ，正向导通压降是 0.3V 。 6.半导体稳压二极管都是 硅 材料制成的。它工作在 反向击穿 状态时，才呈现稳压状态。 7.晶体三极管是由三层半导体、两个PN 结构成的一种半导体器件，两个PN 结分别为 发射结 和 集电结 ；对应的三个极分别是 发射极e 、 基极b 、 集电极c 。 8.半导体三极管中，PNP 的符号是 ，NPN 的符号是 。9.若晶体三极管集电极输出电流I C =9 mA ，该管的电流放大系数为β=50，则其输入电流I B =_0.18_mA 。10.三极管具有电流放大作用的实际是：利用 基极 电流实现对 集电极 电流的控制。因此三极管是 电流 控制型器件。11.三极管的输出特性曲线可分为三个区域，即_放大_区，__饱和_区和_截止_区。12.放大电路静态工作点随 温度 变化而变化， 分压式 偏置电路可较好解决此问题。13.对于一个晶体管放大器来说，一般希望其输入电阻要 大 些，以减轻信号源的负担，提高抗干扰能力；输出电阻要 小 些，以增大带动负载的能力。二、判断题：（10分，将答案填在下面的表格内） 题号12345678910答案××√××√√×√× 1.P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。（ ） 2.半导体器件一经击穿便即失效，因为击穿是不可逆的。（ ） 3.桥式整流电路中，若有一只二极管开路，则输出电压为原先的一半。（ ） 4.用两个PN 结就能构成三极管，它就具有放大作用。（ ） 5.β越大的三极管，放大电流的能力越强，管子的性能越好。 6.三极管和二极管都是非线性器件。（ ） 7.三极管每一个基极电流都有一条输出特性曲线与之对应。（ ）等多项对全系统启备高中免不
第7章 常用半导体器件 习题参考答案 7-1 计算图所示电路的电位U Y （设D 为理想二极管）。 （1）U A ＝U B ＝0时； （2）U A ＝E ，U B ＝0时； （3）U A ＝U B ＝E 时。 解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。从图中可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。 当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1k Ω的电阻为并联关系。本题解答如下： （1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0； （2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝E ? +9 19＝109E ； （3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝E ?+5.099＝1918E 。 7-2 在图所示电路中，设D 为理想二极管，已知输入电压u i 的波形。试画出输出电压u o 的波形图。 解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。 首先从（b ）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电阻为无穷大，相当 于断路，因此u o ＝5V ，即是说，只要判断出D 导通与否， 就可以判断出输出电压的波形。要判断D 是否导通，可 以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高 低，从而得知是否导通。 u o 与u i 的波形对比如右图所示： 7-3 试比较硅稳压管与普通二极管在结构和运用上有 何异同 （参考答案：见教材） 7-4 某人检修电子设备时，用测电位的办法，测出管脚①对地电位为－；管脚②对地电位
第5章常用半导体元件习题 5.1晶体二极管 一、填空题： 1．半导体材料的导电能力介于和之间，二极管是将 封装起来，并分别引出和两个极。 2．二极管按半导体材料可分为和，按内部结构可分为＿和，按用途分类有、、四种。3．二极管有、、、四种状态，PN 结具有性，即。4．用万用表（R×1K档）测量二极管正向电阻时，指针偏转角度，测量反向电阻时，指针偏转角度。 5．使用二极管时，主要考虑的参数为和二极管的反向击穿是指。 6．二极管按PN结的结构特点可分为是型和型。 7．硅二极管的正向压降约为 V，锗二极管的正向压降约为 V；硅二极管的死区电压约为 V，锗二极管的死区电压约为 V。 8．当加到二极管上反向电压增大到一定数值时，反向电流会突然增大，此现象称为现象。 9．利用万用表测量二极管PN结的电阻值，可以大致判别二极管的、和PN结的材料。 二、选择题： 1. 硅管和锗管正常工作时，两端的电压几乎恒定，分别分为( )。 A.0.2-0.3V 0.6-0.7V B. 0.2-0.7V 0.3-0.6V C.0.6-0.7V 0.2-0.3V D. 0.1-0.2V 0.6-0.7V 的大小为( )。 2.判断右面两图中，U AB A. 0.6V 0.3V B. 0.3V 0.6V C. 0.3V 0.3V D. 0.6V 0.6V 3.用万用表检测小功率二极管的好坏时，应将万用表欧姆档拨到（） Ω档。 A.1×10 B. 1×1000 C. 1×102或1×103 D. 1×105 4. 如果二极管的正反向电阻都很大，说明 ( ) 。 A. 内部短路 B. 内部断路 C. 正常 D. 无法确定 5. 当硅二极管加0.3V正向电压时，该二极管相当于( ) 。 A. 很小电阻 B. 很大电阻 C.短路 D. 开路 6．二极管的正极电位是-20V，负极电位是-10V，则该二极管处于（）。 A．反偏 B．正偏 C．不变D. 断路 7．当环境温度升高时，二极管的反向电流将（） A．增大 B．减小 C．不变D. 不确定 8．PN结的P区接电源负极，N区接电源正极，称为（）偏置接法。
第二章常用半导体器件及应用 一、习题 2.1填空 1. 半导材料有三个特性，它们是、、。 2. 在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。 3. 二极管的主要特性是。 4．在常温下，硅二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V；锗二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V。 5．在常温下，发光二极管的正向导通电压约为V，考虑发光二极管的发光亮度和寿命，其工作电流一般控制在mA。 6. 晶体管(BJT)是一种控制器件；场效应管是一种控制器件。 7. 晶体管按结构分有和两种类型。 8. 晶体管按材料分有和两种类型。 9. NPN和PNP晶体管的主要区别是电压和电流的不同。 10. 晶体管实现放大作用的外部条件是发射结、集电结。 11. 从晶体管的输出特性曲线来看，它的三个工作区域分别是、、。 12. 晶体管放大电路有三种组态、、。 13. 有两个放大倍数相同，输入电阻和输出电阻不同的放大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放大。在负载开路的条件下，测得A放大器的输出电压小，这说明A 的输入电阻。 14．三极管的交流等效输入电阻随变化。 15．共集电极放大电路的输入电阻很，输出电阻很。 16．射极跟随器的三个主要特点是、、。 17．放大器的静态工作点由它的决定，而放大器的增益、输入电阻、输出电阻等由它的决定。 18．图解法适合于，而等效电路法则适合于。 19．在单级共射极放大电路中，如果输入为正弦波，用示波器观察u o和u i的波形的相位关系为；当为共集电极电路时，则u o和u i的相位关系为。 20. 在NPN共射极放大电路中，其输出电压的波形底部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低)，若输出电压的波形顶部被削掉，称为失真，原因是Q 点(太高或太低)。如果其输出电压的波形顶部底都被削掉，原因是。 21．某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C的电位分别为9V、2V和1.4V，则该三极管属于型，由半导体材料制成。 22．在题图P2.1电路中，某一元件参数变化时，将U CEQ的变化情况(增加；减小；不变)填入相应的空格内。 (1) R b增加时，U CEQ将。 (2) R c减小时，U CEQ将。 (3) R c增加时，U CEQ将。 (4) R s增加时，U CEQ将。 (5) β增加时(换管子)，U CEQ将。
自从50年代，硅晶闸管问世以后，50多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到理想化的目标做出了不懈的努力，并以取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到1KHZ以上。70年代中期，大功率晶体管和功率MOSFET 问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅双极晶体管（IGBT）问世，它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的集成性能，MOS门控晶体管的改进，以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。 瑞士ABB半导体公司是ABB集团的全资子公司，是世界上最著名的大功率半导体生产商之一。西安赛晶电子科技责任有限公司是瑞士ABB 半导体公司在中国的首家代理，本公司在为客户提供先进的大功率半导体器件的同时，以西安电力电子技术研究所为其坚强的技术后盾，为客户提供较强的技术支持和服务。 一大功率半导体器件的最新发展 1．普通晶闸管(PCT) PCT自问世以来，其功率容量已提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产Φ100mm，8000V/4000A的晶闸管。日本现在已能稳定生产8000V/4000A和6000V/6000A的光触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC，静止无功补偿（SVC），大功率直流电源及超大功率和高压变频调速等方面仍然占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。 2、门极可关断晶闸管(GTO) 1982年日本日立公司首先研制成功2500V,1000A的GTO。许多的生产商可提供额定开关功率36MVA(6000V,6000A)用的高压大电流GTO。为了折衷它的导通、开通和关断特性，传统GTO的典型的关断增量仅为3-5。GTO关断期间的不均匀性使GTO关断期间dv/dt必须限制在 500-1000v/μs。为此,人们不得不使用体积大、笨重、昂贵的吸收电路。它的其他缺点是门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率。但是，高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管，这些突出的优点仍使人们对GTO感兴趣。到目前为止，传统的GTO在高压（VBR>3300V）/大功率（0.5-20MVA）牵引、工业和电力逆变器中是应用得最为普遍得门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究水平为6英寸、6000V/6000A以及9000V/10000A。这种GTO采用了大直径均匀结技术和全压接式结构，通过少子寿命控制技术折衷了GTO导通电压与关断损耗两者之间的矛盾。由于GTO具有门极全控功能，它正在许多应用领域逐步代替PCT。为了满足电力系统对1兆VA以上的三相逆变功率电压源的需要，近期很可能开发10，000A,12,000V的GTO,并可能解决30多个高压GTO串联的技术，可望使电力电子技术在电力系统应用方面再上一个台阶。 3、绝缘栅双极晶体管（IGBT）
第六节常用的元器件半导体三极管 半导体三极管是电子设备的关键器件之一。它对信号具有放大及开关控制作用，也用于振荡、调制等，与电子管比较具有体积小、重量轻、坚固耐震、使用寿命长、耗电省等优点。 6.1 半导体三极管的分类 6.2 半导体三极管的极性判别 6.2.1 管型和管脚排列 6.2.2 管脚判别 （1）根据管脚排列及色点判别。有一种等腰三角形排列，其顶点是基极，有红色点的一边是集电极，另一极为发射极。另一种等腰三角形排列，顶点是基极，管帽边缘凸出的一边为发射极，另一极为集电极。还有一种等腰三角形排列，靠不同的色点来区分。顶点与管壳上的红点标记相对应的为集电极，与白点对应的为基极，与绿点对应的为发射极。有些管子管脚排成一条直线而距离相等，则管壳带红点的一边为发射极，中间为集电极，另一脚为基极，靠里的为基极，另一个为集电极。四个管脚的晶体管，若有四个点色，则红色点对应的是集电极，白色点对应的是基极，绿色点对应的是发射极，黑色点对应的是地线。有些四个管脚的晶体管，管壳带有凸缘，可将管脚朝向自己，则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、地线。对塑封晶体管，可将剖去一个平面或去掉一个角的标记朝向自己，则从
左至右依次依次为发射极、基极、集电极。超小型晶体管，其中一个管脚截去一角为标记，定位发射极，与其垂直的管脚为集电极。另一个管脚为基极。还有一种超小型三极管，将球面向上，管脚朝自己，则从左至右依次是基极、集电极、和发射极。以上均可参见图1-23。 （2）用万用表判别。目前晶体管的品种繁多，一般都可以用万用表判别管脚。其依据是：NPN型管子基极到发射极和基极到集电极均为PN结的正向，而PNP型管子基极到发射极和基极到集电极均为PN结反 向。 首先判别管子的基极。将万用表拨 在R*100或R*1k档上，用黑表棒 接触某一管脚，用红表棒分别接触 另两个管脚，如表头读数都很小 （约几千欧），则与黑表棒接触的那一管脚是基极，同时可知此管子为NPN型。若用红表棒接触某一管脚，而用黑表棒分别接触另两个管脚，表头读数同样都很小（约几百欧）时，则与红表棒接触的那一管脚是基极，同时可知此管子为PNP 型。用上述方法既判定了晶体管的基极，又判别了管子的类型。 接着判别发射极和集电极。以NPN型管子为例，确定基极后，假定其余的两只脚中的一只是集电极，将黑表棒接在此脚
第一章题解－1 第一章 常用半导体器件 习 题 1.1 选择合适答案填入空内。 （1）在本征半导体中加入 元素可形成N 型半导体，加入 元素可形成P 型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 （3）工作在放大区的某三极管，如果当I B 从12μA 增大到22μA 时，I C 从1m A 变为2m A ，那么它的β约为 。 A. 83 B. 91 C. 100 （4）当场效应管的漏极直流电流I D 从2m A 变为4m A 时，它的低频跨导g m 将 。 A.增大 B.不变 C.减小 解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A 1.2 能否将1.5V 的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？ 解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V 时，管子会因电流过大而烧坏。 1.3 电路如图P1.3所示，已知u i ＝10s in ωt (v)，试画出u i 与u O 的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。 图P1.3
第一章题解－2 解图P1.3 解：u i 和u o 的波形如解图P1.3所示。 1.4 电路如图P1.4所示，已知u i ＝5s in ωt (V)，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出u i 与u O 的波形，并标出幅值。 图P1.4 解图P1.4 解：波形如解图P1.4所示。 1.5 电路如图P1.5（a ）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b ）所示，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出输出电压u O 的波形，并标出幅值。 图P1.5 解：u O 的波形如解图P1.5所示。
13种常用的功率半导体器件介绍 电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。 1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管 MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点： （1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2； （2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V； （3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s； （4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断； 2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors） IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。 IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT
半导体电子元器件的有哪些以及命名方式
半导体电子元器件的有哪些以及命名方式 半导体器件(semiconductor device)通常，这些半导体材料是硅、锗或砷化镓，可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。为了与集成电路相区别，有时也称为分立器件。绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个PN结。利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。三端器件一般是有源器件，典型代表是各种晶体管(又称晶体三极管)。晶体管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两类。根据用途的不同，晶体管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。除了作为放大、振荡、开关用的一般晶体管外，还有一些特殊用途的晶体管，如光晶体管、磁敏晶体管，场效应传感器等。这些器件既能把一些环境因素的信息转换为电信号，又有一般晶体管的放大作用得到较大的输出信号。此外，还有一些特殊器件，如单结晶体管可用于产生锯齿波，可控硅可用于各种大电流的控制电路，电荷耦合器件可用作摄橡器件或信息存储器件等。在通信和雷达等军事装备中，主要靠高灵敏度、低噪声的半导体接收器件接收微弱信号。随着微波通信技术的迅速发展，微波半导件低噪声器件发展很快，工作频率不断提高，而噪声系数不断下降。微波半导体器件由于性能优异、体积小、重量轻和功耗低等特性，在防空反导、电子战、C(U3)I等系统中已得到广泛的应用。 1、物质的分类 按照导电能力的大小可以分为导体、半导体和绝缘体。导电能力用电阻率衡量。 导体：具有良好导电性能的物质，如铜、铁、铝电阻率一般小于10-4Ω?cm 绝缘体：导电能力很差或不导电的物质，如玻璃、陶瓷、塑料。 电阻率在108Ω?cm以上 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅。 纯净的半导体硅的电阻率约为241000Ω?cm 2、半导体的特性 与导体、绝缘体相比，半导体具有三个显著特点：