1、汽车电工电子技术基础,制作:王晓静,第7章 常用半导体器件,1. 理解半导体材料的导电特性及PN 结的单向导电性。 2. 重点掌握二极管的伏安特性及应用。 3. 熟悉半导体三极管输入、输出特性和三个工作状态。 4. 了解晶闸管的结构、工作原理及主要参数。,第7章 常用半导体器件,自然界中的各种物质，按导电能力的大小可以分为导体、半导体和绝缘体三类。半导体具有热敏性、光敏性和掺杂性，由半导体制成的各种电子器件得到了非常广泛的应用。 (1) 热敏性 半导体的导电性能随着温度发生明显的改变。利用热敏性可制作成各种热敏电阻，用于控制系统和温度测量等。 (2) 光敏性 半导体的导电性能对光照比较敏感。利
2、用光敏性可制作成光电二极管、光电三极管及光敏电阻等多种类型的光电器件，广泛地应用于自动控制和电子设备中。(3) 掺杂性 在纯净的半导体中掺入极少量的杂质元素，将会极大地改变半导体的导电性能。,7.1.1 本征半导体,第7章 常用半导体器件,本征半导体指的是完全纯净，结构完整的半导体晶体。本征半导体中存在电子和空穴两种可以导电的载流子，电子带负电，空穴带正电，本征半导体正是依靠电子和空穴这两种载流子的移动进行导电。,7.1.2 杂质半导体,第7章 常用半导体器件,在纯净的半导体材料中掺入少量的杂质形成杂质半导体，可以显著改变半导体的导电性能。根据掺入的杂质不同，杂质半导体又可以分为型半导体和型半
3、导体。 1.型半导体在纯净半导体中掺入微量的五价元素(如磷)后，就可形成型半导体。 在N型半导体中存在两种导电的载流子：自由电子和空穴。其中自由电子的密度远大于空穴密度，被称为多数载流子，简称为多子；空穴浓度较低被称为少数载流子，简称为少子。型半导体主要依靠电子导电，因此也被成为电子型半导体。 2. 型半导体在纯净半导体中掺入微量的三价元素(如硼)后，就可形成型半导体。P型半导体中空穴的密度远大于自由电子的密度成为多子，自由电子浓度较低成为少子。型半导体主要依靠空穴导电，因此也被称为空穴型半导体。,7.2.1 PN结,第7章 常用半导体器件,1. PN结的形成在一块本征半导体上，通过一定的掺杂
4、工艺，一边形成型半导体，一边形成型半导体，那么在交界面处将形成一个具有特殊功能的薄层，称为PN结。 2. 结的单向导电性PN结最基本的特性就是其单向导电性，即外加正向电压，结导通；外加反向电压，结截止。,7.2.2 半导体二极管,1. 二级管的结构半导体二极管就是由一个结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由区引出的电极称为阳极，区引出的电极称为阴极。因为结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。,第7章 常用半导体器件,7.2.2 半导体二极管,2. 二级管的分类按材料来分，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，
5、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。,第7章 常用半导体器件,7.2.2 半导体二极管,3. 二极管的伏安特性伏安特性是指流过二极管的电流和外加电压的关系。,第7章 常用半导体器件,(1) 正向特性 (2) 反向特性 (3) 反向击穿特性,7.2.2 半导体二极管,4. 二极管的
6、检测（极性和质量）一般情况下，二极管都有一定的标注，塑料封装二极管有标记环的一侧是负极；国产二极管带色点的一端为正极。无标记的二极管，或者要检测二极管的好坏，可以用万用表电阻挡来判断二极管的正、负极和好坏。根据二极管正向电阻小、反向电阻大的特点，将万用表拨到R x 100或R x l k挡(不能用R x l和R x lo k挡，R1挡电流太大，可能烧坏二极管；R x lo k电压太高，可能击穿二极管)。用表笔分别与二极管的两极相接，测出两个电阻值。在所测得阻值较小的一次，与黑表笔相接的一端为二极管正极。同理，在所测得电阻值较大的一次，与黑表笔相接的是二极管负极。,第7章 常用半导体器件,7.2
7、.2 半导体二极管,5. 二极管在汽车上的应用利用二极管的单向导电性，可以组成整流、续流、限幅及检波等电路应用到汽车电路中。 二极管的整流电路 二极管的续流电路,第7章 常用半导体器件,1. 结构稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，具有稳定电压的作用。稳压管与普通二极管的主要区别在于，稳压管是工作在结的反向击穿状态。 2. 伏安特性曲线 3. 主要参数 稳定电压当 (2) 稳定电流 (3) 最大耗散功率和最大稳定电流 (4) 动态电阻,7.3.1 稳压二极管,第7章 常用半导体器件,发光二极管是一种将电能直接转换成光能的光发射器件，简称LED。它是由镓、砷、磷等元素的化合物制成。这些材料
8、构成的加上正向电压时，就会发出光来，光的颜色取决于制造所用的材料。发光二极管的伏安特性和普通二极管相似，死区电压为0.91V，其正向工作电压为1.52.5,工作电流为5mA10mA。反向击穿电压较低，一般小于10V。发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛用于信号指示等电路中 。,7.3.2 发光二极管,第7章 常用半导体器件,光电二极管又称光敏二极管。它的管壳上备有一个玻璃窗口，以便于接受光照。其特点是，它的反向电流随光照强度的增加而线性增加，这时光电二极管等效于一个恒流源。当无光照时，光电二极管的伏安特性与普通二极管一样。
9、 光电二极管作为光控元件可用于物体检测、光电控制、自动报警等方面。大面积的光电二极管可作为一种绿色能源，称为光电池。,7.3.3 光电二极管,第7章 常用半导体器件,第7章 常用半导体器件,半导体三极管又叫晶体三极管或双极型晶体管，简称晶体管或三极管。晶体管种类繁多，按所用材料可以分为硅管和锗管；按结构可以分为管和管；按使用的频率可以分为高频管和低频管；按管子功耗可以分为小功率管、中功率管和大功率管。,三个半导体区为发射区、基区和集电区。三个电极，分别称为发射极、基极、集电极。发射区和基区之间的结称为发射结，集电区和基区的结称为集电结。符号中的箭头方向表示发射结正偏时的实际电流方向。 三极管的
10、制造工艺特点是： (1) 发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度； (2) 基区制作的很薄，掺杂浓度低； (3) 集电结面积大于发射结面积。,7.4.1 半导体三极管的结构和电路符号,第7章 常用半导体器件,7.4.2 三极管的放大原理,第7章 常用半导体器件,三极管在电子线路中用作放大器件时，发射结外加正向电压，集电结外加反向电压，即发射结正偏，集电结反偏。 1. 三极管内部载流子的运动 (1) 发射区向基区注入电子 (2) 电子在基区的扩散和复合 (3) 集电区收集电子 2. 三极管的电流分配和放大作用 三极管三个极的电流符合基尔霍夫定律：(2)静态(直流)电流放大倍数(3)动态(交流)电
11、流放大倍数,3. 三极管的特性曲线 (1) 输入特性曲线 (2) 输出特性曲线,7.4.2 三极管的放大原理,第7章 常用半导体器件,1) 截止区2) 放大区3) 饱和区,4. 三极管的主要参数 (1) 电流放大系数 (2) 极间反向电流 (3) 极限参数,7.4.2 三极管的放大原理,第7章 常用半导体器件,第7章 常用半导体器件,晶闸管是晶体闸流管的简称。又称可控硅。它是一种大功率开关型半导体器件。一种四层三端器件。由于它的特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称晶闸管。又由于晶闸管最初应用于可控整流方面，所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅。在性能上，晶闸管不仅具有单向
12、导电性，而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。晶闸管能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此功率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相应降低，此时，标称电流应降级使用。晶闸管的优点很多，例如，以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪声；效率高，成本低；等等。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管的弱点是静态及动态的过载能力较差容，易受干扰而误导通。,7.5.1 晶闸管的结构
13、,第7章 常用半导体器件,7.5.2 晶闸管的外形,第7章 常用半导体器件,晶闸管的工作条件： (1) 晶闸管承受反向阳极电压时，不管控制极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。 (2) 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在控制极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。 (3) 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论控制极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，控制极失去作用。 (4) 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于时，晶闸管关断。,7.5.4 晶闸管的工作原理,第7章 常用半导体器件,7.5.4 晶闸管的工作原理,第7章 常用半导体器件,晶闸管是一个可控的单向导电开关。它与具有一个结的二极管相比，其差别在于晶闸管正向导电受控制极电流的控制；与具有两个结的三极管相比，其差别在于晶闸管对控制极电流没有放大作用。,第7章 常用半导体器件,1. 半导体的导电特性 2. PN结及导电特性 3. 二极管 4. 三极管 5. 晶闸管,Thank You!,
