电工-常用半导体器件

《电子电工技术》，分享一些当时复习用才做的思维导图，感觉做完确实对知识点掌握程度更OK了，不知道是不是我们学校考试比较简单，最后期末分数老高了，希望你也是！

常用半导体器件

• 半导体
  • 纯净半导体的特点
    • 热敏性
      • 温度升高，某些半导体导电性能明显增强
    • 光敏性
      • 光照后，某些半导体导电性能明显增强
    • 杂质效应
      • 纯净半导体导电性能很差，但掺入微量杂质，可使其导电能力提高几十万倍乃至几百万倍
  • 类型
    • 本征半导体
      • 完全纯净、由单一元素组成、具有晶体结构的半导体
      • 导电能力弱
    • 杂质半导体
      • N型半导体（电子型）
        • 以自由电子导电为主的半导体
      • P型半导体（空穴型）
        • 空穴为多数载流子
      • 在杂质半导体中，多子的浓度有杂质含量决定，与温度无关； 少子的浓度主要由本征激发决定，对温度变化非常敏感； 所以，温度是影响半导体器件性能的一个重要因素
  • PN结及其单向导电性
    • PN结的形成
      • 载流子的扩散运动
      • 内电场的建立
      • 内电场对载流子运动的作用
      • PN结的形成
        • 载流子在P区和N区交界处，同时发生多子的扩散运动和少子的漂移运动，两种运动达到动态平衡， 空间电荷区宽度不再发生变化，形成了稳定的空间电荷区即PN结
    • PN结的单向导电性
      • 外加正向电压（正偏）
      • 外加反向电压（反偏）
• 半导体二极管
  • 伏安特性
    • 正向特性
      • 图（1）段
      • 正向死区
        • 硅管约为0.5伏，锗管约为0.2伏
      • 正向导通区UD
        • 硅管约为0.7伏，锗管约为0.3伏
    • 反向特性
      • 图（2）段
      • 反向电流（反向饱和电流）IS很小，可近似为0
      • IS与电压无关，和温度有关
    • 击穿特性
      • 图（3）段
      • 击穿电压UBR
      • 击穿电流
        • 击穿时反向电流很大，失去了单向导电性。 若无限流散热，易损坏二极管
    • 温度特性
      • 硅管优于锗管
      • 温度升高：PN结变薄、死区电压下降
        • 正向特性左移，反向特性下移
      • 反向电流越大，说明管子的温度稳定性越差
  • 主要参数
    • 最大整流电流IF
      • 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值
      • 由PN结的面积和散热条件所决定，使用时不能超过此值，否则，将会因为过热而烧坏管子
    • 最高反向工作电压URM
      • 允许加在二极管上的反向电压的最大值（峰值）
      • 为安全起见，最高反向电压约为反向击穿电压的一半
    • 最大反向电流IRM
      • 在二极管上加上最大反向工作电压时的反向电流值。
      • 其值越小，管子的单导电性越好
      • 最大反向电流随温度的升高而增加，在高温条件下不能忽略其影响
  • 判别电路中二极管是导通还是截止
    • 先移去二极管，计算其在电路中阳极和阴极电位，再判断两极电位的高低。
    • 若阳极电位大于阴极电位，则二极管导通； 若阳极电位小于阴极电位，则二极管截止。
  • 基本应用
    • 利用二极管的的单向导电性，可用于整流、限幅、检波、元件保护、钳位及数字电路中作为开关元件。
    • 钳位电路
      • 优先导通
        • 电位差大的先导通
        • 多个二极管，接成共阴或者共阳形式时，判断其导通与否，就需要计算移开二极管后， 每个二极管的阳极和阴极之间的电位差，电位差大的二极管优先导通
    • 限幅电路
      • 利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点， 可组成限幅（削波）电路，用以限制输出电压的幅度
• 特殊二极管
  • 稳压二极管
    • 伏安特性
      • 稳压管又叫齐纳二极管，面接触型二极管，反向伏安特性较陡，并工作在反向击穿区
      • 稳压管在使用时都要串联限流电阻
    • 主要参数
      • 稳定电压Uz
      • 稳定电流Iz和最大稳定电流IZM
      • 最大耗散功率PZM
    • 稳压二极管在工作时应接反向电压，并串入限流调压电阻R
• 半导体三极管
  • 分类
  • 电流放大作用
    • 为使三极管具有电流放大作用， 其外加电压的要求
      • 发射结正偏 ：NPN管:UBE>0 ；PNP管:UBE<0
      • 集电极反偏 ：NPN管:UBC<0 ；PNP管:UBC>0
  • 三极管与电源的连接
    • • 基极与发射极构成——输入回路
      • 集电极与发射极构成——输出回路
  • 三极管中的电流分配关系
    • 将从发射区扩散到基区的电子，到达集电极的部分（ICN）与在基区复合的部分（IBN）之比 称为直流电流放大系数，用β表示
      • • 直流电流放大系数
    • 死去电压
      • • 三极管的输入特性是非线性的，所以三极管是非线性器件。 但输入特性的陡峭上升部分近似为一直线，在这一段可认为iB与uBE成正比， 是输入特性的线性区
        • 只有在发射结外加电压大于死区电压时，晶体管才会出现IB。 硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。
        • 正常导通工作情况下， NPN型硅管的发射结电压UBE＝0.6～0.8V， 锗管UBE＝0.2～0.3V。PNP管为负值
    • 输出特性
      • • 输出特性可分为三个区：放大区、饱和区、截止区
      • 输出特性曲线是以iB为参变量的一族曲线。
      • 截止区
        • 外加电压
        • 实际上只要发射极电压小于其开启电压，即截止
      • 放大区
        • 发射结正偏、集电结反偏
        • 外加电压
        • 特点
          • 放大性
          • 恒流性
          • 可控性
      • 饱和区
        • 发射结正偏、集电结正偏或零偏
        • 外加电压
        • 特点
          • 集电极电流不随基极电流增大而增大
          • UCE=0.3V(硅管）、0.1V（锗管）
  • 三极管工作状态的判定
    • 根据UBE和UCE的数值
      • 若UBE≤0.5V（硅管），则三极管处于截止状态
      • 若UBE>0.5V（硅管），则三极管处于放大或饱和状态，此时再比较UCE、UBE的大小。 若UCE-UBE>0.7V，则三极管处于放大状态；否则为截止状态。
    • 通过电流大小
      • 临界饱和时的集电极电流为
      • 临界饱和时的基极电流为
      • 若实际电路中的基极电流
        • 说明三极管工作在饱和状态，此时： NPN管UCE＝0.3V（硅管），UCE＝0.1V（锗管）
      • 若实际电路中的基极电流
        • 说明三极管工作在放大状态状态 ，此时: UCE＝UCC－ICRC
      • 当UBE≤0V时IB＝0,三极管处于截止状态
    • 例：测量三极管三个电极对地电位如下图所示，试判断三极管的工作状态。
• ①由于反向电流是由少子形成的，反向电流很小， 一般可以忽略不计 ，PN结呈高阻截止状态； ②在一定温度下，少子的浓度不变， 因而反向电流不随外加电压而变化， 故称为反向饱和电流IS； ③由于少子的浓度对温度的变化敏感， 反向饱和电流随温度升高而增大。 ================ ================ →PN结的单向导电性： PN结正偏时，呈低阻导通状态； PN结反偏时，呈高阻截止状态。 →反向击穿现象： 当反向电压超过一定值时， 反向电流将急剧增加，单向导电性将被破坏。