任務5 常見半導體器件

半導體是一種具有特殊性質的物質，它不像導體一樣能夠完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅和鍺。本節主要介紹半導體二極管和半導體三極管半導體器件。

1.5.1 半導體器件命名

根據國標符號GB 249—1989，如圖1-13所示半導體器件的型號由五個部分組成。

1.5.2 半導體二極管

1．二極管的結構

二極管是由一個PN結加上兩條電極引線做成管心，并用管殼封閉而成的。P型區的引出線稱為正極或陽極，N型區的引出線稱為負極或陰極。二極管的文字符號為VD。

2．二極管的分類

晶體二極管可分為以下幾類型：

（1）以制造材料分為區分，可分為：鍺二極管、硅二極管等。

（2）以不同用途區分，可分為：整流二極管、開關二極管、檢波二極管等。

（3）以結構區分，可分為：點接觸型二極管、面接觸型二極管。

3．半導體二極管的特性

（1）正向特性

正向特性曲線如圖1-14中第一象限所示。在起始階段，外加正向電壓很小，二極管呈現的電阻很大，正向電流幾乎為零，該曲線段稱為死區。使二極管開始導通的臨界電壓稱為開啟電壓，一般硅二極管的開啟電壓約為0.5V，鍺二極管的開啟電壓約為0.2V。

當正向電壓超過開啟電壓后，電流隨電壓的上升迅速增大，二極管電阻變得很小，進入正向導通狀態。曲線較陡直，電壓與電流的關系近似為線性，為導通區。導通后二極管兩端的正向電壓稱為正向壓降（或管壓降），這個電壓比較穩定，幾乎不隨流過的電流大小而變化。一般硅二極管的正向壓降約為0.7V，鍺二極管的正向壓降約為0.3V。

（2）反向特性

反向特性曲線如圖1-14第三象限所示。

二極管加反向電壓時，在起始的一段范圍內，只有很少的少數載流子，也就是很小的反向電流，且不隨反向電壓的增加而改變，稱為反向飽和電流或反向漏電流。該段稱反向截止區。一般硅管的反向電流為0.1毫安，鍺管為幾十微安。

注意：反向飽和電流隨溫度的升高而急劇增加，硅管的反向飽和電流要比鍺管的反向飽和電流小。在實際應用中，反向電流越小，二極管的質量越好。當反向電壓增大到超過某一值時，反向電流急劇增大，這一現象稱為反向擊穿，所對應的電壓稱為反向擊穿電壓。

4．晶體二極管主要參數

（1）最大整流電流IFM：二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。

（2）正向壓降VD：二極管正向偏置，流過電流為最大整流電流時的正向壓降值。

（3）最大反向工作電壓VRM：二極管使用時允許施加的最大反向電壓。一般為反向擊穿電壓VBR一半。

（4）反向電流IRM：二極管未擊穿時的反向電流值。

（5）最高工作頻率fM：保證二極管正常工作的最高頻率。

1.5.3 半導體三極管

1．三極管的結構

三極管由兩個PN結構成。在N型半導體和P型半導體交錯排列形成三個區，分別稱為發射區，基區和集電區。從三個區引出的引腳分別稱為發射極，基極和集電極，用符號e、b、c來表示。處在發射區和基區交界處的PN結稱為發射結，處在基區和集電區交界處的PN結稱為集電結。符號為VT。

從外表上看兩個N區，（或兩個P區）是對稱的，實際上發射區的摻雜濃度大，集電區摻雜濃度低，且集電結面積大。基區要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。

三極管的結構示意圖如圖1-15所示。它有兩種類型：NPN型和PNP型。

2．三極管的分類

（1）按材質分三極管種類有：硅管、鍺管。

（2）按結構分三極管的種類有：NPN、PNP。

（3）按三極管消耗功率的不同三極管的種類有：小功率管、中功率管和大功率管等。

3．半導體三極管的特性

（1）三極管輸入特性曲線。當輸出電壓UCE一定時，反映輸入電流IB與輸入電壓UBE之間的關系曲線叫做三極管輸入特性曲線，如圖1-16（a）所示。

在輸入回路中，由于三極管的發射結是一個正向偏置的PN結，所以三極管的輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線非常相似；和二極管一樣，三極管也有一個導通電壓，通常硅管約為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V。

（2）三極管輸出特性曲線。當輸入電流IB一定時，反映輸出電流IC與輸出電壓 UCE之間關系的曲線叫做三極管輸出特性曲線，如圖1-16（b）所示。

截止區：指IB=0的那條特性曲線以下的區域。在此區域里，三極管的發射結和集電結都處于反向偏置狀態，三極管失去了放大作用，集電極只有微小的穿透電流ICEO。

飽和區：在此區域內，三極管的發射結和集電結均處于正偏。IB失去了對IC的控制能力，這種情況，稱為三極管的飽和，三極管失去了電流放大作用，相當于一個閉合開關。三極管飽和時，三極管集電極與發射極間的電壓稱為集一射飽和壓降，用UCES表示；小功率小功率硅管UCES約為0.3V，硅管的UCES約為0.1V左右。

放大區：處在此區域，三極管發射結正偏，集電結反偏。三極管集電極電流受控于基極電流，三極管具有電流放大作用。

4．三極管的主要參數

（1）直流電流放大系數：可用電流表或晶體管特性圖示儀測得集電極電流IC和基極電流IB后算出，也可用數字萬用表的HFE檔測得。計算公式：

（2）穿透電流ICEO：基極開路時的IC值，此值反映了三極管的熱穩定性，越小越好。用電流表測得。

（3）交流電流放大系數β:IC與IB的變化量之比。可由電流表或晶體管特性圖示儀測得ΔIC和ΔIB后根據下式計算：

（4）反向擊穿電壓BVCEO：基極開路時，C、E之間的擊穿電壓。