晶體管概述晶體管簡介

晶體管分半導(dǎo)體二極管、晶體三極管兩大類。半導(dǎo)體二極管分：1：整流二極管，廣泛應(yīng)用于電源電路中2：檢波二極管，應(yīng)用于微波接收電路中3：開關(guān)二極管，主要用于電子計算機(jī)和各種自動控制系統(tǒng)4：穩(wěn)壓二極管，利用PN結(jié)的齊納擊穿特性制作晶體三極管分：1:雙極型晶體管，兩種載流子（空穴和電子）同時參與導(dǎo)電雙極性晶體管是一種電流控制器件，有NPN、PNP兩種結(jié)構(gòu)形式。它由三個區(qū)域（發(fā)射區(qū)E、基區(qū)B、集電區(qū)C）構(gòu)成，分別稱為發(fā)射極、基極、集電極。雙極型晶體管有兩個PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。2：場效應(yīng)晶體管，只有一種載流子（空穴或電子）參與導(dǎo)電，故又稱單極晶體管。接上頁P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后如圖所示：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在他們的交接處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差別，N型區(qū)內(nèi)電子很多而空穴很少，P型區(qū)則相反。這樣，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果就使P區(qū)和N區(qū)中原來的電中性條件破壞了。

半導(dǎo)體中的離子由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，不能任意移動，因此不參與導(dǎo)電，他們就在P區(qū)和N區(qū)交界面形成一個空間電荷區(qū)（PN結(jié)）?？臻g電荷區(qū)又可看作是一個阻擋層，它對多數(shù)載流子的擴(kuò)散有阻擋作用。接上頁PN結(jié)的單向?qū)щ娦?:外加正向電壓外加電壓正端接P區(qū),負(fù)端接N區(qū).在外加正向電壓的作用下,PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破,P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子都向PN結(jié)移動,與PN結(jié)的原有離子產(chǎn)生中和作用,結(jié)果使PN結(jié)變窄,電阻減小,所以這個方向的外加電壓稱為正向電壓.2:外加反向電壓外加電壓正端接N區(qū),負(fù)端接P區(qū).在這種外電場作用下,P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子都將進(jìn)一步離開PN結(jié),使阻擋層厚度加寬.

接上頁PN結(jié)的反向擊穿加到PN結(jié)兩端的反向電壓增大到一定數(shù)值，反向電流突然增加，這個現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿VBR稱為反向擊穿電壓PN結(jié)電擊穿后電流很大，電壓很高，容易使PN結(jié)發(fā)熱超過它的耗散功率而過渡到熱擊穿。這時PN結(jié)的電流和溫升之間出現(xiàn)惡性循環(huán)，從而很快使PN結(jié)燒毀。雪崩擊穿：當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子的倍增情況就像在陡峭的積雪山坡上發(fā)生雪崩一樣，再流子增加的多而快，使反向電流急劇增大，于是PN結(jié)就發(fā)生雪崩擊穿。齊納擊穿：在加有較高的反向電壓下，PN結(jié)空間電荷區(qū)中存在一個強(qiáng)電場，它能夠破壞共價鍵將束縛電子分離出來造成電子空穴對，形成較大的反向電流。接上頁二極管的結(jié)構(gòu)二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸性和面接觸性兩類。點接觸型點接觸型二極管是由一根很細(xì)的金屬觸絲和一塊半導(dǎo)體的表面接觸，然后正向通過很大的瞬時電流，是觸絲和半導(dǎo)體牢固的熔接在一起，構(gòu)成PN結(jié)由于點接觸型二極管金屬絲很細(xì),形成的PN結(jié)面積很小,所以極間電容很小,同時也不能承受高的反向電壓和電流.這種類型的管子適于作高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件.接上頁面接觸型面接觸型二極管的PN結(jié)用合金法或擴(kuò)散法做成的由于面接觸型二極管的PN結(jié)面積大,可承受較大電流,但極間電容也大.這種類型的管子適用于整流,而不適用于高頻電路中.接上頁２：反向特性P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子－電子和N型半導(dǎo)體的少數(shù)載流子－空穴，在反向電壓作用下很容易通過PN結(jié)，形成反向飽和電流。溫度升高時，由于少數(shù)載流子增加，反向電流將隨之急劇增加。３：反向擊穿特性當(dāng)反向電壓增加到一定的大小時，反向電流劇增，這叫做二極管的反向擊穿。其原因與PN結(jié)擊穿相同。二極管的極間電容勢壘電容CB當(dāng)PN結(jié)兩端電壓改變時，就會引起積累在PN結(jié)的空間電荷的改變，從而顯示出PN結(jié)的電容效應(yīng)。勢壘電容CB的大小與PN結(jié)面積S成正比，與阻擋厚度成反比。反向偏置的增加，會使阻擋厚度增大而使勢壘電容減小。正向偏置相反。勢壘電容在反向偏置時顯得更加重要。擴(kuò)散電容反映了在外加電壓作用下載流子在擴(kuò)散過程中積累的情況PN結(jié)在正向偏置時，擴(kuò)散電容較大.而反向偏置時,擴(kuò)散電容數(shù)值很小,一般可以忽略.由上可見,在高頻應(yīng)用時,對于二極管的PN結(jié),必須考慮結(jié)電容的影響.接上頁兩種特殊的二極管穩(wěn)壓二極管管子的雜質(zhì)濃度較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，容易形成強(qiáng)電場。當(dāng)反向電壓加到一特定值時，反向電流激增，產(chǎn)生反向擊穿。該反向擊穿電壓即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管的作用在于，電流增量IZ很大，只引起很小的電壓變化VZ。曲線越陡，動態(tài)電阻RZ＝VZ/IZ越小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能越好。接上頁光電二極管光電二極管的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升,在管殼上備有一個玻璃窗口以便于接受光照.它的反向電流與照度成正比.光電二極管可用來作為光的測量.當(dāng)制成大面積的光電二極管是,可當(dāng)作一種能源,稱為光電池.半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管是通過一定的工藝，將兩個PN結(jié)結(jié)合在一起的元件．由于兩個PN結(jié)之間的互相影響，使半導(dǎo)體三極管表現(xiàn)出不同于單個PN結(jié)的特性而具有電流放大功能，從而使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍．三級管結(jié)構(gòu)簡介三級管按頻率分，有高頻、低頻管；安功率分，有大、中、小功率管；按材料分，有硅管、鍺管等等。這是硅平面管的管芯結(jié)構(gòu)圖，它是在N型硅片氧化膜上光刻一個窗口，進(jìn)行硼雜質(zhì)擴(kuò)散，獲得P型基區(qū)，經(jīng)氧化膜掩護(hù)后再在P型半導(dǎo)體上光刻一窗口，進(jìn)行高濃度的磷擴(kuò)散，獲得N型發(fā)射區(qū)，表面是一層二氧化硅保護(hù)層，N型襯底則用作集電極。接上頁電路中的圖形圖中發(fā)射極的箭頭表示發(fā)射結(jié)在正向接法下的電流方向，NPN型管子的發(fā)射極箭頭向外。三極管的放大作用三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后達(dá)到集電極而實現(xiàn)的。為了保證這一傳輸過程，一方面要滿足內(nèi)部條件，即要求發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度,同時基區(qū)厚度很??；另一方面要滿足外部條件，即發(fā)射結(jié)要正向偏置、集電結(jié)要反向偏置。三級管內(nèi)各個電流之間有確定的分配關(guān)系，所以只要輸入電流給定了，輸出電流和輸出電壓便基本確定了。而表征三級管電流控制作用的參數(shù)就是電流放大系數(shù)。接上頁放大作用如圖所示,這是一個簡單的放大器.在基極和發(fā)射級之間的回路上加上一個待放大的輸入信號Vi。這樣發(fā)射結(jié)的外加電壓將等于VEE+Vi，由于外加電壓的變化，將使發(fā)射極電流IE相應(yīng)的變化，由于PN結(jié)的正向電壓對電流的控制作用是很靈敏的，因此Vi的微小變化就可以引起IE的很大變化，而IC＝aIE,所以又相應(yīng)引起IC的變化。集電極電流通過接在集電極上的負(fù)載電阻R產(chǎn)生一個變化電壓V0，則從R取出來的變化電壓V0隨時間的變化規(guī)律和Vi相同，但幅度卻大了很多倍。所增大的倍數(shù)稱為電壓放大倍數(shù)。接上頁連接方式三級管可有三種連接方式：共基極、共發(fā)射極、共集電極。對于共射級電路，研究其放大過程主要是分析集電極電流與基極電流之間的關(guān)系Β＝IC／IB

由此我們可以得出一個很重要的結(jié)論：發(fā)射區(qū)每向基區(qū)供給一個復(fù)合用的載流子，就向集電區(qū)供給Β個載流子。這是三級管內(nèi)固定不變的電流分配原則。共射級電路不但能得到電壓放大，而且能得到電流放大，所以共射級電路是目前應(yīng)用最廣泛的一種組態(tài)。接上頁三級管的主要參數(shù)1：電流放大系數(shù)。常用的三級管的放大值通常在10～100之間。該值太小放大作用差，太大易使管子性能不穩(wěn)定。2：集電極－基極反向飽和電流ICBO。表示發(fā)射極開路，C、B間加上一定反向電壓時的反向電流。該值越小越好。3：集電極－發(fā)射極反向飽和電流ICEO。基極開路，C、E間加上一定反向電壓時的集電極電流。該值大的管子性能不穩(wěn)定。極限參數(shù)1：集電極最大允許電流ICM。指三級管的參數(shù)變化不超過允許值實際電機(jī)允許的最大電流。當(dāng)電流超過ICM時，管子性能將顯著下降。2：集電極最大允許功率損耗PCM。表示集電極上允許損耗功率的最大值。為了提高PCM值通常采用加散熱裝置的辦法。3：反向擊穿電壓。三級管的兩個PN結(jié)，如反向電壓超過規(guī)定值，也會發(fā)生擊穿三級管發(fā)生電壓擊穿后，電路中的管子就不能正常工作，但管子并不一定損壞，只要不超過最大功率損耗，而且進(jìn)入擊穿的時間很短時，管子的特性不會變壞，因此擊穿過程還是可逆的。但如果在擊穿后繼續(xù)增大IC，這管子很快就會進(jìn)入二次擊穿狀態(tài)而損壞。接上頁三級管的散熱計算半導(dǎo)體三極管的最大允許耗散功率PCM，決定于總的熱阻RT，最大允許結(jié)溫TJ和環(huán)