項目5半導(dǎo)體電子元件

1、項目項目5 5 半導(dǎo)體電子元件的認(rèn)識與應(yīng)用半導(dǎo)體電子元件的認(rèn)識與應(yīng)用【知識目標(biāo)知識目標(biāo)】1.學(xué)習(xí)二極管、三極管和集成電路的種類、作用與標(biāo)學(xué)習(xí)二極管、三極管和集成電路的種類、作用與標(biāo)識方法。識方法。2.了解二極管、三極管和集成電路的主要參數(shù)。了解二極管、三極管和集成電路的主要參數(shù)。3.了解不同類型集成電路的作用。了解不同類型集成電路的作用。【技能目標(biāo)技能目標(biāo)】1. 能用目視法判斷識別常見二極管、三極管和集成電能用目視法判斷識別常見二極管、三極管和集成電路的種類，能正確叫出各種器件的名稱。路的種類，能正確叫出各種器件的名稱。2.會用萬用表對各種二極管、三極管進(jìn)行正確測量，會用萬用表對各種二極管、三

2、極管進(jìn)行正確測量，并對其質(zhì)量做出評價。并對其質(zhì)量做出評價。5.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 純凈的半導(dǎo)體被稱為本征半導(dǎo)體。純凈的半導(dǎo)體被稱為本征半導(dǎo)體。 目前用于制造半導(dǎo)體器件的材料主要有目前用于制造半導(dǎo)體器件的材料主要有硅（硅（Si）、鍺）、鍺(Ge)、砷化鎵、砷化鎵(GaAs)、碳、碳化硅化硅(SiC)和磷化銦和磷化銦(InP)等，其中以硅和等，其中以硅和鍺最為常用。鍺最為常用。 硅和鍺都是四價元素。硅和鍺都是四價元素。1本征半導(dǎo)體中的兩種載流子本征半導(dǎo)體中的兩種載流子電子和空穴電子和空穴 在室溫下，本征半導(dǎo)體中的少數(shù)價電子因在室溫下，本征半導(dǎo)體中的少數(shù)價電子因受熱而獲得能量，擺脫原子核的束

3、縛，從共價受熱而獲得能量，擺脫原子核的束縛，從共價鍵中掙脫出來，成為自由電子。與此同時，失鍵中掙脫出來，成為自由電子。與此同時，失去價電子的硅或鍺原子在該共價鍵上留下了一去價電子的硅或鍺原子在該共價鍵上留下了一個空位，這個空位稱為空穴。電子與空穴是成個空位，這個空位稱為空穴。電子與空穴是成對出現(xiàn)的，所以稱為電子對出現(xiàn)的，所以稱為電子-空穴對?？昭▽Α?自由電子帶負(fù)電荷，空穴帶正電荷，它們都對自由電子帶負(fù)電荷，空穴帶正電荷，它們都對形成電流做出貢獻(xiàn)，因此稱自由電子為電子載形成電流做出貢獻(xiàn)，因此稱自由電子為電子載流子，稱空穴為空穴載流子。本征半導(dǎo)體在外流子，稱空穴為空穴載流子。本征半導(dǎo)體在外電場的

4、作用下，其電流為電子流與空穴流之和。電場的作用下，其電流為電子流與空穴流之和。2本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特性本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特性 實驗發(fā)現(xiàn)，本征半導(dǎo)體受熱或光照后其實驗發(fā)現(xiàn)，本征半導(dǎo)體受熱或光照后其導(dǎo)電能力大大增強。導(dǎo)電能力大大增強。 這就是本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特這就是本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特性。利用這種特性就可以做成各種熱敏性。利用這種特性就可以做成各種熱敏元件和光敏元件，在自動控制系統(tǒng)中有元件和光敏元件，在自動控制系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。3本征半導(dǎo)體的摻雜特性本征半導(dǎo)體的摻雜特性 實驗發(fā)現(xiàn)，在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其實驗發(fā)現(xiàn)，在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其他元素，

5、會使其導(dǎo)電能力大大加強。例如，在他元素，會使其導(dǎo)電能力大大加強。例如，在硅本征半導(dǎo)體中摻入百萬分之一的其它元素，硅本征半導(dǎo)體中摻入百萬分之一的其它元素，它的導(dǎo)電能力就會增加一百萬倍。這就是半導(dǎo)它的導(dǎo)電能力就會增加一百萬倍。這就是半導(dǎo)體的摻雜特性。體的摻雜特性。 摻入的微量元素稱為雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)后的摻入的微量元素稱為雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體有本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體有P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩大類。型半導(dǎo)體兩大類。(1) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素，如硼（在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素，如硼（B）、）、銦（銦（I）等，在半導(dǎo)體內(nèi)就

6、產(chǎn)生了大量空穴，）等，在半導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生了大量空穴，這種半導(dǎo)體叫做這種半導(dǎo)體叫做P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 在在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，簡稱型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，簡稱“多子多子”，電子是少數(shù)載流子，簡稱，電子是少數(shù)載流子，簡稱“少子少子”。但整個但整個P型半導(dǎo)體是呈現(xiàn)電中性的。型半導(dǎo)體是呈現(xiàn)電中性的。P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體是以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，所以它又稱為空是以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，所以它又稱為空穴型半導(dǎo)體。穴型半導(dǎo)體。(2) N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價元素，如磷在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價元素，如磷（P），砷（），砷（As）等，在半導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生許多）等，在半導(dǎo)體

7、內(nèi)會產(chǎn)生許多自由電子，這種半導(dǎo)體叫做型半導(dǎo)體。自由電子，這種半導(dǎo)體叫做型半導(dǎo)體。 在在 N 型半導(dǎo)體中，電子載流子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，型半導(dǎo)體中，電子載流子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，所以電子是所以電子是 N 型半導(dǎo)體中的多子，空穴是型半導(dǎo)體中的多子，空穴是N型型半導(dǎo)體中的少子。但整個半導(dǎo)體中的少子。但整個N型半導(dǎo)體是呈現(xiàn)電型半導(dǎo)體是呈現(xiàn)電中性的。中性的。N型半導(dǎo)體是以電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)型半導(dǎo)體是以電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，所以它又稱為電子型半導(dǎo)體。體，所以它又稱為電子型半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體中多子的濃度取決于摻入雜質(zhì)的多少，半導(dǎo)體中多子的濃度取決于摻入雜質(zhì)的多少，少子的濃度與溫度有密切的關(guān)系。少子的濃度與溫度有密切的

8、關(guān)系。5.1.2 PN結(jié)結(jié) 單純的一塊單純的一塊P型半導(dǎo)體或型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，只型半導(dǎo)體，只能作為一個電阻元件來使用。但是如果能作為一個電阻元件來使用。但是如果把把P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體通過一定的制型半導(dǎo)體通過一定的制作工藝結(jié)合起來就形成了作工藝結(jié)合起來就形成了PN結(jié)。結(jié)。 PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、晶閘管管、晶閘管 、集成電路等眾多半導(dǎo)體器、集成電路等眾多半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。件的基礎(chǔ)。1 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成 在一塊完整的本征硅（或鍺）片上，在一塊完整的本征硅（或鍺）片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成用不同的摻雜工藝使其一邊形成 N

9、 型半型半導(dǎo)體，另一邊形成導(dǎo)體，另一邊形成 P 型半導(dǎo)體，在這兩型半導(dǎo)體，在這兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體的交界面附近就會形成一種雜質(zhì)半導(dǎo)體的交界面附近就會形成一個具有特殊性質(zhì)的薄層，這個特殊的薄個具有特殊性質(zhì)的薄層，這個特殊的薄層就是層就是PN 結(jié)。結(jié)。 2.PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦越Y(jié)的單向?qū)щ娞匦?實驗電路實驗電路 結(jié)論：結(jié)論： PN結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通，結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通，PN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓時截止，所以時截止，所以PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.1.3二極管的結(jié)構(gòu)和符號二極管的結(jié)構(gòu)和符號 1.半導(dǎo)體二極管的圖形符號和特點半導(dǎo)體二極管的圖形符號和特點 符號符號特點：特點：單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)?/p>

10、電性 ，加正向電壓導(dǎo)，加正向電壓導(dǎo)通（陽極接高電位，陰極接通（陽極接高電位，陰極接低電位），加反向電壓截止低電位），加反向電壓截止（陰極接高電位，陽極接低（陰極接高電位，陽極接低電位）電位） 。二極管的文字符號在國際標(biāo)準(zhǔn)中用二極管的文字符號在國際標(biāo)準(zhǔn)中用VD表示。表示。 各種形狀的二極管5.1.4二極管的伏安特性二極管的伏安特性硅和鍺二極管的伏安特性曲線硅和鍺二極管的伏安特性曲線 總結(jié)：總結(jié)： 二極管的伏安特性是非線性的，二極管的伏安特性是非線性的，所以二極管是一種非線性元件。所以二極管是一種非線性元件。 在外加電壓取不同值時，就可以在外加電壓取不同值時，就可以使二極管工作在不同的區(qū)域，從而充

11、使二極管工作在不同的區(qū)域，從而充分發(fā)揮二極管的作用。分發(fā)揮二極管的作用。 5.1.5 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 在實際應(yīng)用中，常用二極管的參數(shù)來定在實際應(yīng)用中，常用二極管的參數(shù)來定量描述二極管在某一方面的性能。量描述二極管在某一方面的性能。 二極管的主要參數(shù)有：二極管的主要參數(shù)有： 1 最大整流電流最大整流電流 IF 最大整流電流最大整流電流IF是指二極管長期工作時是指二極管長期工作時允許通過的最大正向直流電流。允許通過的最大正向直流電流。 2 最大反向工作電壓最大反向工作電壓URM 最大反向工作電壓最大反向工作電壓URM是指二極管在工作是指二極管在工作時所能承受的最大反向電壓值。時所

12、能承受的最大反向電壓值。5.1.6 二極管的實際應(yīng)用二極管的實際應(yīng)用 1.整流整流 整流就是將交流電變成脈動直流電。利整流就是將交流電變成脈動直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相和三相整用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相和三相整流電路，再經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓，就可以得到平流電路，再經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓，就可以得到平穩(wěn)的直流電。穩(wěn)的直流電。 2. 檢波檢波 在收音機和電視機中，需要將音頻信號在收音機和電視機中，需要將音頻信號和視頻信號從載波中分離出來，這個任務(wù)就和視頻信號從載波中分離出來，這個任務(wù)就叫做檢波，承擔(dān)檢波任務(wù)的主要元件就是二叫做檢波，承擔(dān)檢波任務(wù)的主要元件就是二極管。極管。 3. 限幅限幅 利用

13、二極管導(dǎo)通后壓降很小且基本不變的特性，利用二極管導(dǎo)通后壓降很小且基本不變的特性，可以構(gòu)成限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某可以構(gòu)成限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值內(nèi)，以保證放大器不因為信號過強而一電壓值內(nèi)，以保證放大器不因為信號過強而造成阻塞。造成阻塞。 4.電子開關(guān)電子開關(guān) 利用二極管的導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，將其串聯(lián)利用二極管的導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，將其串聯(lián)在電路中，就構(gòu)成了一個電子開關(guān)，并且這個在電路中，就構(gòu)成了一個電子開關(guān)，并且這個電子開關(guān)沒有機械動作，沒有磨損和接觸不良電子開關(guān)沒有機械動作，沒有磨損和接觸不良現(xiàn)象，更為重要的是，其開關(guān)頻率可以很高，現(xiàn)象，更為重要的是，其開關(guān)頻率可以很

14、高，可達(dá)到每秒幾百萬次，這是機械開關(guān)根本辦不可達(dá)到每秒幾百萬次，這是機械開關(guān)根本辦不到的。開關(guān)二極管在數(shù)字電子技術(shù)中有廣泛的到的。開關(guān)二極管在數(shù)字電子技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用。 5.1.7 特殊二極管特殊二極管 1.硅穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管 硅穩(wěn)壓二極管（簡稱穩(wěn)壓管）工作在反向硅穩(wěn)壓二極管（簡稱穩(wěn)壓管）工作在反向擊穿區(qū)，其電流變化很大而電壓基本不變，利擊穿區(qū)，其電流變化很大而電壓基本不變，利用這一特性可實現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)定。用這一特性可實現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓二極管的伏安特性和符號穩(wěn)壓二極管的伏安特性和符號 在實際中使用穩(wěn)壓二極管要滿足兩個條件：在實際中使用穩(wěn)壓二極管要滿足兩個條件： 1 1、反

15、向運用，保證管子工作在反向擊穿狀態(tài)；、反向運用，保證管子工作在反向擊穿狀態(tài)； 2 2、要有限流電阻配合使用，保證流過管子的、要有限流電阻配合使用，保證流過管子的電流在允許范圍內(nèi)。電流在允許范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管常用的穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管常用的穩(wěn)壓電路返回返回本章本章目錄目錄2. 發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED） 發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，能把電能發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，能把電能直接轉(zhuǎn)化成光能。它是由鎵（直接轉(zhuǎn)化成光能。它是由鎵（Ga）、砷）、砷（AS）、磷（）、磷（P）等元素的化合物制成。）等元素的化合物制成。 由這些材料構(gòu)成的由這些材料構(gòu)成的PN結(jié)在加上正向電壓結(jié)在加上正向電壓時，就會發(fā)出光來，光的

16、顏色主要取決于制造時，就會發(fā)出光來，光的顏色主要取決于制造所用的材料。如砷化鎵發(fā)出紅色光、磷化鎵發(fā)所用的材料。如砷化鎵發(fā)出紅色光、磷化鎵發(fā)出綠色光等。出綠色光等。 目前市場上發(fā)光二極管的顏色有紅、橙、目前市場上發(fā)光二極管的顏色有紅、橙、黃、綠、藍(lán)五種，其外型有圓型、長方型等數(shù)黃、綠、藍(lán)五種，其外型有圓型、長方型等數(shù)種。種。各種發(fā)光二極管的外形和符號各種發(fā)光二極管的外形和符號3. 光電二極管光電二極管 光電二極管又稱光敏二極管，是一種光接收器光電二極管又稱光敏二極管，是一種光接收器件，其件，其PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)。結(jié)工作在反偏狀態(tài)。光電二極管的符號和結(jié)構(gòu)光電二極管的符號和結(jié)構(gòu) 4. 激光二極管激

17、光二極管 激光（是英文激光（是英文Laser的意譯）是由人造的激光器產(chǎn)生的，的意譯）是由人造的激光器產(chǎn)生的，在自然界中尚未有發(fā)現(xiàn)。在自然界中尚未有發(fā)現(xiàn)。 激光器分為固體激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。激光器分為固體激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。 半導(dǎo)體激光器是所有激光器中效率最高、體積最小的半導(dǎo)體激光器是所有激光器中效率最高、體積最小的一種，現(xiàn)在已投入使用的半導(dǎo)體激光器是砷化鎵激光一種，現(xiàn)在已投入使用的半導(dǎo)體激光器是砷化鎵激光器，即激光二極管。器，即激光二極管。 激光二極管的應(yīng)用非常廣泛，計算機中的光驅(qū)、遠(yuǎn)程激光二極管的應(yīng)用非常廣泛，計算機中的光驅(qū)、遠(yuǎn)程照射、激光唱機（即照射、激光唱機（

18、即CD唱機）和激光影碟機（有唱機）和激光影碟機（有LD、VCD和和DVD影碟機）中都少不了它。影碟機）中都少不了它。 激光二極管工作時，接正向電壓，當(dāng)激光二極管工作時，接正向電壓，當(dāng)PN結(jié)中通過一定結(jié)中通過一定的正向電流時，的正向電流時，PN結(jié)發(fā)射出激光。結(jié)發(fā)射出激光。【知識拓展知識拓展】有機發(fā)光二極管有機發(fā)光二極管 一般的發(fā)光二極管由無機半導(dǎo)體材料如鎵、砷、磷等一般的發(fā)光二極管由無機半導(dǎo)體材料如鎵、砷、磷等制成，工藝復(fù)雜，成本較高。另外，普通無機發(fā)光二制成，工藝復(fù)雜，成本較高。另外，普通無機發(fā)光二極管為點光源，較難應(yīng)用于大面積并需要高分辨率的極管為點光源，較難應(yīng)用于大面積并需要高分辨率的組件

19、，并且不可能做得很薄。組件，并且不可能做得很薄。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所馬東閣研究員領(lǐng)導(dǎo)的中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所馬東閣研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，在研究小組，在2009年年4月，利用類似于塑料的碳基有機月，利用類似于塑料的碳基有機材料制成了有機發(fā)光二極管，其加工比較簡單，成本材料制成了有機發(fā)光二極管，其加工比較簡單，成本較低，而且這種有機發(fā)光二極管是一種光源面積較大較低，而且這種有機發(fā)光二極管是一種光源面積較大的面光源。的面光源。實驗結(jié)果表明，這種有機發(fā)光二極管只需要單發(fā)實驗結(jié)果表明，這種有機發(fā)光二極管只需要單發(fā)光層就能實現(xiàn)高效率，而不需要多個復(fù)雜的發(fā)光層，光層就能實現(xiàn)高效率，而不需要多個復(fù)雜的發(fā)

20、光層，把單元有機發(fā)光二極管串聯(lián)起來，就可以實現(xiàn)更高的把單元有機發(fā)光二極管串聯(lián)起來，就可以實現(xiàn)更高的工作效率。這種有機發(fā)光二極管在成本、發(fā)光模式等工作效率。這種有機發(fā)光二極管在成本、發(fā)光模式等方面優(yōu)勢明顯，在照明、顯示器背光源等領(lǐng)域擁有良方面優(yōu)勢明顯，在照明、顯示器背光源等領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景。好的應(yīng)用前景。任務(wù)任務(wù)5. 2 單相整流濾波電路單相整流濾波電路5.2.1二極管橋式整流電路二極管橋式整流電路波波 形形 單相橋式整流波形圖單相橋式整流波形圖負(fù)載兩端的直流電壓：負(fù)載兩端的直流電壓： UO=0.9 U2 負(fù)載中的電流：負(fù)載中的電流：IO=0.9 U2/RL 5.2.2 濾波電路濾波電路單

21、相橋式整流電容濾波電路單相橋式整流電容濾波電路 電容濾波電路的電壓波形圖電容濾波電路的電壓波形圖負(fù)載兩端的直流電壓：負(fù)載兩端的直流電壓： UO=1.2 U2 負(fù)載中的電流：負(fù)載中的電流：IO=1.2 U2/RL 單相橋式整流電容濾波電路的數(shù)值計算單相橋式整流電容濾波電路的數(shù)值計算補充：半波整流電容濾波電路補充：半波整流電容濾波電路的數(shù)值計算的數(shù)值計算負(fù)載兩端的直流電壓：負(fù)載兩端的直流電壓： UO=U2 負(fù)載中的電流：負(fù)載中的電流：IO=U2/RL 返回返回本章本章目錄目錄任務(wù)任務(wù)5.3 半導(dǎo)體三極管的認(rèn)識與應(yīng)用半導(dǎo)體三極管的認(rèn)識與應(yīng)用5.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)和類型三極管的結(jié)構(gòu)和類型 N NN型

22、三極管的結(jié)構(gòu)和符號型三極管的結(jié)構(gòu)和符號 PNP型三極管的結(jié)構(gòu)和符號型三極管的結(jié)構(gòu)和符號 電流方向和各極極性：電流方向和各極極性： NPN PNP 5.3.2 三極管的識別與測量三極管的識別與測量 用萬用表的用萬用表的hFE檔位可以直接測出三極檔位可以直接測出三極管的管型、管腳極性和三極管的電流放管的管型、管腳極性和三極管的電流放大倍數(shù)。大倍數(shù)。5.3.3三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用 1.三極管具有放大作用的條件三極管具有放大作用的條件 三極管在電路中的主要作用是進(jìn)行信號的放大。三極管在電路中的主要作用是進(jìn)行信號的放大。 要使三極管具有放大作用，必須給三極管加上要使三極管具有放大作用

23、，必須給三極管加上合適的工作電壓，即：發(fā)射結(jié)加上正偏電壓，合適的工作電壓，即：發(fā)射結(jié)加上正偏電壓，集電結(jié)加上反偏電壓。集電結(jié)加上反偏電壓。 即：三極管發(fā)射結(jié)的即：三極管發(fā)射結(jié)的P區(qū)接高電位，區(qū)接高電位，N區(qū)接低區(qū)接低電位；三極管集電結(jié)的電位；三極管集電結(jié)的P區(qū)接電源負(fù)極，區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)區(qū)接電源正極。接電源正極。 2.三極管各個極間電流關(guān)系三極管各個極間電流關(guān)系 （1）電流分配關(guān)系：）電流分配關(guān)系： BCEIII（2）電流比例關(guān)系：）電流比例關(guān)系： BCII（3）電流控制關(guān)系）電流控制關(guān)系 BCII三極管是電流控制型器件三極管是電流控制型器件 的大小體現(xiàn)了三極管的電流放大能力，的大小體現(xiàn)了三

24、極管的電流放大能力，即如果在基極上有一個小的變化的電流信即如果在基極上有一個小的變化的電流信號，則在集電極上就可以得到一個大的且號，則在集電極上就可以得到一個大的且與基極信號成比例的電流信號，所以三極與基極信號成比例的電流信號，所以三極管被稱作電流控制型器件。管被稱作電流控制型器件。5.3.4三極管的伏安特性和主要參數(shù)三極管的伏安特性和主要參數(shù) 返回返回本章本章目錄目錄1.三極管的輸出伏安特性三極管的輸出伏安特性【重要結(jié)論重要結(jié)論】 1.三極管不僅具有電流放大作用，而且還三極管不僅具有電流放大作用，而且還具有開關(guān)特性。具有開關(guān)特性。 2.當(dāng)三極管作為放大器件使用時，應(yīng)該工當(dāng)三極管作為放大器件使

25、用時，應(yīng)該工作在放大區(qū)。作在放大區(qū)。 3.當(dāng)三極管作為開關(guān)器件使用時，應(yīng)該工當(dāng)三極管作為開關(guān)器件使用時，應(yīng)該工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。作在截止區(qū)和飽和區(qū)。 4.改變加在三極管的各個極間的電壓，就改變加在三極管的各個極間的電壓，就可以控制三極管的工作狀態(tài)?？梢钥刂迫龢O管的工作狀態(tài)。 2.三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) （1）電流放大系數(shù)）電流放大系數(shù) 和和（2）三極管極間反向電流：反向飽和電）三極管極間反向電流：反向飽和電 流流ICBO和穿透電流和穿透電流ICEO （3）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流 CMI（4）集電極和發(fā)射極反向擊穿電壓）集電極和發(fā)射極反向擊穿電壓 CEOBRU)(（5

26、）集電極最大允許功耗）集電極最大允許功耗CMP 5.3.6 三極管在電路中的應(yīng)用三極管在電路中的應(yīng)用 1.三極管的放大應(yīng)用三極管的放大應(yīng)用2.三極管的開關(guān)應(yīng)用三極管的開關(guān)應(yīng)用 3.特殊三極管及其應(yīng)用特殊三極管及其應(yīng)用（1）光敏三極管）光敏三極管 （2）光耦合器）光耦合器 光耦合器亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器是把發(fā)光二極管和光敏三極管光耦合器是把發(fā)光二極管和光敏三極管組裝在一起而成的光組裝在一起而成的光電轉(zhuǎn)換器件，其電轉(zhuǎn)換器件，其主要原理是以光為媒介，實現(xiàn)了電主要原理是以光為媒介，實現(xiàn)了電光光電的傳遞與轉(zhuǎn)換。電的傳遞與轉(zhuǎn)換。各種光耦的等效電路符號各種光耦的

27、等效電路符號任務(wù)任務(wù)5.4 場效應(yīng)管的識別與檢測場效應(yīng)管的識別與檢測場效應(yīng)管的特點和類型場效應(yīng)管的特點和類型 場效應(yīng)管是一種電壓控制型器件，它利用改場效應(yīng)管是一種電壓控制型器件，它利用改變電場的強弱來控制半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力。場變電場的強弱來控制半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力。場效應(yīng)管的輸入電阻極高，幾乎不吸取信號源電流。效應(yīng)管的輸入電阻極高，幾乎不吸取信號源電流。 場效應(yīng)管具有熱穩(wěn)定性好、噪聲低、抗輻射場效應(yīng)管具有熱穩(wěn)定性好、噪聲低、抗輻射能力強、制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點，因此能力強、制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點，因此在電子電路中得到了廣泛的應(yīng)用。在電子電路中得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場

28、效應(yīng)管分為結(jié)型和絕緣根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場效應(yīng)管分為結(jié)型和絕緣柵型兩類，其中絕緣柵型應(yīng)用更廣泛。柵型兩類，其中絕緣柵型應(yīng)用更廣泛。5.4.1.絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 絕緣柵型場效應(yīng)管簡稱為絕緣柵型場效應(yīng)管簡稱為MOS管。管。 MOS管又分管又分N溝道和溝道和P溝道兩種，每一種溝道兩種，每一種又分為增強型和耗盡型兩種類型。又分為增強型和耗盡型兩種類型。二、二、各種場效應(yīng)管的符號和特性曲線各種場效應(yīng)管的符號和特性曲線1.N溝道結(jié)型溝道結(jié)型轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性符號和極性符號和極性2.p溝道結(jié)型溝道結(jié)型轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性符號和極性符號和極性3.增強型增強型NMOS轉(zhuǎn)移特

29、性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性符號和極性符號和極性4.增強型增強型PMOS轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性符號和極性符號和極性5.耗盡型耗盡型NMOS轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性符號和極性符號和極性6.耗盡型耗盡型PMOS符號和極性符號和極性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性返回返回本章本章目錄目錄5.4.2結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 1. 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號和工作原理結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號和工作原理 結(jié)型場效應(yīng)管也分成結(jié)型場效應(yīng)管也分成N溝道和溝道和P溝道兩種溝道兩種類型。類型。 場效應(yīng)管輸入電壓對輸出電流的控制作用場效應(yīng)管輸入電壓對輸出電流的控制作用 結(jié)型場效應(yīng)管的控制作用結(jié)型場效應(yīng)管

30、的控制作用 改變柵源電壓改變柵源電壓UGS的大小，就能改的大小，就能改變導(dǎo)電溝道的寬窄，也就能改變溝道電變導(dǎo)電溝道的寬窄，也就能改變溝道電阻的大小。阻的大小。 如果在漏極和源極之間接入一個合適如果在漏極和源極之間接入一個合適的正電壓的正電壓UDS，則漏極電流，則漏極電流ID的大小將的大小將隨柵源電壓隨柵源電壓UGS的變化而變化，這就實的變化而變化，這就實現(xiàn)了控制作用?，F(xiàn)了控制作用。 3. 場效應(yīng)管與三極管的比較場效應(yīng)管與三極管的比較 （1）場效應(yīng)管是電壓控制型元件，三極管是）場效應(yīng)管是電壓控制型元件，三極管是 電流控制型元件。電流控制型元件。 （2）場效應(yīng)管的輸入電阻很高，三極管的輸）場效應(yīng)管

31、的輸入電阻很高，三極管的輸入電阻比較小，分別適合于不同的信號源。入電阻比較小，分別適合于不同的信號源。 （3）場效應(yīng)管的溫度穩(wěn)定性好，三極管的溫）場效應(yīng)管的溫度穩(wěn)定性好，三極管的溫度穩(wěn)定性差。度穩(wěn)定性差。 （4）場效應(yīng)管的制造工藝簡單，便于集成化，）場效應(yīng)管的制造工藝簡單，便于集成化，適合制造大規(guī)模集成電路。而三極管受制造工適合制造大規(guī)模集成電路。而三極管受制造工藝和熱損耗大的影響，在集成度方面受到限制。藝和熱損耗大的影響，在集成度方面受到限制。任務(wù)任務(wù)5.5 認(rèn)識常用的集成電路認(rèn)識常用的集成電路 集成電路是近五十年來發(fā)展起來的集成電路是近五十年來發(fā)展起來的高科技產(chǎn)品，其發(fā)展速度異常迅猛，從高

32、科技產(chǎn)品，其發(fā)展速度異常迅猛，從小規(guī)模集成電路（含有幾十個晶體管）小規(guī)模集成電路（含有幾十個晶體管）發(fā)展到今天的超大規(guī)模集成電路（含有發(fā)展到今天的超大規(guī)模集成電路（含有幾千萬個晶體管或近千萬個門電路）。幾千萬個晶體管或近千萬個門電路）。 集成電路的體積小，耗電低，穩(wěn)定性好，集成電路的體積小，耗電低，穩(wěn)定性好，從某種意義上講，集成電路是衡量一個從某種意義上講，集成電路是衡量一個電子產(chǎn)品是否先進(jìn)的主要標(biāo)志。電子產(chǎn)品是否先進(jìn)的主要標(biāo)志。5.5.1集成電路的類型和封裝集成電路的類型和封裝 集成電路按功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路集成電路按功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類；兩大類； 按其

33、制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路、薄膜集成電路、按其制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路、薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合集成電路等；厚膜集成電路和混合集成電路等； 按其集成度可分為小規(guī)模集成電路按其集成度可分為小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成、中規(guī)模集成電路電路(MSI)、大規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電和超大規(guī)模集成電路路(VLSI)，它表示了在一個硅基片上所制造的元器件，它表示了在一個硅基片上所制造的元器件的數(shù)目。的數(shù)目。 集成電路的封裝形式有晶體管式封裝、扁平封裝和直集成電路的封裝形式有晶體管式封裝、扁平封裝和直插式封裝。插式封裝。 集成電路的管腳排列次序有一定的規(guī)律，

34、一般是從外集成電路的管腳排列次序有一定的規(guī)律，一般是從外殼頂部向下看，從左下腳按逆時針方向讀數(shù)，其中第殼頂部向下看，從左下腳按逆時針方向讀數(shù)，其中第一腳附近一般有參考標(biāo)志，如凹槽、色點等。一腳附近一般有參考標(biāo)志，如凹槽、色點等。常見集成電路的封裝形式常見集成電路的封裝形式5.5.2 常用模擬集成電路常用模擬集成電路 1.模擬集成電路的類型模擬集成電路的類型 模擬集成電路按用途可分為運算放大器、直流模擬集成電路按用途可分為運算放大器、直流穩(wěn)壓器、功率放大器和電壓比較器等。穩(wěn)壓器、功率放大器和電壓比較器等。 模擬集成電路與數(shù)字集成電路的差別不但模擬集成電路與數(shù)字集成電路的差別不但在信號的處理方式上

35、，而且在電源電壓上的差在信號的處理方式上，而且在電源電壓上的差別更大。模擬集成電路的電源電壓根據(jù)型號的別更大。模擬集成電路的電源電壓根據(jù)型號的不同可以不相同而且數(shù)值較高，視具體用途而不同可以不相同而且數(shù)值較高，視具體用途而定。定。2.集成運算放大器集成運算放大器 自從自從1964年美國仙童公司制造出第一個年美國仙童公司制造出第一個單片集成運放單片集成運放A702以來，集成運放得到以來，集成運放得到了廣泛的應(yīng)用，目前它已成為線性集成了廣泛的應(yīng)用，目前它已成為線性集成電路中品種和數(shù)量最多的一類。電路中品種和數(shù)量最多的一類。3.集成直流穩(wěn)壓器集成直流穩(wěn)壓器 （1）三端式固定輸出集成穩(wěn)壓器）三端式固定

36、輸出集成穩(wěn)壓器 常用的三端固定輸出式集成穩(wěn)壓器有輸出為常用的三端固定輸出式集成穩(wěn)壓器有輸出為正電壓的正電壓的W7800系列和輸出為負(fù)電壓的系列和輸出為負(fù)電壓的W7900系系列。列。 W7800系列三端穩(wěn)壓塊的輸出電壓有系列三端穩(wěn)壓塊的輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24V共七個檔次。后兩位共七個檔次。后兩位數(shù)字表示其輸出電壓的穩(wěn)壓值。數(shù)字表示其輸出電壓的穩(wěn)壓值。 W7900系列的穩(wěn)壓塊其輸出電壓的檔次值與系列的穩(wěn)壓塊其輸出電壓的檔次值與W7800系列相同，但其管腳排列與系列相同，但其管腳排列與W7800系列不系列不同，需要引起注意。同，需要引起注意。 三端穩(wěn)壓塊的輸出電流

37、按照型號的不同，有三端穩(wěn)壓塊的輸出電流按照型號的不同，有1.5A、0.5A和和0.1A三種。三種。W7800系列集成穩(wěn)壓器 （2）三端式可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器 三端式可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器有輸出三端式可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器有輸出為正電壓的為正電壓的W117、W217、W317系列和系列和輸出為負(fù)電壓的輸出為負(fù)電壓的W137、W237、W337系系列。列。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓可調(diào)范圍三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓可調(diào)范圍 三端可調(diào)輸出式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓三端可調(diào)輸出式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓連續(xù)可調(diào)范圍在連續(xù)可調(diào)范圍在1.25V到到47V，最大輸出，最大輸出電流可達(dá)電流可達(dá)1.5A，調(diào)整端，調(diào)整端(AD

38、J)的輸出電流的輸出電流為為50A，輸出端與調(diào)整端之間的基準(zhǔn)電，輸出端與調(diào)整端之間的基準(zhǔn)電壓壓UREF為為1.25V。（3）低壓差三端集成穩(wěn)壓器）低壓差三端集成穩(wěn)壓器 在輸出電流為在輸出電流為500 mA時，時，MC33269三端三端穩(wěn)壓集成電路的壓差僅為穩(wěn)壓集成電路的壓差僅為1V，它的內(nèi)部有過熱，它的內(nèi)部有過熱保護(hù)和輸出短路保護(hù)。保護(hù)和輸出短路保護(hù)。 近年來，半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家又推出了輸近年來，半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家又推出了輸入和輸出端壓差僅為入和輸出端壓差僅為500毫伏和毫伏和100毫伏的更低毫伏的更低壓差三端穩(wěn)壓器，使在航空航天領(lǐng)域和其它尖壓差三端穩(wěn)壓器，使在航空航天領(lǐng)域和其它尖端領(lǐng)域使用高

39、精度的穩(wěn)壓電源成為可能。端領(lǐng)域使用高精度的穩(wěn)壓電源成為可能。 低壓差的三端穩(wěn)壓塊極大的降低了穩(wěn)壓電低壓差的三端穩(wěn)壓塊極大的降低了穩(wěn)壓電路本身的功耗，使各種高檔計算機的路本身的功耗，使各種高檔計算機的CPU用上用上了更低的穩(wěn)壓源，了更低的穩(wěn)壓源，CPU的發(fā)熱量大大減小，從的發(fā)熱量大大減小，從而使計算機的速度大為增加。而使計算機的速度大為增加。5.5.3常用數(shù)字集成電路常用數(shù)字集成電路 數(shù)字集成電路按結(jié)構(gòu)的不同可分為數(shù)字集成電路按結(jié)構(gòu)的不同可分為雙極型和單極型電路。雙極型和單極型電路。 雙極型電路有雙極型電路有DTL、TTL、ECL、HTL等多種形式；等多種形式； 單極型電路有單極型電路有JFET

40、、NMOS、PMOS、CMOS等四種形式。等四種形式。1.TTL數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路 在實際工程中，最常用的數(shù)字集成電路主在實際工程中，最常用的數(shù)字集成電路主要有要有TTL和和CMOS兩大系列。兩大系列。 TTL集成電路是用雙極型晶體管作為基本集成電路是用雙極型晶體管作為基本元件集成在一塊硅片上制成的，其品種、產(chǎn)量元件集成在一塊硅片上制成的，其品種、產(chǎn)量最多，應(yīng)用也最廣泛。最多，應(yīng)用也最廣泛。 國產(chǎn)的國產(chǎn)的TTL集成電路有集成電路有T1000T4000系列，系列，T1000系列與國標(biāo)系列與國標(biāo)CT54/74系列及國際系列及國際SN54/74通用系列相同。通用系列相同。54系列與系列與74系

41、列系列TTL集成電路的主要區(qū)別集成電路的主要區(qū)別 54系列與系列與74系列系列TTL集成電路的主要區(qū)集成電路的主要區(qū)別是在其工作環(huán)境的溫度上。別是在其工作環(huán)境的溫度上。 54系列的工作環(huán)境溫度為：系列的工作環(huán)境溫度為：-55+125； 74系列的工作環(huán)境溫度為：系列的工作環(huán)境溫度為：070。 2. CMOS集成電路集成電路 CMOS集成電路以單極型晶體管為基本元集成電路以單極型晶體管為基本元件制成，其發(fā)展迅速，主要是因為它具有功耗件制成，其發(fā)展迅速，主要是因為它具有功耗低、速度快、工作電源電壓范圍寬（如低、速度快、工作電源電壓范圍寬（如CC4000系列的工作電源電壓為系列的工作電源電壓為318

42、V）、抗）、抗干擾能力強、輸入阻抗高、扇出能力強、溫度干擾能力強、輸入阻抗高、扇出能力強、溫度穩(wěn)定性好及成本低等優(yōu)點，尤其是它的制造工穩(wěn)定性好及成本低等優(yōu)點，尤其是它的制造工藝非常簡單，為大批量生產(chǎn)提供了方便。藝非常簡單，為大批量生產(chǎn)提供了方便。 CMOS集成電路的型號和邏輯功能沒有直集成電路的型號和邏輯功能沒有直接聯(lián)系，但末兩位數(shù)或三位數(shù)與接聯(lián)系，但末兩位數(shù)或三位數(shù)與TTL集成電路集成電路的末兩位數(shù)或三位數(shù)相同者，其邏輯功能是一的末兩位數(shù)或三位數(shù)相同者，其邏輯功能是一樣的，只是電源和有些參數(shù)不同而已。樣的，只是電源和有些參數(shù)不同而已。 5.5.4 集成電路的檢測方法集成電路的檢測方法 1.集

43、成電路的基本檢測方法集成電路的基本檢測方法 集成電路的檢測分為在線檢測和脫機檢測。集成電路的檢測分為在線檢測和脫機檢測。 在線檢測是測量集成電路各腳的直流電壓，在線檢測是測量集成電路各腳的直流電壓，與集成電路各腳直流電壓的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，以與集成電路各腳直流電壓的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，以此來判斷集成電路質(zhì)量的好壞。此來判斷集成電路質(zhì)量的好壞。 脫機檢測是測量集成電路各腳間的直流電脫機檢測是測量集成電路各腳間的直流電阻，并與集成電路各腳間直流電阻的標(biāo)準(zhǔn)值相阻，并與集成電路各腳間直流電阻的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，從而判斷集成電路的好壞。比較，從而判斷集成電路的好壞。2. 在線檢測的技巧在線檢測的技巧 在線檢查集成電路各引腳的直流電壓時，在線檢查集成電路各引腳的直流電壓時，為防止表筆在集成電路各引腳間滑動造成短路，為防止表筆在集成電路各引腳間滑動造成短路，可將萬用表的黑表筆與直流電壓的可將萬用表的黑表筆與直流電壓的“地地”端固端固定連接，方法是在定連接，方法是在“地地”端焊接一段帶有絕緣端焊接一段帶有絕緣層的