半导体器件的基础知识
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半导体的基本知识半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的电性质可以通过施加电场或光照来改变,这使得半导体在电子学和光电子学等领域有广泛的应用。
以下是关于半导体的一些基本知识:1. 基本概念:导体、绝缘体和半导体:导体(Conductor):电导率很高,电子容易通过的材料,如金属。
绝缘体(Insulator):电导率很低,电子很难通过的材料,如橡胶、玻璃。
半导体(Semiconductor):电导率介于导体和绝缘体之间的材料,如硅、锗。
2. 晶体结构:半导体通常以晶体结构存在,常见的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
3. 电子能带:价带和导带:半导体中的电子能带分为价带和导带。
电子在价带中,但在施加电场或光照的作用下,电子可以跃迁到导带中,形成电流。
能隙:价带和导带之间的能量差称为能隙。
半导体的能隙通常较小,这使得它在室温下就能够被外部能量激发。
4. 本征半导体和杂质半导体:本征半导体:纯净的半导体材料,如纯硅。
杂质半导体:在半导体中引入少量杂质(掺杂)以改变其导电性质。
掺入五价元素(如磷、砷)形成n型半导体,而掺入三价元素(如硼、铝)形成p型半导体。
5. p-n 结:p-n 结:将p型半导体和n型半导体通过特定工艺连接在一起形成p-n 结。
这是许多半导体器件的基础,如二极管和晶体管。
6. 半导体器件:二极管(Diode):由p-n 结构构成,具有整流特性。
晶体管(Transistor):由多个p-n 结构组成,可以放大和控制电流。
集成电路(Integrated Circuit,IC):在半导体上制造出许多微小的电子器件,形成集成电路,实现多种功能。
7. 半导体的应用:电子学:微电子器件、逻辑电路、存储器件等。
光电子学:光电二极管、激光二极管等。
太阳能电池:利用半导体材料的光伏效应。
这些是半导体的一些基本知识,半导体技术的不断发展推动了现代电子、通信和计算机等领域的快速进步。
半导体基础知识一、半导体本础知识(一)半导体自然界的物质按其导电能力区别,可分为导体、半导体、绝缘体三类。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之前的物质,其电阻率在10-3~109Ω范围内。
用于制作半导体元件的材料通常用硅或锗材料。
(二)半导体的种类在纯净的半导体中掺入特定的微量杂质元素,能使半导体的导电能力大提高。
掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。
根据掺杂元素的性质不同,杂质半导体可分为N型和P型半导体。
(三)PN结及其特性1、PN结:PN结是构成半导体二极管、三极管、场效应管和集成电路的基础。
它是由P型半导体和N型半导体相“接触”后在它们交界处附近形成的特殊带电薄层。
2、PN结的单向导电性:当PN结外加正向电压(又叫正向偏置)时,PN结会表现为一个很小的电阻,正向电流会随外加的电压的升高而急速上升。
称这时的PN结处于导通状态。
当PN结外加反向电压(以叫反向偏置)时,PN结会表现为一个很大的电阻,只有极小的漏电流通过且不会随反向电压的增大而增大,这时的电流称为反向饱和电流。
称这时的PN结处于截止状态。
当反向电压增加到某一数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。
这时的反向电压称为反向击穿电压,不同结构、工艺和材料制成的管子,其反向击穿电压值差异很大,可由1伏到几百伏,甚至高达数千伏。
3、频率特性由于结电容的存在,当频率高到某一程度时,容抗小到使PN结短路。
导致二极管失去单向导电性,不能工作,PN结面积越大,结电容也越大,越不能在高频情况下工作。
二、半导体二极管(一)半导体二极管及其基本特性1、半导体二极管:半导体二极管(简称为二极管)是由一个PN结加上电极引线并封装在玻璃或塑料管壳中而成的。
其中正极(或称为阳极)从P区引出,负极(或称为阴极)从N区引出。
以下是常见的一些二极管的电路符号:普通二极管稳压二极管发光二极管整流桥堆2、二极管的伏安特性二极管的伏安特征如下图所示:二极管的伏安特性曲线(二)二极管的分类二极管有多种分类方法1、按使用的半导体材料分类二极管按其使用的半导体材料可分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、磷化镓二极管等。
电路中的半导体器件基础知识总结电路中的半导体器件是电子技术的重要组成部分,广泛应用于各种电子设备和系统中。
了解和掌握半导体器件的基础知识对于工程师和电子爱好者来说至关重要。
本文将对半导体器件的基础知识进行总结,包括半导体材料、二极管、场效应管和晶体三极管等方面。
一、半导体材料半导体器件的基础是半导体材料。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电性能,其电阻随着温度的变化而变化。
常用的半导体材料有硅和锗。
硅是最重要的半导体材料之一,应用广泛。
半导体材料的导电特性由材料中的杂质控制,将适当的杂质加入纯净的半导体中可以改变其导电性能,这就是掺杂。
二、二极管二极管是一种最简单的半导体器件,它由正负两极组成。
二极管的主要作用是对电流进行整流,也可以用于稳压、开关等电路。
二极管的工作原理是利用PN结的特性。
PN结是由P型半导体和N型半导体连接而成,在PN结的接触面上形成空间电荷区,通过控制电势差,可以控制空间电荷区的导电状态。
在正向偏置时,电流可以从P端流向N端,形成导通状态;在反向偏置时,电流不能从N端流向P端,形成截止状态。
三、场效应管场效应管是一种三电极器件,由栅极、漏极和源极组成。
场效应管的工作原理是利用栅极电场的调控作用来控制漏极和源极之间的电流。
常用的场效应管有MOSFET(金属氧化物半场效应晶体管)和JFET(结型场效应晶体管)等。
MOSFET主要由金属栅极、绝缘层和半导体构成,栅极电压的变化可以控制漏极和源极之间的电流;JFET 主要由PN结构成,通过栅极电压的变化来控制漏极和源极之间的空间电荷区的导电状态。
四、晶体三极管晶体三极管是一种三电极器件,由发射极、基极和集电极组成。
晶体三极管的主要作用是放大和控制电流。
晶体三极管的工作原理是利用少数载流子在不同电极之间的输运和扩散来实现,发射极和基极之间的电流变化可以通过集电极和基极之间的电流放大。
晶体三极管有NPN型和PNP型两种,其中NPN型的晶体三极管发射极和基极连接为N型半导体,集电极为P型半导体;PNP型的晶体三极管发射极和基极连接为P型半导体,集电极为N型半导体。
第一章半导体器件的基础知识半导体器件:二极管:二极管是由PN结构成的,具有单向导电性,正向导通;反向截至。
PN结的电流是P向N流。
硅二极管的死区电压为0.5V左右,锗二极管的死区电压为0.1V~0.2V。
硅二极管的导通电压约0.6V~0.7V,锗二极管的导通电压约0.2V~0.3V。
二极管的电压与电流变化不成线性关系,所以二极管属于非线性器件。
三极管:三极管是由两个紧靠在一起的PN 结组成的,按材料的不同分为PNP型和NPN型。
三极管有三个引脚,分别为发射极(E)、基极(B)、集电极(C)。
一般常用的三极管有80系列的,8050(NPN),8550(PNP)。
90系列的,9012、9015为PNP外,其余都为NPN。
电流放大电路:三极管的电流分配关系式:I E=I B+I C,也就是发射极电流=基极电流+集电极电流。
集电极电流的变化是基极电流变化量的59倍。
三极管的电流放大实际上是基极较小电流的变化,控制集电极电流较大的变化。
三极管的放大电路分为1共集电极放大、2共基极放大、3共发射极放大。
因为三极管也是PN结构成的,所以也是非线性器件,硅管导通电压也为0.7V,锗管为0.2V。
三极管的三种状态:1放大(发射结正偏,集电结反偏)。
NPN:I C>I B>I E PNP:I E>I B>I C2饱和(发射结和集电结都正偏)。
3截至(发射结和集电结都反偏)。
正偏:电流P向N流。
反偏:电流N向P流。
三极管是电流控制器件,就是输入电流控制输出电流的半导体器件。
三极管的输出特性曲线如图:三极管的检测:用数字万用表测量时,先把万用表的档位调到导通挡上,然后用表笔分别测量每两个引脚。
只要想着电流是P向N流的。
场效晶体管:是利用输入电压来控制输出电流的器件,称为电压控制型器件,它可分为结型和绝缘栅型两大类。
场效晶体管有三个电极,分别是漏极(D)、源极(S)和栅极(G)。
它们的D极和S极可交换使用。
第一章半导体器件的基础知识一、填空题1、自然界中的物质按着导电能力分为、、三类。
2、半导体的导电能力会随着、、、和的变化而发生变化。
3、半导体材料主要有和两种。
4、半导体中的载流子是和。
5、主要靠导电的半导体称为N型半导体,主要靠导电的半导体称为P型半导体。
6、经过特殊工艺加工,将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起,则在两种半导体的交界处就会出现一个特殊的接触面,称为结。
7、PN结的特性是。
8、半导体二极管的符号是。
9、PN结两端外加的反向电压增加到一定值时,反向电流急剧增大,称为PN 结的。
10、二极管的核心部分是一个,具有特性。
11、半导体二极管又称。
它是由,从P区引出的极和从N区引出的极以及将他们封装起来的组成。
12、由于管芯结构不同,二极管又分为、、。
13、二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定,这两者之间的关系称为二极管的。
用于定量描述这两者关系的曲线称为。
14、当二极管两端所加的正向电压由零开始增大时,开始时,正向电流很小,几乎为零,二极管呈现很大电阻。
通常把这个范围称为,相应的电压称为。
15、硅二极管的死区电压约为;锗二极管的死区电压约为。
16、硅管的导通电压约为,锗管的导通电压约为,17、加在二极管的反向电压不断增大,当达到一定数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为,相应的电压称为。
18、半导体二极管的主要参数有、。
19、半导体三极管的核心是。
20、半导体三极管的两个PN结将半导体基片分成三个区域:、和。
由这三个区引出三个电极为:、和。
分别用字母、和。
其中区相对较薄。
21、半导体三极管中,通常将发射极与基极之间的PN结称为;集电极与基极之间的PN结称为。
22、由于半导体基片材料不同,三极管可分为型和型两大类。
23、半导体三极管常采用、和封装。
24、半导体三极管按功率分有和;按工作频率分有和;按管芯所用半导体材料分有和;按结构工艺分有和;按用途分有和。
25、三极管各个电极上电流的分配关系是。
26、在半导体三极管中,基极电流I B的微小变化控制了集电极电流较大的变化,这就是三极管的原理。
27、要使三极管起到电流放大作用,必须保证发射结加电压,集电结加电压。
28、三极管三种基本连接方式是、、。
29、三极管的三种工作状态是、、。
30、三极管工作在截止区的条件为;三极管工作在放大区的条件为三极管工作在饱和区的条件为31、在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状管称为。
32、在一个封装内包含有两只三极管的新型器件,称为。
33、半导体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件,称为。
场效晶体管是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件,称为。
34、根据结构和工作原理不同,场效晶体管可分为和两大类。
35、结型场效晶体管的电路符号为、,它有三个电极为、、。
二、判断题1、PN结接触面积大,载流量大,适合于大电流场合使用。
()2、二极管和三极管是非线性元件。
()3、电子技术中的线性与非线性指的电压与电流是否成正比例关系。
()4、理想二极管正向电阻是零,反向电阻无穷大。
()5、三极管的三个电极可以调换使用。
()6、硅二极管和锗二极管正向导通分压相等。
()7、三极管的发射区和集电区是由同一半导体构成的。
()8、三极管就是两个二极管反接构成。
()9、二极管的伏安特性曲线和三极管的特性曲线相同。
()11、硅和锗是制作半导体器件的主要材料。
()12、二极管具有单向导电性。
()13、三极管无论工作在何种工作状态,电流I E=I B+I C=(1+)I B()14、由于三极管的核心是两个互相联系的PN结,因此可以用两个背靠背连接的二极管替换。
()15、晶体二极管击穿后立即烧毁。
()16、三极管是一种电流控制器件。
()17、二极管两端加上0.7V的电压就能导通。
()18、二极管的正向电阻比反向电阻大。
()19、三极管按结构分为硅型和锗型三极管。
()20、绝缘栅型场效应管是利用改变栅源电压来改变导电沟道宽窄的。
()三、选择题1.在三极管的输出特性曲线族中,每条曲线与()对应。
A、I EB、U BEC、I BD、U CE2.在N型半导体中()。
A.只有自由电子 B.只有空穴 C.有空穴也有自由电子3.掺入五价杂质元素的半导体是()。
A.P型半导体B.N型半导体C.本征半导体4.如果测得一个放大电路中其三极管的直流电压U CE<1V,则它处于()。
A.放大状态B.饱和状态C.截止状态5.在某放大电路中,测的三极管三个电极的静态电位分别为0 V,-10 V,-9.3 V,则这只三极管是()。
A.NPN 型硅管 B.NPN 型锗管C.PNP 型硅管 D.PNP 型锗管6.稳压二极管稳压时,其工作在( )。
A.正向导通区B.反向截止区C.反向击穿区7.NPN型三极管处在放大状态时是( )A.U BE<0, U BC<0B.U BE>0, U BC>0C.U BE>0, U BC<0D.U BE<0, U BC>08、有万用表测得PNP晶体管三个电极的电位分别是V C=6V,V B=0.7V,V E=1V 则晶体管工作在()状态。
A、放大B、截止C、饱和D、损坏9、三级管开作在放大区,要求()A、发射结正偏,集电结正偏B、发射结正偏,集电结反偏C、发射结反偏,集电结正偏D、发射结反偏,集电结反偏10、一只NPN型三极管三极电位分别有V C=3.3V,V E=3V,V B=3.7V,则该管工作在()A.饱和区B.截止区C.放大区D.击穿区11、三极管参数为P CM=800mW,I CM=100mA, U BR(CEO)=30V,在下列几种情况中,()属于正常工作。
A.U CE=15V,I C=150 mA B.U CE=20V,I C=80 mAC.U CE=35V,I C=100 mA D.U CE=10V,I C=50mA12、下列三极管各个极的电位,处于放大状态的三极管是()A V C=0.3V,V E=0V,V B=0.7VB V C=-4V,V E=-7.4V,V B=-6.7VC V C =6V , V E =0V , V B =-3VD V C =2V , VE =2V , V B =2.7V13、如果三极管工作在截止区,两个PN 结状态( )A .均为正偏B .均为反偏C .发射结正偏,集电结反偏D .发射结反偏,集电结正偏14、有万用表测得PNP 晶体管三个电极的电位分别是V C =6V ,V B =0.7V ,V E =1V 则晶体管工作在( )状态。
A 、 放大 B 、截止 C 、饱和 D 、损坏15、工作在放大区的某三极管,如果当I B 从12μA 增大到22μA 时,I C 从1mA 变为2mA ,那么它的β约为( ) 。
A. 83B. 91C. 100 D 、5016、工作于放大状态的PNP 管,各电极必须满足( )A .UC > UB > U E B 。
UC < U B < U EC 。
U B >UC > U ED 。
UC > UE > U B17、二极管具有( )A 、信号放大作用B 、单向导电性C 、双向导电性D 、负阻特性18、二极管两端加正向电压时( )A 、立即导通B 、超过击穿电压就导通C 、超过0.2V 就导通D 、超过死区电压就导通19、如果用万用表测得二极管的正、反向电阻都很大,则二极管( )A 、特性良好B 、已被击穿C 、内部开路D 、功能正常20、下列元器件中,( )可将电信号转变成光信号。
A 、二极管B 、三极管C 、发光二极管D 、光电二极管21、开关三极管一般的工作状态是( )。
A .截止B .放大C .饱和D .截止或饱和22、三极管的两个PN 结均正偏或均反偏时,所对应的状态分别是( )。
A .截止或放大B .截止或饱和C .饱和或截止D .放大或截止23、如图示,试判断工作在饱和状态的管子( )。
A D AB 极管工作在( ) A 、饱和状态 B 、放大状态C 、导致状态D 、截止状态(a) (b) (c) 0V (d)27、某三极管工作在放大状态,则该三极管是( )A 、PNP 型硅管B 、NPN 型硅管C 、PNP 型锗管D 、NPN5V 5.7V 1V28、由理想二极管组成的电路中,它们的输出电压为( )A 、U R =0B 、U R =8vC 、U R =4VD 、U R =1v29、如下图所示,二极管为硅管,工作于正常导通状态的是( )30、某同学用万用表测量一电子线路中得晶体管,测得VE=-3V ,VCE=6V ,VBC=--5.4V ,则该管是( )A 、PNP 型处于放大工作状态B 、PNP 型处于截止工作状态C 、NPN 型处于放大工作状态D 、NPN 型处于截止工作状态四、简答题1、场效晶体管与三极管相比有哪些特点?2、为什么二极管可以当做一个开关使用?画图说明。
3、选用二极管时主要考虑哪些参数?这些参数有什么意义?4、简述三极管的内部基本结构和各区的特点?5、三极管三种工作状态的条件是什么?处于放大状态PNP 和NPN 两种三极5V管的电位关系是什么样的?6、给你一个二极管和一块万用表,怎样判断二极管两个电极?7、三极管有哪三种工作状态?各有什么特点?五、计算题1、已知某三极管的交流放大系数ß=100,当ΙB=20微安时,ΙC=2毫安,若把ΙB 调到40微安,则ΙC 应为多少?2、已知电力如下图示:为理想二极管,试分析:①二极管导通还是截止?②UA0=?(4分)3、 判断图示三极管的工作状态。
450和100向,并在圆圈中画出管子。
5、判断如图所示二极管是否导通,并求出AB U 值6、如图所示电路中,分别判断指示灯是亮还是暗? 2V7、用万用表测的放大电路中某个三极管两个电极的电流值如图. (1)求另一个电极的电流大小,在图上标出实际方向(2)判断是PNP还是NPN管?(3)图上标出管子的E.B.C.极(4)估算管子的ß值.。