《电子技术基础与技能》项目一 半导体器件的基础知识（举一反三考点练）讲义

举一反三考点练 《电子技术基础与技能》半导体器件的基础知识-讲义 知识点一 半导体二极管 一、半导体、P型半导体和N型半导体 自然界中的物质，按导电能力的强弱可以分为导体、半导体和绝缘体。 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，导电能力随着掺入杂质、输入电压(电流)、温 度和光照条件的不同而发生很大变化。 半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。 主要靠电子导电的半导体称为电子型半导体或N 型半导体。主要靠空穴导电的半导体 称为空穴型半导体或P 型半导体。 二、PN结 经过特殊的工艺加工，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PN 结。 PN 结内电场的方向：由N 区指向P区。内电场将阻碍多数载流子的继续扩散，又称为阻挡层或耗尽层。 PN 结的单向导电性：正向导通，反向截止。 反向击穿：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 反向击穿。 反向击穿分为：电击穿和热击穿。 电击穿：如果反向电流未超过允许值，当反向电压撤除后，PN结仍能恢复单向导电性。 热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使PN 结烧坏。PN结的结电容：PN结存在着电容，称为PN 结的结电容。 三、半导体二极管的结构、特性、参数 (1)半导体二极管的结构 半导体二极管又称晶体二极管。它是由管芯(主要是PN 结)、从P区 和N区分别焊出的两根金属引线正、负极，以及用塑料、玻璃或金属封装的外壳组成。 根据PN 结管芯结构的不同，二极管又分为点接触型、面接触型和平面型几种。 点接触型：PN结接触面小，不能通过较大的电流，其结电容比较小，适用于高频电路和小功率整流电路。 面接触型：PN结接触面大，能够流过较大的电流，其结电容大，因而只能在较低频率下工作，一般仅作为整流管。 平面型：PN结接触面可大、可小，结面积较大的可用于大功率整流，结面积小的可作为脉冲数字电路中的开关管。 (2)二极管的特性 二极管具有单向导电性。 伏安特性：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伏安特性。二极管的导电特性可分为正向特性和反向特性两部分。 ①正向特性 0A 段：死区。 死区电压：硅管约为0.5 V, 锗管约为0.1~0.2 V。 BC段：正向导通区。 导通电压：锗管约为0.2~0.3 V, 硅管约为0.6~0.7 V。 结论：正偏时电阻小，具有非线性。 ②反向特性 OD段：反向饱和电流。DE段：反向击穿。 结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。 注意：二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。 (3)半导体二极管的主要参数 ①最大整流电流I: 二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。 ②最高反向工作电压VRM:二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。最高反向工作电压是反向击穿电压。 ③反向饱和电流。 当二极管的PN 结导通后，则参加导电的是 A. 少数载流子 B. 多数载流子 C. 既有少数载流子又有多数载流子 D. 无法判断 【答案】B 【解析】给二极管的PN 结加正向电压时，随着正向电压的增大，外加电压对PN 结产生的电场与PN 结内电场方向相反，削弱了PN 结的内电场，使得多数载流子能顺利通过PN结形成正向电流，从而使PN结处于导通状态。故B正确。 1. 半导体受光照后，其导电能力会 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 丧失 【答案】A 2. 当二极管工作在伏安特性曲线的正向特性区，而且两端所加正向电压大于其门坎电压时，该二极管相当于 A. 大电阻 B. 断开的开关 C. 接通的开关 D. 击穿烧毁 【答案】C 3. 若把二极管直接同一个电动势为1.5 V、内阻为0的电源正向连接，则该管 A. 被击穿 B. 电流为零 C. 电流过大而损坏 D. 正向电压偏低而截止 【答案】C 1. 当硅二极管加上0.3V正向电压时，该二极管相当于( )。 A. 小阻值电阻 B. 大阻值电阻 C. 内部短路 D. 内部开路 【答案】D 2. 稳压二极管是利用二极管的( )特性工作的。 A. 反向截止 B. 反向电击穿 C. 正向导通 D. 不确定 【答案】B 3. 二极管的正极电位为-4.3V, 负极电位为-5V, 则二极管处于( )。 A. 零偏 B. 反偏 C. 正偏 D. 负偏 【答案】C · 了解半导体、P型半导体、N型半导体与PN结 · 掌握半导体二极管的结构、特性、参数 知识点二 半导体三极管(晶体管) 一、半导体三极管的基本结构和分类 (1)结构 半导体三极管的基本结构：三区、两结和三电极。三区是指集电区、发射区和基区；两结是指发射结和集电结；三电极是指基极(B)、发射极(E)和集电极(C)。 (2)三极管的分类 ①按半导体基片材料不同分，有NPN 型 和PNP 型。 ②按用途分，有开关管和放大管。 ③按管芯所用半导体材料分，有硅管和锗管。 ④按功率分，有小功率管和大功率管。 ⑤按工作频率分，有低频管和高频管。 ⑥按结构工艺分，主要有合金管和平面管。 (3)三极管的外形及封装形式：三极管常采用金属、玻璃或塑料封装。 二、三极管的电流放大作用 三极管的主要功能是放大电信号。 (1)电流放大原理：基极电流I的微小变化控制了集电极电流Ic的较大变化。三极管属于电流型控制器件。 (2)三极管处于放大状态时，三极管三个电极上的电位关系： NPN型 ，Vc>Vp>Vg;PNP型 ，Vc<Vp<VE。 结论：要使三极管起电流放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。 三、三极管的基本连接方式 共发射极电路(CE): 基极为输入端，集电极为输出端，发射极为输入、输出公共端。 共集电极电路(CC): 基极为输入端，发射极为输出端，集电极为输入、输出公共端。 共基极电路(CB): 发射极为输入端，集电极为输出端，基极为输入、输出公共端。 对三极管放大作用的实质，下列说法正确的是 A.三极管把小能量放大成大能量 B.三极管把小电流放大成大电流 C.三极管把小电压放大成大电压 D. 三极管用较小的电流控制较大电流 【答案】D 【解析】三极管放大作用的实质是基极电流的微小变化控制了集电极电流的较大变化。故A、B、C错误，D正确 1. 三极管处于放大状态的条件是 A. 发射结反偏，集电结正偏 B. 发射结正偏，集电结反偏 C. 两个结均反偏 D.两个结均正偏 【答案】B 2. 三极管的主要特性是具有 作用 A. 电压放大 B. 单向导电 C. 电流放大 D. 电流与电压放大 【答案】C 3. 三极管两个PN 结均正偏和均反偏，说明三极管分别处的工作状态是 A. 放大，截止 B. 放大，饱和 C. 饱和，截止 D. 饱和，放大 【答案】C 1. 若三极管处于放大状态，当I值增大时，使三极管 A. IC减小 B. UBE减小 C. UCE下降 D. 无变化 【答案】C 2. 温度升高时，三极管共射输入特性曲线将 ;输出特性曲线将 ,而且输出特性的间距将 A. 左移，上移，变宽 B. 右移，上移，变宽 C. 左移，上移，变窄 D. 左移，下移，变宽 【答案】A 3. 放大电路中晶体三极管对地的电位分别为8V、2.3V 和 2V, 该三极管的类型为 A. 硅 PNP 型 B. 硅 NPN型 C. 锗 PNP 型 D. 锗 NPN型 【答案】D · 半导体三极管的基本结构：三区、两结和三电极。 · 三极管的主要功能是放大电信号。 · 三极管的基本连接方式：共发射极电路(CE)、共集电极电路(CC)、共基极电路(CB)。 知识点三 场效晶体管 一、结型场效晶体管 (1)结构、符号和分类 结型场效晶体管有漏极(D)、源极(S) 和栅极(G) 三个电极，它们分别对应于半导体三极管的集电极(C)、发射极(E)和基极(B)。不同的是D极和S极可交换使用，而三极管中的C极和E极不能交换使用。 (2)电压放大作用 场效晶体管的放大电路如图所示。 与半导体三极管的放大作用相似，在场效晶体管共源极电路中，漏极电流Ip 受栅源电压 Vcs的控制。场效晶体管是电压控制器件，具有电压放大作用。 二、绝缘栅场效应管 栅极与漏、源极完全绝缘的场效晶体管，称绝缘栅场效晶体管，其输入电阻很大，在1012Ω 以上。它也有N 沟道和P 沟道两大类，每一类中又分为增强型和耗尽型两种。 (1)分类 绝缘栅场效晶体管由金属(电极)、氧化物(绝缘层)和半导体组成，又称为 MOS 场效晶体管 。N 沟道的简写为NMOS 管 ，P沟道的简写为PMOS 管，增强型的简写为EMOS 管，耗尽型的简写为DMOS 管。 (2)结构 以 N沟道增强型MOSFET为例。 ①N 型区引出两个电极：漏极(D)、源极(S)。 ②在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层金属薄 层，形成栅极(G)。 ③从衬底基片上引出一个电极，称为衬底电极。 (3)工作原理 ①当Vcs=0,在漏、源极间加一正向电压Vps时，漏源极之间的电流Ip=0。 ② 当Vcs>VT,在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压Vos时，将产生电流Ip。总结：Vcs越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，Ip越大。则通过调节Vcs可控制漏极电流Ip。 (4)输出特性和转移特性 ①转移特性曲线 转移特性曲线是指漏源电压Vps为确定值时，漏极电流ip与栅源电压vcs之间的关系曲 线。N 沟道增强型 MOS管转移特性曲线如图所示。 a. 在vcs=0 时，ip=0。 b. 当vcs>Vcs(h)时，ip随vcs的增大而增大。 ②输出特性曲线 输出特性曲线是指栅源电压Vcs为确定值时，漏极电流io 与漏源电压vps的关系曲线。 按场效晶体管的工作情况可将输出特性分为三个区域。 a. 可调电阻区：在I 区域内，漏源电压 vps相对较小，是曲线簇的上升段。该区域输出电 阻r。随 vcs的变化而变化，所以称I 区为可调电阻区。 b. 放大区：在Ⅱ区内，漏极电流ip 几乎不随漏源电压vps的变化而变化，所以称为饱和区。在该区域内ip会随栅源电压vcs增大而增大，故Ⅱ区又称为放大区。 c. 击穿区：Ⅲ区叫击穿区，在这个区域内，由于漏源电压vps较大，场效晶体管内的PN结 被击穿。 (5)主要参数 ①开启电压Vcs(m):指 Vos为定值时，使增强型绝缘栅场效晶体管开始导通的栅源电压。 ②夹断电压Vcs(om):指 Vos为定值时，使耗尽型绝缘栅场效晶体管处于刚开始截止的栅源 电压，N 沟道管子的Vcs(om)为负值，属于耗尽型场效晶体管的参数。 ③饱和漏电流Ipss:指在Vcs=0 条件下，且vps>Vcs(om)时所对应的漏极电流。 ④跨导gm:指 Vos一定时，漏极电流变化量(△ip)和栅源电压变化量(△vcs)之比，表达式是它是表征栅源电压vcs对漏极电流ip控制作用大小的重要参数。 场效应管的跨导是表征 的控制作用 A.vDS对iD B.vGS对vDS C.vGS对iD D.iG对vDS 【答案】C 【解析】跨导是表征栅源电压vGS对漏极电流iG控制作用大小的重要参数。故C 正确。 1. N 沟道结型场效应管工作时，应加上 栅源电压 A.正向 B.反向 C.不确定 D.正向或反向 【答案】B 2. 如图所示代表 绝缘栅场效应管的符号 A.P 沟道增强型 B.N 沟道耗尽型 C.N 沟道增强型 D.P 沟道耗尽型 【答案】C 3. 某场效应管的开启电压U为正值，则该管是 A.N 沟道增强型MOS管 B.P 沟道增强型MOS管 C.N 沟道耗尽型MOS管 D.P 沟道耗尽型 MOS 管 【答案】A 1. 场效应管是 器件 A. 电压控制电压 B. 电流控制电压 C. 电压控制电流 D. 电流控制电流 【答案】C 2. 已知场效应管的转移特性曲线如图所示，则此场效应管的类型是 A. 增强型PMOS B. 增强型NMOS C. 耗尽型PMOS D. 耗尽型NMOS 【答案】B 3. 场效应管用于放大时，应工作在 区 A. 可变电阻 B. 恒流(饱和) C. 夹断 D. 击穿 【答案】B · 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，称为电流控制型器件。场效晶体管(FET) 是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制型器件。 · 根据结构和工作原理不同，场效晶体管可分为结型(JFET)和绝缘栅型(MOSFET) 两大类。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$