任务5 常见半导体器件
半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。本节主要介绍半导体二极管和半导体三极管半导体器件。
1.5.1 半导体器件命名
根据国标符号GB 249—1989，如图1-13所示半导体器件的型号由五个部分组成。
图1-13 半导体器件型号
表1-10 半导体器件型号含义
1.5.2 半导体二极管
1．二极管的结构
二极管是由一个PN结加上两条电极引线做成管心，并用管壳封闭而成的。P型区的引出线称为正极或阳极，N型区的引出线称为负极或阴极。二极管的文字符号为VD。
2．二极管的分类
晶体二极管可分为以下几类型：
（1）以制造材料分为区分，可分为：锗二极管、硅二极管等。
（2）以不同用途区分，可分为：整流二极管、开关二极管、检波二极管等。
（3）以结构区分，可分为：点接触型二极管、面接触型二极管。
3．半导体二极管的特性
（1）正向特性
正向特性曲线如图1-14中第一象限所示。在起始阶段，外加正向电压很小，二极管呈现的电阻很大，正向电流几乎为零，该曲线段称为死区。使二极管开始导通的临界电压称为开启电压，一般硅二极管的开启电压约为0.5V，锗二极管的开启电压约为0.2V。
图1-14 半导体二极管的伏安特性曲线
当正向电压超过开启电压后，电流随电压的上升迅速增大，二极管电阻变得很小，进入正向导通状态。曲线较陡直，电压与电流的关系近似为线性，为导通区。导通后二极管两端的正向电压称为正向压降（或管压降），这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大小而变化。一般硅二极管的正向压降约为0.7V，锗二极管的正向压降约为0.3V。
（2）反向特性
反向特性曲线如图1-14第三象限所示。
二极管加反向电压时，在起始的一段范围内，只有很少的少数载流子，也就是很小的反向电流，且不随反向电压的增加而改变，称为反向饱和电流或反向漏电流。该段称反向截止区。一般硅管的反向电流为0.1毫安，锗管为几十微安。
注意：反向饱和电流随温度的升高而急剧增加，硅管的反向饱和电流要比锗管的反向饱和电流小。在实际应用中，反向电流越小，二极管的质量越好。当反向电压增大到超过某一值时，反向电流急剧增大，这一现象称为反向击穿，所对应的电压称为反向击穿电压。
4．晶体二极管主要参数
（1）最大整流电流IFM：二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。
（2）正向压降VD：二极管正向偏置，流过电流为最大整流电流时的正向压降值。
（3）最大反向工作电压VRM：二极管使用时允许施加的最大反向电压。一般为反向击穿电压VBR一半。
（4）反向电流IRM：二极管未击穿时的反向电流值。
（5）最高工作频率fM：保证二极管正常工作的最高频率。
1.5.3 半导体三极管
1．三极管的结构
三极管由两个PN结构成。在N型半导体和P型半导体交错排列形成三个区，分别称为发射区，基区和集电区。从三个区引出的引脚分别称为发射极，基极和集电极，用符号e、b、c来表示。处在发射区和基区交界处的PN结称为发射结，处在基区和集电区交界处的PN结称为集电结。符号为VT。
从外表上看两个N区，（或两个P区）是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。
三极管的结构示意图如图1-15所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。
图1-15 半导体三极管的结构示意图
2．三极管的分类
（1）按材质分三极管种类有：硅管、锗管。
（2）按结构分三极管的种类有：NPN、PNP。
（3）按三极管消耗功率的不同三极管的种类有：小功率管、中功率管和大功率管等。
3．半导体三极管的特性
（1）三极管输入特性曲线。当输出电压UCE一定时，反映输入电流IB与输入电压UBE之间的关系曲线叫做三极管输入特性曲线，如图1-16（a）所示。
图1-16 三极管的伏安特性曲线
在输入回路中，由于三极管的发射结是一个正向偏置的PN结，所以三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线非常相似；和二极管一样，三极管也有一个导通电压，通常硅管约为0.6～0.7V，锗管约为0.2～0.3V。
（2）三极管输出特性曲线。当输入电流IB一定时，反映输出电流IC与输出电压 UCE之间关系的曲线叫做三极管输出特性曲线，如图1-16（b）所示。
截止区：指IB=0的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流ICEO。
饱和区：在此区域内，三极管的发射结和集电结均处于正偏。IB失去了对IC的控制能力，这种情况，称为三极管的饱和，三极管失去了电流放大作用，相当于一个闭合开关。三极管饱和时，三极管集电极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用UCES表示；小功率小功率硅管UCES约为0.3V，硅管的UCES约为0.1V左右。
放大区：处在此区域，三极管发射结正偏，集电结反偏。三极管集电极电流受控于基极电流，三极管具有电流放大作用。
4．三极管的主要参数
（1）直流电流放大系数
：可用电流表或晶体管特性图示仪测得集电极电流IC和基极电流IB后算出，也可用数字万用表的HFE档测得。计算公式：
（2）穿透电流ICEO：基极开路时的IC值，此值反映了三极管的热稳定性，越小越好。用电流表测得。
（3）交流电流放大系数β:IC与IB的变化量之比。可由电流表或晶体管特性图示仪测得ΔIC和ΔIB后根据下式计算：
（4）反向击穿电压BVCEO：基极开路时，C、E之间的击穿电压。