晶体管和二极管区别

2011-06-18 09:04:27来源: 互联网

首先说明一下:晶体管,就是指的半导体器件,二极管也是晶体管里的一种。下面我们详细介绍一下二极管和三极管的特性及功能原理。

半导体二极管及其特性

  半导体二极管按其结构和制造工艺的不同,可以分为点接触型和面接触型两种。

  点接触二极管是在P型硅晶晶体或N型锗晶体的表面上,安装上一根用钨或金丝做成的触针,与晶体表面接触而成,然后加以电流处理,使触针接触处形成一层异型的晶体。很据所用金属丝的不同,分别称之为钨键二极管和金键二极管。国产2APl一7和2APll—17型半导体二极管即属此类。但前者触针是钨丝,后者是金丝。

  面接触型二极管多数系用合金法制成。在N型锗晶体的表面上安放上一块铟,然后在高温下使一部分锗熔化于铟内。接着将温度降低,使熔化于姻内的锗又沉淀而出,形成P型晶体。此P型晶体与末熔化的N型晶体组成P—N结。

  点接触型半导体二极管具有较小的接触面积,因而触针与阻挡层间的电容饺小(约1微微法);而面接触型二极管的极间电容较大,约为15一20微微池。因此,前者适合于在频率较高的场合工作,而后者只适宜于频率低于50千赫以下的地方工作;另外前者允许通过的电流小,在无线电设备中宜作检波用,后者可通过较大之电流,多用于整流。
常用的半导体二极管其特性指标参数意义如下:

  1.工作频率范围f(MHz):指由于P—N结电容的影响,二极管所能应用的频率范围。

  2.最大反向电压Vmax(V):指二极管两端允许的反向电压,一般比击穿电压小。反向电压超过允许值时,在环境影响下,二极管有被击穿的危险。

  3.击穿电压VB(V):当二极管逐渐加上一定的反向电压时,反向电流突然增加,这时的反向电压叫反向击穿电压。这时二极管失去整流性能。

  4.整流电流I(mA)I指二极管在正常使用时的整流电流平均值。

晶体三极管的结构和类型

   晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把正块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种,如图从三个区引出相应的电极,分别为基极b发射极e和集电极c。
   发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射区"发射"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

晶体三极管及其工作原理

  晶体三极管系由俩个P—N结组合而成。根据组合方式的不同,有PNP型及NPN型两种。它们的工作原理是完全相同的。
  晶体三极管的制造方法有生长法、合金法和扩散法等数种。出于生长法工艺复杂,质量控制困难,目前已被淘汰。合金法工艺简单,价格低廉,目前多采用此法生产。国产3AXl—5型晶体管即采用合金法制成。合金法制成的晶体管的缺点是结的厚度不易精确控制,因而工作频率不高。
  扩散法的优点是P—N结的厚度可以精确控制,能获得很薄的扩散层,因而工作频率可以大大提高。国产3AGll一14即属此型,适易在高频下工作。
  晶体三极管共有三个不同的导电区域,例如两个P型区夹着一个N型区(P—N—P),或两个N型区夹着一个P型区N一P—N),就做成了晶体三极管的基本部分——管芯。在每两个导电区之间都形成一个P—N结,所以无论是哪一种晶体三极管,都含有两个P—N结。按照它们不同的作用,分别叫做发射结和集电结。两个结把一块完整的晶体分成三个区。如果两边是空穴导电的P型区,而中间是电子导电的N型区,我们就称它为P—N—P型晶体三极管,反之,如果两边是N型区,中间是P型区,就叫N—P—N型晶体三极管。晶体三极管的三个区域,根据作用的不同,分别叫做发射区、基区和集电区,它们是三极管的三个电极,分别叫做发射极、基极和集电极。为方便起见,常以拉丁字母e、b、c表示。
  晶体三极管的工作原理基本上可以用它的放大作用来解释。因为,放大原理是晶体管一切工作的基础。
  我们知道,在P一N结两端不加电压,电子和空穴的扩散受P—N结势垒电压的阻止,无法继续进行。还知道:加正向电压可使P—N结阻挡层势垒电压降低,扩散就能够继续进行;如果加反向电压,将增高势垒电压,扩散就停止。
  现在假定:在晶体三极管的发射结加正向电压(P区接电池正极,N区接负极),集电结加反向电压(P区接电池负极,N区接正极)。这时,发射结势垒降低,扩散能够进行,于是基区的电子跑向左边的发射区,发射区的空八跑向基区。如果用Ib代表从发射结注入基区的空穴电流,用Ic代表从发射结注入发射区的电子电流,那么,从发射结流出的总电流Ie等于两者之和。
  在实际晶体管中,为了适应需要,人们设法使基区少掺些杂质,所以它的电子远比发射区的空穴少,因此电子电流远小于空穴电流,以至于Ib可以忽略不计,这时Ie=Ic。
 这样一来,可以明显地看出,发射极的作用就是向基区发射空穴,就好象电子管的阴极是专门发射电子一样。
  大量的空穴到达基区以后,由于基区做得很簿,空穴很容易渡越基区跑到集电结的边缘。集电结上加有几伏甚至几十伙的反向电压,这个电压对空穴来说是能帮助空穴进入集电区的。也就是况,带正电的空穴一赶到集电结的左边,就受到集电结右边P区的负电压作用,被吸引过去,然后与外电路的电池送来的电子复合,形成集电极电流Ic。
  但是,并不是所有扩散到基区的空穴都能被集电极吸引,形成集电极电流。因为在空穴路过基区的时候会和基区(N型区)的多数载流子—电子互相吸引,和电子复合而消失,加之上述基区也有少量的电子会跑到发射区去和空穴复合,形成Ic,这两种复合都需要由外电路电池供给负电子,所以形成了基极电流Ib。但因为基区很清(厚度只有万分之一米),空穴穿过基区的时间只有几亿分之一秒,所以复合的数量是很小的,绝大部分空穴都达到集电极,故集电极电流Ic几乎等于发射极总电流Ie。
  这是一个模拟晶体管工作状态的FLASH,你现在就可以填入数字或直接按Push开始。
  上面讲的是只加固定电压而未加输入交流信号的情况。在加入输入信号之后,加到发射结上的电压就等于电池电压Veb和信号电压之和,由于信号电压是不断变化的,发射结上的电压也就随着信号电压在变动,因而引起发射结阻挡层势垒的高低也作相应的变化。势垒高时,发射极电流Ie小,势垒低时Ie大也就是发射极电流Ie会随着输入电压变化而变化。发射极电流Ie大就说明到达基区的空穴多,穿过基区到达集电结的空穴也就多,结果集电极电流Ic也就大,反之,发射极电流Ie小时,集电极电流也会小。同时,我们也会想象到发射极电流Ie大时,空 
穴在基区的复合数目也会多些,Ie小时复合也相应少些,复合电流也是变化的。不过这种变化,由于复合电流本来就很小,和Ie或1c的变化相比是很小的,可以忽略。在这里我们用△Ie代表发射极电流的变化数量,用△Ic代表集电极电流的变化数量。
  若用△R代表发射结的交变电阻,R代表负载电阻,我们很容易算出电压放大倍数K。如果以Vo表示集电极电流△Ic在负载R上产生的输出电压,Vin表示输入电压,那么
  K=Vo/Vin=(△IcR)/(△Ie△R)≒R/△R
  由于发射结上加的是正向电压,这个电压变化一点点,流过结的电流就会有很大变化,所以发射结电阻△R是很小的,一般只有几十欧。我们知道P—N结的正向电阻很小,而P—N结的反向电阻却很大,所以集电结的电阻很大,可达几百千欧。因此负载电阻R也可以用的很大(阻抗匹配),R一般是几千欧到几十千欧,所以R/△R就很大,因此从负载上取出的输出信号电压Vc远比输入信号电压Vin大,被放大了很多倍。这就是晶体三极管放大信号的道理。

关键字:晶体管  二极管

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0618/article_10208.html
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