第1章 常用半導(dǎo)體器件(修改)

1、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 P69 1-3; 1-6; 1-9; 1-11; 1-12 P69 1-3; 1-6; 1-9; 1-11; 1-12 本章練習(xí)本章練習(xí) 本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn)本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn) 1 1、本征半導(dǎo)體中的載流子、本征半導(dǎo)體中的載流子 2 2、雜質(zhì)半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 物質(zhì)分類物質(zhì)分類 導(dǎo)體導(dǎo)體 導(dǎo)電率為導(dǎo)電率為10105 5S.cmS.cm-1 -1，量級(jí)，如金屬 量級(jí)，如金屬 絕緣體絕緣體 導(dǎo)電率為導(dǎo)電率為1010-22 -22-10 -10-14 -14 S.cm S.cm-1 -1量

2、級(jí)， 量級(jí)， 如：橡膠、云母、塑料等。如：橡膠、云母、塑料等。 導(dǎo)電能力隨條件變化。導(dǎo)電能力隨條件變化。 如：硅、鍺、砷化鎵等。如：硅、鍺、砷化鎵等。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體特性半導(dǎo)體特性 摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍摻雜特性摻雜特性半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 溫度增加使導(dǎo)電率大為增加溫度增加使導(dǎo)電率大為增加溫度特性溫度特性 熱敏器件熱敏器件 光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)光照特性光照特性 光敏器件光敏器件 光電器件光電器件 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 (摻入的三價(jià)元素如摻入的三

3、價(jià)元素如B、Al、In等等) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 (摻入的五價(jià)元素如摻入的五價(jià)元素如P、Se等等) 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 純度：純度：99.9999999%，“九個(gè)九個(gè)9” 它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 常用的本征半導(dǎo)體常用的本征半導(dǎo)體 Si+14 2 8 4Ge+322 8 18 4 +4 在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn) 陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原 子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其

4、相臨的原子之間子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間 形成形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。，共用一對(duì)價(jià)電子。 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu) 成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵: : 共價(jià)鍵內(nèi)的電子共價(jià)鍵內(nèi)的電子 稱為稱為束縛電子束縛電子 價(jià)帶價(jià)帶 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 掙脫原子核束縛的電子掙脫原子核束縛的電子 稱為稱為自由電子自由電子 價(jià)帶中留下的空位價(jià)帶中留下的空位 稱為稱為空穴空穴 禁帶禁帶EG 外電場(chǎng)外電場(chǎng)E 自由電子定向移動(dòng)自由電子定向移動(dòng) 形成形成電子流電子流 束縛電子填補(bǔ)空穴的

5、束縛電子填補(bǔ)空穴的 定向移動(dòng)形成定向移動(dòng)形成空穴流空穴流 本征激發(fā)本征激發(fā): :價(jià)電子獲得足夠能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛價(jià)電子獲得足夠能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛, ,成為成為 自由電子自由電子, ,這種激發(fā)稱這種激發(fā)稱本征激發(fā)本征激發(fā) (常溫下常溫下) 電子空穴對(duì)電子空穴對(duì): :由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì) 空穴的移動(dòng)空穴的移動(dòng): :空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依 次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。 復(fù)合：復(fù)合：自由電子在運(yùn)動(dòng)的過程中與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空自由電子在運(yùn)動(dòng)的過程中與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空 穴同時(shí)消失的現(xiàn)象。穴同

6、時(shí)消失的現(xiàn)象。 1. 本征半導(dǎo)體中有兩種載流子本征半導(dǎo)體中有兩種載流子 自由電子和空穴自由電子和空穴 它們是成對(duì)出現(xiàn)的它們是成對(duì)出現(xiàn)的 2. 在外電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電流在外電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電流 電子流和空穴流電子流和空穴流 電子流電子流自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的 與外電場(chǎng)方向相反與外電場(chǎng)方向相反 自由電子始終在導(dǎo)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng)自由電子始終在導(dǎo)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng) 空穴流空穴流價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的 與外電場(chǎng)方向相同與外電場(chǎng)方向相同 始終在價(jià)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng)始終在價(jià)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng) 本征半導(dǎo)體中的載流子：本征半導(dǎo)體中的載流子： 本征半導(dǎo)體載流子的濃度：本征半導(dǎo)體載流子的濃度： 電子濃度電

7、子濃度ni :表示單位體積的自由電子數(shù)表示單位體積的自由電子數(shù) 空穴濃度空穴濃度pi : :表示單位體積的空穴數(shù)表示單位體積的空穴數(shù)。 kT/E ii GO eTKpn 2 2 3 1 K1與材料有關(guān)的常數(shù)與材料有關(guān)的常數(shù) EGO禁帶寬度禁帶寬度 (熱力學(xué)溫度為零時(shí)熱力學(xué)溫度為零時(shí),掙脫共價(jià)鍵束縛所需要的能量掙脫共價(jià)鍵束縛所需要的能量) T絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度 k玻爾曼常數(shù)玻爾曼常數(shù) 結(jié)論結(jié)論 1. 本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中 電子濃度電子濃度ni = 空穴濃度空穴濃度pi 2. 載流子的濃度與載流子的濃度與T、EGO有關(guān)有關(guān) 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 (摻入的三價(jià)元素如摻入的三價(jià)元

8、素如B、Al、In等等) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 (摻入的五價(jià)元素如摻入的五價(jià)元素如P、Se等等) 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素如在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素如P 價(jià)帶價(jià)帶 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 + 施主施主 能級(jí)能級(jí) 自由電子是自由電子是多數(shù)載流子簡稱多多數(shù)載流子簡稱多 子子 空穴是空穴是少數(shù)載流子簡稱少子少數(shù)載流子簡稱少子 雜質(zhì)原子提供雜質(zhì)原子提供 由熱激發(fā)形成由熱激發(fā)形成 由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電 子，因此將其稱為子，因此將其稱為施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)。 施主雜質(zhì)因提供自由電子而施主雜質(zhì)因提供自由電子而 帶正電荷成為帶正電荷成為正離子正離子 被施主雜質(zhì)所束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級(jí)被施

9、主雜質(zhì)所束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級(jí). 本征激發(fā)引起本征激發(fā)引起 在本征半導(dǎo)體中摻入的三價(jià)元素如在本征半導(dǎo)體中摻入的三價(jià)元素如B 價(jià)帶價(jià)帶 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 - 受主受主 能級(jí)能級(jí) 自由電子是少數(shù)載流子自由電子是少數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子 雜質(zhì)原子提供雜質(zhì)原子提供由本征激發(fā)形成由本征激發(fā)形成 因留下的空位很容易俘獲因留下的空位很容易俘獲 電子，使雜質(zhì)原子成為電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)負(fù) 離子。離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱三價(jià)雜質(zhì)因而也稱 為為受主雜質(zhì)。受主雜質(zhì)。 被受主雜質(zhì)所束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級(jí)被受主雜質(zhì)所束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級(jí). 摻入雜摻入雜 質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有

10、很大質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大 的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下: T=300 K室溫下室溫下, ,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: : n = p =1.41010/cm3 1 本征硅的原子濃度本征硅的原子濃度: : 4.961022/cm3 3 以上三個(gè)濃度基本上依次相差以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3 。 2 摻雜后摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: n=51016/cm3 雜雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 P型半導(dǎo)體的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的導(dǎo)電結(jié)構(gòu) N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 其中帶其中帶“

11、-”-”的圓圈表示不能移動(dòng)的負(fù)離子，帶的圓圈表示不能移動(dòng)的負(fù)離子，帶“+”+” 號(hào)的圓圈表示不能移動(dòng)的正離子，小白點(diǎn)表示空穴，號(hào)的圓圈表示不能移動(dòng)的正離子，小白點(diǎn)表示空穴， 小紅點(diǎn)表示自由電子。小紅點(diǎn)表示自由電子。 本節(jié)中的有關(guān)概念本節(jié)中的有關(guān)概念 本征半導(dǎo)體、本征激發(fā)本征半導(dǎo)體、本征激發(fā) 自由電子自由電子 空穴空穴 N型半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)型半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)(5價(jià)價(jià)) P型半導(dǎo)體、受主雜質(zhì)型半導(dǎo)體、受主雜質(zhì)(3價(jià)價(jià)) 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 復(fù)合復(fù)合 *半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)1：其其導(dǎo)電導(dǎo)電能力容易受溫度、光照等環(huán)境能力容易受溫度、光照等環(huán)境 因

12、素影響因素影響 溫度溫度載流子濃度載流子濃度導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力 *半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)2：摻雜可以顯著提高導(dǎo)電能力摻雜可以顯著提高導(dǎo)電能力 自測(cè)一下自測(cè)一下 1.2 PN1.2 PN結(jié)結(jié) 本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn)本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn) 1 1、空間電荷區(qū)的形成、空間電荷區(qū)的形成 2 2、PNPN結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦?P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 載流子載流子從從濃度濃度大大向濃度向濃度小小 的區(qū)域的區(qū)域擴(kuò)散擴(kuò)散,稱稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 形成的電流成為形成的電流成為擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子阻礙多子向?qū)Ψ降南驅(qū)Ψ降臄U(kuò)散擴(kuò)散 即即阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 同時(shí)同時(shí)

13、促進(jìn)少子促進(jìn)少子向?qū)Ψ较驅(qū)Ψ狡破?即即促進(jìn)了漂移運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了漂移運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)=漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)漂移運(yùn)動(dòng)時(shí) 達(dá)到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡 1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 擴(kuò)散到擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子與空穴區(qū)的自由電子與空穴 復(fù)合，復(fù)合， 擴(kuò)散到擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與自由電子區(qū)的空穴與自由電子 復(fù)合復(fù)合 P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正區(qū)出現(xiàn)正 離子區(qū)，都不能移動(dòng)離子區(qū)，都不能移動(dòng) Uho 內(nèi)電場(chǎng)的建立，使內(nèi)電場(chǎng)的建立，使PNPN結(jié)中產(chǎn)生結(jié)中產(chǎn)生 電位差。從而形成接觸電位電位差。從而形成接觸電位U Uho ho 接觸電位接觸電位V Vho ho決定于材料及摻雜濃度 決定于

14、材料及摻雜濃度 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì), , 分別形成分別形成N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在結(jié)合面上：型半導(dǎo)體。在結(jié)合面上： 因濃度差因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 最后最后,多子的多子的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移運(yùn)動(dòng)相等時(shí)漂移運(yùn)動(dòng)相等時(shí),達(dá)到達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡。 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 對(duì)于對(duì)于P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄

15、層形成的空間 電荷區(qū)稱為電荷區(qū)稱為PN結(jié)結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層耗盡層。 在空間電荷區(qū)，由于存在接觸電位在空間電荷區(qū)，由于存在接觸電位U Uho ho，所以又稱勢(shì)壘區(qū)。 所以又稱勢(shì)壘區(qū)。 當(dāng)外加電壓使當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中結(jié)中P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N區(qū)的電區(qū)的電 位，稱為加位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱，簡稱正偏正偏；反之；反之稱為加稱為加反反 向電壓向電壓，簡稱簡稱反偏反偏。 PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇， 由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電

16、流，流，PNPN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 PNPN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)， 有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電 流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似 認(rèn)為其截止。認(rèn)為其截止。 (1) PN結(jié)正偏時(shí)結(jié)正偏時(shí) 低電阻低電阻 大的正向擴(kuò)散電流大的正向擴(kuò)散電流 伏安特性 (2) PN結(jié)反偏時(shí)結(jié)反偏時(shí) 伏安特性 高電阻高電阻 很很小的反向漂移電流小的反向漂移電流 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定 的，故少子形成的漂移電流是恒定的，

17、基本上與所加反向電的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電 壓的大小無關(guān)，這個(gè)電流也稱為壓的大小無關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流反向飽和電流。 iD/mA 1.0 0.5 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)正偏的伏安特性結(jié)正偏的伏安特性 iD/mA 1.0 0.5 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)反偏的伏安特性結(jié)反偏的伏安特性 iD/mA 1.0 0.5 iD= IS 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有 較大的正向擴(kuò)散電流；較大的正向擴(kuò)散電流； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有結(jié)加反向

18、電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有 很小的反向漂移電流。很小的反向漂移電流。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娊Y(jié)具有單向?qū)щ?性。性。 式中式中 Is 飽和電流飽和電流; VT = kT/q 等效電壓等效電壓 k 波爾茲曼常數(shù)；波爾茲曼常數(shù)； T=300K（室溫）時(shí)（室溫）時(shí) VT= 26mV 由半導(dǎo)體物理可推出由半導(dǎo)體物理可推出： )()( T SS 11 VukTqu eIeIi 當(dāng)加反向電壓時(shí)：當(dāng)加反向電壓時(shí)： 當(dāng)加正向電壓時(shí)：當(dāng)加正向電壓時(shí)：(uVT) T S Vu eIi S Ii (u VT) 此表達(dá)式需記憶此表達(dá)式需記憶 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb 由空間電荷區(qū)的離子薄層形

19、成的。當(dāng)外加電壓使由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上結(jié)上 壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。也隨之變化，猶如電容的充放電。 n B T b U u C du dQ C )1( 0 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)加反向電壓時(shí)，結(jié)加反向電壓時(shí)， 明顯隨明顯隨 的變化而變化。的變化而變化。 b Cu 擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而結(jié)的另一側(cè)面積累而 形成的。因形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到P

20、區(qū)的電子，與外電區(qū)的電子，與外電 源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就 堆積在堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度 分布曲線。分布曲線。 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd 當(dāng)外加正向電壓當(dāng)外加正向電壓 不同時(shí)，擴(kuò)散電流即不同時(shí)，擴(kuò)散電流即 外電路電流的大小也外電路電流的大小也 就不同。所以就不同。所以PN結(jié)兩結(jié)兩 側(cè)堆積的多子的濃度側(cè)堆積的多子的濃度 梯度分布也不同，這梯度分布也不同，這 就相當(dāng)電容的充放電就相當(dāng)電容的充放電 過程。過程。 dbj CCC PN結(jié)電容結(jié)電容Cj 勢(shì)

21、壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。 反向擊穿反向擊穿 PN結(jié)上反向電壓達(dá)到某一數(shù)值，反向電流激增。結(jié)上反向電壓達(dá)到某一數(shù)值，反向電流激增。 雪崩擊穿雪崩擊穿 低摻雜時(shí)低摻雜時(shí), PN結(jié)較寬結(jié)較寬. 當(dāng)少子漂移通過當(dāng)少子漂移通過PN結(jié)時(shí)結(jié)時(shí), 由于由于PN結(jié)反向電壓增高，結(jié)反向電壓增高，少子獲得能量高速少子獲得能量高速 運(yùn)動(dòng)，在空間電荷區(qū)與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生碰運(yùn)動(dòng)，在空間電荷區(qū)與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生碰 撞電離。形成連鎖反應(yīng)，象雪崩一樣撞電離。形成連鎖反應(yīng)，象雪崩一樣, ,使反向使反向 電流激增。電流激增。 擊穿可逆。擊穿可逆。 摻雜濃度小的摻雜濃度小的 二極管容易發(fā)

22、生二極管容易發(fā)生 齊納擊穿齊納擊穿 當(dāng)反向電壓較大時(shí)，強(qiáng)電場(chǎng)直接從共價(jià)鍵中將電當(dāng)反向電壓較大時(shí)，強(qiáng)電場(chǎng)直接從共價(jià)鍵中將電 子拉出來，形成大量載流子子拉出來，形成大量載流子, ,使反向電流激增使反向電流激增。 擊穿可逆。擊穿可逆。 摻雜濃度大的摻雜濃度大的 二極管容易發(fā)生二極管容易發(fā)生 不可逆擊穿不可逆擊穿 熱擊穿 熱擊穿 PN結(jié)的電流或電壓較大，使結(jié)的電流或電壓較大，使PN 結(jié)耗散功率超過極限值，使結(jié)溫結(jié)耗散功率超過極限值，使結(jié)溫 升高，導(dǎo)致升高，導(dǎo)致PN結(jié)過熱而燒毀。結(jié)過熱而燒毀。 思考一下思考一下 本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn)本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn) 1 1、二極管的伏安特性、二極管的伏安特性 2

23、 2、二極管的等效電路、二極管的等效電路( (重點(diǎn)理解為什么要等效，重點(diǎn)理解為什么要等效， 其次就是怎樣等效）其次就是怎樣等效） 3 3、穩(wěn)壓二極管的伏安特性、穩(wěn)壓二極管的伏安特性 二極管按結(jié)構(gòu)分有二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型 三大類。三大類。 (1) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖1 (2) 面接觸型面接觸型 (3) 平面型平面型 (4) 代表符號(hào)代表符號(hào) 特點(diǎn)特點(diǎn)1 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖2 特點(diǎn)特點(diǎn)2 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖3 特點(diǎn)特點(diǎn)3 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小結(jié)面積小，結(jié)電容小 用于檢波和變頻等高頻電路用于檢波和變頻等高頻電路 用于低頻大電流

24、整流電路用于低頻大電流整流電路 PN結(jié)面積大 結(jié)面積大 陰陰極極 引引線線 陽陽極極 引引線線 P N P型型支支持持襯襯底底 用于高頻整流和開關(guān)電路用于高頻整流和開關(guān)電路 PN 結(jié)面積可大可小 結(jié)面積可大可小 往往用于集成電路制造藝中往往用于集成電路制造藝中 (d) 代代表表符符號(hào)號(hào) N陰陰極極 陽陽極極P 代表符號(hào)代表符號(hào) 1.3.11.3.1半導(dǎo)體二極管的常見結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的常見結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體二極管圖片 123 二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示 ) 1( / TD Uu D eIi S 0 D/V 0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 40 5

25、 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA 死區(qū)死區(qū) Vth VBR 硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性 0 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA Vth VBR 鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性 + iD vD - R1. 正向起始部分存在一個(gè)死區(qū)或門坎，稱為開啟電壓。正向起始部分存在一個(gè)死區(qū)或門坎，稱為開啟電壓。 硅：硅：Uon=0.5-0.6v; 鍺：鍺：Uon=0.1-0.2v 2. 加反向電壓時(shí)，反向電流很小加

26、反向電壓時(shí)，反向電流很小 即即Is硅硅(nA)Is鍺鍺( A) 硅管比鍺管穩(wěn)定硅管比鍺管穩(wěn)定 3. 當(dāng)反壓增大當(dāng)反壓增大UBR時(shí)再增加，反向激增，發(fā)生反向擊穿，時(shí)再增加，反向激增，發(fā)生反向擊穿， UBR稱為反向擊穿電壓。稱為反向擊穿電壓。正向特性正向特性 反向特性反向特性 反向擊穿特性反向擊穿特性 數(shù)據(jù)需記憶數(shù)據(jù)需記憶 ) 1( / TD Uu D eIi S 0 D/V 0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 40 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA 死區(qū)死區(qū) Vth VBR 硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性 0

27、 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA Vth VBR 鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性 正向特性正向特性 反向特性反向特性 反向擊穿特性反向擊穿特性 硅：硅：0.6-0.8v; 鍺：鍺：0.1-0.3v 數(shù)據(jù)需記憶數(shù)據(jù)需記憶 1.3.3 1.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 1. IF 最大整流電流最大整流電流( (最大正向平均電流最大正向平均電流) ) 3. URM 最高反向工作電壓，為最高反向工作電壓，為 U(BR) / 2 4. IR 反向電流反向電流( (越小

28、越小, ,單向?qū)щ娦栽胶脝蜗驅(qū)щ娦栽胶? ) 5. fM 最高工作頻率最高工作頻率( (超過時(shí)單向?qū)щ娦宰儾畛^時(shí)單向?qū)щ娦宰儾? ) iD uD U (BR) I F URM O 2. U (BR) 反向擊穿電壓（反向擊穿電壓（二極管反向電流剛開始隨反向電壓二極管反向電流剛開始隨反向電壓 值增大而急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值）值增大而急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值） iD uD I F o ) 1( / SD D T Vv eIi 3. 半導(dǎo)體二極管的非線半導(dǎo)體二極管的非線 性伏安特性性伏安特性 1. 線性元件回顧線性元件回顧 電阻：元件兩端的電 壓是元件通過的電流 的線性函數(shù) Rui 電容：元件

29、存儲(chǔ)的電 荷是元件兩端的電壓 的線性函數(shù) Cqu 電感：元件內(nèi)部的磁 通是元件通過的電流 的線性函數(shù) L i 電 阻電 容電 感 i u R iD/mA 1.0 0.5 0.51.00.501.0 D/V 圖 圖 1.3.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 數(shù)學(xué)模型方法數(shù)學(xué)模型方法 模型簡化方法折線化或其他簡化模型模型簡化方法折線化或其他簡化模型 圖解分析方法圖解分析方法 小信號(hào)線性化方法小信號(hào)線性化方法-微變等效法微變等效法 其其本質(zhì)本質(zhì)是對(duì)非線性元件伏安特性的模型再構(gòu)建是對(duì)非線性元件伏安特性的模型再構(gòu)建 （體現(xiàn)了（體現(xiàn)了“模擬模擬”二字）二字） 設(shè)設(shè): :有如右圖含二有如右圖含二 極管的

30、非線性電極管的非線性電 路，電路分析要路，電路分析要 解出解出i iD D 和和v vD D 。 （分析方法有四種）（分析方法有四種） D / DS DDDD (1)(1) (V) R(2) T vV iIe iv 1. 1. 采用數(shù)學(xué)模型方法采用數(shù)學(xué)模型方法（需解非線性方程）（需解非線性方程） 理想模型（理想開關(guān)）理想模型（理想開關(guān)） 理想理想 特性特性 uD iD 符號(hào)及符號(hào)及 等效模型等效模型 SS 正偏導(dǎo)通，正偏導(dǎo)通，uD = 0；反偏截止，；反偏截止， iD = 0 U(BR) = iD uD I F o 此二極管符合相當(dāng)此二極管符合相當(dāng) 于一根導(dǎo)線于一根導(dǎo)線 此二極管符合相此二極管

31、符合相 當(dāng)于一根導(dǎo)線當(dāng)于一根導(dǎo)線 恒壓降模型恒壓降模型 uD iD UD(on) UD(on) 0.5 V (Si) 0.1 V (Ge) 此二極管符合相當(dāng)此二極管符合相當(dāng) 于一根導(dǎo)線于一根導(dǎo)線 數(shù)據(jù)需記憶數(shù)據(jù)需記憶 iD uD I F o 折線近似模型折線近似模型 uD iD UD(on) U I I U r D 斜率斜率1/ rD rDUD(on) 二極管相當(dāng)于一二極管相當(dāng)于一 根導(dǎo)線根導(dǎo)線 iD uD I F o 晶體晶體二極管的電阻二極管的電阻 非線性電阻非線性電阻 直流電阻直流電阻R (也稱靜態(tài)電阻）也稱靜態(tài)電阻） 交流電阻交流電阻r （又稱動(dòng)態(tài)電阻或微變電阻）（又稱動(dòng)態(tài)電阻或微變電

32、阻） 1)、 直流電阻直流電阻 定義定義二極管兩端的直流電壓二極管兩端的直流電壓UD與電流與電流ID之比之比 D D I U R ID I U UDD 3. 3. 應(yīng)用圖解分析方法應(yīng)用圖解分析方法 借助于靜態(tài)工作點(diǎn)來求借助于靜態(tài)工作點(diǎn)來求 首先確定電路的首先確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q： 借助于圖解法來求借助于圖解法來求 ID VDD D RL UD I U 由電路可列出方程：由電路可列出方程： UD=VDD-IDRL D L DDD U R 1 VI 直流負(fù)載線直流負(fù)載線 UD=0 ID=VDD ID=0 UD=VDD/RL VDD/RL VDD QID UD 由由Q得得ID和和UD，

33、，從而求出直流電阻 從而求出直流電阻R D D D I U R 2). 交流電阻交流電阻rd I Q U U I dI dU rd 交流電導(dǎo)：交流電導(dǎo)： 交流電阻：交流電阻： 晶體二極管的正向交流電阻可由晶體二極管的正向交流電阻可由PN 結(jié)電流方程求出：結(jié)電流方程求出： T S Uu D D eIi VDD RL D u D i D u TDDD Uidudig iUdidu T d r iD / mA uD /V O VDD VDD/ R QID w wt O u UD iD / mA w wt O dDD iIi dDD uUu id 斜率斜率1/rd 在靜態(tài)工作點(diǎn)在靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)處的微變

34、電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo) Q du di g D D d T U ID 常溫下常溫下 T=300K 4. 小信號(hào)模型小信號(hào)模型-微變等效法微變等效法 當(dāng)當(dāng) u 幅度較小時(shí)，二極管伏安特性幅度較小時(shí)，二極管伏安特性 在在Q點(diǎn)附近近似為直線（點(diǎn)附近近似為直線（ 不變）不變）d r VDD RL D u D i D u ）（）mAImVIU DDT (26rd DT IU d r微變電阻微變電阻 + D iD VDD VD + vD iD VDD VD + D iD VDD 結(jié)論結(jié)論 理想模型便于計(jì)算，折線模型比較精確，理想模型便于計(jì)算，折線模型比較精確， 恒壓模型適中。恒壓模型適中。 根據(jù)所加電壓根據(jù)所

35、加電壓Vi選擇模型：當(dāng)選擇模型：當(dāng)Vi較大時(shí)，較大時(shí)， 用理想模型；當(dāng)用理想模型；當(dāng)Vi接近接近 VD時(shí)，用恒壓模型或時(shí)，用恒壓模型或 折線模型。折線模型。 恒壓模型恒壓模型 折線近似模型折線近似模型 理想模型理想模型 （理想開關(guān)）（理想開關(guān)） 1.3.5 穩(wěn)壓二極管 1. 1. 符號(hào)及穩(wěn)壓特性符號(hào)及穩(wěn)壓特性 (a)符號(hào)符號(hào) (b) 伏安特性伏安特性 利用二極管反向擊穿利用二極管反向擊穿 特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工 作在反向電擊穿狀態(tài)。作在反向電擊穿狀態(tài)。 1 D 2 D Z U d r 非穩(wěn)壓特性非穩(wěn)壓特性 穩(wěn)壓特性穩(wěn)壓特性 Z D (1) (1) 穩(wěn)

36、定電壓穩(wěn)定電壓V VZ Z (2) (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工 作電流作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向下，所對(duì)應(yīng)的反向 工作電壓。工作電壓。 rZ = VZ / IZ (3)(3)最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流 IZmax和最小穩(wěn)定工作電流和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin (4)(4)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) ： 2. 2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管主要參數(shù) T U Z + R - IR + - RL IO VOVI IZ DZ 正常穩(wěn)壓時(shí)正常穩(wěn)壓時(shí) VO =VZ # # 穩(wěn)壓條件是什么？穩(wěn)壓條件是什么？ IZmin IZ IZmax 圖 3.

37、 3. 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 半導(dǎo)體二極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào) 國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下： 思考一下思考一下 本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn)本節(jié)需掌握、理解的重點(diǎn) 1.晶體管的電流放大原理晶體管的電流放大原理 2.晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線 1.4.1 三極管的結(jié)構(gòu)及類型三極管的結(jié)構(gòu)及類型 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類 型型:NPN型和型和PNP型。型。 兩種類型的三極管兩種類型的三極管 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)集電結(jié)(Jc) 基極基極，用B或b表示（Base） 發(fā)射極發(fā)射極，用

38、E或e 表示（Emitter）； 集電極集電極，用C或c 表示（Collector）。 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 基區(qū)基區(qū) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā) 射區(qū)，且面積大；射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且 摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。 管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖 三極管內(nèi)有兩種載流子三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，參與導(dǎo)電， 故稱為雙極型三極管?；蚬史Q為雙極型三極管?；駼JT (Bipolar Junction Transistor

39、)。 三極管各區(qū)的作用三極管各區(qū)的作用: 發(fā)射區(qū)向基區(qū)提供載流子發(fā)射區(qū)向基區(qū)提供載流子 基區(qū)傳送和控制載流子基區(qū)傳送和控制載流子 集電區(qū)收集載流子集電區(qū)收集載流子 發(fā)射結(jié)加正向電壓發(fā)射結(jié)加正向電壓 集電結(jié)加反向電壓集電結(jié)加反向電壓 1.4.2 三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用 三極管的放大原理歸結(jié)為：三極管的放大原理歸結(jié)為： 外部條件：外部條件： 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 內(nèi)部機(jī)制：內(nèi)部機(jī)制： 載流子傳輸載流子傳輸 分類分類： 按材料分：按材料分： 硅管、鍺管硅管、鍺管 按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W 中功率管中功率管 0.5 1 W 三極管的三種組態(tài)

40、：三極管的三種組態(tài)： 共集電極接法，集電極作為公共電極，用共集電極接法，集電極作為公共電極，用CCCC表示。表示。 共基極接法，基極作為公共電極，用共基極接法，基極作為公共電極，用CBCB表示；表示； 共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CECE表示；表示； CBCBCECECCCC VCC Rc ui + - uo + - Rb VBB C1 C2 基本共射放大電路基本共射放大電路 1. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程 發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入 多子電子，形成電子電流多子電子，形成電子電流 IEN； 基

41、區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成IEP； 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE 。 I CN IE I BN I CBO IB IEP IEN IC ( (基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略 ) ) EP I EPENE III I CN IE I BN I CBO IB IEP IEN IC 2) ) 電子到達(dá)基區(qū)后，因集電結(jié)反偏，電子到達(dá)基區(qū)后，因集電結(jié)反偏， 多數(shù)電子均作為基區(qū)的非平衡少子多數(shù)電子均作為基區(qū)的非平衡少子 通過集電結(jié)漂移到集電區(qū)；通過集電結(jié)漂移到集電區(qū)； 基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成擴(kuò)散電基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成擴(kuò)散電 流流IEP；

42、集電區(qū)的少子空穴通過集電結(jié)漂移集電區(qū)的少子空穴通過集電結(jié)漂移 到基區(qū)，形成漂移電流到基區(qū)，形成漂移電流ICBO。 少數(shù)電子與基區(qū)空穴復(fù)合，形成復(fù)少數(shù)電子與基區(qū)空穴復(fù)合，形成復(fù) 合電流合電流 IBN ； 基區(qū)空穴濃度要保持平衡，靠電源基區(qū)空穴濃度要保持平衡，靠電源 VBB作用，形成基極電流作用，形成基極電流 IB 。 CBOBCBOEPBNB IIIIII EPBNCBOB IIII 基區(qū)所消耗空穴基區(qū)所消耗空穴基區(qū)所獲得空穴基區(qū)所獲得空穴 CBOBCBOEPBNB IIIIII EPBNB III 3)3)因集電結(jié)反偏，從發(fā)射區(qū)因集電結(jié)反偏，從發(fā)射區(qū) 擴(kuò)散到基區(qū)的電子多數(shù)均作擴(kuò)散到基區(qū)的電子多

43、數(shù)均作 為基區(qū)的非平衡少子通過集為基區(qū)的非平衡少子通過集 電結(jié)漂移到集電區(qū)；電結(jié)漂移到集電區(qū)； 集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的載流集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的載流 子子-電子形成電流電子形成電流 I ICN CN ； ； 基區(qū)的少子電子通過集電結(jié)漂移基區(qū)的少子電子通過集電結(jié)漂移 到集電區(qū)，形成漂移電流到集電區(qū)，形成漂移電流I ICBO CBO。 。 I CN IE I BN I CBO IB IEP IEN IC ( (基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略 ) ) EP I CBOCNC III BNCNEN III IC I CN IE I BN I CBO IB IEP IEN IC ( (

44、基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略 ) ) EP I 2. 三極管的電流分配關(guān)系三極管的電流分配關(guān)系 EPCBOBBN IIII CBOB CBOEPBNB II IIII EPBNCNEPENE IIIIII CBOCNC III CBE III（由基爾霍夫定律） IC 向，且保持不變所標(biāo)的方向都是實(shí)際方、 CBE III B CN I I def CBOB CBOC II II CBOCNC III CBOBB III 1）共射直流電流放大倍數(shù)）共射直流電流放大倍數(shù) 3. 晶體管的電流放大系數(shù)晶體管的電流放大系數(shù) 集電區(qū)獲得發(fā)射區(qū)的電子集電區(qū)獲得發(fā)射區(qū)的電子 基區(qū)所消耗的

45、空穴基區(qū)所消耗的空穴 當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集 電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，為常數(shù)。電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，為常數(shù)。 CBO I 當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 CEOBCBOBC )1 (IIIII 穿透電流穿透電流 穿透電流物理意義：當(dāng)基極開路（穿透電流物理意義：當(dāng)基極開路（IB=0）時(shí)，在）時(shí)，在VCC作作 用下集電極與發(fā)射極之間形成的電用下集電極與發(fā)射極之間形成的電 流。流。 一般情況下，一般情況下，1 CBOB II IE = IC + IB CEOB

46、C III CEOBE )1(III BCE III BC II BE )1 (II 2）共射交流電流放大系數(shù)）共射交流電流放大系數(shù) 是共射電流放大系數(shù)，是共射電流放大系數(shù)，同樣，同樣， 它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度 有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般一般 1 BE BC ii ii )1 ( BC ii1 晶體三極管電流放大的實(shí)質(zhì)：晶體三極管電流放大的實(shí)質(zhì)： 以以很小很小的基極輸入電流去的基極輸入電流去 控制控制較大較大的集電極輸出電流。的集電極輸出電流。 B c i i 且 IC= ICN+ ICBO 通常通常 ： ICN ICBO 為為共

47、基共基電流放大系數(shù)，電流放大系數(shù)， 它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜 濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。 一般一般 = 0.9 0.99 IE=IB+ IC E i ic E def I I CN 3）共基直流電流放大系數(shù)）共基直流電流放大系數(shù) 共基交流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù) I CN IE I BN I CBO IB IC IE I BN IB IC I CBO I CN E C I I 且 1)1( E C B B I I I I CE C II I I I B C 上式分子分母同除以上式分子分母同除以IE并考慮并考慮 的表達(dá)式的表達(dá)式,得得

48、 1 與與 之間的關(guān)系之間的關(guān)系 1.4.3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線 iB=f(vBE) vCE=const (2) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時(shí)時(shí) vCB= vCE - - vBE0，集電，集電 結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同 樣的樣的vBE下下 IB減小，特性曲減小，特性曲 線右移。線右移。 (1) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)時(shí) 相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏 安特性曲線。安特性曲線。 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 （以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）圖 vCE = 0V vCE = 0V vCE 1V +

49、- b c e 共射極放大電路 VBB VCC vBE iC i B + - vCE (3) 輸入特性曲線的三個(gè)部分輸入特性曲線的三個(gè)部分 死區(qū) 線性區(qū) 非線性區(qū) iC=f(vCE) iB=常數(shù)常數(shù) 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線 輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域: 飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū) + - b c e 共射極放大電路共射極放大電路 VBB VCC vBE iC i B + - vCE 截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的區(qū)接近零的區(qū) 域，相當(dāng)域，相當(dāng)iB=0的曲線的的曲線的 下方。此時(shí)，下方。此時(shí)， 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 反偏反偏,集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏. CEOC BECEonBE Ii uuUu

50、 且 放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸軸 的區(qū)域，曲線基本平行的區(qū)域，曲線基本平行 等距。此時(shí)，等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正 偏，集電結(jié)反偏偏，集電結(jié)反偏。 BECEonBE uuUu且 飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控制的控制的 區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE 0.7V(硅管硅管)。此時(shí)，。此時(shí)，發(fā)射發(fā)射 結(jié)正偏，集電結(jié)正偏結(jié)正偏，集電結(jié)正偏 BECEonBE uuUu且 放大區(qū)：放大區(qū)： B C i i 條件：條件： 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 水平、等間隔水平、等間隔 uCE /V iC / mA 50 A 40 A 30 A

51、 20 A 10 A IB = 0 O 2 4 6 8 4 3 2 1 放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) ICEO iBiC 飽和區(qū)飽和區(qū) CES U CES U UC UB UE 3 3、溫度對(duì)特性曲線的影響、溫度對(duì)特性曲線的影響 1). 溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度升高，輸入特性曲線向左移。 溫度每升高溫度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。 溫度每升高溫度每升高 10 C，ICBO 約增大約增大 1 倍。倍。 BE u B i O T2 T1 2). 溫度升高，輸出特性曲線向上移。溫度升高，輸出特性曲線向上移。 iC uCE T1 iB = 0 T2 iB = 0 溫度每升高溫

52、度每升高 1 C， (0.5 1)%。 輸出特性曲線間距增大。輸出特性曲線間距增大。 O 1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (1)(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) = =（I IC CI ICEO CEO） ）/ /I IB BI IC C / / I IB B v vCECE=const =const 圖 (2) (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = iC/ iB vCE=const 圖 (3)(3)共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) = =（I IC CI ICBO CBO） ）/ /I IE EI IC C/ /I IE E (4)(

53、4)共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = = i iC C/ / i iE E V VCB CB=const=const 當(dāng)當(dāng)I ICBO CBO和 和I ICEO CEO很小時(shí)， 很小時(shí)， 、 ，可以，可以 不加區(qū)分。不加區(qū)分。 2. 極間反向電流 ICEO 即輸出特性曲即輸出特性曲 線線IB=0那條曲線所那條曲線所 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。坐標(biāo)的數(shù)值。 ICEO也稱為集電極也稱為集電極 發(fā)射極間穿透電流。發(fā)射極間穿透電流。 + b c e - uA Ie=0 VCC ICBO + b c e - VCC ICEO uA (1) (1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向

54、飽和電流ICBO 發(fā)射極開發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 圖 (2) (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 圖 PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù)極限參數(shù) 由由PCM、 、 ICM和 和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可在輸出特性曲線上可 以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 (3)(3)晶體管安全工作區(qū)晶體管安全工作區(qū) V(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)發(fā)射極開路時(shí) 的集電結(jié)反的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時(shí)發(fā)射集電極開路時(shí)發(fā)射

55、結(jié)的反向擊穿電壓。結(jié)的反向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時(shí)集電基極開路時(shí)集電 極和發(fā)射極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。 幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO 兩個(gè)條件兩個(gè)條件 （1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件： 發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn) 大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，大于基區(qū)雜質(zhì)濃度， 且基區(qū)很薄。且基區(qū)很薄。 （2）外部條件：外部條件： 發(fā)射結(jié)正向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置， 集電結(jié)反向偏置集電結(jié)反向偏置。 IE=IB+ IC IC=IB IC=IE 綜上，三極管的放大作用，是依靠它的發(fā)射極電 流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)

56、的。 一組公式一組公式 思考一下思考一下 小小 結(jié)結(jié) 第第 一一 章章 一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子 兩種載流兩種載流 子的運(yùn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng) 電子電子 自由電子自由電子 空穴空穴 價(jià)電子 價(jià)電子 兩兩 種種 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 N 型型 ( (多電子多電子) ) P 型型 ( (多空穴多空穴) ) 二極管二極管 單向單向 正向電阻小正向電阻小( (理想為理想為 0) )，反向電阻大反向電阻大( ( ) )。 )1e ( D SD T U u Ii )1e ( , 0 D SDD T U u Iiu 0 , 0 SD IIu iD O uD U (BR) I F URM正向正向 最大平均電流最大平均電流 IF 反向反向 最大反向工作電壓最大反向工作電壓 U(BR)( (超過則擊穿超過