第1章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1

1、 第一章第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1.1 1.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2 1.2 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.3 1.3 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1.4 1.4 晶閘管簡(jiǎn)介晶閘管簡(jiǎn)介一一. .二極管基本原理二極管基本原理 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是典型的半導(dǎo)體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價(jià)元素價(jià)元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為四個(gè)電子稱為價(jià)電子價(jià)電子。1.1 1.1 半導(dǎo)體

2、的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為，稱為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。2.2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)

3、合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層2. 2. PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 動(dòng)畫(huà)演示少子飄移少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場(chǎng)E多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：動(dòng)態(tài)平衡： 擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流0勢(shì)壘勢(shì)壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1) 加正向電

4、壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng) 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng) 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少

5、子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場(chǎng)+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故一定的，故IR基本上與外基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)加反壓的大小無(wú)關(guān)，所以所以稱為稱為反向飽和電流反向飽和電流。但。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得

6、出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦?。電性。?dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示1 1 動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示23. PN結(jié)結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)，根據(jù)理論推導(dǎo)，PNPN結(jié)的伏安特性曲線如圖結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆二二. . 二極管二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號(hào)符號(hào)陽(yáng)極陽(yáng)極+陰極陰極- 二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1)

7、 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 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。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導(dǎo)體二極管的

8、型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開(kāi)關(guān)管。為開(kāi)關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。Si二極管二極管GaAs-AlGaAs 諧振腔發(fā)光二極管諧振腔發(fā)光二極管Ge二極管二極管 1 、半導(dǎo)體二極管的、半導(dǎo)體二極管的VA特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：

9、鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V二極管的近似分析計(jì)算二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測(cè)量值測(cè)量值 9.32mA相對(duì)誤差相對(duì)誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對(duì)誤差相對(duì)誤差0000710032. 932. 9100.7V例

10、：例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號(hào)為，輸入信號(hào)為ui。 (1)若若 ui為為4V的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型、的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu（2）如果）如

11、果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫(huà)出相應(yīng)的輸出電壓波形。型分析電路并畫(huà)出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二極管采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形電壓源模型分析，波形如圖所示。如圖所示。+-+UIuREFRiuO三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)

12、 (1) 最大整流電流最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 (3) 反向電流反向電流I IRR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極級(jí)；鍺二極管在微安管在微安( A)級(jí)。級(jí)。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿

13、狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其兩端電其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓三、穩(wěn)壓二極管三、穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻 穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 rZ

14、 = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過(guò)超過(guò)Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax四、發(fā)光二極管四、發(fā)光二極管五、光敏二極管五、光敏二極管 發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED),通常有砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體通常有砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體制成。按其發(fā)光類型可分可見(jiàn)光、紅外發(fā)光、

15、和激光發(fā)光制成。按其發(fā)光類型可分可見(jiàn)光、紅外發(fā)光、和激光發(fā)光二極管二極管。發(fā)光的顏色取決于半導(dǎo)體摻雜的材料。常見(jiàn)的有發(fā)光的顏色取決于半導(dǎo)體摻雜的材料。常見(jiàn)的有紅、綠、黃、橙、藍(lán)和白等。主要用于家電、儀器儀表的紅、綠、黃、橙、藍(lán)和白等。主要用于家電、儀器儀表的指示；紅外發(fā)光二極管主要應(yīng)用于遙控；激光二級(jí)管常應(yīng)指示；紅外發(fā)光二極管主要應(yīng)用于遙控；激光二級(jí)管常應(yīng)用于測(cè)量距離。用于測(cè)量距離。 光敏二極管（光電二極管），管殼有一個(gè)玻璃窗，以光敏二極管（光電二極管），管殼有一個(gè)玻璃窗，以便光線射入，光敏二極管正常時(shí)家反向電壓，光線照度越便光線射入，光敏二極管正常時(shí)家反向電壓，光線照度越強(qiáng)，反向電流越大；常

16、用于光線強(qiáng)度測(cè)量。強(qiáng)，反向電流越大；常用于光線強(qiáng)度測(cè)量。六、變?nèi)荻O管六、變?nèi)荻O管七、快恢復(fù)二極管七、快恢復(fù)二極管 變?nèi)荻O管是利用二極管內(nèi)部變?nèi)荻O管是利用二極管內(nèi)部PN結(jié)的結(jié)電容隨反結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓的變化特性而制成的。正常工作時(shí)，加反向電壓向電壓的變化特性而制成的。正常工作時(shí)，加反向電壓，常用于高頻電子電路，例如：高頻電路的調(diào)諧電路。，常用于高頻電子電路，例如：高頻電路的調(diào)諧電路。 快恢復(fù)二極管是的符號(hào)和普通的二極管的符號(hào)相快恢復(fù)二極管是的符號(hào)和普通的二極管的符號(hào)相同，它具有正向電壓小，反向電壓高，可達(dá)幾千伏，同，它具有正向電壓小，反向電壓高，可達(dá)幾千伏，由截止恢復(fù)到導(dǎo)通速度很快，只

17、需幾百納秒。廣泛應(yīng)由截止恢復(fù)到導(dǎo)通速度很快，只需幾百納秒。廣泛應(yīng)用于高速開(kāi)關(guān)電路；如開(kāi)關(guān)電源、續(xù)流電路等。用于高速開(kāi)關(guān)電路；如開(kāi)關(guān)電源、續(xù)流電路等。 1.2 半導(dǎo)體三極管 半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱為參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體雙極型晶體管管（Bipolar Junction Transistor,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱BJT）。）。 BJT是由兩個(gè)是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。一一. .BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號(hào)符號(hào):-bce-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三極管的

18、結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極2電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC與與I E之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.90.990.99。 (2)I

19、C與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II BI二二. BJT. BJT的特性曲線（的特性曲線（共發(fā)射極接法）共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci（1）uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400

20、.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。（2）當(dāng)）當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，所以基區(qū)復(fù)集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V (2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以說(shuō)明。一條加以說(shuō)明。 （1）當(dāng)）當(dāng)uCE=0

21、 V時(shí)，因集電極無(wú)收集作用，時(shí)，因集電極無(wú)收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形子都被集電極收集，形成成iC。所以。所以u(píng)CE再增加，再增加，iC基本保持不變?；颈３植蛔?。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB 輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制

22、的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。的曲線的下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行等曲線基本平行等 距。距。 此時(shí)，發(fā)此時(shí)，發(fā) 射結(jié)正偏，集電射結(jié)正偏，集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)三三. BJTBJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1、直流、直流電流放大系

23、數(shù)電流放大系數(shù)BCII BCii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20200之間之間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii2 2、交流電流放大系數(shù)、交流電流放大系數(shù) 3.極間反向電流極間反向電流 （2）集電極發(fā)射極間的穿）集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流ICEO 基極開(kāi)路時(shí)，集電極到發(fā)射基極開(kāi)路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流極間的電流穿透電流穿透電流 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 （1）集電極基極間反向飽和電流）集電極基極間反向飽和電流

24、ICBO 發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是它實(shí)際上就是一個(gè)一個(gè)PNPN結(jié)的反向電流。結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：鍺管：I CBO為微安數(shù)量級(jí)，為微安數(shù)量級(jí)， 硅管：硅管：I CBO為納安數(shù)量級(jí)。為納安數(shù)量級(jí)。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 4.極限參數(shù)極限參數(shù) Ic增加時(shí)，增加時(shí)， 要下降。當(dāng)要下降。當(dāng) 值值下降到線性放大區(qū)下降到線性放大區(qū) 值值的的70時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流電流ICM。（1）集電極最大

25、允許電流）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允）集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流通過(guò)集集電極電流通過(guò)集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM（3）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓 BJT有兩個(gè)有兩個(gè)PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種： U（BR）EBO集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。 U（BR）CBO發(fā)

26、射極開(kāi)路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。 U（BR）CEO基極開(kāi)路基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。允許的最大反向電壓。 在實(shí)際使用時(shí)，還有在實(shí)際使用時(shí)，還有U（BR）CER、U（BR）CES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU2.溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響溫度對(duì)三極管溫度對(duì)三極管 參數(shù)的影響參數(shù)的影響 CBOIBEU C010C011.溫度每升高溫度每升高值增大值增大0.5%-1%2.溫度每升

27、高溫度每升高CBOI值增大值增大1倍倍C013.溫度每升高溫度每升高絕對(duì)值下降絕對(duì)值下降22.5mVBEU 1.4 三極管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uA非線性器件非線性器件BCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)放大狀態(tài)UDIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.3V飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)ecbUDUCE

28、S飽和壓降飽和壓降UCES硅管硅管0.3V鍺管鍺管0.1V直流模型直流模型 半導(dǎo)體三極管的型號(hào)半導(dǎo)體三極管的型號(hào)第二位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管三極管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家

29、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B四、復(fù)合管（達(dá)林頓管）簡(jiǎn)介（實(shí)際）四、復(fù)合管（達(dá)林頓管）簡(jiǎn)介（實(shí)際）五、光電三極管和光電耦合器五、光電三極管和光電耦合器1.光電三極管（光敏三極管）他是一個(gè)可見(jiàn)光（包括紅光電三極管（光敏三極管）他是一個(gè)可見(jiàn)光（包括紅外線）的可控原件。比光敏二極管靈敏度高很多。外線）的可控原件。比光敏二極管靈敏度高很多。2.光電耦合器是由發(fā)光二極管、光電三極管封裝而成。光電耦合器是由發(fā)光二極管、光電三極管封裝而成。也是一個(gè)電流控制的電流源，有二極管發(fā)光將電流轉(zhuǎn)換也是一個(gè)電流控制的電流源，有二極管發(fā)光將電流轉(zhuǎn)換成光能；光電三極管再將光轉(zhuǎn)換成電流，利用電光成光能；光

30、電三極管再將光轉(zhuǎn)換成電流，利用電光光光電轉(zhuǎn)換，達(dá)到利用管來(lái)隔離電路的目的。電轉(zhuǎn)換，達(dá)到利用管來(lái)隔離電路的目的。 1.3 場(chǎng)效應(yīng)管 BJT是一種電流控制元件是一種電流控制元件(iB iC)，工作時(shí)，多數(shù)載流子和，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道FET分類：分類： 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管（場(chǎng)效應(yīng)管（Field Effect Transistor簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱FET）是一種電壓控）是一種電壓控制器件制器件(u

31、GS iD) ，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。是單極型器件。 FET因其制造工藝簡(jiǎn)單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極因其制造工藝簡(jiǎn)單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。一. 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱MOSFET。分為：分為： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 N溝道、溝道、P溝道溝道 耗盡型耗盡型 N溝道、溝道、P溝道溝道 1.1.N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管 （1 1）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 4個(gè)電極：漏極個(gè)電

32、極：漏極D，源極源極S，柵極，柵極G和和 襯底襯底B。-gsdb符號(hào)：符號(hào)：-N+NP襯底sgdb源極柵極漏極襯底 當(dāng)當(dāng)uGS0V時(shí)時(shí)縱向電場(chǎng)縱向電場(chǎng)將靠近柵極下方的空穴向?qū)⒖拷鼥艠O下方的空穴向下排斥下排斥耗盡層。耗盡層。（2 2）工作原理）工作原理 當(dāng)當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的 二極管，在二極管，在d、s之間加上電壓也不會(huì)形成電流，即管子截止。之間加上電壓也不會(huì)形成電流，即管子截止。 再增加再增加uGS縱向電場(chǎng)縱向電場(chǎng)將將P區(qū)少子電子聚集到區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，形成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源電壓，如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形

33、成漏極電流就可以形成漏極電流id。柵源電壓柵源電壓uGS的控制作用的控制作用-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid 定義：定義： 開(kāi)啟電壓（開(kāi)啟電壓（ UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓柵源電壓UGS。 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：管的基本特性： uGS UT，管子截止，管子截止， uGS UT，管子導(dǎo)通。，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作作用下，漏極電流用下，漏極電流ID越大。越大。 漏源電壓漏源電壓uDS對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流id的控制作用的控制作用 當(dāng)當(dāng)

34、uGSUT，且固定為某一值時(shí)，來(lái)分析漏源電，且固定為某一值時(shí)，來(lái)分析漏源電壓壓VDS對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流ID的影響。的影響。（設(shè)（設(shè)UT=2V， uGS=4V） （a）uds=0時(shí)，時(shí)， id=0。（b）uds id； 同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當(dāng)）當(dāng)uds增加到使增加到使ugd=UT時(shí)，時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷預(yù)夾斷。（d）uds再增加，預(yù)夾斷區(qū)再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長(zhǎng)，加長(zhǎng)， uds增加的部分基本降增加的部分基本降落在隨之加長(zhǎng)的夾斷溝道上落在隨之加長(zhǎng)的夾斷溝道上， id基本不變?；静蛔儭?s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅N

35、isdNVb+DDdVP襯底GGg-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+-P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg（3 3）特性曲線）特性曲線 四個(gè)區(qū)：四個(gè)區(qū)：（a）可變電阻區(qū)）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。（預(yù)夾斷前）。 輸出特性曲線：輸出特性曲線：iD=f(uDS) uGS=consti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGS（b）恒流區(qū)也稱飽和）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預(yù)夾斷區(qū)（預(yù)夾斷 后）。后）。 （c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。 （d）擊穿區(qū)。）擊穿區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線：

36、 iD=f(uGS) uDS=const 可根據(jù)輸出特性曲線作出可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線移特性曲線。例：作例：作uDS=10V的一條的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：轉(zhuǎn)移特性曲線：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UT 一個(gè)重要參數(shù)一個(gè)重要參數(shù)跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm： gm= iD/ uGS uDS=const (單位單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上，在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸

37、出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD 2.N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET特點(diǎn)：特點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝道，時(shí)，就有溝道，加入加入uDS，就有就有iD。 當(dāng)當(dāng)uGS0時(shí)，溝道增寬，時(shí)，溝道增寬，iD進(jìn)一步增加。進(jìn)一步增加。 當(dāng)當(dāng)uGS0時(shí)，溝道變窄，時(shí)，溝道變窄，iD減小。減小。 在柵極下方的在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。

38、 定義：定義： 夾斷電壓（夾斷電壓（ UP）溝道剛剛消失所需的柵源電壓溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。-g漏極s+N襯底P襯底源極d柵極bN+ +-sbgdN溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET的的特性曲線特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i= -1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)= -2VUPGSuUP 3、P溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET P溝道溝道MOSFET的工作原理與的工作原理與N溝道溝道 MOSFET完全相同，只不過(guò)導(dǎo)電的載流完全相同，只不過(guò)導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有同雙極型三極管有NPN型和型