電工電子第5章半導(dǎo)體器件(2015)

1、在熱力學(xué)溫度零度在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。 純凈的具有晶體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。它是共價(jià)征半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。鍵結(jié)構(gòu)。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅原子硅原子價(jià)電子價(jià)電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子空空穴穴本征激發(fā)本征激發(fā)復(fù)合復(fù)合自由電子和空穴的形成自由電子和空穴的形成成對(duì)出現(xiàn)成對(duì)出現(xiàn)成對(duì)消失成對(duì)消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴導(dǎo)電的空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是共價(jià)實(shí)質(zhì)是共價(jià)鍵中的束縛鍵中的束縛電子依次填電子依次填補(bǔ)

2、空穴形成補(bǔ)空穴形成電流。故半電流。故半導(dǎo)體中有電導(dǎo)體中有電子和空穴兩子和空穴兩種載流子。種載流子。 空穴移動(dòng)方向空穴移動(dòng)方向 電子移動(dòng)方向電子移動(dòng)方向 在外電場(chǎng)作用下，在外電場(chǎng)作用下，電子和空穴均能電子和空穴均能參與導(dǎo)電。參與導(dǎo)電。 價(jià)電子填補(bǔ)空穴價(jià)電子填補(bǔ)空穴+4+4+4+4+4+4+4+41 . N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶在硅或鍺的晶體中摻入少量體中摻入少量的五價(jià)元的五價(jià)元 素素,如磷，則形成如磷，則形成N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 磷原子磷原子+4+5多余價(jià)電子多余價(jià)電子自由電子自由電子正離子正離子 雖然在半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)的數(shù)量雖然在半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)的數(shù)量極微極微，但對(duì)半導(dǎo)體，但對(duì)半導(dǎo)體的

3、導(dǎo)電性能卻有的導(dǎo)電性能卻有很大很大的影響。例如，在一立方厘米硅晶的影響。例如，在一立方厘米硅晶體中約有體中約有5.1 1022個(gè)硅原子，個(gè)硅原子， 室溫下本征激發(fā)所產(chǎn)生的電室溫下本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子，空穴對(duì)約為子，空穴對(duì)約為 1.43 1010 對(duì)。對(duì)。 如果如果摻入摻入十億分之一十億分之一的的磷，即在一立方厘米硅晶體中摻入磷，即在一立方厘米硅晶體中摻入5.1 1022 10 9 = 5.1 1013個(gè)磷個(gè)磷原子，就可以提供原子，就可以提供 5.1 1013個(gè)自由電子，與原來由本個(gè)自由電子，與原來由本征激發(fā)所產(chǎn)生的的自由電子的數(shù)量相比，增加了征激發(fā)所產(chǎn)生的的自由電子的數(shù)量相比，增加了3566倍

4、，倍，與原來由本征激發(fā)所產(chǎn)生的兩種載流子的總數(shù)相比，增加與原來由本征激發(fā)所產(chǎn)生的兩種載流子的總數(shù)相比，增加了了1783倍，因而導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。倍，因而導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。 另一方面，由于自由電子的增多，增加了空穴與自另一方面，由于自由電子的增多，增加了空穴與自由電子復(fù)合的機(jī)會(huì)，原來由本征激發(fā)產(chǎn)生的少量空穴又由電子復(fù)合的機(jī)會(huì)，原來由本征激發(fā)產(chǎn)生的少量空穴又進(jìn)一步減少，所以，在摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體中，進(jìn)一步減少，所以，在摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。 N 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子少數(shù)載流子多數(shù)載流子多數(shù)

5、載流子正離子正離子在在N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中,電子是多數(shù)載流子電子是多數(shù)載流子, 空穴是少數(shù)載流子?？昭ㄊ巧贁?shù)載流子。 此圖中只畫出了摻入的五價(jià)元素形成的正離子、多此圖中只畫出了摻入的五價(jià)元素形成的正離子、多數(shù)載流子數(shù)載流子 和少數(shù)載流子。未畫出硅原子。和少數(shù)載流子。未畫出硅原子。+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶在硅或鍺的晶體中摻入少量體中摻入少量的三價(jià)元素，的三價(jià)元素，如硼，則形成如硼，則形成P 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 +4+4硼原子硼原子填補(bǔ)空位填補(bǔ)空位+3負(fù)離子負(fù)離子 P 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子電子是少數(shù)載流子負(fù)離子負(fù)離

6、子空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子P 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 此圖中只畫出了摻入的三價(jià)元素形成的負(fù)離子、多此圖中只畫出了摻入的三價(jià)元素形成的負(fù)離子、多數(shù)載流子數(shù)載流子 和少數(shù)載流子。亦未畫出硅原子。和少數(shù)載流子。亦未畫出硅原子。P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)N區(qū)的電子向區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合P區(qū)的空穴向區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 用專門的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上用專門的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上, ,形成形成P型半導(dǎo)體區(qū)域和型半導(dǎo)體區(qū)域和N型半導(dǎo)體區(qū)域型半導(dǎo)體區(qū)域, ,在這兩個(gè)區(qū)域的交界在這兩個(gè)區(qū)域的

7、交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層，稱為處就形成了一個(gè)特殊的薄層，稱為PN結(jié)。結(jié)。 多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散少子漂移少子漂移內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū) 在一定的條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平在一定的條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。 內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向E外電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向RIP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)外電場(chǎng)驅(qū)使外電場(chǎng)驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄空間電

8、荷區(qū)變窄 多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流形成較大的正向電流(1) 外加正向電壓外加正向電壓P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向ER空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬 外電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向IR(2)(2)外加反向電壓外加反向電壓外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走少數(shù)載流子越過少數(shù)載流子越過PN結(jié)結(jié)形成很小的反向電流形成很小的反向電流 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行1、PN結(jié)加正向電壓：結(jié)加正向電壓：PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為結(jié)所處的狀態(tài)稱為正向?qū)д驅(qū)ㄍ?，其特點(diǎn)：，其特點(diǎn)：PN結(jié)正向電流大，結(jié)正向電流大

9、，PN結(jié)電阻小。結(jié)電阻小。相當(dāng)于開關(guān)閉合相當(dāng)于開關(guān)閉合SPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕航Y(jié)的單向?qū)щ娦裕?、PN結(jié)加反向電壓：結(jié)加反向電壓：PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為結(jié)所處的狀態(tài)稱為反向截反向截止止，其特點(diǎn)：，其特點(diǎn)：PN結(jié)反向電流小，結(jié)反向電流小，PN結(jié)電阻大。結(jié)電阻大。相當(dāng)于開關(guān)打開相當(dāng)于開關(guān)打開 正極正極引線引線含三價(jià)含三價(jià)元素的元素的金屬觸絲金屬觸絲N型鍺型鍺支架支架外殼外殼負(fù)極引線負(fù)極引線點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 正極引線正極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型區(qū)型區(qū)負(fù)極引線負(fù)極引線 面接觸型二極管面接觸型二極管N型硅型硅PN結(jié)結(jié)PN結(jié)結(jié)二極管的符號(hào)二極管的符號(hào)正極正極負(fù)極負(fù)極PN 二極管和二極管

10、和PN結(jié)一樣，具有單向?qū)щ娦裕煞蔡匦郧€可結(jié)一樣，具有單向?qū)щ娦?，由伏安特性曲線可見，當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，電流很小，幾乎為零。正向電壓見，當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，電流很小，幾乎為零。正向電壓超過一定數(shù)值后，電流很快增大，將這一定數(shù)值的正向電壓稱超過一定數(shù)值后，電流很快增大，將這一定數(shù)值的正向電壓稱為為死區(qū)電壓死區(qū)電壓。通常，硅管的死區(qū)電壓約為。通常，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V,鍺管約為鍺管約為0.1V。導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，硅管約為導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，硅管約為0.6V0.7V,鍺管約為鍺管約為0.20.3V。604020 0.02 0.0400.4 0.82550I / mAU / V正向特性正

11、向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓擊穿電壓擊穿電壓URBR反向特性反向特性I / mAU / V0.20.4 25 50510150.010.02鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性0604020 0.02 0.0400.4 0.82550I / mAU / V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓擊穿電壓擊穿電壓URBR反向特性反向特性I / mAU / V0.20.4 25 50510150.010.02鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性0 在二極管上加反向電壓時(shí)在二極管上加反向電壓時(shí),反向電流很小。但當(dāng)反反向電流很小。但當(dāng)反向電壓增大至某一數(shù)值時(shí)，反向電流將突然增

12、大。這向電壓增大至某一數(shù)值時(shí)，反向電流將突然增大。這種現(xiàn)象稱為擊穿，二極管失去單向?qū)щ娦?。產(chǎn)生擊穿種現(xiàn)象稱為擊穿，二極管失去單向?qū)щ娦?。產(chǎn)生擊穿時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓URBR二極管的近似伏安特性和理想伏安特性二極管的近似伏安特性和理想伏安特性UOIUD(a) 近似伏安特性近似伏安特性UOI(b) 理想伏安特性理想伏安特性 (a)當(dāng)電源電壓與二極管導(dǎo)通時(shí)的正向電壓降相差不當(dāng)電源電壓與二極管導(dǎo)通時(shí)的正向電壓降相差不多時(shí)，正向電壓降不可忽略，可采用多時(shí)，正向電壓降不可忽略，可采用近似伏安特性近似伏安特性 (b)當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通時(shí)的正向電壓降時(shí)，當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極

13、管導(dǎo)通時(shí)的正向電壓降時(shí)，則可將二極管看成則可將二極管看成理想二極管理想二極管，可采用，可采用理想伏安特性理想伏安特性600400200 0.1 0.200.4 0.850100ID / mAUD / V正向特性正向特性反向擊反向擊穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性反向特性反向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓對(duì)于理想二極管對(duì)于理想二極管鍺鍺 管管正向壓降正向壓降0.2-0.3V硅硅 管管正向壓降正向壓降0.5-0.7VR- -+USIDDUD- -+R- -+USIDD正向特性：正向特性：二極管加正向電壓二極管加正向電壓600400200 0.1 0.200.4 0.850100ID / mAUD /

14、 V正向特性正向特性反向擊反向擊穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性反向特性反向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓對(duì)于理想二極管對(duì)于理想二極管R- -+USDUD- -+R- -+USIRD反反 向特性：向特性：二極管加反向電壓二極管加反向電壓1.1. 最大整流電流最大整流電流IOM 最大整流電流是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許最大整流電流是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。流過二極管的最大正向平均電流。2.2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓UDRM 它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。壓，一般是反

15、向擊穿電壓的一半或三分之二。3.3. 反向電流反向電流IR 它是指二極管加上給定反向偏置電壓時(shí)的反它是指二極管加上給定反向偏置電壓時(shí)的反向電流值。向電流值。 IR越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩Ｔ叫?，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩?二極管的二極管的應(yīng)用范圍很廣應(yīng)用范圍很廣,它可用作鉗位、限幅、整流、它可用作鉗位、限幅、整流、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。 例例1：下圖中，已知：下圖中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB為鍺管，為鍺管，求輸出端求輸出端Y的電位并說明的電位并說明二極管的二極管的作用。作用。 解：解： DA優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通，則則VY

16、=30.3=2.7VDA導(dǎo)通后導(dǎo)通后, DB因反偏而截止因反偏而截止,起起隔離隔離作用作用, DA起起鉗位鉗位作用作用,將將Y端的電位鉗制在端的電位鉗制在+2.7V。 DA 12VYABDBR解解: (1) VA= VB= VC= 3V VY= 3.3V. +12vABCDADBDCVY=3.3VYDA、DB、DC都導(dǎo)通都導(dǎo)通例例2：下圖中，：下圖中，DA 、DB和和DC均為鍺管，求下列兩種情況下均為鍺管，求下列兩種情況下輸出端輸出端Y的電位并說明的電位并說明二極管的二極管的作用。作用。(1)VA= VB= VC= 3V; (2) VA= 0V, VB= VC= 3V. +12vABCDADB

17、DC(2) VA= 0V, VB= VC= 3V 則則 DA搶先導(dǎo)通搶先導(dǎo)通VY= 0.3V VY=0.3VYDB、DC截止截止DA導(dǎo)通后，導(dǎo)通后，DB和和DC因反偏因反偏而截止，而截止， 起起隔離隔離作用；作用； DA起起鉗位鉗位作用，將作用，將Y端的電端的電位鉗制在位鉗制在+0.3V。 例例2：下圖中，：下圖中，DA 、DB和和DC均為鍺管，求下列兩種情況下均為鍺管，求下列兩種情況下輸出端輸出端Y的電位并說明的電位并說明二極管的二極管的作用。作用。(1)VA= VB= VC= 3V; (2) VA= 0V, VB= VC= 3V.解解: 例例1：下圖是：下圖是二極管二極管單向單向限幅電路，

18、限幅電路，D為理想二極管，為理想二極管，ui = 6 sin t V, E= 3V,試畫出試畫出 uo波形波形 。 t t ui / V Vuo/V63300 2 2 6DE3VRuiuouRuD解：（解：（1）當(dāng)）當(dāng)ui 3V時(shí)，時(shí)，D正向偏置，正向偏置，D導(dǎo)通。導(dǎo)通。 uo = E = 3VuR / V V t 30 2 t ui / V V630 2 t uo/V033D1E13VRuiD2E23Vuourud例例2：下圖是：下圖是二極管二極管雙向雙向限幅電路，限幅電路，D為理想二極管，為理想二極管， ui = 6 sin t V, E1= E2= 3V, 試畫出試畫出 uo波形波形 。

19、(2)當(dāng)當(dāng) 3V ui 3V時(shí)，時(shí)，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止。截止。 uo = E1 = 3V(3)當(dāng)當(dāng) ui 0UBC VB VE輸出輸出回路回路輸入輸入回路回路公公共共端端 三極管的工作狀態(tài)有三極管的工作狀態(tài)有放大、飽和及截止三種。放大、飽和及截止三種。1、放大狀態(tài)、放大狀態(tài)ECRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子擴(kuò)散電子IEIB電子在基區(qū)電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子集電區(qū)收集電子 電子流向電源正極形成電子流向電源正極形成 ICIcRcRBUBBNPN電源負(fù)極向發(fā)射電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成區(qū)補(bǔ)充電子形成 發(fā)射極電流發(fā)射極電流IEU

20、CC 三極管的電流控制原理三極管的電流控制原理UBB正極拉走電正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形合的空穴，形成成 IB 三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)過程是：三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)過程是：發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子形成發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子形成 IE，其中很少部分在基區(qū)被復(fù)合，其中很少部分在基區(qū)被復(fù)合而形成而形成 IB，絕大部分被集電區(qū)收集而形成，絕大部分被集電區(qū)收集而形成 IC。三者的關(guān)。三者的關(guān)系是：系是： IE = IB + IC 三者的大小取決于三者的大小取決于UBE的大小的大小, UBE增加，發(fā)射區(qū)發(fā)射增加，發(fā)射區(qū)發(fā)射的載流子增多，的載流子增多，IE、 IB 和和

21、 IC 都相應(yīng)增加。都相應(yīng)增加。ECRCIC UCECEBIBRBEBUBEIEIC IB同樣有同樣有: IC IB所以說三極管具有電流放大作用所以說三極管具有電流放大作用,也稱之為也稱之為電流控制作用電流控制作用。 由于基區(qū)很薄由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又很小摻雜濃度又很小,電子在基區(qū)擴(kuò)散的電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以：數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以：UCCRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE直流（或靜態(tài)）電流放大系數(shù)直流（或靜態(tài)）電流放大系數(shù)交流（或動(dòng)態(tài)）電流放大系數(shù)交流（或動(dòng)態(tài)）電流放大系數(shù) = II = IC I 和和 數(shù)值相近，故今后一律用數(shù)值相近，故今后一律用 。

22、晶體管處于放大狀態(tài)的特征是晶體管處于放大狀態(tài)的特征是:UCCRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE(a) IB 的微小變化會(huì)引起的微小變化會(huì)引起 IC 的較大變化的較大變化;(b) IC = IB， IC 是由是由 和和 IB 決定的決定的;(c) UCC UCE 0 ， UCE = UCC RC IC在模擬電路中，在模擬電路中，晶體管晶體管主要工作在放大狀態(tài)，主要工作在放大狀態(tài)，起放大作用。起放大作用。ECRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE三極管處于三極管處于飽和飽和狀態(tài)狀態(tài)的外部條件的外部條件 : （1）發(fā)射結(jié)正向偏置；）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)正向偏置。）集電結(jié)正向偏

23、置。對(duì)于對(duì)于NPN型三極管應(yīng)滿足型三極管應(yīng)滿足: UBE 0UBC 02、飽和狀態(tài)、飽和狀態(tài)晶體管處于飽和狀態(tài)的特征是晶體管處于飽和狀態(tài)的特征是:UCCRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE(a) IB 增加時(shí)，增加時(shí)， IC 基本不變基本不變;(c) UCE = 0(d) 晶體管相當(dāng)于短路。晶體管相當(dāng)于短路。(b) IC = ， IC 是由是由UCC 和和 RC 決定的決定的;UCC RC ECRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE三極管處于三極管處于截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)的外部條件的外部條件 : （1）發(fā)射結(jié)反向偏置；）發(fā)射結(jié)反向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。）集電結(jié)反向偏置。對(duì)于對(duì)于

24、NPN型三極管應(yīng)滿足型三極管應(yīng)滿足: UBE 0UBC 03、截止?fàn)顟B(tài)、截止?fàn)顟B(tài)晶體管處于晶體管處于截止截止?fàn)顟B(tài)的特征是狀態(tài)的特征是:UCCRCIC UCECEBIBRBEBUBEIE(a) IB = 0 ;(c) UCE = UCC ;(d) 晶體管相當(dāng)于開路。晶體管相當(dāng)于開路。(b) IC = 0 ;在數(shù)字電路中，在數(shù)字電路中，晶體管晶體管交替工作于交替工作于截止和截止和飽和飽和兩種狀態(tài)，起開關(guān)作用。兩種狀態(tài)，起開關(guān)作用。IBUBEOUCE 1V死區(qū)電壓死區(qū)電壓1. 三極管的輸入特性三極管的輸入特性IB = f ( UBE )UC E = 常數(shù)常數(shù)UCCRCIC UCECEBIBRBEBU

25、BEIEIB =40AIB =60AUCEoIcIB增加增加IB減小減小IB = 20AIB = 常數(shù)常數(shù)IC = f ( UCE )2. 三極管的輸出特性三極管的輸出特性UCCRCIC UCECEBIBRBEBUBEIEIc / mAUCE /V0放放大大區(qū)區(qū)三極管輸出特性上的三個(gè)工作區(qū)三極管輸出特性上的三個(gè)工作區(qū) IB = 0 A20A40 A截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)60 A80 A1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) IB = IC = IC IB 2. 穿透電流穿透電流 ICEO 3. 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM 4. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 BU (BR)CEO 5.

26、集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率 PCM極限參數(shù)極限參數(shù)使用時(shí)使用時(shí)不允許超過不允許超過!Ic / mAUCE /V0IB = 0 A20A40 A60 A80 A由三極管的極限參數(shù)確定安全工作區(qū)由三極管的極限參數(shù)確定安全工作區(qū)BU (BR) CEOICM安安全全工工作作區(qū)區(qū)過過損損耗耗區(qū)區(qū)PCM曲線曲線ICEO集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率 PCM60A0 20A1.52.3在輸出特性上求在輸出特性上求 , = IC IB =1.5mA40A= 37.5 =IC IB =2.31.5(mA)60 40(A)= 40設(shè)設(shè)UCE=6V, IB由由40A加為加為60A 。

27、IC / mAUCE /VIB =40A6SiO2結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底型硅襯底源極源極S柵極柵極G漏極漏極D 襯底引線襯底引線BN+N+DBSG符號(hào)符號(hào)1. 結(jié)構(gòu)和符號(hào)結(jié)構(gòu)和符號(hào)SiO2結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底型硅襯底耗盡層耗盡層襯底引線襯底引線BN+N+SGDUDSID = 0D與與S之間是兩個(gè)之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián)，結(jié)反向串聯(lián)，無論無論D與與S之間加之間加什么極性的電壓，什么極性的電壓，漏極電流均接近漏極電流均接近于零。于零。2. 工作原理工作原理P型硅襯底型硅襯底N+BSGD。UDS耗盡層耗盡層ID = 0由柵極指向襯底方由柵極指向襯底方向的電場(chǎng)使空穴向向的電場(chǎng)使空穴向

28、下移動(dòng)下移動(dòng),電子向上移電子向上移 動(dòng)動(dòng),在在P 型硅襯底的型硅襯底的 上表面形成耗盡層。上表面形成耗盡層。 仍然沒有漏極電流。仍然沒有漏極電流。 UGSN+N+P型硅襯底型硅襯底N+BSGD。UDS耗盡層耗盡層ID 柵極下柵極下P型半導(dǎo)型半導(dǎo)體表面形成體表面形成N型導(dǎo)電型導(dǎo)電溝道，當(dāng)溝道，當(dāng)D、S加上加上正向電壓后可產(chǎn)生正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流漏極電流ID 。 UGSN型導(dǎo)電溝道N+N+ID /mA4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管的特性曲線管的特性曲線 0123飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)246UGS / V3.

29、特性曲線特性曲線UGs(th)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 UDS / V結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底型硅襯底源極源極S漏極漏極D 柵極柵極G襯底引線襯底引線B耗盡層耗盡層1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理N+N+正離子正離子N N型溝道型溝道SiO2DBSG符號(hào)符號(hào)制造時(shí)制造時(shí),在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。第一章第一章 1.6ID /mA432104812UGS =1V2V3VID /mA輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性耗盡型耗盡型NMOS管的特性曲線管的特性曲線 1230V1012123 UGS / V2. 特性曲線特性曲線 ID

30、UGSUGs(off)第一章第一章 1.6 UDS / VUDS =10VN型硅襯底型硅襯底N+BSGD。UDS耗盡層耗盡層ID .UGSPMOS管結(jié)構(gòu)示意圖管結(jié)構(gòu)示意圖P溝道溝道PMOS管與管與NMOS管管互為對(duì)偶關(guān)系，使用互為對(duì)偶關(guān)系，使用時(shí)時(shí)UGS 、UDS的極性的極性也與也與NMOS管相反。管相反。 P+P+第一章第一章 1.61. 1. P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管開啟電壓開啟電壓UGS(th)為為負(fù)值，負(fù)值，UGS UGS(th) 時(shí)導(dǎo)通。時(shí)導(dǎo)通。 SGDB符號(hào)符號(hào) ID /mAUGS / V0UGs(th)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性2. 2. P溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)

31、管溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管DBSG符號(hào)符號(hào) ID /mAUGS /V0UGs(off)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性?shī)A斷電壓夾斷電壓UGs(off)為為正值，正值，UGS UGs(off)時(shí)導(dǎo)通。時(shí)導(dǎo)通。 第一章第一章 1.6在在UDS =0時(shí)，柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。時(shí)，柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。1. 開啟電壓開啟電壓UGS(th) 指在一定的指在一定的UDS下，開始出現(xiàn)漏極電流所需的柵源電下，開始出現(xiàn)漏極電流所需的柵源電 壓。它是增強(qiáng)型壓。它是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，管的參數(shù)，NMOS為正，為正，PMOS為負(fù)。為負(fù)。2. 夾斷電壓夾斷電壓 UGS(off) 指在一定的指在一定的UDS

32、下，使漏極電流近似等于零時(shí)所需的下，使漏極電流近似等于零時(shí)所需的柵源電壓。是耗盡型柵源電壓。是耗盡型MOS管的參數(shù)，管的參數(shù)，NMOS管是負(fù)值，管是負(fù)值，PMOS管是正值。管是正值。3. 直流輸入電阻直流輸入電阻 RGS（DC）4. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo) gm UDS為常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)柵源電為常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo)壓的微變量之比稱為跨導(dǎo),即即第一章第一章 1.6 另外，漏源極間的擊穿電壓另外，漏源極間的擊穿電壓U(BR)DS、柵源極間的擊、柵源極間的擊穿電壓穿電壓U(BR)GS以及漏極最大耗散功率以及漏極最大耗散功率PDM是管子的極限是管子的極限參數(shù)，使用時(shí)不可超過。參數(shù)，使用時(shí)不可超過。gm= ID / UGS UGS =常數(shù)常數(shù)它表明柵源電壓對(duì)漏極電流控制的能力。它表明柵源電壓對(duì)漏極電流控制的能力。第一章第一章 1.6第一次作業(yè)：第一次作業(yè)： 1.1 1.2 1.3 第第1章作業(yè)章作業(yè) 1.5 1.6 1.10 UO=0.45 U2uO的電壓平均值：的電壓平均值： 負(fù)載負(fù)載 的電流平均值的電流平均值 ： L2LOO45. 0RURUI 截止時(shí)二極管所承受的最高反向電壓為：截止時(shí)二極管所承受的最高反向電壓為