大學(xué)物理講義半導(dǎo)體基礎(chǔ)

1、大學(xué)物理講義半導(dǎo)體基礎(chǔ)第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 1.2 PN 結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 1.3 特殊二極管特殊二極管 1.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 1.5 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之半導(dǎo)體：

2、另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等?；铩⒀趸锏?。1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：于其它物質(zhì)的特點。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。力明顯變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點一、本征半

3、導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。層電子（價電子）都是四個。本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間子位于四面體的頂點，每個原子

4、與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價電子去價電子后的原子后的原子共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是形

5、成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。列，形成晶體。+4+4+4+4二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對在絕對0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時和沒有外界激發(fā)時, ,價電子價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為 0，相，相當(dāng)于絕緣體。當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量

6、而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果來填補，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流可以認為空穴是載流子。子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相

7、等的兩種載流子，即自由本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。電子和空穴。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿赢a(chǎn)生的電流。 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體

8、在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。（空穴半導(dǎo)體）。N 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。為（電子半導(dǎo)體）。一、一、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻）

9、，晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什么？的載流子

10、是什么？1.1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。稱為少數(shù)載流子（少子）。二、二、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)?。ɑ蜚煟?，晶

11、體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。受電子，所以稱為受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體型半

12、導(dǎo)體雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認為。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。多子與雜質(zhì)濃度相等。2.1.1 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了就形成了PN 結(jié)。結(jié)。1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E漂移運動漂移運動擴散

13、的結(jié)果是使空間電荷區(qū)擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強，就使漂移運動內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。漂移運動漂移運動P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV01.1.

14、空間電荷區(qū)中沒有載流子。空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P中的空穴中的空穴. .N區(qū)區(qū) 中的中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動（擴散運動）。電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動（擴散運動）。3.3.P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N區(qū)中的空穴（都是少子），數(shù)區(qū)中的空穴（都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。量有限，因此由它們形成的電流很小。注意注意: :2.1.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是：結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是： P 區(qū)加區(qū)加正、正、N 區(qū)加負電壓。區(qū)加負電壓。 PN 結(jié)加上反向電壓、反向

15、偏置的意思都是：結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是： P區(qū)加負、區(qū)加負、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。+RE一、一、PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變薄變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。較大的擴散電流。二、二、PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被被加強，多內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。較小的反向電流。RE 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加

16、上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管的電路符號：二極管的電路符號： 二、伏安特性二、伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。向平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電

17、壓值。擊穿時反向電流劇二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。3. 反向電流反向電流 IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏鞔?，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流

18、較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護等等。下面它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護等等。下面介紹兩個交流參數(shù)。介紹兩個交流參數(shù)。4. 微變電阻微變電阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二極管特性曲線上工作點是二極管特性曲線上工作點Q 附近電壓的變化與電流的變附近電壓的變化與電流的變化之比：化之比：顯然，顯然，rD是對是對Q附近的微小變化附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。區(qū)域內(nèi)的電阻。5. 二極管的極間電

19、容二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容電容CB和擴散電容和擴散電容CD。勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。擴散電容：為了形成正向電流（擴散擴散電容：為了形成正向電流（擴散電流），注入電流），注入P 區(qū)的少子（電子）在區(qū)的少子（電子）在P 區(qū)有濃度差，越靠近區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越結(jié)濃度越大，即在大，即在P

20、區(qū)有電子的積累。同理，區(qū)有電子的積累。同理，在在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴這樣所產(chǎn)生的電容就是擴散電容散電容CD。P+-NCB在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴散電容勢壘電容和擴散電容的綜合效應(yīng)的綜合效應(yīng)rd二極管：死區(qū)電壓二極管：死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降，正向壓降 0.7V(硅二極管硅二極管) 理想二理想二極管：死

21、區(qū)電壓極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0 RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流：二極管半波整流二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIIZIZmax UZ IZ穩(wěn)穩(wěn)壓壓誤誤差差曲線越陡，曲線越陡，電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)定。定。+-UZ動態(tài)電阻：動態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)越小，穩(wěn)壓性能越好。壓性能越好。1.3 特殊二極管特殊二極管（4）穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定

22、電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)）電壓溫度系數(shù) U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動態(tài)電阻）動態(tài)電阻負載電阻負載電阻 。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%波動時，負載電壓基本不變。波動時，負載電壓基本不變。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax 。求：電阻求：電阻R和輸入電壓和輸入電壓 ui 的正常值。的正常值。方程方程1令輸入電壓降到下限時，令輸入電壓降到下限時，流過

23、穩(wěn)壓管的電流為流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin 。方程方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得：1.3.2 光電二極管光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加照度增加1.3.3 發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過時，有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極它的電特性與一般二極管類似。管類似。 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)

24、射極BCEPNP型型1.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)1.4.2 電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū)的擴散可的擴散可忽略。忽略。IBE進入進入P區(qū)的電子少區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴散到，多數(shù)擴散到集電結(jié)。集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向

25、基區(qū)斷向基區(qū)擴散，形擴散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流IE。BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，有少子形成的有少子形成的反向電流反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE從基區(qū)擴散從基區(qū)擴散來的電子作來的電子作為集電結(jié)的為集電結(jié)的少子，漂移少子，漂移進入集電結(jié)進入集電結(jié)而被收集，而被收集，形成形成ICE。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE與與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)之比稱為電流放大倍數(shù)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電

26、結(jié)反偏。電結(jié)反偏。BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管 特性曲線特性曲線ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 實驗線路實驗線路一、一、輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，硅管硅管0.5V，鍺管鍺管0.2V。二、二、輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線稱為

27、線性區(qū)性區(qū)（放大（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一定的數(shù)值時，定的數(shù)值時，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 例：例： =5

28、0， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管的靜態(tài)工作點晶體管的靜態(tài)工作點Q位位于哪個區(qū)？于哪個區(qū)？當(dāng)當(dāng)USB =-2V時：時：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：最大飽和電流：Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管的靜態(tài)工作點晶體管的靜態(tài)工作點Q位位于哪個區(qū)？于哪個區(qū)？IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBE

29、USB =2V時：時：USB =5V時時:例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管的靜態(tài)工作點晶體管的靜態(tài)工作點Q位位于哪個區(qū)？于哪個區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于飽和區(qū)，此時位于飽和區(qū)，此時IC 和和IB 已不是已不是 倍的關(guān)系。倍的關(guān)系。三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：共射直流電流放大倍數(shù)：工作

30、于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為 IB，相相應(yīng)的集電極電流變化為應(yīng)的集電極電流變化為 IC，則交流電流放大倍數(shù)為：，則交流電流放大倍數(shù)為：1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _例：例：UCE=6V時：時：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。在以后的計算中，一般作近似處理：在以后的計算中，一般作近似處理： =2.集集- -基極反向截止電流基極反向截止電流ICBO AICBOICBO是集是集電結(jié)反電結(jié)反偏由少偏由少子的漂子的漂移形成移

31、形成的反向的反向電流，電流，受溫度受溫度的變化的變化影響。影響。BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO進入進入N區(qū)，形成區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，根據(jù)放大關(guān)系，由于由于IBE的存在，的存在，必有電流必有電流 IBE。集電結(jié)反集電結(jié)反偏有偏有ICBO3. 集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所增加很快，所以以IC也相應(yīng)增加。也相應(yīng)增加。三極管的溫度特三極管的溫度特性較差。性較差。4.集電極最大電流集電極最大電流ICM集電極電流集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的上

32、升會導(dǎo)致三極管的 值的下降，當(dāng)值的下降，當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。5.集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓當(dāng)集當(dāng)集-射極之間的電壓射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25 C、基極開路時的擊穿電壓基極開路時的擊穿電壓U(BR)CEO。6. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM 集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，

33、所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種:1.5 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管N基底基底 ：N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體PP兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)1.5.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSPNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS二、工作原理（以二、工作原理（以P溝道為例）溝道為例）UDS=0V時時PGSDUDSUGSNNN